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保水型包膜尿素肥料的研制及评价

作　者: 何绪生
导　师: 张夫道
学　校: 中国农业科学院
专　业: 植物营养学
关键词: 保水剂保水剂包膜尿素研制评价
分类号: TQ441
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

水、肥是影响农业生产的两个重要因素。但是，一方面，常规水溶性化肥利用率低，化肥损失严重已成为制约农业生产效率及影响环境的重大问题，缓／控释肥料则是提高化肥利用率，降低肥料损失的有效技术。另一方面，水资源的紧缺使得农业节水的紧迫性日益增强，旱地农业及节水农业中使用保水剂己成为一项重要的节水技术。肥料和保水剂复合一体化研制保水型缓／控释肥料是提高肥料利用率，节水增效的重要技术，并已成为肥料研究的最新国际方向。本研究论文通过实验室的合成研究，创新一项利用原液聚合化学反应在尿素颗粒表面直接成膜制造超强保水剂包膜尿素的工艺技术和产品，填补了利用聚合化学反应直接成膜制造保水剂包膜肥料的研究空白。并采用物理、化学测定，生物及同位素示踪技术等实验手段，对保水剂包膜尿素工艺性能及生物学效应进行了评价研究。本论文取得了以下研究结果及结论。创新一项利用原液聚合化学反应在尿素颗粒表面直接成膜制造超强保水剂包膜尿素的工艺技术。并用这一工艺技术将一种钾型保水剂成功地聚合成膜在尿素颗粒表面，制成了钾型超强保水剂包膜尿素。该工艺具有不使用有机溶剂，无污染，成本低的优点。保水剂包膜尿素工艺性能测定表明，保水剂包膜尿素包膜具有耐磨性好，吸水倍率高（以膜量为基数，吸水倍率可达30倍），膜不易吸潮，膜不易脱落的优点。扫描电镜成像图分析表明，钾型保水剂包膜尿素的包膜质地密实，保水剂晶面与尿素晶体表面具有紧密粘接面，这种紧密粘接面赋予钾型保水剂包膜耐磨性好，不易脱落的特征。红外光谱图谱判读结果表明，钾型保水剂包膜尿素的包膜材料与尿素之间具有强烈的氢键缔合作用，揭示了钾型包膜尿素包膜耐磨不易脱落的化学本质。 7天静置水溶出率实验结果表明，钾型保水剂包膜尿素具有延缓养分释放作用，这种缓释作用主要是依赖于钾型保水剂包膜对尿素的吸附缓释作用，这种缓释作用与塑料包膜尿素养分释放相比，其控释性能较弱。因此，保水剂包膜尿素养分控释性能有待进一步改善。水分特征曲线及蒸发实验结果表明，保水剂包膜尿素可提高土壤吸水能力，降低土壤水分蒸发，提高土壤有效水供应。保水剂包膜尿素对土壤水分状况的改善作用来源于超强保水剂包膜的贡献。温室生物实验结果表明，保水剂包膜尿素能提高白菜的生物量，促进白菜植株氮、磷养分吸收，对钾吸收影响不明显。¹⁵N同位素标记示踪实验结果表明，钾型保水剂包膜尿素可增加土壤对保水剂包膜尿素的吸附量，降低土壤氮素损失，提高包膜尿素氮素利用率。综上所述，利用原液聚合化学反应在尿素颗粒表面直接成膜制造保水剂包膜尿素肥料的工艺是一项原创新性工艺技术，该包膜工艺具有不用有机溶剂，无污染的优点；保水剂包膜尿素具有较好的工艺性能和生物学效应，该包膜工艺技术和产品具有广阔的开发前景和巨大的农业应用价值。

