發(fā)布時(shí)間：2020-05-13 20:55

【摘要】：與速效肥相比,緩控釋化肥可以顯著提高肥料利用效率、減輕環(huán)境污染、提高作物產(chǎn)量。目前國(guó)內(nèi)外的市售緩控釋化肥通常為包膜肥和脲醛肥。包膜肥的膜殼通常難以降解,殘留在土壤中可能引發(fā)二次污染,此外,其包膜工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高。脲醛肥的養(yǎng)分緩釋周期過長(zhǎng),目前僅用于森林、草坪等長(zhǎng)年生植物。本論文研發(fā)出三種類型環(huán)保、低成本且高效的新型有機(jī)高分子緩控釋化肥。它們的合成機(jī)理完全不同于目前國(guó)內(nèi)外已有的各種肥料品種,并且可以有效解決現(xiàn)有緩控釋化肥的各種缺陷。此外,本團(tuán)隊(duì)前期成功制備了一系列具有緩控釋多種營(yíng)養(yǎng)元素功效的生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥,但是,它們的應(yīng)用效果、降解機(jī)理以及在分子結(jié)構(gòu)層面的緩釋機(jī)理仍無明確定論。本論文采用番茄盆栽實(shí)驗(yàn)對(duì)這些肥料的肥效進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并以含NPK營(yíng)養(yǎng)元素的生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥為代表,研究了降解機(jī)理以及分子結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分緩釋性能之間的關(guān)系。本論文的具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)以脲甲醛為基體、聚磷酸銨和無定型硅凝膠為改性劑,采用常規(guī)擠出工藝制備了一種新型可擠出造粒的脲醛有機(jī)高分子緩控釋化肥。測(cè)試結(jié)果表明:脲甲醛、聚磷酸銨和無定型硅凝膠三者之間存在較強(qiáng)的氫鍵作用,當(dāng)把聚磷酸銨和無定型硅凝膠加入到脲醛肥中后,脲醛有機(jī)高分子緩控釋化肥的機(jī)械性能和養(yǎng)分釋放速度得到顯著提升。油菜盆栽實(shí)驗(yàn)也證實(shí),該擠出造粒的有機(jī)脲醛緩控釋化肥可以顯著提升肥料氮素利用效率,促進(jìn)油菜的生長(zhǎng)。更為重要的是,常溫?cái)D出作為一種經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的新技術(shù),可以被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域。期待此種制備工藝可以為設(shè)計(jì)新型的具有優(yōu)異緩釋性能的肥料提供一個(gè)新的思路。(2)通過簡(jiǎn)單的溶液聚合工藝制備了一種新型具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的吸水保水型有機(jī)高分子緩控釋化肥。該有機(jī)高分子緩控釋化肥的半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的具體組成為:線型脲醛分子鏈穿插在高嶺土-g-聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)網(wǎng)絡(luò)中。通過一系列的分析測(cè)試方法表征并研究了該有機(jī)高分子緩控釋化肥的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明:該有機(jī)高分子緩控釋化肥具有優(yōu)異的緩控釋N、P、K養(yǎng)分的能力,其在自來水中的吸水倍率為68 g·g~(-1),吸水保水性能非常優(yōu)異,可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以很好的描述該有機(jī)高分子緩控釋化肥的溶脹過程。(3)以磷酸脲作為反應(yīng)原料,將其與脲醛預(yù)聚體進(jìn)行縮聚反應(yīng),制備得到一種新型的含NP生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥。研究結(jié)果表明:該有機(jī)高分子緩控釋化肥的氮、磷養(yǎng)分的緩釋性能優(yōu)異,是提升土壤長(zhǎng)期肥力的一類新型高分子緩控釋化肥。(4)利用番茄盆栽實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了不同種類生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥的肥效,對(duì)土壤理化性質(zhì)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析和聚類分析,并對(duì)土壤肥力水平進(jìn)行定量化打分,以評(píng)價(jià)不同施肥處理的培肥效果。結(jié)果表明:不同生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥在提高番茄葉片葉綠素含量、改善番茄品質(zhì)和提高番茄產(chǎn)量方面具有顯著作用。其中,含Si生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥(GRF)處理的番茄產(chǎn)量最高,含NPK生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥(PRF)處理的番茄果實(shí)品質(zhì)最優(yōu)。通過主成分分析、聚類分析可以將土壤質(zhì)量水平劃分為3個(gè)等級(jí)。高質(zhì)量土壤為含F(xiàn)e-Mn-Cu-Zn生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥(WRF)和GRF處理盆栽土壤;中等質(zhì)量土壤為PRF、脲醛肥(UF)和含B生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥(BRF)處理盆栽土壤;低質(zhì)量土壤為空白(CK)和常規(guī)有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(OM+CCF)處理盆栽土壤。表明生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥確實(shí)可以有效增加土壤養(yǎng)分含量,調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分平衡,高效提升土壤肥力水平和養(yǎng)分供應(yīng)能力。(5)含NPK生物降解有機(jī)高分子緩控釋化肥的本質(zhì)是磷酸二氫鉀分子(KDP)改性脲醛肥(KDP-UF),該化肥可以顯著提升肥料養(yǎng)分緩釋性能,增加土壤肥力并提升作物產(chǎn)量,近幾年陸續(xù)有文獻(xiàn)報(bào)道。但是,到目前為止,該肥料的降解機(jī)理以及分子結(jié)構(gòu)對(duì)養(yǎng)分緩釋性能的影響仍無明確定論。本研究通過紅外光譜、X射線衍射、X射線光電子能譜和掃描電子顯微鏡等測(cè)試與表征手段,證實(shí)了大量的磷酸二氫鉀分子本質(zhì)上是和脲醛肥分子鏈通過氫鍵相互作用,這種相互作用提升了脲醛肥基體的降解速率,并進(jìn)一步促進(jìn)了肥料N養(yǎng)分的緩釋。表明該類肥料的功能化不僅僅是已有文獻(xiàn)報(bào)道的磷酸二氫鉀和脲醛肥分子之間的共聚作用,磷酸二氫鉀和脲醛肥分子之間的氫鍵相互作用也是另一主要因素。
【圖文】：

圖 1.1 尿素態(tài)氮在土壤中的轉(zhuǎn)化過程[11]Fig 1.1 Routes of nitrogen transformation of urea into the soil.[11]度施用對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響用化肥會(huì)使土壤的酸化程度越來越嚴(yán)重。許多研究已經(jīng)表明，連續(xù)

的養(yǎng)分需求和供應(yīng)（OX 表示一個(gè)作物生長(zhǎng)周期）1.實(shí)際需求；3. 追施傳統(tǒng)肥料；4. 新型高效肥料[11]agram of nutrient demand and supply by a plant duringnal application; 2, actual requirement; 3, multiple applentional fertilisers); 4, enhanced efficiency fertilisers.[11放機(jī)理肥養(yǎng)分釋放機(jī)理要是指脲醛肥，，其養(yǎng)分釋放過程影響因素較物、土壤溫度、土壤水含量等[45-48]。土壤中釋肥養(yǎng)分釋放的可預(yù)測(cè)性較差，調(diào)控其控釋理和數(shù)學(xué)模型的研究很少。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ449.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2662530