基于表面聚合机制的高吸水性树脂包膜尿素的制备与水肥调控机理研究

根据节水农业水肥调控原理，应用现代高分子设计理论，在筛选聚合单体、引发剂、交联剂的基础上，通过表面聚合机制，制备高吸水性树脂包膜尿素，并对其进行性能优化，使肥料同时具有吸水、保水和养分缓释功能，把目前水、肥分离调控和复杂的农艺措施物化到肥料中，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利用效率，促进农业可持续发展；由于采用尿素表面聚合机制，使高吸水性树脂和缓释肥料生产工艺合二为一，大大节约了二者的制造和施用成本，改善了功能，提高了工效；项目还通过肥料性能、结构测试，室内模拟和田间试验评价肥料的水肥一体化调控效果并揭示其机理。该研究是对我国多年来节水技术成果、高吸水性树脂生产技术和缓释肥研究成果的综合和集成，在水肥综合调控理论、高吸水性树脂复合化、功能化改性和缓释肥制造方面都具有较大创新，对我国节水农业和缓/控释肥料理论和应用技术都具有重大促进作用。

提高水分和肥料的利用率是实现农业可持续发展的关键。本项目根据水肥调控原理，应用现代高分子设计理论，在筛选聚合单体、引发剂、交联剂的基础上，制得3种具有养分缓释性能的耐盐型高吸水性树脂（Super absorbent polymer，SAP），在此基础上，通过进一步工艺筛选和优化，基于原液反应表面聚合、表面接枝聚合机制制备了SAP包膜尿素和高吸水性树脂-壳聚糖（SAP-CS）复式包膜尿素，并对包膜肥料的理化性质、吸水保水特性、氮素缓释性能、水肥调控效果及其机理进行研究，得到如下的重要结果：.1）以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等为单体，制备的3种SAP都具有良好的吸水性、保水性、耐盐性和重复吸水性。SAP 对氮、钾养分有较好的吸附性能，与CO(NH2)2、NH4Cl和KCl配施后，能够有效降低肥料中氮、钾在土壤中的淋失量。2）SAP包膜尿素具有良好的吸水性能和养分缓释性能, 其性能由外包膜层的性质决定。包膜量10％时，P(AA-AM)、P(AA-AMPS)和P(AA-AM-AMPS)包膜尿素在去离子水中的吸水倍率约10g/g，氮素在水中24小时溶出率约为70%，7天溶出率约90%，4周土壤淋出率比尿素减少20%-27%；不管是在水中还是土壤中，包膜量越大，溶出率越小，缓释效果越好。3）SAP-CS复式包膜尿素的氮素24小时溶出率38%-56%，7天溶出率75%-94%，较SAP包膜尿素，吸水倍率增加近20%，24小时溶出率降低22%-25%，7天溶出率降低5 %-16%；SAP-CS复式包膜尿素与高吸水性树脂和尿素混施，4周氮素累积淋出率分别减少7%-29%。4）SAP包膜尿素具有显著的水肥一体化调控效果。与普通尿素比较，施用SAP包膜尿素玉米生物量增加8%-11%，水分利用效率提高9%-16%，氮肥利用效率提高23%-42%。.由于本项目采用尿素表面聚合机制，使高吸水性树脂和缓释肥料生产工艺合二为一，大大节约了制造和施用成本，改善了功能，提高了工效。该成果是对我国多年来节水技术、高吸水性树脂和缓释肥研究成果的综合和集成，在水肥综合调控理论、高吸水性树脂复合化、功能化改性和缓释肥制造方面都具有较大创新，对我国节水农业和缓/控释肥料理论和应用技术都具有重大促进作用。