应用 | 保湿型高粘附缓释叶面肥的制备及性能研究

KRÜSS于1796年诞生于德国汉堡，是表面科学仪器领域的全 球领导品牌。先后研发了世界上第 一台商用全自动表面张力仪和第 一台全自动接触角测量仪，荣获多次国际工业设计大奖和德国中小企业最 具创新能力TOP100荣誉。其它产品还包括各类动态表面张力仪、泡沫分析仪、界面流变仪和墨滴形状分析仪等。

研究背景

粮食是人类赖以生存的必需品，为了提高粮食产能和质量，肥料的应用一直伴随着社会发展。植物必需的养分主要施用于土壤和植物叶子，以实现最 大的经济产量。而理论上，叶面施肥比土壤施肥更环保、更直接、更有针对性，由于在植物生长的关键阶段，养分可以直接输送到植物组织。田间试验也表明，在使用叶面肥后，经济作物的产量和植物的营养物质浓度都会增加。

在过去的几十年中，叶面肥料受到了越来越多关注，因为它们提供了改善营养素缺乏症、提高农作物产量和产品质量的最 有效方法。如今，叶面肥已经成为各类农业生产中不可缺少的一环。叶面施肥的主要优点是养分吸收直接发生在叶片上，所有养分都可以在叶片上分布，这有助于避免土壤肥料的不利影响，如植物毒性、土壤流失、响应缓慢和潜在污染。但叶面肥还存在以下问题：1、粘附性差；2、无保湿性能；3、无缓释性能。

针对叶面肥粘附差、无保湿性能、无缓释性能的问题，本研究将半互穿聚合物网络结构引入到叶面肥中，通过控制聚乙烯醇与丙烯酸质量比、交联剂加入量、聚乙烯醇丙烯酸接枝聚合物加入量，制备一种保湿型高粘附缓释叶面肥，以期集粘附、保湿、缓释性能于一体，一举多效。

图1 叶面肥合成机理

实验方法

润湿性能测定：取包菜叶平整无叶脉的部分切成1×1 cm2小片，用去离子水冲洗后吸干叶片表面水分。然后将制备的液体叶面肥（FF）均匀喷在叶片上，采用接触角测试仪（DSA100，KRÜSS）测试样品的接触角。

粘附性能测定：取包菜叶平整无叶脉的部分切成5×5 cm2小片，用去离子水冲洗后吸干叶片表面水分；然后将FF均匀喷在叶片上，记录喷施量；将喷有 FF 的叶片置于 40 ℃（模拟夏季室外温度）培养箱中风干，然后将 10 mL 去离子水均匀地喷洒在叶子上以模拟雨水，收集冲刷下来的液体消煮后用凯斯蒸馏仪测定溶液中的氮磷浓度。

叶面肥的粘附性能也可以通过接触角测试仪（DSA100，KRUSS）测试叶面肥在包菜叶片上的滚动角来确定。此外，KRÜSS动态表面张力仪BP100/BPT能够测试FF的动态表面张力，对实验中叶面肥喷洒过程的优化和叶面肥利用率的提升提供有效的技术支持。

结果与讨论

叶面肥润湿性能分析

由图2可知，H2O 和 MU+MKP溶液在超疏水包菜叶面的接触角分别为 150.7°和 149.9°，表明包菜叶片具有明显的疏水性，当m(PVA+AA)/m(Urea)为1∶8、1∶6、1∶4、1∶2 和 2∶1时，FF在包菜叶面的接触角分别为130.1 °、126.1 °、121.3 °、110.3 °和 103.9 °，表明FF在包菜叶面有良好的促进润湿的作用。

图2 叶面肥在超疏水包菜叶面上的接触角

叶面肥粘附性能分析

由图3A可知，对照处理MU+MKP在包菜叶面的氮保留率为13.2%，m(PVA+AA)/m(Urea)为 1∶8、1∶6、1∶4、1∶2 和 2∶1时，GFF 在包菜叶面的氮保留率分别为 58.5%、61.6%、66.3%、73.7% 和 80.2%。由图3B可知，对照 MU+MKP 在包菜叶面的磷保留率为14.4%，而m(PVA+AA)/m(Urea)为1∶8、1∶6、1∶4、1∶2和 2∶1 时，GFF 在包菜叶面的磷保留率分别为26.8%、30.3%、32.6%、36.2% 和41.0%。随着PVA-g-PAA含 量 的 增 加，GFF 在 包 菜 叶 面的氮磷保留率呈逐渐上升的趋势，当m(PVA+AA)/m(Urea) =2m(PVA+AA)/m(Urea)1时，GFF 在包菜叶面的粘附性能最 优，其氮磷保留率比对照处理 MU+MKP 分别提高5倍和1倍。

图3 叶面肥在超疏水包菜叶面的N/P保留率

小结

本研究通过将可生物降解的聚乙烯醇引入到吸水树脂中，不仅提高了吸水树脂的吸水性能，还赋予其环境友好的特性。随 PVA-g-PAA 加入量增加，叶面肥在包菜叶面的接触角从 149.9°降低到 103.9°,氮保留率从 13.2% 增加到 80.2%，磷保留率从 14.4% 增加到41.0%，且所制备的叶面肥为水溶性，避免了肥料在叶片表面的溶解程度低而导致肥效差的问题。半互穿聚合物网络集粘附性能、缓释性能于一体，一举多效，解决了常规叶面肥粘附性差、无保湿性能、无缓释性能的问题，这对于提高叶面肥的利用效率、减少资源浪费、降低环境二次污染具有十分重要的意义。