全文目录

第一章绪论  16-42
  1.1 目的和意义  16-21
  1.2 国内、外研究现状  21-39
    1.2.1 缓／控释肥料研究现状  21-31
      1.2.1.1 缓／控释肥料概念沿革与区分  21-22
      1.2.1.2 缓／控释肥料类型及控释机制  22-24
      1.2.1.3 缓／控释肥料类型及控释材料的发展  24-27
      1.2.1.4 缓／控释肥料制造工艺  27-28
      1.2.1.5 缓／控释肥料释放机理研及释放规律研究  28-30
      1.2.1.6 缓／控释肥料测试评价方法  30-31
    1.2.2 保水剂研究现状  31-35
      1.2.2.1 保水剂定义与类型  31-32
      1.2.2.2 保水剂的吸水吸肥机理  32-33
      1.2.2.3 保水剂的研究，生产现状  33-35
    1.2.3 保水剂和肥料复合技术研究现状  35-38
      1.2.3.1 保水剂和肥料结合工艺  35-36
      1.2.3.2 保水剂与肥料相互作用  36-38
    1.2.4 存在问题与发展方向  38-39
  1.3 研究内容和方法  39-42
    1.3.1 研究内容  39-40
    1.3.2 研究方法  40-42
第二章超强保水剂合成工艺及条件优化  42-46
  2.1 材料与方法  42-43
    2.1.1 合成工艺  42-43
    2.1.2 合成方案  43
    2.1.3 产物吸水倍率测定  43
  2.2 结果与讨论  43-45
    2.2.1 添加共聚单体对保水剂物理结构的影响  43-44
    2.2.2 合成产物吸水倍率、外观性状及反应现象  44-45
  2.3 讨论  45-46
第三章超强保水剂的特征  46-57
  3.1 材料与方法#  46-48
    3.1.1 材料合成  46-47
    3.1.2 吸水特征测定  47
      3.1.2.1 吸水倍率测定  47
      3.1.2.2 吸水速率测定  47
      3.1.2.3 保水剂对肥料吸收倍率测定  47
    3.1.3 水分特征曲线测定  47-48
    3.1.4 红外光谱  48
    3.1.5 电镜观察  48
  3.2 结果与分析  48-55
    3.2.1 保水剂的吸水、释水特征  48-51
      3.2.1.1 吸水特征  48-50
      3.2.1.2 保水释水性能  50-51
    3.2.2 肥料盐对保水剂吸水倍率的影响  51-53
    3.2.3 红外光谱特征  53
    3.2.4 保水剂材料物理结构特征  53-55
  3.3 讨论  55-57
第四章保水剂包膜尿素制备工艺及其制备  57-67
  4.1 材料与方法  57-61
    4.1.1 保水剂包膜尿素制备工艺流程  57-58
      4.1.1.1 (保水剂-1)包膜尿素制备工艺流程  57-58
      4.1.1.2 (保水剂-2)包膜尿素制备工艺流程  58
    4.1.2 保水剂包膜尿素制备材料  58-59
      4.1.2.1 保水剂合成材料  58-59
      4.1.2.2 原料尿素  59
    4.1.3 保水剂包膜尿素制备方案  59-60
      4.1.3.1 (保水剂-1)包膜尿素制备  59-60
      4.1.3.2 (保水剂-2)包膜尿素制备  60
    4.1.4 保水剂包膜尿素的测试  60-61
      4.1.4.1 包膜量测定  60
      4.1.4.2 包膜尿素含氮量测定  60
      4.1.4.3 电镜观察  60
      4.1.4.4 红外光谱测定  60
      4.1.4.5 包膜耐磨性测定  60-61
      4.1.4.6 包膜吸水倍率测定  61
      4.1.4.7 包膜吸潮性测试观察  61
  4.2 结果与分析  61-65
    4.2.1 保水剂包膜肥料的包膜量  61-62
    4.2.2 包膜尿素包膜厚度及均匀度  62-63
    4.2.3 包膜尿素包膜的耐磨性  63
    4.2.4 包膜尿素吸水倍率及吸潮性差异  63-64
    4.2.5 碱量对保水剂包膜尿素红外光谱的影响  64-65
  4.3 讨论  65-67
第五章保水剂包膜尿素的特征  67-78
  5.1 材料与方法  67-69
    5.1.1 肥料样品的制备  67-68
    5.1.2 电镜观察  68
    5.1.3 保水剂包膜尿素保水、释水测定  68-69
      5.1.3.1 蒸发失水测定  68
      5.1.3.2 水分特征曲线  68-69
    5.1.4 红外图谱分析样品制备  69
    5.1.5 保水型包膜尿素的养分释放量测定  69
  5.2 结果与分析  69-77
    5.2.1 保水剂包膜尿素的物理结构  69-72
    5.2.2 保水剂包膜尿素的保水／释水特征  72-74
    5.2.3 保水剂包膜尿素的化学结构特征  74-75
    5.2.4 保水剂包膜尿素的养分释放特征  75-77
  5.3 讨论  77-78
第六章保水剂材料及包膜尿素红外化学光谱特征  78-88
  6.1 材料与方法  78-79
    6.1.1 材料的制备  78-79
    6.1.2 红外图谱扫描  79
    6.1.3 红外图谱判别分析组合方案  79
  6.2 结果与分析  79-87
    6.2.1 尿素-(保水剂-1)包膜尿素-(保水剂-1)材料图谱判读分析  79-80
    6.2.2 尿素-(保水剂-1)包膜尿素干剥膜-保水剂材料图谱判读分析  80-81
    6.2.3 (保水剂-1)包膜尿素干剥膜-水洗膜-材料图谱判读分析  81-82
    6.2.4 尿素-(保水剂-2)材料-包膜尿素图谱判读分析  82-83
    6.2.5 尿素-(保水剂-2)包膜尿素-)包膜尿素水洗膜图谱判读分析  83-84
    6.2.6 尿素-(保水剂-2)材料-包膜尿素水洗膜图谱判读分析  84
    6.2.7 尿素-(保水剂-2)单体-(尿素+单体)混和物图谱判读分析  84-86
    6.2.8 (保水剂-2)材料-干湿热处理(保水剂-2)材料图谱判读分析  86-87
  6.3 讨论  87-88
第七章保水剂包膜尿素肥效及养分利用率研究  88-100
  7.1 材料与方法  89-91
    7.1.1 ~(15)N标记保水剂包膜尿素肥料的制备  89
    7.1.2 盆栽试验土壤  89
    7.1.3 盆栽实验方案与采样  89-90
    7.1.4 土壤、植株样全氮分析和~(15)N分析  90
    7.1.5 计算公式  90-91
  7.2 结果与分析  91-99
    7.2.1 包膜肥料的肥效  91-94
      7.2.1.1 白菜鲜重  91-93
      7.2.1.2 白菜干重  93-94
    7.2.2 保水剂包膜尿素的氮素利用率  94-96
    7.2.3 保水剂包膜尿素对磷、钾养分吸收的作用  96-99
  7.3 讨论  99-100
第八章结论  100-103
  8.1 结论  100
  8.2 论文创新点  100-101
  8.3 未来方向  101-103
参考文献  103-120
致谢  120-121
附录  121-124
  附录Ⅰ 缩略语及英文文献中保水剂同义术语英汉对照  121-123
  附录Ⅱ 保水剂材料与肥料样品图  123-124
作者简历  124-125
附表保水剂包膜尿素养分释放7天水溶出率测定计算结果表  125

保水型包膜尿素肥料的研制及评价

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