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包膜肥料是未来控释肥料的重要发展方向,是解决肥料施用在粮食生产和环境保护中矛盾的方法之一。养分释放特征是包膜肥料生产与使用的基础,本文对单一组分和复合组分包膜肥料的释放特征差异进行研究,明确了引起复合组分包膜肥料养分释放差异的主要原因,并通过对包膜反应的研究优化了包膜反应参数。本文对包膜肥料的研制与养分调控具有指导意义。
采用静态水溶出的方法研究聚合物包膜肥料养分释放特征。结果表明,温度升高、肥料颗粒半径减小均会显著促进包膜肥料中养分的释放。养分的释放特征因养分成分不同存在差异,通过比较单一组分与复合组分聚合物包膜肥料的释放特征发现离子交互作用显著影响了养分释放特征,复合组分中铵态氮和硝态氮的释放速度由于受到NO3-和NH4+的影响而增大;钾、磷离子由于水合半径较大不易释放,包膜内形成的内压力改变了包膜扩散系数进而改变了钾、磷的释放模式。扩散活化能可以表述肥料在一定温度下随温度改变养分释放变化的灵敏程度。活化能越小,肥料释放速度随温度的变化越大。活化能是反映肥料释放与植物养分需要相关性的重要参数。
利用模型膜释放装置对包膜材料1710的成膜反应条件进行了优化。确定了包膜液1710最佳的成膜条件:添加3%的交联剂B,在60℃~70℃下反应3h左右。这为模型膜养分释放试验和流化床肥料包衣提供了理论依据。
相同的环境温度、包膜材料和包膜厚度下,利用自制的模型膜释放装置和自行研制的膜材料进行养分释放机理的研究,发现单一组分释放速率主要受养分饱和浓度的控制。复合组分肥料释放过程中的养分离子交互作用在很大程度上与多离子共存条件下各养分的饱和浓度有关。在伴随阴离子相同的条件下,饱和浓度较大的铵盐释放速率要低于饱和浓度相对较小的钾盐,这说明包膜肥料中养分释放也受离子与膜相互作用的影响。
根据包膜反应最佳反应条件,利用流化床包膜机器制得包膜尿素样品。包膜尿素样品在水中养分释放时间可达20~30天,说明包膜材料1710和528是极其有应用潜力的水基包膜材料。
本文为聚合物包膜肥料释放的理论研究、肥效评价和生产工艺优化提出了新的思路。