復硝酚鈉在PVA 水溶性種子帶中的應用研究

姜欣家，郝喜海＊

（湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412007）

1 引言

播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)開始由傳統(tǒng)農(nóng)耕的低產(chǎn)低效轉(zhuǎn)向更加智能和精細的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。精量播種技術由于能減少種子的消耗，合理地分配土地資源，節(jié)省人力成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益提升，而漸漸地受到人們的重視[1]。相較于大顆粒種子的機械播種，小顆粒種子由于其較小的體積和質(zhì)量而難以直接使用便捷的機械進行精量播種[2]。種子帶播種技術由于其技術特點（一種可以確保小種子作物均勻種子間距和作物密度的方法），有效地解決了小種作物精量播種的難題[3]。

復硝酚鈉又名愛多收(Atonik)，是一種強力的植物生長調(diào)節(jié)劑。它與植物接觸后，可以快速地滲透到植物體內(nèi)，促進細胞原生質(zhì)流動，從而縮短種子休眠期，加速種子萌發(fā)，使幼苗更加健壯[4]。聚乙烯醇(PVA)是一種可降解的親水性高分子，具有較好的機械強度和化學穩(wěn)定性[5]。由于其低廉的價格，將其作為種子帶的載體材料具備一定的應用前景。此外，PVA 溶解后可以粘結附近的土壤，改善土壤的團粒結構，提高土壤蓄水保肥和透氣的能力[6]。將其與促生長劑復硝酚鈉進行配和，可以在一定程度上實現(xiàn)對農(nóng)藥制劑的緩釋功能，使得種子帶所附帶的功能性效用得以長期維持。

目前對于種子帶播技術的研究與應用大多停留在如何提高精量播種的效率和精度上，但是關于在確保種植的前提下，在種子帶中添加諸如抗菌劑、促生長劑、肥料等功能性物質(zhì)，以實現(xiàn)種子帶功能化改進的研究卻是不多。因此，研究以聚乙烯醇為載體，復硝酚鈉作為種子帶功能性改進劑制備一種可以縮短種子休眠周期，加速苗期發(fā)育的種子帶膜。通過觀察種子帶對白菜種子萌發(fā)及其對苗期性狀的影響，驗證種子帶功能化改進的可行性，以期對未來種子帶功能化改進的研究提供一些助力。

2 材料與方法

2.1 實驗材料與儀器

供試白菜種子，合肥市合豐種業(yè)有限公司；復硝酚鈉，河南新雨化工科技有限公司；聚乙烯醇，藍海包裝有限公司；丙三醇，分析純，湖南匯虹試劑有限公司；吐溫80，化學純，天津市科密歐化學試劑有限公司；十二烷基硫酸鈉，分析純，上海埃彼化學試劑有限公司。

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101Z 型，上海秋佐科學儀器有限公司；智能電子拉力試驗機，XLW(L)-PC 型，濟南蘭光機電技術有限公司；線棒涂膜器(200 mm, 60μ)，廣州鑫鴻儀器設備有限公司；電熱式流延板，藍海包裝有限公司。

2.2 實驗材料的制備

2.2.1 功能性種子帶母液的制備

稱取20g 聚乙烯醇置于燒杯中，加入5%w 的甘油作為增塑劑以及5%w 的吐溫和3%w 的十二烷基硫酸鈉作為表面活性劑，最后加入139ml 蒸餾水。將燒杯密封處理后放入磁力攪拌器中（水浴溫度90℃）攪拌，使各組分充分混合，制得固含量為14%的聚乙烯醇溶液。

分別稱取質(zhì)量分數(shù)為0.4%w、0.6%w、0.8%w、1.0%w、1.2%w 和1.4%w 的復硝酚鈉，加入到上述溶液中，充分混合即制得種子帶母液。

2.2.2 種子帶的制備

涂布法制備種子帶膜，將種子帶母液傾倒至電熱式流延板上，使用涂膜棒對溶液進行刮涂，待溶劑充分蒸發(fā)后，將其從流延板上揭出，即得到種子帶膜。按照要求將種子帶膜分別切割成2cm×2cm 的規(guī)格，標記好后備用。

