pH对环保型种衣剂残留物影响的红外光谱分析

王恩文 巫学文

摘要：采用高岭土为土壤基质，以自制的环保型种衣剂为研究对象，利用红外光谱仪对其在不同酸碱性土壤中残留物官能团进行分析。结果表明：1）环保型种衣剂在弱酸性的环境下，与土壤的作用以化学键合为主，随着土壤环境向中性或弱碱性方向转变，化学作用减弱；2）环保型种衣剂在弱酸性、中性及弱碱性的环境下，28 d左右即可自行降解，且几乎无残留物。

关键词：高岭土；环保型种衣剂；残留物

环保型种衣剂是重要的农业生产资料，不仅具备种衣剂保种、增产等特性，而且还可保证农田生态环境的良性循环。良种包衣最早是1926年由美国学者Thornton和Ganulee提出，1930年由英国的Germains种子公司首次研发成功并迅速地商业化推广应用，[1]而我国对于种衣剂的系统研究始于上世纪70年代末。前期国内外学者多关注的是种衣剂的研发以及保种、增产作用，就我国而言，仅上世纪末就有大豆[2]、玉米[3]、白菜[4]、水稻[5]、花生[6]、牧草[7]等上百种种衣剂研发成功并得到推广应用。对于种衣剂副作用的系统研究，是本世纪初才逐渐被重视，亦是研究环保型种衣剂的基础。

因此，本研究利用红外光谱仪对其在不同酸碱性土壤中残留物官能团进行探讨。

1 材料与方法

1.1 主要试剂

自制环保型种衣剂[8]，溴化钾（KBr，GR），高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O，CP）。

1.2 分析方法

取待测土样在60℃条件下干燥，而后进行FTIR分析。采用红外光谱法测量样品时，待测土样与固溶剂（KBr）应合理压片，有效避免量测光谱时出现克里斯坦森效应[9]。

2 结果与讨论

2.1 不同pH值的土壤环境

2.1.1 试验方法

分别取5种不同酸碱性的土壤放入5个培养皿（150 mm）中，并按m种衣剂 ： m土壤 = 1：20的比例添加环保型种衣剂，混匀、FTIR检测分析。

2.1.2 结果及讨论

图1为环保型种衣剂与不同酸碱性土壤混合后样品，以及土壤基质（高岭土）、环保型种衣剂红外光谱对比图。从中可知：1）用pH值为4.5～6.5水溶液处理过的高岭土与环保型种衣剂混合后，土壤样品的红外光谱曲线的峰形较高岭土及环保型种衣剂的，有较大变化，说明此时土壤与环保型种衣剂并非是简单的物理混合作用，而存在一定的化学结合反应；2）用pH值为7.5～8.5水溶液处理过的高岭土与环保型种衣剂混合后，随着水溶液pH值的上升，环保型种衣剂的特征吸收峰（3413 cm1、1578 cm1、1416 cm1）及高岭土的特征吸收峰（1112 cm1、895 cm1、742 cm1、566 cm1、471 cm1）逐渐凸显，表明随着处理高岭土的水溶液pH值向中性偏碱性的转变过程中，土壤与环保型种衣剂的化学键合作用减弱。这主要是因为壳聚糖（环保型种衣剂主要原料）不溶于中性和碱性溶液[10]，所以导致环保型种衣剂与偏碱性的土壤混合时，壳聚糖析出，以致于土壤与壳聚糖的化学键合作用减弱。

2.2 作用时间

2.2.1 试验方法

分别取5种不同酸碱性的土壤放入5个培养皿（150 mm）中，并按m种衣剂 ： m土壤 = 1：20的比例添加环保型种衣剂，混匀，而后将上述5个土样在恒温（20℃）恒湿（相对湿度为80%）的条件下，利用红外光谱仪每隔7 d取土样进行残留物分析，连续取样5次。

2.2.2 结果及讨论

图2为环保型种衣剂在不同酸碱性土壤中施用后，每隔7 d的土壤样品的FTIR分析对比图。从中可知：1）环保型种衣剂在恒温恒湿条件下，降解速率较快。第7天时即可发现土壤的红外光谱曲线峰形发生改变，且随着作用时间增加，高岭土的特征吸收峰（1112 cm1、895 cm1、742 cm1、566 cm1、471 cm1）逐渐凸显，而环保型种衣剂的特征吸收峰（3413 cm1、1578 cm1、1416 cm1）逐渐减弱，表明环保型种衣剂可自行降解；2）环保型种衣剂降解速率快，且无残留物。试验至第28天时土壤的红外光谱曲线所对应的峰值、峰形与高岭土FTIR图（如图1所示）相似，说明土壤中环保型种衣剂降解较为完全，几乎残留物，且其降解速率、降解产物不受弱酸、中性及弱碱土壤环境的影响。

其中（a）为pH 4.5的土样；（b）为pH5.5的土样；（c）为pH 6.5的土样；（d）为pH 7.5的土样；（e）为pH 8.5的土样

3 结论

本研究利用红外光谱仪对环保型种衣剂在不同酸碱性土壤中残留物官能团进行分析，结果如下：

1）环保型种衣剂在弱酸性的环境下，与土壤的作用以化学键合为主；

2）在中性或弱碱性的环境下，与土壤之间的化学键合作用随pH值的上升而减弱；

3）环保型种衣剂在弱酸性、中性及弱碱性的环境下，28 d左右即可自行降解，且幾乎无残留物，因此亦佐证了其环保特性。

参考文献：

[1]谷登斌，李怀记.种子包衣技术及发展应用[J].种子，2000，19（1）：2628.

[2]田体伟，雷彩燕，王怡，等.种衣剂的副作用研究进展[J].种子，2014，33（11）：5155.

[3]务玲玲，李青阳，彭旭丹，等.不同微量元素浸种对玉米戊唑醇种衣剂药害的缓解效果及作用机理[J].农药，2016，55（6）：445449.

[4]陈鹏，王娟，丁方丽，等.不同种衣剂对白菜生长及其根际土壤微生态的影响[J].北方园艺，2016，（3）：169173.

[5]吕新雷.不同种衣剂对水稻苗期病害和产量性状的影响[J].现代化农业，2017，（1）：1113.

[6]谢文娟.曾德芳，范钊，等.环保型花生种衣剂的研制及防病增产试验[J].环境科学与技术，2015，38（4）：8488.

[7]陈丽华，高秋雨，张家恒，等.生物复合种衣剂对4种牧草种子萌发和幼苗生长的影响[J].草地学报，2016，24（1）：231236.

[8]曾德芳，王恩文.一种环保型农业种子包衣剂及配制[P].中国：ZL200510018554.5，2007.01.24.

[9]黄冬晨，杨天鸣，付海燕，等.基于PLSDA对中红外透射法压片过程中溴化钾与样品质量配比的研究[J].计算机与应用化学，2013，30（3）：241245.

[10]张忠诚，刘嘉丽.壳聚糖的性质和应用[C].南京：全国第十一次工业表面活性剂技术经济与应用开发会议论文集，2002：223226.

基金项目：贵州省教育厅自然科学研究重点项目（黔教合KY字[2013]177）

作者简介：王恩文（1982），男，博士，副教授，主要研究方向为矿物综合开发与应用。