硅基膜材在红壤中的控释机理研究

选用硅酸盐和微量元素盐类氯化钙或氧化钙为基础材料，研究二者在不同条件下的成膜工艺，并通过微观检测（SEM、XRD、IR）和宏观分析（养分释放特征）对成膜工艺进行优化；选用优化的成膜工艺包被尿素，研究红壤环境条件（温度、含水量、养分等）对硅基包膜尿素养分释放的影响，揭示红壤影响硅基膜材控释性能的关键因子，阐明硅基膜材的控释机理；通过分析硅基膜材在红壤中的分解情况、对红壤中氮素挥发、酶活性、硝酸盐和亚硝酸盐积累的影响，明确硅基膜材的环境友好功能。为控释肥大面积产业化和红壤区高值农业的持续发展提供科学理论基础。

按照任务书的要求，在完成项目规定任务的同时，还开展了硅基膜材包膜控释肥料在水稻上的减施增效技术研究、硅基膜材包膜控释肥料在减施条件下与不同施肥模式比较研究。优化筛选出最佳的成膜工艺，阐明了红壤环境条件对硅基膜材控释养分的关键影响因子，探讨了红壤条件下硅基膜材对养分的控释过程和能力，提出了南方双季稻专用硅基包膜控释肥配方技术和制备技术。发表核心学术论文8篇，已投稿接受论文2篇；授权国家发明专利1项，申请受理1项；获得省部级科技奖励3项。.研究的主要成果结论如下：甲基硅酸钠改性硅丙树脂包膜尿素（OSBA-CRU）、甲基硅酸钠粘结型钙镁磷肥包膜尿素（OS-CRU）和甲基硅酸钠密封型钙镁磷肥包膜尿素（OPS-CRU）系列肥料之间均随包膜厚度增加养分释放期逐渐延长，表现出良好的透过性。三种硅基膜材在25℃水中浸泡时间均可达到60天以上，在水中能保持完整球形，耐水性相对较好。. 不同材料包膜尿素的单个颗粒养分释放特征明显不同，以树脂类物质（硅丙树脂）为主要成膜材料的单个颗粒释放特征为缓慢累积释放过程，以胶黏剂粘结无机材料（硅钙镁磷肥）为主要成膜物质的单个颗粒释放特征为稳定中瞬间释放过程。但是无论哪一种材料最终在群体释放特征上均符合一级动力学方程，单个颗粒肥料之间表现出良好的互补叠加效应。包膜肥料养分释放快慢根本原因取决于所需要活化能的高低，OSBA-CRU、OS-CRU和OPS-CRU养分释放过程所需的活化能分别为38.03 kJ.mol-1、31.23 kJ.mol-1和16.03 kJ.mol-1，在水蒸汽压和渗透压作用下，有机包膜材料主要通过微孔释放养分，无机包膜材料主要通过孔洞和裂缝释放养分，同时无机包膜材料还受其本身性质、膜厚度以及致密性的影响，是水蒸汽压差和材料本身相互作用的结果。.包膜尿素与普通尿素在30%—100%任意比例配伍对单季水稻产量的影响有所差异，其中在高肥力田以配施70%以上包膜尿素效果较好，在低肥力田以配施50%以下包膜尿素相对较好。控释尿素配施比例增大可以显著提高吸氮量和氮肥利用率，每增加一个百分点，吸氮量和氮素利用率分别提高0.5 kg.hm-1和0.28%。吸氮量的增加源于控释尿素释放的延缓和微生物周转速率、周转量的增加，配施量越大，养分释放时间越长，存留于土壤中的养分越多。一次性基施全量控释肥处理的产量达到了分次施肥处理的产量水平。