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(zhì)。不過，傳統(tǒng)硒肥毒性大、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高，這使開發(fā)具有緩控釋硒肥功能的復(fù)合材料備受關(guān)注。本研究以硒礦粉為基質(zhì)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(yàn)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(yīng)用前景。

關(guān)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(zhì)。目前，農(nóng)業(yè)硒肥主要包括硒礦粉、硒酸鈉等，肥效明顯、價(jià)格便宜，但毒性大、肥效利用率低，甚至容易引發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[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(fù)合材料，提高硒肥的利用率，具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境價(jià)值。

農(nóng)林保水劑，是一類具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(jìn)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(shù)相融合而構(gòu)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(shí)，還能夠緩釋硒肥，在富硒農(nóng)業(yè)、土壤修復(fù)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

1. 實(shí)驗(yàn)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(zé)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(cè)繪，硒含量采用上海美析AFS-680原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定。

2.實(shí)驗(yàn)過程

稱取適量的硒礦粉加入250 ml柱形玻璃反應(yīng)器中，再加入150 ml蒸餾水，強(qiáng)烈攪拌。氮?dú)獗Ｗo(hù)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(yīng)，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(cè)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(fù)合保水劑國家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

4. 種子包衣與出芽率測(cè)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(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行[3];關(guān)于出芽率測(cè)試，按照GB/T 5520-2011糧油檢驗(yàn)發(fā)芽試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5. 結(jié)果與討論

以樣品的吸液倍率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過改變?cè)现形V粉的用量，獲取最佳用量，結(jié)果如圖1所示。結(jié)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(duì)比硒礦粉與保水劑樣品的紅外譜圖（圖2）可知，反應(yīng)后，復(fù)合保水劑中硒礦粉位于1 030 cm-1 位置的Si—OH伸縮振動(dòng)峰明顯變?nèi)酰f明礦粉表面的羥基與高分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。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(dòng)吸收峰;在1039 cm -1 處出現(xiàn)了伯酰胺的C—N伸縮振動(dòng)譜帶[4]。這些特征峰表明硒礦粉通過化學(xué)鍵合作用引入保水劑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中 ，而并不是物理共混，最終形成了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

另外，經(jīng)測(cè)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(yàn)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(jié)論

以硒礦粉為基質(zhì)，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(shí)驗(yàn)，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(guān)分析結(jié)果表明：硒礦粉通過化學(xué)鍵合引入保水劑結(jié)構(gòu)。種子發(fā)芽試驗(yàn)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(fù)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]戴浩然， 高會(huì)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(duì)4種典型荒漠植物種子萌發(fā)的影響[J]. 水土保持通報(bào)， 2019， 39：44-48.

[4] 惠璠， 高樂， 郭戰(zhàn)英，等. 添加風(fēng)化煤腐植酸對(duì)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：?jiǎn)挝臉s，河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院教授，研究方向?yàn)閳@藝植物學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)等。

感謝：本研究受到河北省棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)病蟲草害綠色防控崗項(xiàng)目（HBCT2018040204）、河北省大中學(xué)生科技創(chuàng)新能力培育專項(xiàng)項(xiàng)目（2021H040507）的資助。