富硒型農(nóng)林保水劑的制備與應用研究

韓帥 石博文 郭佩華 張晗 單文榮

摘要：硒，能夠有效提升農(nóng)作物如棉花、小麥等的產(chǎn)量與品質。不過，傳統(tǒng)硒肥毒性大、環(huán)境風險高，這使開發(fā)具有緩控釋硒肥功能的復合材料備受關注。本研究以硒礦粉為基質材料，采用水溶液共聚法制備富硒型農(nóng)林保水劑，所制備的產(chǎn)品吸純水倍率480倍，吸生理鹽水倍率38倍，具有良好的吸水保水與緩釋硒肥功能。包衣發(fā)芽試驗表明，該產(chǎn)品能有效提升棉花與小麥種子的出芽率，展現(xiàn)出良好的應用前景。

關鍵詞：富硒礦粉;保水劑;緩釋;出芽率

硒，能夠有效提升農(nóng)作物如棉花、小麥等的產(chǎn)量與品質。目前，農(nóng)業(yè)硒肥主要包括硒礦粉、硒酸鈉等，肥效明顯、價格便宜，但毒性大、肥效利用率低，甚至容易引發(fā)環(huán)境風險[1]。因此，開發(fā)安全高效的新型硒肥，尤其是具有緩控釋硒肥功能的復合材料，提高硒肥的利用率，具有良好的經(jīng)濟與環(huán)境價值。

農(nóng)林保水劑，是一類具有立體網(wǎng)狀結構的高分子聚合物，能夠快速吸收幾十倍甚至幾百倍的雨水或澆灌水而呈凝膠狀，進而提升土壤的吸水保水能力，在土壤改良、旱地農(nóng)作、園林綠化等領域得到廣泛應用[2]。不過，目前的保水劑仍存在功能單一等問題。本研究將農(nóng)林保水劑與富硒技術相融合而構建一種可緩釋硒肥的新型保水劑，使所制備產(chǎn)品具有節(jié)水保水功能的同時，還能夠緩釋硒肥，在富硒農(nóng)業(yè)、土壤修復等領域具有良好的應用前景。

1. 實驗原料與儀器

硒礦粉（80目，硒含量 2.8%），購自湖北硒金農(nóng)業(yè)科技有限公司;丙烯酸、丙烯酰胺、過硫酸鈉、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、氫氧化鉀，均為分析純，購自上海阿拉丁有限責任公司。

樣品的紅外光譜采用美國賽默飛世爾Nicolet Summit型紅外光譜儀測繪，硒含量采用上海美析AFS-680原子熒光分光光度計測定。

2.實驗過程

稱取適量的硒礦粉加入250 ml柱形玻璃反應器中，再加入150 ml蒸餾水，強烈攪拌。氮氣保護條件下，加入采用10 % 氫氧化鉀溶液中和的丙烯酸12 mL， 依次加入聚合單體丙烯酰胺14.0 g，過硫酸銨0.16 g， 亞硫酸氫鈉0.16 g，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0.02 g。在55℃水浴中引發(fā)反應，并熟化2 h，得到水凝膠塊體。將該塊體剪碎、干燥，即得到富硒農(nóng)林保水劑產(chǎn)品。

3. 吸液性能測定

樣品的吸純水與生理鹽水倍率采用JCT 2412-2017 農(nóng)林用礦物復合保水劑國家標準測定。

4. 種子包衣與出芽率測試

以小麥與棉花種子作為模型作物，保水劑的種子包衣參考相關文獻進行[3];關于出芽率測試，按照GB/T 5520-2011糧油檢驗發(fā)芽試驗國家標準執(zhí)行。

5. 結果與討論

以樣品的吸液倍率為評價指標，通過改變原料中硒礦粉的用量，獲取最佳用量，結果如圖1所示。結果表明，4.5克硒礦粉條件下獲得的樣品性能為最佳，即硒礦粉用量為單體總量的17.3 %;該條件下，產(chǎn)品的吸收純水、生理鹽水的倍率分別為（480±10）、（46±2）g/g。

對比硒礦粉與保水劑樣品的紅外譜圖（圖2）可知，反應后，復合保水劑中硒礦粉位于1 030 cm-1 位置的Si—OH伸縮振動峰明顯變?nèi)?，說明礦粉表面的羥基與高分子發(fā)生了化學反應。另外在1571、1667、1721 cm-1 處出現(xiàn)了羧基和酰胺基的C=O伸縮振動吸收峰;在1039 cm -1 處出現(xiàn)了伯酰胺的C—N伸縮振動譜帶[4]。這些特征峰表明硒礦粉通過化學鍵合作用引入保水劑的網(wǎng)絡結構中 ，而并不是物理共混，最終形成了復合材料結構。

另外，經(jīng)測試，保水劑的硒含量為0.32 %。在施用于土壤后，隨著保水劑的緩釋與自然降解作用，硒組分能夠緩慢的釋放并被作物吸收利用。而種子發(fā)芽試驗表明，經(jīng)富硒保水劑處理后，棉花與小麥的出芽率分別提升6.8 %與5.7 %。

6. 結論

以硒礦粉為基質，采用溶液聚合法成功制備富硒型農(nóng)林保水劑，并通過單因素優(yōu)化實驗，得出硒礦粉用量為單體總量的17.3 %條件下產(chǎn)品最優(yōu)，吸收純水、生理鹽水的倍率分別為（480±10）、（38±2） g/g，具有優(yōu)異的吸水性能。相關分析結果表明：硒礦粉通過化學鍵合引入保水劑結構。種子發(fā)芽試驗表明，經(jīng)富硒保水劑包衣處理后，棉花與小麥的出芽率分別提升6.8%與5.7%，在富硒農(nóng)業(yè)、土壤修復等領域具有良好的應用前景。

參考文獻：

[1]馬學寧， 秦小軍. 富硒枸杞硒源不同施用量對比試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)科學， 2021， 11：4-5.

[2]戴浩然， 高會東， 王彥明，等. 脫脂骨粉接枝AA/AM高吸水性樹脂的制備與性能[J]. 塑料科技， 2019， 47：45-49.

[3]馬靜， 單立山， 王洋，等. 保水劑對4種典型荒漠植物種子萌發(fā)的影響[J]. 水土保持通報， 2019， 39：44-48.

[4] 惠璠， 高樂， 郭戰(zhàn)英，等. 添加風化煤腐植酸對丙烯酸吸水樹脂性能的影響[J]. 功能材料， 2020， 51：2144-2149.

通訊作者：單文榮，河北工程大學園林與生態(tài)工程學院教授，研究方向為園藝植物學、農(nóng)業(yè)化學等。

感謝：本研究受到河北省棉花產(chǎn)業(yè)技術體系創(chuàng)新團隊病蟲草害綠色防控崗項目（HBCT2018040204）、河北省大中學生科技創(chuàng)新能力培育專項項目（2021H040507）的資助。