一种叶面阻控复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及农产品重金属污染防治，具体涉及一种叶面阻控复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有大量的技术用于土壤中as和cd的钝化，减少水稻对有效态as和cd的吸收和转运，但是土壤中as和cd的化学行为相反，使传统的单一阻控水稻对as，cd吸收的方法显得力不从心。很难同时阻控土壤中as和cd向水稻中迁移和累积。因此迫切研发一种新的技术，用于同时阻控as和cd向水稻籽粒的迁移和累积。

2、目前，各种各样的技术用于协同阻控水稻中as和cd的积累。实际中有效方法有：水分管理、土壤钝化剂和叶面抑制剂等方法。水分调控法可以有效的缓解水稻对cd的吸收和转运，但是对as的阻控效果不明显。尽管honma等人提出当土壤中的eh等于-73mv和ph为6.2时，水分调控可以最大程度上阻控水稻对as和cd的吸收。但是在实际大田中很难持续保持eh和ph不变。

3、土壤钝化方法：近些年，有大量的报道是通过在土壤中添加各种原位钝化剂的方式，减少土壤中生物有效as和cd的量，从而降低水稻籽粒中as和cd的含量。该方法效果显著，水稻生长周期内稳定性好、费用相对较低、操作简便、可以达到边修复边生产的目的。但是该方法缺少对钝化剂的长期稳定性研究，实际中稻田每一年都会经历一次干湿循环并重新添加多种化肥，在此过程中cd、as等重金属极有可能被再次活化，存在二次释放的风险。此外，关于土壤钝化剂研究的文章数量呈逐年上升趋势，尤其是针对复合污染土壤的阻控方法报道繁多，市面充斥着大量的相关钝化剂，严重困扰着农技工作者的选择和使用。低累积品种的筛选同样是一种切实可行的方法，主要是利用基因拼接技术，有望实现低砷、镉累积水稻品种的快速筛选和培育。但我国水稻种类众多，且地域辽阔，需要根据各个地方来培育低累积水稻品种，品种筛选不仅周期长，花费高，且成功率存在一定偶然性。

4、与其他技术相比，叶面阻控技术在缓解重金属对植物胁迫中显示出卓越的优越性，其重要集中在高效，易于操作，且成本低，广泛应用于水稻的大型农业集约化生产。目前，主要的叶面阻控剂有硅酸钠，硒酸钠，氯化锌，硫酸铁等。由于水稻叶面表面有一层薄薄的蜡质层，使无机溶液类叶面阻控剂很难附着在叶片表面，极大的降低了应用效率(超过95％无法进入叶片，而脱落在农田中)，因此需要喷施3-4次叶面阻控剂；此外，低浓度的无机溶液类叶面阻控剂几乎没有效果，而高浓度会严重的灼伤叶面表面，造成产量锐减。为了克服无机类叶面阻控剂的问题，纳米材料大量应用于叶面阻控剂的研发和应用，如cuo-nps、zno-nps、ceo2-nps和feo-nps。虽然可以增加叶面阻控剂在叶面表面的停留时间，但是由于其体积大，潜在的毒性等，可能会遇到植物吸收和运输困难等新问题。

5、因此，迫切需要开发一种对叶片亲和力强、寿命长、抗叶片灼伤的叶面抑制剂，以延缓as和cd在水稻籽粒中的积累。

技术实现思路

1、为了解决现有的问题，本发明的目的之一是提供一种叶面阻控复合材料。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种叶面阻控复合材料，包括具有阻控作用的核心材料，以及包覆在核心材料上的壳层；

4、其中，核心材料为mofs、硅酸钠、硒酸钠、氯化锌、硫酸铁和腐殖酸中的任意一种；

5、壳层由海藻酸钠形成。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

7、进一步地，核心材料为mofs。

8、进一步地，mofs为fe-mofs；具体地，fe-mofs是以由铁离子为中心，然后铁离子与对苯二甲酸通过配位化合键的方式组成。

9、本发明的目的之二是提供一种叶面阻控复合材料的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤s1、将核心材料分散在溶剂后进行加热，然后加入海藻酸钠并促使其完全溶解制得混合物；

11、步骤s2、将混合物逐滴滴入cacl2溶液中并交联反应制得呈珠粒状的叶面阻控复合材料。

12、进一步地，步骤s1中的溶剂为去离子水；步骤s1中的加热温度为316～338k。

13、进一步地，混合物中核心材料浓度为3～7％w/v，混合物中海藻酸钠的浓度为0.6～1.1％w/v。

14、进一步地，步骤s2中的交联反应时间为30～60min，交联反应条件为室温。

15、进一步地，海藻酸钠与cacl2的质量为0.8:0.7～1.2:1.3。

16、本发明的目的之三是叶面阻控复合材料在阻控植物转运as和cd中的应用。

17、进一步地，植物为小麦、玉米、高粱和水稻中的至少一种。

18、本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明中的核心材料优选为fe-mofs，而包覆在fe-mofs的壳层为海藻酸钠。在本发明中，fe既是植物所需的营养物质，又是可以缓解重金属对植物的胁迫作用，海藻酸钠不仅可以增加fe-mofs与叶面的亲和力避免喷施后脱落，还可以通过后功能化调控孔径、表面电荷来附载所需要的目标离子或基团。

20、2、本发明中的叶面阻控复合材料的壳层海藻酸钠与植物叶面的蜡质层具有亲和力，延长了叶面阻控复合材料在叶面上的停留时间，利于叶面阻控复合材料中的铁离子进入叶面组织，进而抑制了cd在植物组织间的迁移转化，使cd只富集在叶片中，减少了向其他部位的转运，尤其是缓解了水稻灌浆期cd向籽粒的转运。

21、此外，由于海藻酸钠与叶面的蜡质层具有亲和力，其在一定程度上延长了叶面阻控复合材料阻控作用时间，因此只需要一次喷施，喷施后对后面生长期都有效。

技术特征：

1.一种叶面阻控复合材料，其特征在于，包括具有阻控作用的核心材料，以及包覆在所述核心材料上的壳层；

2.根据权利要求1所述的叶面阻控复合材料，其特征在于，所述核心材料为mofs。

3.根据权利要求2所述的叶面阻控复合材料，其特征在于，所述mofs为fe-mofs。

4.权利要求1～3任一项所述叶面阻控复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的溶剂为去离子水；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中核心材料浓度为3～7％w/v，所述混合物中海藻酸钠的浓度为0.6～1.1％w/v。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的交联反应时间为30～60min，所述交联反应条件为室温。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠与cacl2的质量为0.8:0.7～1.2:1.3。

9.权利要求1～3任一项所述的叶面阻控复合材料在阻控植物转运as和cd中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述植物为小麦、玉米、高粱和水稻中的至少一种。

技术总结
本发明公开了一种叶面阻控复合材料及其制备方法和应用，该叶面阻控复合材料包括具有阻控作用的核心材料，以及包覆在核心材料上的壳层；其中，核心材料为MOFs、硅酸钠、硒酸钠、氯化锌、硫酸铁和腐殖酸中的任意一种；壳层由海藻酸钠形成。本发明中的叶面阻控复合材料的壳层海藻酸钠与植物叶面的蜡质层具有亲和力，延长了叶面阻控复合材料在叶面上的停留时间，利于叶面阻控复合材料中的铁离子进入叶面组织，进而抑制Cd在植物组织间的迁移转化，使Cd只富集在叶片中，减少了向其他部位的转运，尤其是缓解了水稻灌浆期Cd向籽粒的转运。

技术研发人员：崔浩,魏世强,雷丽丹,陈冰冰,王天雨,蒋珍茂
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15