海藻酸钠基缓释材料的制备及其土壤改良性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yiyucanqing
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近年来,随着农业的快速发展,土壤退化已经成为一个全球性的重大问题。在此背景下,对土壤进行有效的改良便成为了目前急需解决的重要问题。施用土壤改良剂可以有效改善土壤理化性质,但常规土壤改良剂存在制备过程复杂、制备成本高、不能对外界环境作出响应、降解难度大和对环境有害的缺点。因此,制备一种具有缓释功能的新型土壤改良剂对于改善土壤理化性质,对保障农业可持续发展具有重要意义。鉴于此,本文以海藻酸钠(SA)为载体,通过滴注法制备了装载腐殖酸(HA)的凝胶缓释微球,并通过与活性炭(AC)和壳聚糖(CS)复合来提升其缓释性能,为增强SA基土壤改良剂的利用效率并延长其使用时间,提供了一种低成本、简便易行的制备方法,在实际应用中具有潜在的应用前景。本文以SA和HA为原料,通过滴注法制备了SA@HA凝胶球,采用SEM、FTIR等现代分析方法对其进行了物化结构表征,并详细探讨了其缓释性能和土壤改良性能。研究结果表明,凝胶球大小均匀,直径约为1~2 mm,内部呈现出三维网状结构。缓释实验表明,凝胶球在前20 h内产生明显的“突释”现象,当溶液p H值从4.0增加到10.0时,20 h内HA的累计释放量由29.01%增加到80.27%,且在80 h逐渐达到缓释平衡。土壤实验表明,SA@HA凝胶球处理下红土、人工林土壤和盐碱土的最大持水量分别增加14.07%、16.86%和11.62%。修复50 d后,三种土壤中有效磷和速效钾分别有18.48~50.76 mg/kg和29.96~78.91 mg/kg的增加,说明SA@HA凝胶球可以有效提高土壤持水性能和改善土壤理化性质。种植实验表明,SA@HA凝胶球处理下的玉米和小白菜的株高相较于空白对照分别增加了2.16 cm和0.63 cm。由此可见,SA@HA凝胶球在土壤改良和作物生长促进方面具有潜在的价值和广泛的应用。为了改善SA@HA凝胶球在缓释过程中存在的“突释”问题,本文以AC为添加剂,将其与SA复合得到SA/AC@HA凝胶球。AC的掺入不仅可以提高SA基凝胶球对改良剂的固载,减少“突释”,还能用作土壤改良剂有效改善土壤理化性质。采用正交实验探究了SA、AC和Ca Cl2的比例对凝胶球缓释性能的影响,采用SEM、FTIR、XRD等方法对其进行了物化结构表征,并详细探讨了土壤改良性能。研究结果表明,当KOH和木炭(C)的比例为1:1时,活化得到的AC具有较大的比表面积和平均孔径,比表面积为2673.53 m~2/g,平均孔径为3.76 nm。缓释性能测定结果表明,SA,AC和Ca Cl2的质量比为1.5:1:5时制备的凝胶球具有最佳的缓释性能。在p H值为10.0的碱性缓冲溶液中,HA在20 h的释放量为40.65%,说明AC的加入有效减缓了HA的突释。当溶液p H值从4.0增加到10.0时,HA的累积释放量从31.89%增加到92.19%,说明SA/AC@HA凝胶球具有良好的p H响应性,且在碱性条件下趋于完全释放。土壤改良实验结果表明,经过50 d的修复,三种土壤中NH4+-N变化不大,有效磷、速效钾和有机质的含量分别有34.85~64.55 mg/kg、70.43~81 mg/kg和2.61~30.27 g/kg的增加。种植试验表明,SA/AC@HA凝胶球对玉米和小白菜的生长均有促进作用,可以为农作物的生长持续提供养分。为了赋予SA/AC@HA凝胶球更优异的缓释性能,论文通过层层自组装的方法制备了SA/CS/AC缓释膜(P-(SA/CS/AC)n)。探究了AC添加量对于膜力学性能的影响,采用SEM、FTIR、接触角等方法对其进行了物化结构表征,并详细探讨了其缓释性能和土壤改良性能。实验结果表明,加入1%AC的缓释膜具最好的力学性能。缓释结果表明,缓释700 h后随着p H值从4.0增加到10.0,HA的累积释放量由19.87%增加到66.72%,其相同释放量下的缓释时间约为SA/AC@HA凝胶球的6倍。土壤实验表明,P-(SA/CS/AC)n缓释膜能有效调节土壤的p H值,提高土壤养分和有机质含量。同时,种植实验表明,修复50 d后,三种土壤中的铵态氮、有效磷、速效钾和有机质含量分别增加2.91~28.62 mg/kg、46.97~70.43 mg/kg、55.89~77.01 mg/kg和12.47~22.5 g/kg。种植实验表明,P-(SA/CS/AC)n有效促进了农作物的根茎生长。综上所述,P-(SA/CS/AC)n在缓释、土壤修复和作物生长促进等方面的应用潜力得到了验证,为土壤处理提供了新的方向。
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