复合型尿素包膜剂的制备及控释性能研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aghiiuooo
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我国是农业大国,人多地少,可以用于耕地的土地约占我国面积的10%。在农业生产中施用化肥,使我国粮食短缺的问题得到了改善,化学肥料对我国农业的发展起到了关键的作用。随着普通化肥使用量的增加,粮食的单位面积产量却在下降,其原因就是普通肥料的利用率低、养分浪费严重。氮肥可以为作物提供生长过程中所需的氮素营养,提高作物产量,改善农产品的营养价值。资料显示,国外的氮肥利用率超过50%,但我国作为农业大国,对氮肥的需求巨大,利用率却只有35%-50%。氮肥的利用率低直接造成了我国近年来土壤环境的急剧恶化,伴随而来的还有资源的严重浪费。与其他氮肥相比,尿素的优势非常明显,例如有效养分浓度高、价格实惠、对土壤没有影响等。所以,通过制备低成本的缓/控释包膜尿素,能有效提高氮肥的利用率、节约资源、减少环境污染。本研究以可降解的聚醋酸乙烯酯(CX)和异氰酸酯(KX)为成膜材料,与乳化剂、增塑剂以及色素等助剂配制,制备复合型尿素包膜剂,通过单因素实验及正交实验确定制备的最佳条件;在最佳制备条件下制得复合型尿素包膜剂KSFCK-3,通过包膜普通尿素测定其养分的初期释放率、微分释放率、累计释放率和养分释放期来考察其控释性能,并与硫包膜尿素进行比较;探究尿素包膜剂KSFCK-3的p H、粘度、成膜性、成膜时间、衣膜水溶性、包膜均匀度、包膜脱落率等指标测定,探究尿素包膜剂的理化性质;探究温度、p H、肥水比等环境因素对包膜尿素养分释放的影响。以期为包膜尿素的研制、性能评价与应用提供科学依据。主要研究结论如下:(1)单因素实验与正交实验结果表明,复合型尿素包膜剂KSFCK-3的最佳制备条件为:成膜材料复合比(CX:KX)为2:1,成膜材料总用量为13%,乳化剂OP用量为0.9%,增塑剂磷酸三丁酯用量为1.8%,色素碱性品红用量为0.12%,溶剂乙酸乙酯用量为84.18%。(2)复合型尿素包膜剂的控释性能研究结果表明,KSFCK-3包膜尿素初期释放率为6.87%,符合欧洲标准委员会制定的缓/控释肥料行业标准以及我国缓释肥料标准(GBT23348-2009)初期溶出率≤15%的规定,而硫包膜尿素初期释放率为43.22%,不符合该规定;KSFCK-3包膜尿素的微分释放率为2.85%,是硫包膜尿素的3.03倍,说明KSFCK-3包膜尿素在施肥后期仍能持续的为作物提供养分,而硫包膜尿素后期的微分释放率则远小于KSFCK-3包膜尿素,持续供养不足;KSFCK-3包膜尿素28 d的累计释放率达到72.9%,符合(GBT23348-2009)缓释肥料国家标准28d累积释放率≤80%的规定,其累计释放曲线硫包膜尿素相比,肥效释放平缓,表明KSFCK-3包膜尿素能够持续地为作物提供养分,而硫包膜尿素在1-7 d内就释放了大部分养分,造成前期供肥过剩、后期供肥不足、多余养分流失;KSFCK-3包膜尿素的养分释放期为37.10 d,是硫包膜尿素的3.9倍。由此表明KSFCK-3包膜尿素具备良好的控释性能,且优于硫包膜尿素,不仅能满足作物生长的需肥要求,还能提高肥料利用率、节约肥料资源、减少环境污染。(3)KSFCK-3复合型尿素包膜剂的理化性质为:p H5.85,呈弱酸性,表明不会对作物的正常生长造成影响;粘度为9.50 m Pa·s-1,表明粘度低,适合包膜,且包膜效果较好;成膜性适中,可均匀成膜;成膜时间为7.1 min,说明能快速成膜,不仅能减少生产时间,节约生产成本,还有利于规模化生产;衣膜在水中完全不溶,缓/控释性能良好;包膜均匀度82.5%、包膜脱落率为6.88%,说明包膜的均匀度良好,包膜牢固,便于运输和贮存;KSFCK-3包膜尿素的耐潮性显著优于未包膜尿素,表明抗潮能力强,更有利于长期存放。(4)环境因素对KSFCK-3包膜尿素养分释放的影响体现在,养分释放率随着肥水比的增大而升高,随着温度的升高而升高,随着p H的增大而呈现先减小后增大的趋势,且温度对包膜尿素养分释放率的影响最显著。可见,环境因素对KSFCK-3包膜尿素养分释放有一定的影响,而研究表明硫包膜尿素受环境因素的影响更大。由此表明,在自然环境下KSFCK-3包膜尿素的缓/控释效果优于硫包膜尿素。
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