保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征

【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作用,对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺-丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂(PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度1~256 mmol/L的尿素、NH4^+、Na^+、K^+、Mg^2+、Ca^2+、Fe^3+、Al^3+溶液。称取保水剂0.3000 g于75μm尼龙袋中,分别置于以上各系列溶液和去离子水300 mL中,静置12 h。取出保水剂袋,沥水30 min,以差减法测定保水剂吸水倍率和对溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从1 mmol/L增加到256 mmol/L时,尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显著下降,而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降,保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈显著幂函数的减函数关系,最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加,P(AA-AM)的最大吸附量:尿素64.66 mmol/g、Na^+45.24 mmol/g、K^+34.26 mmol/g、NH4^+32.63 mmol/g、Mg^2+30.09 mmol/g、Ca^2+23.96 mmol/g、Fe^3+8.07 mmol/g、Al^3+12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用Freundlich等温吸附模型表征,对三价阳离子的吸附特征可用Langmuir等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对P(AA-AM)吸水倍率的影响均小于其对PAA的影响(P<0.05),一价阳离子对P(AA-AM)和PAA影响差异不明显(P>0.05)。P(AA-AM)吸附尿素和阳离子的能力要大于PAA(P<0.05)。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于阳离子,而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率,阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸附量,也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺-丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚丙烯酸盐型保水剂(PAA)。因此,把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜,但不适宜包裹盐类肥料。

保水剂在城市园林绿化中的应用研究现状与展望

在我国,水资源短缺已经成为制约城市可持续发展的重要因素。节约城市用水,提高园林用水的利用率是我国城市园林发展的必然趋势。保水剂是一种含强亲水性基团并经过适度交联的功能高分子材料,能吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分,且保水保肥能力显著,近年来在城市园林绿化中越来越受到重视。在简要介绍保水剂发展概况的基础上,重点综述了保水剂在城市园林绿化中的应用研究现状,并对保水剂在城市园林绿化应用中存在的问题和发展前景进行了探讨。

水肥调控技术及其功能性肥料研究进展

综述水肥调控的有关技术,以及以高吸水性树脂(super absorbent polymer,SAP)为保水、缓/控释材料制备保水型缓/控释肥料的研究进展,为今后此类肥料的开发、应用提供依据。水分和养分是限制我国旱地农业可持续发展的主要因子,以肥调水,以水促肥,充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键。目前,水肥调控(耦合)技术的实施主要通过农艺措施和施肥灌溉技术来完成。近年来,随着SAP性能的不断改善和使用的普及,人们对SAP在吸水保水的同时,对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视,以SAP为保水、缓释材料的保水型缓/控释肥料的研究成为水肥调控研究的热点。SAP与一般聚合物不同之处是它具有高度亲水性,聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,进入树脂分子内的养分离子或分子可以以各种结合形式被暂时固定而延缓了养分的释放。土壤中可溶性盐对SAP吸水性能有重要影响,但尿素分子影响甚小。保水型缓/控释肥料可通过养分负载、复混或包膜等工艺制备。保水型缓/控释肥料是水肥调控(耦合)技术、化学制剂保水节水技术和肥料缓/控释技术的综合运用和物化的载体,兼具吸水、保水和养分缓/控释功能,实现水肥在同一时空条件下的一体化调控,同时提高水分和肥料的利用效率,在农业、林业、环境修复、生态工程等领域具有广阔的应用前景。未来工作是进一步寻求合适的SAP制造原料和工艺,降低成本;应用分子设计,改善SAP的结构,提高生物降解性,控制盐分的不利影响,提高肥料的吸水、保水和对养分的缓释性能;加强养分释放机理和不同于普通缓/控释肥料评价方法的研究。

不同结构高吸水树脂的制备与性能研究

采用水溶液聚合法,以丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸为反应单体,制备了3种高吸水树脂聚丙烯酸-丙烯酰胺(P(AA-AM))、聚丙烯酸-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸(P(AA-AMPS))和聚丙烯酸-丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸(P(AA-AM-AMPS)),系统考察了反应条件对高吸水树脂吸水和吸盐水性能的影响,并研究了3种高吸水树脂在不同浓度的KCl、CaCl2和FeCl3中的吸水性能。结果表明:反应条件对不同高吸水树脂吸水性能的影响具有相同的趋势,但不同高吸水树脂的最佳反应条件不相同,P(AA-AM)、P(AA-AMPS)和P(AA-AMAMPS)的最佳反应条件分别为:中和度75%、65%和80%;交联剂用量都为单体总质量的0.02%;引发剂用量为单体总质量的0.20%、0.24%和0.20%;不同高吸水树脂受离子溶液的影响程度不同,P(AA-AM)<P(AA-AMAMPS)<P(AA-AMPS);不同溶液对高吸水树脂吸水能力影响也不相同,FeCl3>CaCl2>KCl。

减量施肥条件下甜玉米产量效应与农田氮、磷流失特征

从农田面源污染产生的源头入手,研究减量施肥条件下甜玉米的产量效应和氮、磷流失特征,寻求防控甜玉米农田氮、磷流失的减肥增效措施。通过田间试验,设置(1)不施肥(CK);(2)常规施肥(CF);(3)配方肥(FF);(4)配方肥+有机肥(OFFF);(5)配方肥+生物炭(BFF);(6)配方肥+控释尿素(CRUFF);(7)尿素+控释BB肥(UCRF)。结果表明:在氮肥用量减少20%条件下,处理CF与FF、BFF、CRUFF之间并无显著差异,而与处理OFFF、UCRF间达到显著差异(P<0.05),OFFF、UCRF分别较CF增产达17.8%、16.8%。甜玉米生育期地表径流总氮浓度和流失量呈逐步下降趋势,CF氮素流失总量最大,达到3.54 kg/hm^(2);减量施肥条件下农田氮素流失总量显著降低,降幅为18.4%~45.5%,其中以CRUFF最为显著,其次为UCRF、OFFF和BFF;减量施肥条件下,OFFF、FF、UCRF处理总磷流失量显著降低(P<0.05),降幅为46.7%~60.0%,其中以OFFF最为显著。浅层地下水氮磷浓度能一定程度反映农田氮磷渗漏情况。甜玉米生育期CF处理浅层地下水氮磷浓度最高,分别达到45.85 mg/L和4.10 mg/L,而CRUFF生育期总氮浓度最高为22.79 mg/L,较CF降低50.3%,CRUFF生育期总磷浓度最高为2.73 mg/L,较CF降低33.4%。浅层地下水中氮素是以铵态氮为主要存在形态。与传统施肥比较,以减氮20%为目标的配方肥(21.2-6.36-18.42)及其分别与控释尿素、控释BB肥、有机肥配施不仅可以获得高产,而且能有效防控农田氮磷流失,减少面源污染风险。