富硒型农林保水剂的制备与应用研究

韩帅 石博文 郭佩华 张晗 单文荣

摘要：硒，能够有效提升农作物如棉花、小麦等的产量与品质。不过，传统硒肥毒性大、环境风险高，这使开发具有缓控释硒肥功能的复合材料备受关注。本研究以硒矿粉为基质材料，采用水溶液共聚法制备富硒型农林保水剂，所制备的产品吸纯水倍率480倍，吸生理盐水倍率38倍，具有良好的吸水保水与缓释硒肥功能。包衣发芽试验表明，该产品能有效提升棉花与小麦种子的出芽率，展现出良好的应用前景。

关键词：富硒矿粉;保水剂;缓释;出芽率

硒，能够有效提升农作物如棉花、小麦等的产量与品质。目前，农业硒肥主要包括硒矿粉、硒酸钠等，肥效明显、价格便宜，但毒性大、肥效利用率低，甚至容易引发环境风险[1]。因此，开发安全高效的新型硒肥，尤其是具有缓控释硒肥功能的复合材料，提高硒肥的利用率，具有良好的经济与环境价值。

农林保水剂，是一类具有立体网状结构的高分子聚合物，能够快速吸收几十倍甚至几百倍的雨水或浇灌水而呈凝胶状，进而提升土壤的吸水保水能力，在土壤改良、旱地农作、园林绿化等领域得到广泛应用[2]。不过，目前的保水剂仍存在功能单一等问题。本研究将农林保水剂与富硒技术相融合而构建一种可缓释硒肥的新型保水剂，使所制备产品具有节水保水功能的同时，还能够缓释硒肥，在富硒农业、土壤修复等领域具有良好的应用前景。

1. 实验原料与仪器

硒矿粉（80目，硒含量 2.8%），購自湖北硒金农业科技有限公司;丙烯酸、丙烯酰胺、过硫酸钠、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、氢氧化钾，均为分析纯，购自上海阿拉丁有限责任公司。

样品的红外光谱采用美国赛默飞世尔Nicolet Summit型红外光谱仪测绘，硒含量采用上海美析AFS-680原子荧光分光光度计测定。

2.实验过程

称取适量的硒矿粉加入250 ml柱形玻璃反应器中，再加入150 ml蒸馏水，强烈搅拌。氮气保护条件下，加入采用10 % 氢氧化钾溶液中和的丙烯酸12 mL， 依次加入聚合单体丙烯酰胺14.0 g，过硫酸铵0.16 g， 亚硫酸氢钠0.16 g，N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.02 g。在55℃水浴中引发反应，并熟化2 h，得到水凝胶块体。将该块体剪碎、干燥，即得到富硒农林保水剂产品。

3. 吸液性能测定

样品的吸纯水与生理盐水倍率采用JCT 2412-2017 农林用矿物复合保水剂国家标准测定。

4. 种子包衣与出芽率测试

以小麦与棉花种子作为模型作物，保水剂的种子包衣参考相关文献进行[3];关于出芽率测试，按照GB/T 5520-2011粮油检验发芽试验国家标准执行。

5. 结果与讨论

以样品的吸液倍率为评价指标，通过改变原料中硒矿粉的用量，获取最佳用量，结果如图1所示。结果表明，4.5克硒矿粉条件下获得的样品性能为最佳，即硒矿粉用量为单体总量的17.3 %;该条件下，产品的吸收纯水、生理盐水的倍率分别为（480±10）、（46±2）g/g。

对比硒矿粉与保水剂样品的红外谱图（图2）可知，反应后，复合保水剂中硒矿粉位于1 030 cm-1 位置的Si—OH伸缩振动峰明显变弱，说明矿粉表面的羟基与高分子发生了化学反应。另外在1571、1667、1721 cm-1 处出现了羧基和酰胺基的C=O伸缩振动吸收峰;在1039 cm -1 处出现了伯酰胺的C—N伸缩振动谱带[4]。这些特征峰表明硒矿粉通过化学键合作用引入保水剂的网络结构中 ，而并不是物理共混，最终形成了复合材料结构。

另外，经测试，保水剂的硒含量为0.32 %。在施用于土壤后，随着保水剂的缓释与自然降解作用，硒组分能够缓慢的释放并被作物吸收利用。而种子发芽试验表明，经富硒保水剂处理后，棉花与小麦的出芽率分别提升6.8 %与5.7 %。

6. 结论

以硒矿粉为基质，采用溶液聚合法成功制备富硒型农林保水剂，并通过单因素优化实验，得出硒矿粉用量为单体总量的17.3 %条件下产品最优，吸收纯水、生理盐水的倍率分别为（480±10）、（38±2） g/g，具有优异的吸水性能。相关分析结果表明：硒矿粉通过化学键合引入保水剂结构。种子发芽试验表明，经富硒保水剂包衣处理后，棉花与小麦的出芽率分别提升6.8%与5.7%，在富硒农业、土壤修复等领域具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]马学宁， 秦小军. 富硒枸杞硒源不同施用量对比试验研究[J]. 农业科学， 2021， 11：4-5.

[2]戴浩然， 高会东， 王彦明，等. 脱脂骨粉接枝AA/AM高吸水性树脂的制备与性能[J]. 塑料科技， 2019， 47：45-49.

[3]马静， 单立山， 王洋，等. 保水剂对4种典型荒漠植物种子萌发的影响[J]. 水土保持通报， 2019， 39：44-48.

[4] 惠璠， 高乐， 郭战英，等. 添加风化煤腐植酸对丙烯酸吸水树脂性能的影响[J]. 功能材料， 2020， 51：2144-2149.

通讯作者：单文荣，河北工程大学园林与生态工程学院教授，研究方向为园艺植物学、农业化学等。

感谢：本研究受到河北省棉花产业技术体系创新团队病虫草害绿色防控岗项目（HBCT2018040204）、河北省大中学生科技创新能力培育专项项目（2021H040507）的资助。