椰糠基保水剂对娄土持水性能影响研究

发布时间：2020-09-03 07:51

　　近年来水资源匮乏严重制约了陕西关中地区的发展,而当地农业用水又是水资源中重要的组成部分,因此节水农业现代化是关中地区水资源高效利用必然趋势。保水剂由于其吸水倍率大、持水能力强、制备简易等特点获得农林业广泛关注。同时保水剂的施用效果受多种因素的影响,主要包括保水剂自身属性、土壤物理和化学特性、保水剂适用比例和深度和使用季节等。本研究选取椰糠为原材料的椰糠类土壤保水剂,结合室内基础试验与室内土壤环境模拟,分别以1%、5%和15%的3种用量将保水剂施入土壤分,初步探讨3种保水剂对陕西娄土物理性质及水分分布的影响,研究其中的相互作用机理,以期为农林生产中椰糠基保水剂的品种选择与施用比例等问题提供理论依据。基础试验主要测定3种保水剂的自身性质,包括吸水、脱水速率的测定、亲水性试验、吸水倍率测定等。室内土壤环境模拟部分是探讨不同比例保水剂施用对土壤容重、总孔隙度、有效水分等土壤水分物理性质,以及土壤水分特征曲线所包含的饱和与残余含水量、比水容量与抗旱性、模型参数值如土壤进气值等的影响;以自制椰糠基保水剂的3种用量为出发点,研究保水剂对土壤水分及物理特性的作用效应,从土壤物理参数、土壤持水性和有效水等方面综合分析椰糠基保水剂对土壤的影响,从而实现其持水性的增强效果,为关中农业水资源高效利用的现实生产作业提供一定指导意义。研究获得以下的结论:(1)椰糠粉(CBP)的性能受颗粒直径影响不大,20-150目的吸水倍率相等,为9.1g/g,且干湿交替试验证明CBP具有较好的重复吸水性;固液比1:8,氨水初始浓度为20 wt%,140℃下反应3小时的氨化椰糠粉(AM/CBP)最适合做保水剂,吸水倍率为19.9g/g,远高于对照组;柠檬酸浓度为2.38 mol/L,120℃反应35 min的柠檬酸/椰糠粉(CA/CBP)吸水倍率为20.3 g/g,同样高于对照组。亲水性试验也证明,CA/CBP接触角小于10°,亲水性最好,AM/CBP次之,接触角为14.81°,CBP最差,接触角为43.13°。(2)3种椰糠基保水剂均能减少土壤容重,从提高土壤熟化度与总孔隙度分析,CBP组中5%CBP-MIXED土壤容重为1.17 g/cm~3更符合实际的应用。AM/CBP组中5%AM/CBP-MIXED和15%AM/CBP-MIXED两个施加量较为合适。CA/CBP组中也以5%与15%两种比例较为合适。(3)土壤水分特征曲线的测定发现,CBP、AM/CBP与CA/CBP均能增强土壤同一吸力下的含水量与饱和含水量,且这种趋势随着施加比例的增加而增加。残余含水量除了1%CBP-MIXED以及1%AM/CBP-MIXED与对照相同外,也符合此规律。1%CBP-MIXED、5%CBP-MIXED和15%CBP-MIXED的土壤含水量较对照组土壤含水率依次增加了0-12.5%、19.3%-310.7%和34.7%-520.1%。3种比例的AM/CBP-MIXED土壤含水量增长由低到高依次为0-193.1%,21.7-381.7%和31.6%-604.3%。CA/CBP-MIXED组则为3.80-41.5%,29.1-200.1%和41.8-301.2%。同一比例下,AM/CBP与CA/CBP对土壤含水量的增幅强于CBP。(4)Gardern-Russo模型拟合能较精确地拟合3组保水剂的土壤水分特征曲线,3种保水剂的施加均能增加土壤的进气值;改性后的保水剂对增强土壤进气值方面没有积极影响,同一比例下,CBP-MIXED进气值大于AM/CBP或CA/CBP。(5)从增加娄土有效水含量的角度方面分析,15%是CBP的最佳施加比例,其失水速率最慢,抗旱性最好。AM/CBP在5%的施加比例下拥有较大的田间持水量和总有效利用水,较低的不可利用水,是最佳施加比例。CA/CBP-MIXED组土壤有效水性能与保水剂施加比例也呈较规律的关系,实际应用中需要具体情况所需的土壤状况,来选择合适的CA/CBP施加比例。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S482.99;TQ421
【部分图文】：

照片,椰糠,照片

4倍图2.1 椰糠粉在不同放大情况下的SEM照片Figure 2.1 SEM photos of the surface of coconut bran powder图2.1 是椰糠粉在两种放大情况下的SEM照片，由图可以看到椰糠粉的结构呈疏松多孔的网状结构，这些网状结构虽然形状并不统一，但能较大程度的吸收和保持水分。从而帮助土壤提升它的最大吸水倍率，并在干旱高温的情况下较好的保持水分不流失。2.2.2 FT-IR 分析考虑到土壤酸碱性的影响，试验分别测定了CBP在酸性、碱性及中性条件下表面化学官能团的变化。图2.2分别为CBP/H3O+，CBP和CBP/OH-的傅立叶红外光谱图。在图2.2中，曲线(b)为CBP的IR谱图，1385 cm-1处为-COO-的对称吸收峰

FT-IR谱

图2.2 CBP/H3O+(a)，CBP(b)和CBP/OH-(c)的FT-IR谱图Figure 2.2 FT-TR spectra of CBP/H3O+(a),CBP (b) and CBP/OH-(c)对椰糠粉吸水性和保水性的影响于人工合成的保水剂性质受制备条件影响，天然保水剂的性能如CBP可粒径的影响。将粉碎后椰壳砖用20目、90目和150目的筛子过筛，得到BP150型3种椰糠粉。取1.0g上述样品分别放入已经称量的尼龙茶袋中，，每隔一分钟拿出茶袋，并贴壁数次直到没有吸收的水挂出，放入天平中程中，随着时间的推移，吸水茶袋的质量增大的速率逐渐减小，当其质，每隔四分钟称量一次。以此类推，每隔8 min、30 min、60 min钟称量茶袋的质量不在随时间增加而增加。将每组数据绘制成相应的吸水质量线。粒径的CBP在脱水时表现也可能存在差别，将CBP20、CBP90、CBP150的法在水中吸水若干小时后使其吸水达到饱和，再放入30 ℃的恒温烘箱中

娄土,接触角测量

施加量却是前者的3倍，结合经济成本考虑，尽可能增加混合土的亲水性，5%CBP是合适的施加配比。图2.5 纯娄土(a)、1%、5%和15% CBP-MIXED(b、c、d)的接触角测量Figure 2.5 Measurement of contact angles of pure Lou (a) 1%, 5% and 15% CBP-MIXED(b,c,d)2.2.6 土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线的斜率即单位基质吸力的变化引起的含水量变化，称为比水容量(C)，是反映土壤持水性能的重要参数。同一吸力下，土壤的含水率越大，C值越小，表示其持水性越好。图2.6是样品土脱湿条件下的土壤水分特征曲线，由图2.6可以看出，在低吸力阶段，各组土样含水量随着吸力的增大而快速下降，此时影响土壤持水能力的因素主要是土壤孔隙造成的毛细管力，其中纯娄土的曲线最陡峭，斜率最小，同一吸力下的土壤含水率最小；15%CBP 混合土壤(15%CBP-MIXED)的曲线最平缓

【参考文献】