長期以來傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的種子處理方法一直采用殺蟲劑或殺菌劑浸種、拌種或土壤消毒等方法對種子進行預(yù)處理,雖取得了一定的效果,但也有其局限性。如對種子的粘著性不強,藥劑附著不均勻,經(jīng)過搬運、摩擦脫落散失嚴重,有效期短,且費工、費時,不能適用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求。同時,播種前進行土壤消毒,不僅用藥量大、費時費事,且對環(huán)境污染嚴重。種子包衣是目前國際上種子處理的一項重要技術(shù),是作物物化栽培的重要手段,具有用藥量小、防治效果好等優(yōu)點,是在傳統(tǒng)的浸種、拌種基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項農(nóng)業(yè)高新技術(shù),克服了傳統(tǒng)方法的不足,帶肥下田、帶藥下田,有效地防治了苗期病蟲害。而且,種子產(chǎn)業(yè)化工程是我國20世紀末、21世紀初農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措。種子產(chǎn)業(yè)化工程包括種子選育、繁殖、加工、銷售等環(huán)節(jié), 其中種子包衣及丸化技術(shù)是一個重要環(huán)節(jié),其較好的苗期病蟲害防治效果以及作為有效的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施,已被越來越多的農(nóng)民所接受。另外,隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的提高,對精細播種的要求也將越來越高,而種子包衣及丸化技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀與種子產(chǎn)業(yè)化的要求差距還較大,成為種子加工的一個限制因素和關(guān)鍵環(huán)節(jié),因此,加速研究與推廣種子包衣及丸化技術(shù)勢在必行。
1 種子包衣、丸化技術(shù)概念、類型及特點
1.1 種衣劑概念、類型及特點
1.1.1 種衣劑概念、類型
種衣劑是根據(jù)不同作物或其它植物種子、種苗的生理生化特性,以農(nóng)藥、肥料、激素、生物制劑等為活性成分,成膜劑、乳化劑為非活性成分加工而成的種子處理劑,包括兩部分組成:一部分是以成膜劑為主的配套助劑,其作用是形成以水為載體的膠體分散體系,種子包衣后有較好的成膜性、穩(wěn)定性、緩施性;二是按作物營養(yǎng)配方要求加入的微肥、植物生長調(diào)節(jié)劑、生物制劑等有效成分,改善種子發(fā)芽所需營養(yǎng)條件,提高發(fā)芽率和成苗率,達到齊苗、全苗的目的,滿足高產(chǎn)栽培的要求。
國際上種子包衣的劑型大致包括3類:(1)藥膜型種子包衣劑;(2)丸衣造粒型種子包衣劑;(3)粉塵型種子包衣劑。
1.1.2 種衣劑的特點
種衣劑是專為種子包衣用的化工產(chǎn)品,無論哪種型號的種衣劑都具有如下特點:
(1)成膜性。經(jīng)包衣的種子不需要晾曬和烘干,包衣后可立即裝袋備用。
(2)緩釋性。種衣劑在土壤中就像一個“小藥庫”,緩慢釋放,持效期一般40～60天,比一般藥劑浸種和藥劑拌種藥效長2～4倍。
(3)內(nèi)吸傳導。種衣劑成分中的殺蟲劑和殺菌劑主要是呋喃丹、多菌靈、甲霜靈等農(nóng)藥,具有高效、內(nèi)吸、傳導的作用。它們被種子吸收后,隨種子發(fā)芽、出苗內(nèi)吸傳導到植株地上部位,繼續(xù)起著防病、治蟲作用。
(4)穩(wěn)定性。種衣劑冬季不結(jié)冰,夏季不分解,具有較好的穩(wěn)定性,一般可貯存3年。
(5)高效安全性。種衣劑由殺蟲劑、殺菌劑、復合肥料、微量元素和植物生長調(diào)節(jié)劑多元復配而成,所以種衣劑具有高效性,同時,種衣劑應(yīng)對人無毒,具有安全性。
(6)高生物活性。要求有效成分達到標準,在植物體內(nèi)有良好的傳導性,對防治對象有很好的防治效果。
1.1.3 種衣劑的優(yōu)點
