密級 ： 論文編號 ： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜型 緩 /控釋肥料的研制及評價 I 摘 要 研制性價比優(yōu)良、制備工藝簡單和環(huán)境友好 的 膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料是肥料未來發(fā)展的方向之一。本文 研制出四種 環(huán)境友好、具有不同性價比的 有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料， 并對其性能進行了實驗室和 植物營養(yǎng) 學(xué)評價；通過其在不同介質(zhì)中的淋洗試驗，篩選出2 種能快速檢測肥料養(yǎng)分 溶出 速率的介質(zhì)，為 緩 /控釋肥料行業(yè)和企業(yè)建立快速、統(tǒng)一、完備的檢測方法提供新的思路和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本論文主要研究結(jié)果如下： 1 有機無機復(fù)合 材料 膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料 的制備與測試 采用 化學(xué)反應(yīng)、 微乳化和高剪切技術(shù)，以水為主要溶劑原料， 通過對不同 原 材料的篩選與配伍，研制出四種 環(huán)境友好 、具有 不同 性價比的有機無機復(fù)合膠結(jié)包膜材料 。 通過圓盤噴霧造粒技術(shù)工藝，研制出四種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料： 丙烯酸酯類復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料 (廢棄 合材料 膠結(jié)包膜肥料 (不飽和聚酯復(fù)合材料 膠結(jié)包膜肥料( 腐殖 酸類復(fù)合材料 膠結(jié)包膜肥料 (通過對其成粒率、抗壓強度、耐磨性、吸潮性和成膜性能的測定與分析，其 性能優(yōu)劣依次為 S2F。 2不同介質(zhì)淋洗條件下的肥料養(yǎng)分 溶出 速率 四種 膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料 在同一級 別粒徑砂柱里氮磷鉀瞬時溶出率與氮磷鉀復(fù)合肥處理相比差異顯著。 四種膠結(jié)包膜肥料 緩釋性能強弱為 S2F。 同一種 膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料 在不同粒徑砂柱里氮磷鉀溶出率曲線形狀近似，但溶出率不同。氮素累積溶出率與砂粒徑 呈 顯著負(fù)相關(guān) (r 為 鉀素相關(guān)性不顯著。磷素的溶出率隨砂粒徑變化不顯著 。氮磷鉀三元素 累積 溶出率相比較 為 NKP。 四種 膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料 在同一土壤柱里氮鉀素溶出曲線與其在砂柱里的近似，只是溶出時間不同，磷素溶出高峰期比氮鉀素延后。 間的差別與其砂柱里的情況相同。同一種 膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料 在褐土、紅壤和黑土土柱中養(yǎng)分 溶出 速率不盡相同。氮鉀素累積溶出率為紅壤 褐土 黑土，磷素為褐土 紅壤黑土。 3 篩選出快速檢測 膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料養(yǎng)分 溶出 速率的評價介質(zhì)，并對其建立了預(yù)測方程。 氮磷鉀在 黑土和褐潮土 中瞬時溶出率 與 1柱淋洗擬合效果最好 ( )； 紅壤與 柱淋洗擬合效果最好 ( )，氮和鉀的擬合效果優(yōu)于磷 。通過養(yǎng)分在砂柱和土柱中 的累積溶出率，建立了養(yǎng)分在土柱中的溶出速率預(yù)測方程。 4 明確了 膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料在不同土壤中養(yǎng)分 溶出 速率 及其對不同土壤速效養(yǎng)分的影響。 磷鉀溶出 速率 和土壤速效氮磷鉀的變化與等 量 分 化肥 相比 差異顯著。 