农业信息技术近年来快速发展,作为其主要内容之一的测土配方施肥技术也随之得到广泛重视。在配方施肥实现过程中,最基础同时也是最重要的工作就是实时、有效的掌握研究区域的土壤养分供应能力和分布状况。传统的土壤养分提取过程费时、费力,且测得的养分值不能较好的反应土壤供应作物养分的真实能力。离子交换树脂技术作为一种新型的土壤养分提取技术,具有快速、准确提取土壤养分的能力,不受地域和时间的限制,测定的土壤养分值与作物的养分吸收量有较好的相关性。有鉴于此,本文研制了一种新型的可同时从土壤中提取作物生长过程中所需的阴离子和阳离子养分形态的双极性离子交换树脂膜,同时对这种双极性膜的物理机械性能、动态吸附及解吸特性及其在溶液和土壤介质中的吸附、解吸特性进行了研究,考察了双极性膜的养分吸附量与植物的养分吸收量之间的关系。摘要如下:　　 1.以亲水性聚乙烯醇、强酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂为原料,采用模具成型法,研制成双极性离子交换树脂膜。本文研究了实验室内制膜所用到的聚乙烯醇的浓度、离子交换树脂粉末用量、交联剂种类以及选定的交联剂浓度对双极性离子交换树脂膜物理、化学性质的影响。在具体成膜过程中,分别尝试采用明胶、海藻酸钠、硼酸、硼砂、戊二醛等改性剂及交联剂完成树脂膜的合成,结果表明只有戊二醛这种交联剂可以较好的将混有离子交换树脂粉末的聚乙烯醇凝胶交联起来形成双极性离子交换树脂膜。树脂膜的吸附量和遇水膨胀率均与树脂膜的交联度呈负相关。同时,在树脂膜配方确定过程中,通过对树脂膜的物理、化学性能的考察,排除了明胶在双极性离子交换树脂膜合成过程中改善膜的物理外形的有效性,确定了适合树脂膜合成的配比:聚乙烯醇凝胶的使用浓度为9％(W/W),交联剂的最佳交联浓度为1％,此条件下合成的双极性离子交换树脂膜的遇水膨胀率为167.7％,具有较好的物理机械性能。在离子交换树脂膜的合成过程中,同时加入阴离子交换树脂、阳离子交换树脂,制得的双极性离子交换树脂膜具有同时吸附阴离子与阳离子的能力,可实现对NO3、NH4+、K+、H2PO4的同时提取。　　 2.通过改善双极性膜的成型方式,可改善单片双极性膜外形均一性。采用外形改善后的双极性膜用于化学吸附、解吸试验,发现双极性膜吸附的离子容量分别占同极性离子交换树脂粉末容量的55％,容量可满足使用要求。在双极性膜对离子进行吸附的试验中发现,K+与NH4+两种离子之间存在竞争吸附,K+的竞争力略大于NH4+；NO3-与HzPO4-之间也存在竞争吸附,NO3-的竞争力大于H2PO4-。研究结果还表明,双极性离子交换膜可被重复利用。　　 3.进一步改进本试验中双极性膜的成型方式。此时,每片双极性膜片的风干重为1.25g,外形尺寸为25mm×20mm×2.0mm。利用这种双极性离子交换树脂膜所进行的连续动态吸附、解吸试验结果表明,在400min的范围内,与树脂膜吸附位点亲和力较强的离子,吸附过程曲线符合直线方程；亲和力相对较弱的离子,吸附曲线符合对数方程；而所有离子的连续解吸过程曲线在140min的研究范围内均符合对数曲线方程。在利用双极性膜对溶液中的离子进行化学吸附的过程中,不但确定双极性膜对NO3-、K+、Ca2+、H2PO4-在预设浓度溶液中的吸附量、解吸量,同时还发现同性离子之间存在竞争吸附,吸附的充分平衡时间为72h,解吸时间为3h。　　 4.研制的双极性离子交换膜在土壤中的实际应用情况。将双极性膜埋入不同肥力水平的3种土壤内,进行养分吸附的结果表明双极性膜在对土壤养分的吸附,土壤养分含量、吸附时间及土壤含水量均对双极性膜的养分吸附量产生影响,且影响力依次减弱。在利用双极性膜对土壤中的硝态氮和有效镁的进行吸附的过程中,3d的吸附时间可达吸附平衡,而对速效钾、有效磷和有效钙的吸附,则需要更多的时间才能达到平衡。当土壤含水量在55％以上的时候,土壤含水量不再成为双极性膜在土壤养分吸附过程中的限制因素。通过土壤养分吸附试验,确定了双极性膜在不同时间段对土壤中不同含量水平的硝态氮、速效钾、有效磷、有效钙和有效镁的吸附量。同时,通过盆栽试验证明,利用双极性膜进行养分吸附所获得的养分吸附量与苗期水稻植株内的养分含量具有较好的相关性。