长期以来传统农业的种子处理方法一直采用杀虫剂或杀菌剂浸种、拌种或土壤消毒等方法对种子进行预处理,虽取得了一定的效果,但也有其局限性。如对种子的粘着性不强,药剂附着不均匀,经过搬运、摩擦脱落散失严重,有效期短,且费工、费时,不能适用现代农业的要求。同时,播种前进行土壤消毒,不仅用药量大、费时费事,且对环境污染严重。种子包衣是目前国际上种子处理的一项重要技术,是作物物化栽培的重要手段,具有用药量小、防治效果好等优点,是在传统的浸种、拌种基础上发展起来的一项农业高新技术,克服了传统方法的不足,带肥下田、带药下田,有效地防治了苗期病虫害。而且,种子产业化工程是我国20世纪末、21世纪初农业发展战略的重大举措。种子产业化工程包括种子选育、繁殖、加工、销售等环节, 其中种子包衣及丸化技术是一个重要环节,其较好的苗期病虫害防治效果以及作为有效的稳产增产措施,已被越来越多的农民所接受。另外,随着农业机械化程度的提高,对精细播种的要求也将越来越高,而种子包衣及丸化技术的研究和应用现状与种子产业化的要求差距还较大,成为种子加工的一个限制因素和关键环节,因此,加速研究与推广种子包衣及丸化技术势在必行。
1 种子包衣、丸化技术概念、类型及特点
1.1 种衣剂概念、类型及特点
1.1.1 种衣剂概念、类型
种衣剂是根据不同作物或其它植物种子、种苗的生理生化特性,以农药、肥料、激素、生物制剂等为活性成分,成膜剂、乳化剂为非活性成分加工而成的种子处理剂,包括两部分组成:一部分是以成膜剂为主的配套助剂,其作用是形成以水为载体的胶体分散体系,种子包衣后有较好的成膜性、稳定性、缓施性;二是按作物营养配方要求加入的微肥、植物生长调节剂、生物制剂等有效成分,改善种子发芽所需营养条件,提高发芽率和成苗率,达到齐苗、全苗的目的,满足高产栽培的要求。
国际上种子包衣的剂型大致包括3类:(1)药膜型种子包衣剂;(2)丸衣造粒型种子包衣剂;(3)粉尘型种子包衣剂。
1.1.2 种衣剂的特点
种衣剂是专为种子包衣用的化工产品,无论哪种型号的种衣剂都具有如下特点:
(1)成膜性。经包衣的种子不需要晾晒和烘干,包衣后可立即装袋备用。
(2)缓释性。种衣剂在土壤中就像一个“小药库”,缓慢释放,持效期一般40～60天,比一般药剂浸种和药剂拌种药效长2～4倍。
(3)内吸传导。种衣剂成分中的杀虫剂和杀菌剂主要是呋喃丹、多菌灵、甲霜灵等农药,具有高效、内吸、传导的作用。它们被种子吸收后,随种子发芽、出苗内吸传导到植株地上部位,继续起着防病、治虫作用。
(4)稳定性。种衣剂冬季不结冰,夏季不分解,具有较好的稳定性,一般可贮存3年。
(5)高效安全性。种衣剂由杀虫剂、杀菌剂、复合肥料、微量元素和植物生长调节剂多元复配而成,所以种衣剂具有高效性,同时,种衣剂应对人无毒,具有安全性。
(6)高生物活性。要求有效成分达到标准,在植物体内有良好的传导性,对防治对象有很好的防治效果。
1.1.3 种衣剂的优点
种衣剂与用于浸种和拌种所用药肥不同,当它被包在种子表面即固化成膜。种衣在土壤中遇水只能吸胀而几乎不会被溶解。包衣透水、透气,能保证种子正常发芽时生长和药肥缓慢释放,它的优点有:
(1)节省种子,降低成本;
(2)药剂有效期长,防止苗期病虫害;
(3)提高出芽率,促进齐苗、全苗,促进农作物生长发育;