同一 種 土壤中 氮磷鉀 溶出率曲線形狀與其在砂柱中的相似， 但 溶出時間 和溶出率 不同 ，肥料氮磷鉀素溶出峰值出現(xiàn)時間 第 50d， 第 35d，而等量 d， 緩釋效果為 一 種膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料 在三種土壤中 氮磷鉀 瞬時溶出率峰 值 出現(xiàn)時間相同，但峰 值 前后變化不同。氮素累積溶出率為紅壤 褐土 黑土 ； 鉀素變化 趨勢為黑土 褐土 紅壤，但差異不 顯著 ； 磷素為紅壤 黑土 褐土 ，褐土 黑土差別不 顯著 。 四種 膠結(jié)包膜肥料 在同一種土壤中速效氮 和 速效 磷 的變化呈現(xiàn)低高低的趨勢，峰 值 比包膜肥料 氮素釋放峰 值 出現(xiàn)的時間晚， 效氮和速效磷峰值出現(xiàn)時間為第 65d， 第 50d， 總體效果為 S2F。 同一種 膠結(jié) 包膜肥料在三種土壤里速效氮峰 值 出現(xiàn)時間一致，紅壤速效氮含量上升速度最快，高于褐土和黑土， 但峰 值 低于褐土和黑土，峰 值 過后，紅壤速效氮含量下降的最快，其值也最低。黑土速效氮的變化與紅壤相反，褐土介于二者之間。初始速效磷為黑土 褐土 紅壤，峰值為紅壤偏高，黑土和褐土不 明顯 ，峰值過后，紅壤速效磷下降得快，黑土 褐土 紅壤。 5膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料對大田作物的影響 及經(jīng)濟效益分析 與等 量 分 化肥相比， 同程度地提高了作物產(chǎn)量 ( 和 氮磷鉀利用率 (百分點 )，減少了硝態(tài)氮的淋溶損失 ( 百分點 )，提高了小麥和玉米的營養(yǎng)品 質(zhì)和加工品質(zhì)。 褐 土土柱中氮磷鉀淋失量與其利用率和產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r 為 而氮磷鉀利用率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系 (r 為 氮磷鉀三元素相關(guān)程度不同。通過對其經(jīng)濟效益分析， 結(jié)果為施肥處理比不施肥處理純收益都增加 ； 量 分化肥處理，但增加幅度不同 (573 1736 元 /投入產(chǎn)出比只有 于 等 量 綜上所述，四種 有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜 型 緩 /控釋肥料 具有不同緩釋作用和性價比，可不同程度地提高肥料利用率 、 增加作物產(chǎn)量 、 提高品質(zhì) 、 減輕環(huán)境污染。 關(guān)鍵詞： 有機無機復(fù)合材料，膠結(jié)包膜型緩 /控釋肥料，研制，評價， 養(yǎng)分 利用率 is of of in in we of in of be of In as 1. of he of to 2)、 S)、 2)、 2F). 22 2. of PK of of in 2、 22of in of to r: to of KP. of 2,2,in to of in of of 2,2,in to of in To in it 3. of of 1mm in 2: ), so IV in 2: ). in we in 4. of in on PK of of in 2、 of of 2, in to of in 2 0d S、 22of in of in in in in in in in in in in of of of 2 5d, F2 2F 0d. in in in it of in in it of in it in 5. of on PK of of in to r: of to r: of to 2、 PK 73 1736 2 S PK V 錄 第一章 緒論 . 1 的和意義 . 1 內(nèi)、外研究現(xiàn)狀 . 3 /控釋肥料概念與類型 . 3 /控釋肥料及材料的發(fā)展 . 4 /控釋肥料制造工藝 . 7 /控釋肥料養(yǎng)分釋放機制及其影響因 素 . 9 /控釋肥料測試評價方法 . 10 在問題和發(fā)展方向 . 12 膜材料 . 12 價方法 . 12 究內(nèi)容和方法 . 14 究內(nèi)容 . 14 究方法 . 15 第二章 有機 控釋肥料工藝與制備 . 17 料與方法 . 17 料 . 17 法 . 17 機 . 18 機 控釋肥料的測試 . 18 果與分析 . 19 機 度 均勻度分析 . 19 機 . 20 機 . 