pH對環(huán)保型種衣劑殘留物影響的紅外光譜分析

王恩文 巫學(xué)文

摘要：采用高嶺土為土壤基質(zhì)，以自制的環(huán)保型種衣劑為研究對象，利用紅外光譜儀對其在不同酸堿性土壤中殘留物官能團(tuán)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1）環(huán)保型種衣劑在弱酸性的環(huán)境下，與土壤的作用以化學(xué)鍵合為主，隨著土壤環(huán)境向中性或弱堿性方向轉(zhuǎn)變，化學(xué)作用減弱；2）環(huán)保型種衣劑在弱酸性、中性及弱堿性的環(huán)境下，28 d左右即可自行降解，且?guī)缀鯚o殘留物。

關(guān)鍵詞：高嶺土；環(huán)保型種衣劑；殘留物

環(huán)保型種衣劑是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，不僅具備種衣劑保種、增產(chǎn)等特性，而且還可保證農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。良種包衣最早是1926年由美國學(xué)者Thornton和Ganulee提出，1930年由英國的Germains種子公司首次研發(fā)成功并迅速地商業(yè)化推廣應(yīng)用，[1]而我國對于種衣劑的系統(tǒng)研究始于上世紀(jì)70年代末。前期國內(nèi)外學(xué)者多關(guān)注的是種衣劑的研發(fā)以及保種、增產(chǎn)作用，就我國而言，僅上世紀(jì)末就有大豆[2]、玉米[3]、白菜[4]、水稻[5]、花生[6]、牧草[7]等上百種種衣劑研發(fā)成功并得到推廣應(yīng)用。對于種衣劑副作用的系統(tǒng)研究，是本世紀(jì)初才逐漸被重視，亦是研究環(huán)保型種衣劑的基礎(chǔ)。

因此，本研究利用紅外光譜儀對其在不同酸堿性土壤中殘留物官能團(tuán)進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

自制環(huán)保型種衣劑[8]，溴化鉀（KBr，GR），高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O，CP）。

1.2 分析方法

取待測土樣在60℃條件下干燥，而后進(jìn)行FTIR分析。采用紅外光譜法測量樣品時，待測土樣與固溶劑（KBr）應(yīng)合理壓片，有效避免量測光譜時出現(xiàn)克里斯坦森效應(yīng)[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同pH值的土壤環(huán)境

2.1.1 試驗方法

分別取5種不同酸堿性的土壤放入5個培養(yǎng)皿（150 mm）中，并按m種衣劑 ： m土壤 = 1：20的比例添加環(huán)保型種衣劑，混勻、FTIR檢測分析。

2.1.2 結(jié)果及討論

圖1為環(huán)保型種衣劑與不同酸堿性土壤混合后樣品，以及土壤基質(zhì)（高嶺土）、環(huán)保型種衣劑紅外光譜對比圖。從中可知：1）用pH值為4.5～6.5水溶液處理過的高嶺土與環(huán)保型種衣劑混合后，土壤樣品的紅外光譜曲線的峰形較高嶺土及環(huán)保型種衣劑的，有較大變化，說明此時土壤與環(huán)保型種衣劑并非是簡單的物理混合作用，而存在一定的化學(xué)結(jié)合反應(yīng)；2）用pH值為7.5～8.5水溶液處理過的高嶺土與環(huán)保型種衣劑混合后，隨著水溶液pH值的上升，環(huán)保型種衣劑的特征吸收峰（3413 cm1、1578 cm1、1416 cm1）及高嶺土的特征吸收峰（1112 cm1、895 cm1、742 cm1、566 cm1、471 cm1）逐漸凸顯，表明隨著處理高嶺土的水溶液pH值向中性偏堿性的轉(zhuǎn)變過程中，土壤與環(huán)保型種衣劑的化學(xué)鍵合作用減弱。這主要是因為殼聚糖（環(huán)保型種衣劑主要原料）不溶于中性和堿性溶液[10]，所以導(dǎo)致環(huán)保型種衣劑與偏堿性的土壤混合時，殼聚糖析出，以致于土壤與殼聚糖的化學(xué)鍵合作用減弱。

2.2 作用時間

2.2.1 試驗方法

分別取5種不同酸堿性的土壤放入5個培養(yǎng)皿（150 mm）中，并按m種衣劑 ： m土壤 = 1：20的比例添加環(huán)保型種衣劑，混勻，而后將上述5個土樣在恒溫（20℃）恒濕（相對濕度為80%）的條件下，利用紅外光譜儀每隔7 d取土樣進(jìn)行殘留物分析，連續(xù)取樣5次。

2.2.2 結(jié)果及討論

圖2為環(huán)保型種衣劑在不同酸堿性土壤中施用后，每隔7 d的土壤樣品的FTIR分析對比圖。從中可知：1）環(huán)保型種衣劑在恒溫恒濕條件下，降解速率較快。第7天時即可發(fā)現(xiàn)土壤的紅外光譜曲線峰形發(fā)生改變，且隨著作用時間增加，高嶺土的特征吸收峰（1112 cm1、895 cm1、742 cm1、566 cm1、471 cm1）逐漸凸顯，而環(huán)保型種衣劑的特征吸收峰（3413 cm1、1578 cm1、1416 cm1）逐漸減弱，表明環(huán)保型種衣劑可自行降解；2）環(huán)保型種衣劑降解速率快，且無殘留物。試驗至第28天時土壤的紅外光譜曲線所對應(yīng)的峰值、峰形與高嶺土FTIR圖（如圖1所示）相似，說明土壤中環(huán)保型種衣劑降解較為完全，幾乎殘留物，且其降解速率、降解產(chǎn)物不受弱酸、中性及弱堿土壤環(huán)境的影響。

其中（a）為pH 4.5的土樣；（b）為pH5.5的土樣；（c）為pH 6.5的土樣；（d）為pH 7.5的土樣；（e）為pH 8.5的土樣

3 結(jié)論

本研究利用紅外光譜儀對環(huán)保型種衣劑在不同酸堿性土壤中殘留物官能團(tuán)進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

1）環(huán)保型種衣劑在弱酸性的環(huán)境下，與土壤的作用以化學(xué)鍵合為主；

2）在中性或弱堿性的環(huán)境下，與土壤之間的化學(xué)鍵合作用隨pH值的上升而減弱；

3）環(huán)保型種衣劑在弱酸性、中性及弱堿性的環(huán)境下，28 d左右即可自行降解，且?guī)缀鯚o殘留物，因此亦佐證了其環(huán)保特性。

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基金項目：貴州省教育廳自然科學(xué)研究重點項目（黔教合KY字[2013]177）

作者簡介：王恩文（1982），男，博士，副教授，主要研究方向為礦物綜合開發(fā)與應(yīng)用。