【毕业学位论文】（Word原稿）有机－无机复合材料胶结包膜型缓控释肥料的研制及评价植物营养学博士论文

密级 ： 论文编号 ： 中国农业科学院 学位论文 有机无机复合材料胶结包膜型 缓 /控释肥料的研制及评价 I 摘 要 研制性价比优良、制备工艺简单和环境友好 的 胶结包膜 型 缓 /控释肥料是肥料未来发展的方向之一。本文 研制出四种 环境友好、具有不同性价比的 有机无机复合材料胶结包膜型缓 /控释肥料， 并对其性能进行了实验室和 植物营养 学评价；通过其在不同介质中的淋洗试验，筛选出2 种能快速检测肥料养分 溶出 速率的介质，为 缓 /控释肥料行业和企业建立快速、统一、完备的检测方法提供新的思路和基础数据。本论文主要研究结果如下： 1 有机无机复合 材料 胶结包膜 型 缓 /控释肥料 的制备与测试 采用 化学反应、 微乳化和高剪切技术，以水为主要溶剂原料， 通过对不同 原 材料的筛选与配伍，研制出四种 环境友好 、具有 不同 性价比的有机无机复合胶结包膜材料 。 通过圆盘喷雾造粒技术工艺，研制出四种有机无机复合材料胶结包膜型缓 /控释肥料： 丙烯酸酯类复合材料胶结包膜肥料 (废弃 合材料 胶结包膜肥料 (不饱和聚酯复合材料 胶结包膜肥料( 腐殖 酸类复合材料 胶结包膜肥料 (通过对其成粒率、抗压强度、耐磨性、吸潮性和成膜性能的测定与分析，其 性能优劣依次为 S2F。 2不同介质淋洗条件下的肥料养分 溶出 速率 四种 胶结包膜型缓 /控释肥料 在同一级 别粒径砂柱里氮磷钾瞬时溶出率与氮磷钾复合肥处理相比差异显著。 四种胶结包膜肥料 缓释性能强弱为 S2F。 同一种 胶结包膜型缓 /控释肥料 在不同粒径砂柱里氮磷钾溶出率曲线形状近似，但溶出率不同。氮素累积溶出率与砂粒径 呈 显著负相关 (r 为 钾素相关性不显著。磷素的溶出率随砂粒径变化不显著 。氮磷钾三元素 累积 溶出率相比较 为 NKP。 四种 胶结包膜型缓 /控释肥料 在同一土壤柱里氮钾素溶出曲线与其在砂柱里的近似，只是溶出时间不同，磷素溶出高峰期比氮钾素延后。 间的差别与其砂柱里的情况相同。同一种 胶结包膜型缓 /控释肥料 在褐土、红壤和黑土土柱中养分 溶出 速率不尽相同。氮钾素累积溶出率为红壤 褐土 黑土，磷素为褐土 红壤黑土。 3 筛选出快速检测 胶结包膜型缓 /控释肥料养分 溶出 速率的评价介质，并对其建立了预测方程。 氮磷钾在 黑土和褐潮土 中瞬时溶出率 与 1柱淋洗拟合效果最好 ( )； 红壤与 柱淋洗拟合效果最好 ( )，氮和钾的拟合效果优于磷 。通过养分在砂柱和土柱中 的累积溶出率，建立了养分在土柱中的溶出速率预测方程。 4 明确了 胶结包膜 型 缓 /控释肥料在不同土壤中养分 溶出 速率 及其对不同土壤速效养分的影响。 磷钾溶出 速率 和土壤速效氮磷钾的变化与等 量 分 化肥 相比 差异显著。 同一 种 土壤中 氮磷钾 溶出率曲线形状与其在砂柱中的相似， 但 溶出时间 和溶出率 不同 ，肥料氮磷钾素溶出峰值出现时间 第 50d， 第 35d，而等量 d， 缓释效果为 一 种胶结包膜 型 缓 /控释肥料 在三种土壤中 氮磷钾 瞬时溶出率峰 值 出现时间相同，但峰 值 前后变化不同。氮素累积溶出率为红壤 褐土 黑土 ； 钾素变化 趋势为黑土 褐土 红壤，但差异不 显著 ； 磷素为红壤 黑土 褐土 ，褐土 黑土差别不 显著 。 四种 胶结包膜肥料 在同一种土壤中速效氮 和 速效 磷 的变化呈现低高低的趋势，峰 值 比包膜肥料 氮素释放峰 值 出现的时间晚， 效氮和速效磷峰值出现时间为第 65d， 第 50d， 总体效果为 S2F。 同一种 胶结 包膜肥料在三种土壤里速效氮峰 值 出现时间一致，红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 过后，红壤速效氮含量下降的最快，其值也最低。黑土速效氮的变化与红壤相反，褐土介于二者之间。初始速效磷为黑土 褐土 红壤，峰值为红壤偏高，黑土和褐土不 明显 ，峰值过后，红壤速效磷下降得快，黑土 褐土 红壤。 5胶结包膜 型 缓 /控释肥料对大田作物的影响 及经济效益分析 与等 量 分 化肥相比， 同程度地提高了作物产量 ( 和 氮磷钾利用率 (百分点 )，减少了硝态氮的淋溶损失 ( 百分点 )，提高了小麦和玉米的营养品 质和加工品质。 褐 土土柱中氮磷钾淋失量与其利用率和产量呈显著负相关关系 (r 为 而氮磷钾利用率与产量呈显著正相关关系 (r 为 氮磷钾三元素相关程度不同。通过对其经济效益分析， 结果为施肥处理比不施肥处理纯收益都增加 ； 量 分化肥处理，但增加幅度不同 (573 1736 元 /投入产出比只有 于 等 量 综上所述，四种 有机无机复合材料胶结包膜 型 缓 /控释肥料 具有不同缓释作用和性价比，可不同程度地提高肥料利用率 、 增加作物产量 、 提高品质 、 减轻环境污染。 