21 機 . 21 膜吸潮性差異 . 21 鏡觀察 . 22 分 溶出率 測定 . 22 論與討論 . 27 第三章 有機 控釋肥料淋洗試驗方法評價 31 料與方法 . 31 料 . 31 法 . 32 定項目 . 32 果與分析 . 35 柱淋洗 . 35 柱淋洗 . 48 質(zhì)篩選 . 62 測方程建立 . 65 論與結(jié)論 . 68 分 溶出 速率 . 68 養(yǎng)分 溶出 影響因素 . 69 磷鉀養(yǎng)分溶出率的差異比較 . 69 種粒徑砂柱養(yǎng)分 溶出 比較及與土壤柱養(yǎng)分 溶出 相關(guān)性分析 . 70 第四章 有機 控釋肥料在土壤中養(yǎng)分 溶出 速率研究 . 71 料與方法 . 71 料 . 71 法 . 71 定項目 . 71 定方法 . 71 果與分析 . 71 膜肥料氮素溶出率 . 71 膜肥料鉀素溶出率 . 79 膜肥料磷素溶出率 . 86 第五章 有機 /控釋肥料 植物營養(yǎng)學(xué)評價 . 93 料與方法 . 93 試肥料 . 93 試作物 . 94 驗土壤 . 94 驗方法 . 94 樣及樣品測定方法 . 94 果與分析 . 94 機 控釋肥料對大田小麥的影響 . 94 機 控釋肥料對大田玉米的影響 . 103 壤剖面硝態(tài)氮淋溶特征 . 110 分 溶出 量與肥效相關(guān)關(guān)系分析 . 112 濟效益分析 . 115 論 . 117 第六章 主要結(jié)論與創(chuàng)新點 . 119 要結(jié)論 . 119 新點 . 123 來方向 . 123 參考文獻 . 124 致謝 . 1386 作者簡介 . 1397 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 的和意義 化肥對作物的增產(chǎn)作用日益突出。世界糧農(nóng)組織 (統(tǒng)計表明， 20 世紀(jì)世界糧食增產(chǎn)的40 60%來自于肥料的貢獻 (張毓鐘， 1987)。美國育種學(xué)家、諾貝爾獎獲得者 N. E. 全面分析了 20 世紀(jì)影響糧食生產(chǎn)的各種因素后，認(rèn)為二十世紀(jì)世界農(nóng)作物產(chǎn)量增加的一半來自于化肥的作用 (1997 )。我國專家認(rèn)為在 40%左右 (曾憲坤， 1995)。化肥能調(diào)節(jié)和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。禾谷類作物施用以氮肥為主的穗肥，可明顯提高千粒重和出粉 (米 )率，同時增加谷物中蛋白質(zhì)含量和積累總量，增加小麥粉面筋含量，提高烘烤品質(zhì)。但作為啤酒用大麥則以輕施氮肥為好，適量增施鉀肥對麥芽的溶解度、澄清速度和色澤都有明顯的促進作用。蔬菜和果實是人類攝取維生素和鉀、鎂的主要來源，也是鐵、碘、鋅、錳的重要來源。施用氮和磷能提高蔬菜中維生素 A 的前體化合物胡蘿卜素和維生素 B 等含量 ;鉀又稱為品質(zhì)元素，可提高番茄中維生素A 和維生素 C 含量，增加糖 /酸比例，同時增加蔬菜中的礦物質(zhì)含量，對多種水果品質(zhì)有良好的作用。 但由于世界人口眾多，作物產(chǎn)量及品質(zhì)難以滿足人們需求。目前世界人口已達 60 億，到 2030年世界人口將達到 70 億，屆時我國人口將達到 16 億 (朱行， 2004)，人類對糧食的需 求壓力十分嚴(yán)峻。此外，世界人均耕地為 頃，我國人均耕地為 頃 (趙其國等， 2002 )，隨著城市建設(shè)和工業(yè)發(fā)展，我國耕地將不可避免地遞減。要滿足人的糧食需求，一條途徑是開墾新的土地用于糧食生產(chǎn)，然而我國可供開墾的荒地有限；另一條途徑是提高單位面積耕地的生產(chǎn)率，通過增加復(fù)種指數(shù)和增加化肥投入。雖然，現(xiàn)有常規(guī)化學(xué)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作用中對糧食增產(chǎn)作用不可否認(rèn)，但是，現(xiàn)有常規(guī)肥料養(yǎng)分利用率不高，肥料損失嚴(yán)重，其帶來的環(huán)境問題已為世界各國所重視。世界研究資料統(tǒng)計表明，發(fā)達國家氮肥利用率為 40%60%，磷肥為 10%20%，鉀肥為40%60%。我國研究表明，氮肥利用率平均為 30%40