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SAP-CS复式包膜尿素的制备及水肥调控效果研究

王丽  
【摘要】:肥料利用率低和水资源短缺是制约我国农业可持续发展的两大主要因素,如何提高肥料和水的利用率就成为迫切需要解决的问题。保水型缓/控释肥料是具有吸水、保水和养分缓释功能的新型肥料,可以达到水肥一体化调控效果。为进一步优化保水型缓释肥料的缓释效果,本文在研究壳聚糖(Chitosan,CS)分子量及其浓度、增塑剂和交联剂对壳聚糖膜性能影响的基础上,以5万、20万和50万3种分子量的壳聚糖为包膜材料,制备了壳聚糖(CS)包膜尿素,进而以分子量50万的壳聚糖为内包膜材料,分别以3种高吸水性树脂(Super absorbent polymer,SAP)P(AA-AM)、P(AA-AMPS)、P(AA-AM-AMPS)为外包膜材料,制备了高吸水性树脂-壳聚糖(SAP-CS)复式包膜尿素,通过肥料物理化学性质测定、水中溶出率和土柱淋溶试验,对肥料综合性能进行了研究,得出以下结论:(1)壳聚糖的成膜性与其溶液的粘度有很大关系,相对分子量和浓度越大,溶液的粘度越大。浓度为2%时,分子量为5万、20万和50万的壳聚糖膜均表现出良好的成膜性。增塑剂聚乙烯醇、交联剂戊二醛的加入都不同程度的改善了壳聚糖膜的性能,但增塑剂甘油的效果不明显。应用浓度2%(m/V)、分子量为50万的壳聚糖,聚乙烯醇用量为0.85%(m/V)、戊二醛用量为0.5%(V/V)时,壳聚糖膜的拉伸强度、断裂伸长率和溶胀度均表现出良好的性能,是壳聚糖膜制备的最佳工艺条件。此时,壳聚糖膜的拉伸强度为39.5MPa,断裂伸长率为52.3%,溶胀度为6.85%。(2)壳聚糖分子量、交联剂戊二醛、密封剂石蜡和增塑剂聚乙烯醇都能显著影响CS包膜尿素的氮素缓释性能。选用分子量为50万的壳聚糖,包膜量为3%,密封剂用量为20%,聚乙烯醇用量为0.85%,戊二醛用量为0.5%是制备CS包膜尿素的最佳工艺条件。此时,CS包膜尿素的氮素初级溶出率为68.38%,7天累积溶出率为76.40%。(3)在CS包膜尿素的基础上制备了SAP-CS复式包膜尿素。以P(AA-AM)为外膜,通过对壳聚糖包膜量、石蜡、胶黏剂和表面交联剂等因素进行优化,壳聚糖的分子量为50万,包膜量为3%,外膜P(AA-AM)包膜量为10%,水作为胶黏剂,表面交联剂用量为10%,不用石蜡做密封剂是比较适宜的制备条件。此时,SAP-CS复式包膜尿素的缓释效果较明显,在水中的初级溶出率为39.8%,7天累积溶出率为68.59%。(4)SAP-CS复式包膜尿素具有良好的水肥调控效果。水中溶出率表明,不同包膜量的SAP-CS复式包膜尿素的吸水倍率和氮素释放速率均不同程度的较SAP包膜尿素改善,且随包膜量的增加效果愈加明显。SAP-CS复式包膜尿素的初级溶出率介于38.9%-56.57%,7天累积溶出率介于75.78%-94.11%,较SAP包膜尿素,吸水倍率增加4.14%-19.21%,初级溶出率降低22.55%-25.74%,7天累积溶出率降低5.87%-16.58%。SAP-CS复式包膜尿素在土壤中的养分释放规律与在水中相似,但在土壤中的缓释效果更显著。相对于普通尿素,高吸水性树脂与尿素混施和SAP包膜尿素,SAP-CS复式包膜尿素的氮素累积淋出率分别减少7.76%-9.23%、12.87%-22.99%、13.47%-29.59%。综合比较,P(AA-AM-AMPS)制备的包膜尿素的水肥调控效果均优于P(AA-AM)、P(AA-AMPS)制备的包膜尿素。


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