新型兼具吸水保水和养分缓控释性能的生物降解高分子材料研究

1、新型兼具吸水保水和养分缓控释性能的生物降解高分子材料研究传统含营养元素农用材料广泛使用不仅会导致材料利用率低,还污染环境。为了解决这些问题,缓/控释材料被提出,得到了人们广泛的关注。与传统农用材料相比,缓/控释材料具有可提高材料利用率、增加作物产量、减少环境污染等优点。目前在农业生产中施用的缓/控释材料主要有包膜缓/控释材料和脲甲醛缓/控释材料两种。包膜型缓/控释材料存在生产成本高和膜材料不易生物降解等缺点。脲甲醛缓/控释材料虽然具有较好的生物降解性能,但是它的养分释放周期较长,往往难以满足作物的需肥周期,且养分单一。而生物降解高分子材料是一种新型的高分子缓/控释材料,其可在微生物的作用下控制

2、养分的释放,不仅具有很好的养分缓释特性,而且能够实现完全生物降解,可减少对环境的污染。但是,它们的生物降解机理、实际应用效果以及养分淋溶损失情况仍无做系统性研究。本论文以山西省高分子复合材料工程技术研究中心研发的三种类型含多种营养元素的生物降解高分子材料作为研究对象,通过番茄盆栽实验和土柱淋溶实验系统研究了它们的生物降解机理、实际应用效果以及养分淋失情况,这为生物降解高分子材料在农业上的实际应用奠定了理论基础。具体研究内容和结果如下:(1)利用番茄盆栽实验研究了含NPKf£物降解高分子缓释材料(PSRF、PSRF与含小麦秸秆吸水树脂(SAP<sub>WS</sub&

3、gt;简单物理混合的生物降解高分子材料(PSRF+SAP_WS)PSRFWSAP_WS过化学键形成的具有半互穿网络结构的吸水保水生物降解高分子材料(SI-PSRF/SAP_WS)这三种材料本身的结构性质对其生物降解性能以及养分缓释性能的影响。本研究通过扫描电子显微镜（SEM、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD、X射线光电子能谱（XPS等表征与测试手段证实：PSRF本身的线性亲水结构易被微生物降解或水解,导致其氮和磷养分缓释效果是最差的;对于PSRF

4、+SAP_WS,SAP<sub>WS</SU降解仅发生在侧链基团上,较难降解，但是其会吸附PSRFW解释放的小分子或离子，从而增强了PSRF+SAP<sub>WS</s流介系统氮和磷养分的缓释性能;SI-PSRF/SAP<sub>WS</sub本身的三维半互穿网络结构,不仅能吸引更多的微生物,促进了SAP_WS降解,还能有效地控制氮和磷养分的释放,显著提高了它的生物降解性能和养分缓释性能。（2）在前面已经通过番茄盆栽实验研究了PSRFPSRF+SAP&l

5、t;sub>WS</si®>SI-PSRF/SAP<sub>WS</sub三种类型生物降解高分子缓释材料降解机理以及养分缓释性能。而养分缓释性能的差异势必会对土壤和植株产生不同的影响。因此,进一步研究了这三种生物降解高分子材料对土壤理化性质、微生物学性状、植株生理特性以及番茄产量和品质的影响,并分析了这些指标之间的相关性。实验结果表明:施用不同生物降解高分子材料均可不同程度地改善土壤理化性能、提高土壤酶活性、改善番茄品质和提高番茄产量。其中,SI-PSRF/SAP<sub>WS</sub能够更有效地提高土壤含水量、调节土壤pH（趋

6、于7.0）、调控土壤养分平衡、增加土壤有机碳含量、提高脲酶活性,其次是PSRF+SAP<sub>WS</si®>PSRF止匕外,SI-PSRF/SAP<sub>WS</sub处理的植株生理特性以及番茄品质和产量都是最优的，其产量增加了2.7彳,其次是PSRF+SAP_WSPSRF产量分别增加了1.6和1.2倍。综合以上结果表明，SI-PSRF/SAP<sub>WS</sub在番茄盆栽试验中的应用效果是最佳的。（3）通过土柱淋溶实验考察了三种生物降解高分子材料中养分淋溶损失的情况。实

7、验结果表明,不同材料处理对淋溶液的pH值和电导率影响显著,随着淋洗次数的增加,pH值和电导率先显著增加,后趋于稳定。此外,不同材料处理的养分淋失量先增加后减少。不同处理中氮淋失量大小顺序为:PSRF&gt;PSRF+SAP_WS&gt;SI-PSRF/SAP_WS&gt;咻的淋失量大小顺序为:PSRF&gt;PSRF+SAP_WS&gt;SI-PSRF/SAP_WS&gt;CK不同材料处理中钾的淋失