pH對環保型種衣劑殘留物影響的紅外光譜分析

王恩文 巫學文

摘要：采用高嶺土為土壤基質，以自制的環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進行分析。結果表明：1）環保型種衣劑在弱酸性的環境下，與土壤的作用以化學鍵合為主，隨著土壤環境向中性或弱堿性方向轉變，化學作用減弱；2）環保型種衣劑在弱酸性、中性及弱堿性的環境下，28 d左右即可自行降解，且幾乎無殘留物。

關鍵詞：高嶺土；環保型種衣劑；殘留物

環保型種衣劑是重要的農業生產資料，不僅具備種衣劑保種、增產等特性，而且還可保證農田生態環境的良性循環。良種包衣最早是1926年由美國學者Thornton和Ganulee提出，1930年由英國的Germains種子公司首次研發成功并迅速地商業化推廣應用，[1]而我國對于種衣劑的系統研究始于上世紀70年代末。前期國內外學者多關注的是種衣劑的研發以及保種、增產作用，就我國而言，僅上世紀末就有大豆[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成功并得到推廣應用。對于種衣劑副作用的系統研究，是本世紀初才逐漸被重視，亦是研究環保型種衣劑的基礎。

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進行探討。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

自制環保型種衣劑[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）應合理壓片，有效避免量測光譜時出現克里斯坦森效應[9]。

2 結果與討論

2.1 不同pH值的土壤環境

2.1.1 試驗方法

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

2.1.2 結果及討論

圖1為環保型種衣劑與不同酸堿性土壤混合后樣品，以及土壤基質（高嶺土）、環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保型種衣劑的，有較大變化，說明此時土壤與環保型種衣劑并非是簡單的物理混合作用，而存在一定的化學結合反應；2）用pH值為7.5～8.5水溶液處理過的高嶺土與環保型種衣劑混合后，隨著水溶液pH值的上升，環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變過程中，土壤與環保型種衣劑的化學鍵合作用減弱。這主要是因為殼聚糖（環保型種衣劑主要原料）不溶于中性和堿性溶液[10]，所以導致環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個培養皿（150 mm）中，并按m種衣劑 ： m土壤 = 1：20的比例添加環保型種衣劑，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取土樣進行殘留物分析，連續取樣5次。

2.2.2 結果及討論

圖2為環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天時即可發現土壤的紅外光譜曲線峰形發生改變，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，而環保型種衣劑的特征吸收峰（3413 cm1、1578 cm1、1416 cm1）逐漸減弱，表明環保型種衣劑可自行降解；2）環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的峰值、峰形與高嶺土FTIR圖（如圖1所示）相似，說明土壤中環保型種衣劑降解較為完全，幾乎殘留物，且其降解速率、降解產物不受弱酸、中性及弱堿土壤環境的影響。

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 結論

本研究利用紅外光譜儀對環保型種衣劑在不同酸堿性土壤中殘留物官能團進行分析，結果如下：

1）環保型種衣劑在弱酸性的環境下，與土壤的作用以化學鍵合為主；

2）在中性或弱堿性的環境下，與土壤之間的化學鍵合作用隨pH值的上升而減弱；

3）環保型種衣劑在弱酸性、中性及弱堿性的環境下，28 d左右即可自行降解，且幾乎無殘留物，因此亦佐證了其環保特性。

參考文獻：

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[2]田體偉，雷彩燕，王怡，等.種衣劑的副作用研究進展[J].種子，2014，33（11）：5155.

[3]務玲玲，李青陽，彭旭丹，等.不同微量元素浸種對玉米戊唑醇種衣劑藥害的緩解效果及作用機理[J].農藥，2016，55（6）：445449.

[4]陳鵬，王娟，丁方麗，等.不同種衣劑對白菜生長及其根際土壤微生態的影響[J].北方園藝，2016，（3）：169173.

[5]呂新雷.不同種衣劑對水稻苗期病害和產量性狀的影響[J].現代化農業，2017，（1）：1113.

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[8]曾德芳，王恩文.一種環保型農業種子包衣劑及配制[P].中國：ZL200510018554.5，2007.01.24.

[9]黃冬晨，楊天鳴，付海燕，等.基于PLSDA對中紅外透射法壓片過程中溴化鉀與樣品質量配比的研究[J].計算機與應用化學，2013，30（3）：241245.

[10]張忠誠，劉嘉麗.殼聚糖的性質和應用[C].南京：全國第十一次工業表面活性劑技術經濟與應用開發會議論文集，2002：223226.

基金項目：貴州省教育廳自然科學研究重點項目（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與應用。