富硒型農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，能夠有效提升農作物如棉花、小麥等的產量與品質。不過，傳統硒肥毒性大、環境風險高，這使開發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林保水劑，所制備的產品吸純水倍率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。包衣發芽試驗表明，該產品能有效提升棉花與小麥種子的出芽率，展現出良好的應用前景。

關鍵詞：富硒礦粉;保水劑;緩釋;出芽率

硒，能夠有效提升農作物如棉花、小麥等的產量與品質。目前，農業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，甚至容易引發環境風險[1]。因此，開發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，具有良好的經濟與環境價值。

農林保水劑，是一類具有立體網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，使所制備產品具有節水保水功能的同時，還能夠緩釋硒肥，在富硒農業、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%），購自湖北硒金農業科技有限公司;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，即得到富硒農林保水劑產品。

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糧油檢驗發芽試驗國家標準執行。

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伸縮振動峰明顯變弱，說明礦粉表面的羥基與高分子發生了化學反應。另外在1571、1667、1721 cm-1 處出現了羧基和酰胺基的C=O伸縮振動吸收峰;在1039 cm -1 處出現了伯酰胺的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。而種子發芽試驗表明，經富硒保水劑處理后，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林保水劑，并通過單因素優化實驗，得出硒礦粉用量為單體總量的17.3 %條件下產品最優，吸收純水、生理鹽水的倍率分別為（480±10）、（38±2） g/g，具有優異的吸水性能。相關分析結果表明：硒礦粉通過化學鍵合引入保水劑結構。種子發芽試驗表明，經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%，在富硒農業、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]. 農業科學， 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的影響[J]. 水土保持通報， 2019， 39：44-48.

[4] 惠璠， 高樂， 郭戰英，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工程學院教授，研究方向為園藝植物學、農業化學等。

感謝：本研究受到河北省棉花產業技術體系創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新能力培育專項項目（2021H040507）的資助。