(4)可将生物防治剂成功地加工在其中;
(5)减少环境污染,保护天敌;
(6)被加工种子在条播机中易于流动。
1.2 种子包衣概念及类型
种子包衣(seedcoating):是将种子与特制的种衣药剂即种衣剂按一定比例混合均匀,在种子表面涂上一层均匀的药膜,形成包衣种子。种子包衣可分为单衣、复衣和多衣,可根据不同的生产需要生产不同类型的包衣种子,如抗旱蓄水型、微肥型、农药包衣型(专治某种病虫的侵袭)等。
种子包衣的主要特点:
(1)防虫保苗,一是可有效防治苗期病虫危害,二是有效防治系统侵染性病害,如玉米丝黑穗病、小麦散黑穗、腥黑穗及谷子白发病,使后期发病率大大降低。
(2)节省农药,包衣种子的持效期长,可减少苗期防病治虫用药次数及用药量,并由开放式喷洒用药改为种子隐蔽式用药,有利于保护环境。
(3)增加产量,包衣种子集优良品种、优质种子、农药、微量元素和肥料于一体,保苗全、苗齐、苗壮,并且防病,—般包衣后,玉米增产5%～l5%,棉花增产4%～l2%,小麦地增产3.5%～10%,花生增产6.5%～50%,相当于一次品种更新的增产幅度,充分挖掘了新育成品种的增产潜力。
(4)节约成本,虽然种子包衣增加了单位重量种子成本,但由于种子经过精选,品位提高,包衣后可防治地下害虫及苗期病虫危害,保苗效果好,生产中可降低播种量节约种子,并且可省去种子处理及苗期用药等各种费用,因此单位面积成本不增加而是略有降低。
1.3 种子丸衣化概念及类型
种子丸化(seedpelleting):是在种子包衣技术基础上发展起来的一项适应精细播种需要的农业高新技术,是用特制的丸化材料通过机械加工,制成表面光滑、大小均匀、颗粒增大的丸(粒)化种子。
种子丸粒类型有:
(1)普通型,即包膜种子,用于形状、大小均匀的作物种子,如玉米、棉花、小麦等;
(2)特殊型,用于形状不规则、重量轻、粒小的作物种子类型,如紫云英、烟草、莴苣、番茄等;
(3)速生型,在播种前进行处理加工、催芽,能保证提前出苗和全苗,如进行沙漠绿化改造播种时,可采取该技术,以提高播种效率;
(4)扁平型,如飞播牧草种子时,对种子进行特殊加工,形成较大、较重的扁平状丸粒,防止被风吹走,提高播种的准确性和落地后的稳定性,保证播种质量;
(5)快裂型,播种后经一段时间后能自行裂开,有利出芽、生长。丸衣用的材料包括粘合剂及填料两类,有时还可掺入农药及其他化学品。常用的粘合剂有聚乙烯衍生物,如聚乙烯酸、聚醋酸乙烯、聚乙烯吡咯烷酮;纤维素衍生物,如甲基纤维素,羧甲基纤维素,羟丙基纤维素,羟丙基甲基纤维素;还有阿拉伯胶、葡聚糖、聚氧乙烯、淀粉、凝胶、石膏、酪蛋白酸盐等。填料有:粘土、纤维素、木粉、甘汞、长石、石灰石、蛭石、硅澡土、珍珠岩、碳酸钙、过氧化钙、高岭土、膨胀土、沙子、石英粉、滑石、泥炭等。
2 国内外研究现状及发展概况
2.1 种子包衣的研究进展