关键词： 有机无机复合材料，胶结包膜型缓 /控释肥料，研制，评价， 养分 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 录 第一章 绪论 . 1 的和意义 . 1 内、外研究现状 . 3 /控释肥料概念与类型 . 3 /控释肥料及材料的发展 . 4 /控释肥料制造工艺 . 7 /控释肥料养分释放机制及其影响因 素 . 9 /控释肥料测试评价方法 . 10 在问题和发展方向 . 12 膜材料 . 12 价方法 . 12 究内容和方法 . 14 究内容 . 14 究方法 . 15 第二章 有机 控释肥料工艺与制备 . 17 料与方法 . 17 料 . 17 法 . 17 机 . 18 机 控释肥料的测试 . 18 果与分析 . 19 机 度 均匀度分析 . 19 机 . 20 机 . 21 机 . 21 膜吸潮性差异 . 21 镜观察 . 22 分 溶出率 测定 . 22 论与讨论 . 27 第三章 有机 控释肥料淋洗试验方法评价 31 料与方法 . 31 料 . 31 法 . 32 定项目 . 32 果与分析 . 35 柱淋洗 . 35 柱淋洗 . 48 质筛选 . 62 测方程建立 . 65 论与结论 . 68 分 溶出 速率 . 68 养分 溶出 影响因素 . 69 磷钾养分溶出率的差异比较 . 69 种粒径砂柱养分 溶出 比较及与土壤柱养分 溶出 相关性分析 . 70 第四章 有机 控释肥料在土壤中养分 溶出 速率研究 . 71 料与方法 . 71 料 . 71 法 . 71 定项目 . 71 定方法 . 71 果与分析 . 71 膜肥料氮素溶出率 . 71 膜肥料钾素溶出率 . 79 膜肥料磷素溶出率 . 86 第五章 有机 /控释肥料 植物营养学评价 . 93 料与方法 . 93 试肥料 . 93 试作物 . 94 验土壤 . 94 验方法 . 94 样及样品测定方法 . 94 果与分析 . 94 机 控释肥料对大田小麦的影响 . 94 机 控释肥料对大田玉米的影响 . 103 壤剖面硝态氮淋溶特征 . 110 分 溶出 量与肥效相关关系分析 . 112 济效益分析 . 115 论 . 117 第六章 主要结论与创新点 . 119 要结论 . 119 新点 . 123 来方向 . 123 参考文献 . 124 致谢 . 1386 作者简介 . 1397 中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 的和意义 化肥对作物的增产作用日益突出。世界粮农组织 (统计表明， 20 世纪世界粮食增产的40 60%来自于肥料的贡献 (张毓钟， 1987)。美国育种学家、诺贝尔奖获得者 N. E. 全面分析了 20 世纪影响粮食生产的各种因素后，认为二十世纪世界农作物产量增加的一半来自于化肥的作用 (1997 )。我国专家认为在 40%左右 (曾宪坤， 1995)。化肥能调节和改善农产品品质。禾谷类作物施用以氮肥为主的穗肥，可明显提高千粒重和出粉 (米 )率，同时增加谷物中蛋白质含量和积累总量，增加小麦粉面筋含量，提高烘烤品质。但作为啤酒用大麦则以轻施氮肥为好，适量增施钾肥对麦芽的溶解度、澄清速度和色泽都有明显的促进作用。蔬菜和果实是人类摄取维生素和钾、镁的主要来源，也是铁、碘、锌、锰的重要来源。施用氮和磷能提高蔬菜中维生素 A 的前体化合物胡萝卜素和维生素 B 等含量 ;钾又称为品质元素，可提高番茄中维生素A 和维生素 C 含量，增加糖 /酸比例，同时增加蔬菜中的矿物质含量，对多种水果品质有良好的作用。 但由于世界人口众多，作物产量及品质难以满足人们需求。目前世界人口已达 60 亿，到 2030年世界人口将达到 70 亿，届时我国人口将达到 16 亿 (朱行， 2004)，人类对粮食的需 求压力十分严峻。此外，世界人均耕地为 顷，我国人均耕地为 顷 (赵其国等， 2002 )，随着城市建设和工业发展，我国耕地将不可避免地递减。要满足人的粮食需求，一条途径是开垦新的土地用于粮食生产，然而我国可供开垦的荒地有限；另一条途径是提高单位面积耕地的生产率，通过增加复种指数和增加化肥投入。虽然，现有常规化学肥料在农业生产作用中对粮食增产作用不可否认，但是，现有常规肥料养分利用率不高，肥料损失严重，其带来的环境问题已为世界各国所重视。世界研究资料统计表明，发达国家氮肥利用率为 40%60%，磷肥为 10%20%，钾肥为40%60%。我国研究表明，氮肥利用率平均为 30%40