種衣劑與用于浸種和拌種所用藥肥不同,當它被包在種子表面即固化成膜。種衣在土壤中遇水只能吸脹而幾乎不會被溶解。包衣透水、透氣,能保證種子正常發(fā)芽時生長和藥肥緩慢釋放,它的優(yōu)點有:
(1)節(jié)省種子,降低成本;
(2)藥劑有效期長,防止苗期病蟲害;
(3)提高出芽率,促進齊苗、全苗,促進農(nóng)作物生長發(fā)育;
(4)可將生物防治劑成功地加工在其中;
(5)減少環(huán)境污染,保護天敵;
(6)被加工種子在條播機中易于流動。
1.2 種子包衣概念及類型
種子包衣(seedcoating):是將種子與特制的種衣藥劑即種衣劑按一定比例混合均勻,在種子表面涂上一層均勻的藥膜,形成包衣種子。種子包衣可分為單衣、復衣和多衣,可根據(jù)不同的生產(chǎn)需要生產(chǎn)不同類型的包衣種子,如抗旱蓄水型、微肥型、農(nóng)藥包衣型(專治某種病蟲的侵襲)等。
種子包衣的主要特點:
(1)防蟲保苗,一是可有效防治苗期病蟲危害,二是有效防治系統(tǒng)侵染性病害,如玉米絲黑穗病、小麥散黑穗、腥黑穗及谷子白發(fā)病,使后期發(fā)病率大大降低。
(2)節(jié)省農(nóng)藥,包衣種子的持效期長,可減少苗期防病治蟲用藥次數(shù)及用藥量,并由開放式噴灑用藥改為種子隱蔽式用藥,有利于保護環(huán)境。
(3)增加產(chǎn)量,包衣種子集優(yōu)良品種、優(yōu)質(zhì)種子、農(nóng)藥、微量元素和肥料于一體,保苗全、苗齊、苗壯,并且防病,—般包衣后,玉米增產(chǎn)5%～l5%,棉花增產(chǎn)4%～l2%,小麥地增產(chǎn)3.5%～10%,花生增產(chǎn)6.5%～50%,相當于一次品種更新的增產(chǎn)幅度,充分挖掘了新育成品種的增產(chǎn)潛力。
(4)節(jié)約成本,雖然種子包衣增加了單位重量種子成本,但由于種子經(jīng)過精選,品位提高,包衣后可防治地下害蟲及苗期病蟲危害,保苗效果好,生產(chǎn)中可降低播種量節(jié)約種子,并且可省去種子處理及苗期用藥等各種費用,因此單位面積成本不增加而是略有降低。
1.3 種子丸衣化概念及類型
種子丸化(seedpelleting):是在種子包衣技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項適應(yīng)精細播種需要的農(nóng)業(yè)高新技術(shù),是用特制的丸化材料通過機械加工,制成表面光滑、大小均勻、顆粒增大的丸(粒)化種子。
種子丸粒類型有:
(1)普通型,即包膜種子,用于形狀、大小均勻的作物種子,如玉米、棉花、小麥等;
(2)特殊型,用于形狀不規(guī)則、重量輕、粒小的作物種子類型,如紫云英、煙草、萵苣、番茄等;
(3)速生型,在播種前進行處理加工、催芽,能保證提前出苗和全苗,如進行沙漠綠化改造播種時,可采取該技術(shù),以提高播種效率;
(4)扁平型,如飛播牧草種子時,對種子進行特殊加工,形成較大、較重的扁平狀丸粒,防止被風吹走,提高播種的準確性和落地后的穩(wěn)定性,保證播種質(zhì)量;
(5)快裂型,播種后經(jīng)一段時間后能自行裂開,有利出芽、生長。丸衣用的材料包括粘合劑及填料兩類,有時還可摻入農(nóng)藥及其他化學品。常用的粘合劑有聚乙烯衍生物,如聚乙烯酸、聚醋酸乙烯、聚乙烯吡咯烷***;纖維素衍生物,如甲基纖維素,羧甲基纖維素,羥丙基纖維素,羥丙基甲基纖維素;還有阿拉伯膠、葡聚糖、聚氧乙烯、淀粉、凝膠、石膏、酪蛋白酸鹽等。填料有:粘土、纖維素、木粉、甘***、長石、石灰石、蛭石、硅澡土、珍珠巖、碳酸鈣、過氧化鈣、高嶺土、膨脹土、沙子、石英粉、滑石、泥炭等。
2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展概況
2.1 種子包衣的研究進展