20世纪30年代,英国Get2mains种子公司在禾谷类作物种子上首次成功研制出种子包衣技术,然后很快传入美国。真正把包衣与苗期病虫害防治有机结合起来的是在20世纪70年代,美国得克萨斯试验站研究种子包衣新品种,用山梨糖和粘着剂等配制成薄膜的种子消毒法,研制出高分子聚合物粘着剂——生长调节剂A2l和三氯酚酮,复配成胶衣剂处理棉种、向日葵、玉米、甜菜及豆类种子,不仅起到了杀菌和提高田间种子发芽率的作用,且能提高作物产量。1982年苏联科学家又利用三氯酚酮、聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠盐进行了研究,同年,美国农业部研究中心用高分子聚合物农约复合配方,研制成大豆种衣剂,大大改善了大豆发芽状况,极大地改善和发展了种子包衣技术。1983年美国FMC公司研制开发成功呋喃丹种子处理剂,1984年日本住友株式会社对蔬菜种子进行工厂化包衣,使小粒种子大粒化、丸粒化,既方便播种、又节省用种量。此外,又研制开发了对防治网腥黑粉病和小麦颖枯病效果显著的种子处理杀菌包衣剂。与此同时,新西兰、澳大利亚、加拿大、荷兰和德国等许多国家,都广泛采用了种子包衣技术。
我国在种子包衣技术研究与应用上起步较晚,但发展较快。20世纪80年代初,轻工部甜菜糖业研究所对甜菜种子包衣进行了研究探讨,1981年中国农科院土肥所对牧草种子丸粒化进行了飞播试验,同年,北京农业大学李金玉教授等在国外种子包衣技术研究的基础上研制成功并开发出十几种活性组分不同,适用不同作物良种包衣需要的系列化种衣剂,并获得专利。1986年吉林四平地区农科所与江苏省铜山农药厂合作研制出了玉米专用种衣剂,有效地解决了多年来难以解决的病虫兼治的繁杂工序,克服了“白种下地”的现象。1987年江苏省沿江地区农科所研制出以拌种灵和福美双为主要活性成分,加入助剂经超微粉碎制成棉种包衣剂——灵福合剂,有效地防治了棉花炭疽病、立枯病等苗期病害,控制了因地下害虫危害造成的死苗。1988年,山西省忻州市种子公司在江苏铜山农药厂的协助下,开发研制了旱粮种衣剂1～2号、高粱种衣剂和西瓜种衣剂。此外,吉林农科院原子能所以过氧化钙为主要成分,以石膏为凝固剂,以微量元素为附加成分进行水稻种子包衣,促进了水稻对土壤和肥料中氮的吸收。1990年,吉林省农科院植保所又研制成功了兼治水稻恶苗病、立枯病的水稻种衣剂1号。
80年代后期,我国国产种子包衣技术主要以田间实验示范为主,重点在玉米、棉花、小麦等作物,90年代种子包衣技术进入推广应用阶段,据统计(山西、黑龙江、江苏、山东、河南等14个省市),1994～1995年累计推广种子包衣面积达800万hm2,增产粮食24亿kg,油料1.7亿kg,皮棉6800kg,其中玉米包衣种子应用面积446万hm2,棉花约167万hm2,小麦73万hm2,大豆60万hm2。
我国种子包衣研制应用虽取得了很大进展,但还存在一些问题:(1)剂型单一,现有的种衣剂剂型基本上是广谱、通用型的种衣剂,缺乏针对性;(2)成膜时间长,包衣不全,包衣易脱落;(3)研究应用发展不平衡,省区间发展不平衡;(4)管理混乱,国家尚无统一的质量标准,生产不规范,检验无依据,致使产品质量不稳定、质量差,造成市场混乱,质量事故时有发生。
2.2 种子丸粒化的研究进展
种子丸粒化是使某些作物的种子形状和大小由不规则、微小转为大小均一、规则的小球体,可以实施机械化精量播种,以便植物群落达到最佳状态。该技术于20世纪40年代在美国开始采用,大约20年后传入欧洲。目前美国、英国的莴笋种子,西北欧地区的甜菜种子基本上都已实现丸粒化,其他蔬菜种子和花卉种子大部分也实施了丸粒化。
