日前，华林中心困难立地植被恢复创新人才团队在北方植物水分高效利用新材料研究方面取得新进展，相关成果以《Preparation of PVA–CS/SA–Ca2+ Hydrogel with Core–Shell Structure（具有核壳结构的PVA–CS/SA–Ca2+水凝胶的制备）》为题发表在国际期刊《Polymers》（聚合物）上。

水凝胶是一类具有高亲水性的三维结构凝胶，目前已应用在医疗、农业、林业、环保等多个行业。本研究中以聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CS）为核原料，以海藻酸钠（SA）和Ca2+为壳原料，构建了一种具有双层负载核壳结构的水凝胶，以实现装载两种不同菌肥物质的实验目的。

图1 核壳水凝胶的制备方法

本研究通过采用FTIR红外表征，揭示了PVA/CS/SA核壳水凝胶的制备机理主要包括：1)PVA/CS之间的氢键交联；2)SA/Ca2+之间的螯合作用；3)核壳结构中SA未交联的羧基与CS未交联的氨基之间的氢键交联。通过SEM电镜观察表明水凝胶的壳结构致密，而核结构相对疏松，且PVA/CS质量比越大，核的三维网络结构越明显；通过单因素筛选和曲面响应分析得到水凝胶溶胀度的最佳实验条件为SA浓度5%、SA/Ca2+交联时间90 min、PVA/CS质量比1:0.7，溶胀度最大为50 g/g。

图2 核壳水凝胶的SEM照片

研究表明，SA/Ca2+交联时间和SA浓度对水凝胶的壳结构有很大影响，而PVA/CS质量比则可以调节水凝胶核结构的空间构型，因此可根据核壳水凝胶的不同用途设置不同的PVA/CS质量比、SA/Ca2+交联时间和SA浓度，以达到控制水凝胶核壳结构的目的。本研究将为北方干旱瘠薄困难立地土壤微环境的改良特别是攻克水肥匮乏及利用难题，提供重要的科学理论及技术依据。

华林中心困难立地植被恢复创新人才团队张帅博士为论文的第一作者，原伟杰副研究员为论文的通讯作者，本研究得到了国家林业和草原局科技创新人才计划项目（NO.2019132604）及国家自然科学基金项目（NO.32001375）的资助。

论文链接：https://www.mdpi.com/2073-4360/14/1/212（图：张帅 原伟杰）