20世紀30年代,英國Get2mains種子公司在禾谷類作物種子上首次成功研制出種子包衣技術(shù),然后很快傳入美國。真正把包衣與苗期病蟲害防治有機結(jié)合起來的是在20世紀70年代,美國得克薩斯試驗站研究種子包衣新品種,用山梨糖和粘著劑等配制成薄膜的種子消毒法,研制出高分子聚合物粘著劑——生長調(diào)節(jié)劑A2l和三***酚***,復配成膠衣劑處理棉種、向日葵、玉米、甜菜及豆類種子,不僅起到了殺菌和提高田間種子發(fā)芽率的作用,且能提高作物產(chǎn)量。1982年蘇聯(lián)科學家又利用三***酚***、聚乙烯醇、羥甲基纖維素鈉鹽進行了研究,同年,美國農(nóng)業(yè)部研究中心用高分子聚合物農(nóng)約復合配方,研制成大豆種衣劑,大大改善了大豆發(fā)芽狀況,極大地改善和發(fā)展了種子包衣技術(shù)。1983年美國FMC公司研制開發(fā)成功呋喃丹種子處理劑,1984年日本住友株式會社對蔬菜種子進行工廠化包衣,使小粒種子大?；⑼枇；?既方便播種、又節(jié)省用種量。此外,又研制開發(fā)了對防治網(wǎng)腥黑粉病和小麥穎枯病效果顯著的種子處理殺菌包衣劑。與此同時,新西蘭、澳大利亞、加拿大、荷蘭和德國等許多國家,都廣泛采用了種子包衣技術(shù)。
我國在種子包衣技術(shù)研究與應(yīng)用上起步較晚,但發(fā)展較快。20世紀80年代初,輕工部甜菜糖業(yè)研究所對甜菜種子包衣進行了研究探討,1981年中國農(nóng)科院土肥所對牧草種子丸粒化進行了飛播試驗,同年,北京農(nóng)業(yè)大學李金玉教授等在國外種子包衣技術(shù)研究的基礎(chǔ)上研制成功并開發(fā)出十幾種活性組分不同,適用不同作物良種包衣需要的系列化種衣劑,并獲得專利。1986年吉林四平地區(qū)農(nóng)科所與江蘇省銅山農(nóng)藥廠合作研制出了玉米專用種衣劑,有效地解決了多年來難以解決的病蟲兼治的繁雜工序,克服了“白種下地”的現(xiàn)象。1987年江蘇省沿江地區(qū)農(nóng)科所研制出以拌種靈和福美雙為主要活性成分,加入助劑經(jīng)超微粉碎制成棉種包衣劑——靈福合劑,有效地防治了棉花炭疽病、立枯病等苗期病害,控制了因地下害蟲危害造成的死苗。1988年,山西省忻州市種子公司在江蘇銅山農(nóng)藥廠的協(xié)助下,開發(fā)研制了旱糧種衣劑1～2號、高粱種衣劑和西瓜種衣劑。此外,吉林農(nóng)科院原子能所以過氧化鈣為主要成分,以石膏為凝固劑,以微量元素為附加成分進行水稻種子包衣,促進了水稻對土壤和肥料中氮的吸收。1990年,吉林省農(nóng)科院植保所又研制成功了兼治水稻惡苗病、立枯病的水稻種衣劑1號。
80年代后期,我國國產(chǎn)種子包衣技術(shù)主要以田間實驗示范為主,重點在玉米、棉花、小麥等作物,90年代種子包衣技術(shù)進入推廣應(yīng)用階段,據(jù)統(tǒng)計(山西、黑龍江、江蘇、山東、河南等14個省市),1994～1995年累計推廣種子包衣面積達800萬hm2,增產(chǎn)糧食24億kg,油料1.7億kg,皮棉6800kg,其中玉米包衣種子應(yīng)用面積446萬hm2,棉花約167萬hm2,小麥73萬hm2,大豆60萬hm2。
我國種子包衣研制應(yīng)用雖取得了很大進展,但還存在一些問題:(1)劑型單一,現(xiàn)有的種衣劑劑型基本上是廣譜、通用型的種衣劑,缺乏針對性;(2)成膜時間長,包衣不全,包衣易脫落;(3)研究應(yīng)用發(fā)展不平衡,省區(qū)間發(fā)展不平衡;(4)管理混亂,國家尚無統(tǒng)一的質(zhì)量標準,生產(chǎn)不規(guī)范,檢驗無依據(jù),致使產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、質(zhì)量差,造成市場混亂,質(zhì)量事故時有發(fā)生。
2.2 種子丸?；难芯窟M展
種子丸粒化是使某些作物的種子形狀和大小由不規(guī)則、微小轉(zhuǎn)為大小均一、規(guī)則的小球體,可以實施機械化精量播種,以便植物群落達到最佳狀態(tài)。該技術(shù)于20世紀40年代在美國開始采用,大約20年后傳入歐洲。目前美國、英國的萵筍種子,西北歐地區(qū)的甜菜種子基本上都已實現(xiàn)丸?；?其他蔬菜種子和花卉種子大部分也實施了丸粒化。
我國丸?；夹g(shù)發(fā)展比較緩慢,原因很多,主要有兩個原因:一是價格高,二是我國丸?；N子的發(fā)芽率無法保證。這兩點主要與丸衣的材料和工藝有關(guān)。丸?；N子的外層丸衣是水、氧氣向種子擴散的物理屏障,也是種子發(fā)芽的機械障礙。丸衣的組成直接影響種子的發(fā)芽情況,特別在惡劣的環(huán)境條件下。Dur2rantMJ等證明,在濕潤的土壤環(huán)境中,用粘土丸衣甜菜會降低發(fā)芽率,而用多孔隙的填料丸衣發(fā)芽率要比粘土丸衣提高5%～10%。在干燥的土壤環(huán)境中,兩種形式的丸衣發(fā)芽率相同。根據(jù)不同條件選擇適當?shù)耐枰虏牧虾凸に?保證種子正常發(fā)芽,是我國丸?；夹g(shù)的突破口。而丸粒化種子價格高的主要原因是丸衣用的設(shè)備昂貴,不能形成規(guī)模。