我国丸粒化技术发展比较缓慢,原因很多,主要有两个原因:一是价格高,二是我国丸粒化种子的发芽率无法保证。这两点主要与丸衣的材料和工艺有关。丸粒化种子的外层丸衣是水、氧气向种子扩散的物理屏障,也是种子发芽的机械障碍。丸衣的组成直接影响种子的发芽情况,特别在恶劣的环境条件下。Dur2rantMJ等证明,在湿润的土壤环境中,用粘土丸衣甜菜会降低发芽率,而用多孔隙的填料丸衣发芽率要比粘土丸衣提高5%～10%。在干燥的土壤环境中,两种形式的丸衣发芽率相同。根据不同条件选择适当的丸衣材料和工艺,保证种子正常发芽,是我国丸粒化技术的突破口。而丸粒化种子价格高的主要原因是丸衣用的设备昂贵,不能形成规模。
3 种子包衣、丸化技术与种子产业化
种子是农业生产的基本生产资料,是农业科技的载体,是农业单产提高的根本内涵,种子产业化就是以科技为先导,以品种为基础,以市场为导向,以效益为中心,通过对种子生产实行区域化布局,专业化规模生产,企业化管理,集约化经营和社会化服务,形成新品种选育、推广、种子生产、加工、储藏、运输、销售一体化的生产经营体系,而我国现阶段的种业从严格意义上说还只是一个行业,未形成真正的产业。
种子包衣、丸化技术是以种衣剂为原料、种子为载体、包衣技术为依托,集生物、化工、机械等多学科高新技术为一体的现代种子处理技术,因此,种子包衣、丸化技术是实现种子工程中间突破的技术关键,是进一步提高种子科技含量的核心环节,也是衡量种子产业化水平的重要标志之一。
种子包衣、丸化技术的研究与推广对推动种子产业化进程具有促进作用:
(1)促进种子产业化进程是包衣种子、丸化种子生产的内在要求。包衣、丸化种子的生产要求品质优良的种子、高效安全的包衣技术、优质的配套服务体系;
(2)促进种子质量的标准化。通过推广包衣、丸化种子,可以使种子生产加工在严格的检验下进行,真正实行种子质量标准化;
(3)促进生产要素的优化组合,使科研、生产、加工、流通领域有机地结合起来,实现种子产业的有序组合,进而使自然资源、劳动力、技术、资金、市场等生产要素优化组合,合理配置,提高经济运作的质量和效益;
(4)促进种子销售服务体系的建立;
(5)促进现代企业观念的形成。由于种子包衣、丸化技术中的良种标准化的观念、防重于治的植保观念、简化栽培、效益型农业观念和环境保护观念在人们思想中的确立,促进了种子产业化的发展。
4 种子包衣、丸化技术展望
4.1 具有除草功能的多功能种子处理剂将被开发
高选择性除草剂的开发和除草剂安全剂的研究为具有除草功能的种子处理剂的开发提供了基础。Spiridonova2Yu2Ya报道了用福美双和除草剂安全剂1,82NA和polymere2NaKMC进行种子包衣,可以有效的控制根部病害和由残留的除草剂对玉米、小麦等的影响:Loston2Rowe等证明CGA2154281明显地增加了异丙甲草胺的代谢速率,出现了较大量的代谢物,从而避免了异丙草胺对玉米的伤害,同样剂量对所处理的狗尾草、藜、稗草等不起保护作用;Mabbayad,M.O.等用丙草胺+fen2clorim混剂对水稻进行种子处理,虽然在早期会出现水稻矮化,但作物的最初伤害将得到恢复,对最终产量无影响。如用苄黄隆处理,较低剂量对水稻整个生育期无明显影响,证明用丙草胺+fen2clorim混剂和苄嘧黄隆等除草剂用作种子处理是可行的。