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低分子量聚乳酸包膜尿素的研制与缓释性能评价

吕静  
【摘要】:化学氮肥作为农业重要的输入资料,对农业的可持续发展和粮食安全起着不可替代的作用。但是,作物对氮肥的当季利用率普遍较低,我国主要作物对氮肥的当季利用率约为30%-35%。化学氮肥施入农田后的损失途径主要有氨挥发、硝化-反硝化、淋溶和径流等,其中氨挥发损失可高达施氮量的40%-50%。化学氮肥施入农田后的大量损失不仅造成能源的巨大浪费、农业经济效益的降低,而且对环境带来前所未有的潜在危机和一系列的不良效应。选择适宜的材料,研制和应用包膜肥料,延缓氮肥养分的释放,减少氮素损失,提高氮肥利用率,对我国农业的可持续发展具有重要的现实意义。目前采用较多的高分子聚合物包膜材料易产生二次污染,且价格较贵,难以推广应用,研发绿色、廉价的材料包膜而成的缓/控释肥料时十分必要的。 本文从聚乳酸良好的环境相容性出发,以低分子量聚乳酸作为主要包膜材料,采用流化喷涂法制备系列包膜尿素,通过扫描电镜观察包膜结构、采用土柱间歇淋溶的方法研究不同肥料施入土壤后氮素的释放、室内培养试验观测氨挥发、并通过盆栽试验得出提高氮素利用率的效应,得出以下结果: 1.采用相对分子质量为5000和10000的聚乳酸单独包膜及石蜡封闭处理或在膜层添加硝化抑制剂DMPP(3,4-甲基吡唑磷酸盐)、脲酶抑制剂NBPT (N-丁基硫代磷酰三胺)等方法制备了PLAUⅠ, PLAUⅡ, PLAUⅢ, PLAUⅣ, PLUAⅤ, PLUAⅥ, PLUAⅦ7种不同的包膜尿素,为观察膜结构、评价缓释特性、减少氨挥发和提高氮素表观利用率等方面的研究奠定基础。 2.扫描电镜观测结果表明,低分子量聚乳酸均能在肥料表面成膜。用电镜在放大1000倍的条件下观察到相对分子量为5000聚乳酸形成的包膜有小不一的空隙,相对分子量10000的聚乳酸形成的包膜空隙较少,孔径也较小,膜的结构更为致密,两种膜层经石蜡封闭后已观察不到明显的孔隙。低分子量聚乳酸包膜对养分释放能起到物理阻隔作用。 3.等氮量条件下,土柱淋溶试验的第一次淋溶,PLAUⅠ、PLAUⅡ、PLAUⅢ、PLAUⅣ4低分子量聚乳酸包膜尿素处理的氮素溶出率依次为19.2%、15.1%、17.1%、14.0%,显著低于普通尿素处理(27.3%)。PLAUⅠ、PLAUⅡ、PLAUⅢ、PLAUⅣ4个处理氮素累积释放量比普通尿素处理分别降低了12.7%、19.5%、17.5%、19.7%。PLAUⅠ、PLAUⅡ、PLAUⅢ、PLAUⅣ4个处理的累积氨挥发量显著地小于普通尿素处理,分别减少了45.8%、53.7%、58.5%、63.2%,说明聚乳酸包膜尿素能有效地减少尿素施入土壤后的氨挥发损失。 4.土柱淋溶试验还表明,UREA+N(普通尿素配施NBPT处理)、UREA+D+N(普通尿素配施DMPP和NBPT处理)、PLUAⅤ、PLUAⅥ、PLUAⅦ5个处理氮素累积释放量显著小于普通尿素处理,分别减少了11.8%、19.9%、18.0%、19.2%、19.5%,UREA+D(普通尿素配施DMPP处理)处理与UREA处理间没有显著差异。在氨挥发试验中,UREA+N、UREA+D+N、PLUAV、PLUAⅥ、PLUAⅦ5处理的氨累积挥发量显著低于普通尿素处理。 5.盆栽试验结果表明,与不施肥处理相比,施肥处理黑麦草长势良好,且两次刈割的地上部干重,以及地上部的氮含量均显著高于不施肥处理。在尿素中添加脲酶抑制剂、硝化抑制剂或对尿素进行包膜的处理,其地上部生物量显著高于普通施肥处理。同时还可看出,UREA+D、UREA+N、UREA+N+D、PLAUⅠ、PLAUⅡ、PLAUⅢ、PLAUⅣ, PLAUⅤ、PLAUVⅠ、PLAUVⅦ10个处理的氮、磷、钾吸收量和表观利用率均显著高于普通施肥UREA处理,这说明在尿素中配施脲酶抑制剂、硝化抑制剂,或对尿素进行包膜处理不仅可以提高氮的表观利用率,同时还提高了磷、钾的表观利用率。


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