3 種子包衣、丸化技術(shù)與種子產(chǎn)業(yè)化
種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本生產(chǎn)資料,是農(nóng)業(yè)科技的載體,是農(nóng)業(yè)單產(chǎn)提高的根本內(nèi)涵,種子產(chǎn)業(yè)化就是以科技為先導,以品種為基礎(chǔ),以市場為導向,以效益為中心,通過對種子生產(chǎn)實行區(qū)域化布局,專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn),企業(yè)化管理,集約化經(jīng)營和社會化服務(wù),形成新品種選育、推廣、種子生產(chǎn)、加工、儲藏、運輸、銷售一體化的生產(chǎn)經(jīng)營體系,而我國現(xiàn)階段的種業(yè)從嚴格意義上說還只是一個行業(yè),未形成真正的產(chǎn)業(yè)。
種子包衣、丸化技術(shù)是以種衣劑為原料、種子為載體、包衣技術(shù)為依托,集生物、化工、機械等多學科高新技術(shù)為一體的現(xiàn)代種子處理技術(shù),因此,種子包衣、丸化技術(shù)是實現(xiàn)種子工程中間突破的技術(shù)關(guān)鍵,是進一步提高種子科技含量的核心環(huán)節(jié),也是衡量種子產(chǎn)業(yè)化水平的重要標志之一。
種子包衣、丸化技術(shù)的研究與推廣對推動種子產(chǎn)業(yè)化進程具有促進作用:
(1)促進種子產(chǎn)業(yè)化進程是包衣種子、丸化種子生產(chǎn)的內(nèi)在要求。包衣、丸化種子的生產(chǎn)要求品質(zhì)優(yōu)良的種子、高效安全的包衣技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的配套服務(wù)體系;
(2)促進種子質(zhì)量的標準化。通過推廣包衣、丸化種子,可以使種子生產(chǎn)加工在嚴格的檢驗下進行,真正實行種子質(zhì)量標準化;
(3)促進生產(chǎn)要素的優(yōu)化組合,使科研、生產(chǎn)、加工、流通領(lǐng)域有機地結(jié)合起來,實現(xiàn)種子產(chǎn)業(yè)的有序組合,進而使自然資源、勞動力、技術(shù)、資金、市場等生產(chǎn)要素優(yōu)化組合,合理配置,提高經(jīng)濟運作的質(zhì)量和效益;
(4)促進種子銷售服務(wù)體系的建立;
(5)促進現(xiàn)代企業(yè)觀念的形成。由于種子包衣、丸化技術(shù)中的良種標準化的觀念、防重于治的植保觀念、簡化栽培、效益型農(nóng)業(yè)觀念和環(huán)境保護觀念在人們思想中的確立,促進了種子產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。
4 種子包衣、丸化技術(shù)展望
4.1 具有除草功能的多功能種子處理劑將被開發(fā)
高選擇性除草劑的開發(fā)和除草劑安全劑的研究為具有除草功能的種子處理劑的開發(fā)提供了基礎(chǔ)。Spiridonova2Yu2Ya報道了用福美雙和除草劑安全劑1,82NA和polymere2NaKMC進行種子包衣,可以有效的控制根部病害和由殘留的除草劑對玉米、小麥等的影響:Loston2Rowe等證明CGA2154281明顯地增加了異丙甲草***的代謝速率,出現(xiàn)了較大量的代謝物,從而避免了異丙草***對玉米的傷害,同樣劑量對所處理的狗尾草、藜、稗草等不起保護作用;Mabbayad,M.O.等用丙草***+fen2clorim混劑對水稻進行種子處理,雖然在早期會出現(xiàn)水稻矮化,但作物的最初傷害將得到恢復,對最終產(chǎn)量無影響。如用芐黃隆處理,較低劑量對水稻整個生育期無明顯影響,證明用丙草***+fen2clorim混劑和芐嘧黃隆等除草劑用作種子處理是可行的。