精選顆粒飽滿，大小合適均一的種子作為內(nèi)容物，將單粒種子置于種子帶中包覆成團，即得種子帶。

2.3 盆栽實驗

盆栽實驗于實驗室中進行，共8 個處理組，各處理組種植種子50 穴，每處理重復3 次，數(shù)據(jù)取平均值。

將各處理種子種植在含種植土的育苗盒中，覆土約5mm，如圖1 所示，周圍環(huán)境為實驗室（室內(nèi)通光、常溫）的自然條件。按照盆栽實驗對種子帶類型進行以下編號：無種子帶組(CK1)，種子帶組按照不同載藥含量(0.0%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%)分別編號為CK2 以及Tape1 ～6。

圖1 完成播種后的育苗盒Fig.1 Seedling box after seeding

2.4 檢測方法

1）室內(nèi)種子活力測定

在育苗盒中進行盆栽試驗，播種后3d 測定發(fā)芽勢，播種后7d 統(tǒng)計發(fā)芽率。

2）幼苗生理指標測定

7d 盆栽試驗完成后，從各處理組隨機選取幼苗10 株。洗凈后用電子天平和量尺分別進行稱重并量取根部長度，記錄鮮重和根系長度并計算均值。

3）種子帶膜水溶性測定

將各處理干燥的種子帶膜切成2cm×2cm 大小，置于裝有250ml 去離子水的燒杯中，以秒表計時目測法觀察種子帶膜完全溶解破裂所需時間，每個處理重復三次，結果取均值。

4）種子帶膜力學性能測定

使用智能電子拉力試驗機測定種子帶膜的力學性能。將種子帶膜裁剪成規(guī)格為50mm×10mm 的長條啞鈴狀試樣夾持在試驗機上，設置夾距為30mm，拉伸速度為50mm/min，每試樣重復3 次，結果取均值，種子帶膜的斷裂伸長率(EAB)與拉伸強度(TS)計算公式如下(1)和(2)：

式中，TS 為膜抗拉強度(MPa)；F 為膜斷裂時所承受的最大拉力(N)；S 為膜橫截面積(m2)。

式中，為膜的斷裂伸長率(%)；為膜斷裂時達到的最大長度(mm)；為膜的初始長度(mm)。

3 結果與討論

3.1 多功能種子帶對種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是衡量種子活力的重要指標。若種子發(fā)芽率高而發(fā)芽勢弱，表明作物出苗不齊、弱苗多；而種子發(fā)芽率低且發(fā)芽勢強，則會有缺苗斷壟的現(xiàn)象，需人工后期補苗；只有在種子發(fā)芽率高和發(fā)芽勢強的情況下，才能保證作物的快速出苗和齊整[7]。

盆栽實驗結果如表1 所示。比對CK1 處理和CK2 處理，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)種子帶對種子的萌發(fā)具有一定的促進作用，這可能是因為PVA 遇水后溶解于土壤，增加了土壤的粘結力，使土壤團?；潭茸兇螅黾恿送寥辣Ｋ７屎屯笟獾哪芰6]，為種子提供了一個溫暖透氣濕潤的環(huán)境，縮短了種子的休眠時間。比對CK2 組以及Tape1 ～Tape6 的發(fā)芽勢和發(fā)芽率數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，復硝酚鈉在種子帶中的添加對種子的萌發(fā)及發(fā)育產(chǎn)生了重大的影響。實驗結果表明，在合適的藥物含量范圍內(nèi)(0.0%w～0.8%w)，隨著復硝酚鈉在種子帶中含量的不斷增加，功能性種子帶對種子萌發(fā)的促進作用越發(fā)顯著。隨后如果繼續(xù)增加復硝酚鈉在種子帶中的含量，發(fā)現(xiàn)其對種子的萌發(fā)逐漸產(chǎn)生抑制作用，表現(xiàn)為種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的快速下降，而當復硝酚鈉在種子帶中的含量超過1.2%w 時，種子的萌發(fā)速度甚至會低于直接手工播種處理組，這可能是因為當復硝酚鈉的含量在土壤中超出某一個范圍后會對種子的萌發(fā)產(chǎn)生藥害，抑制了種子的發(fā)育速度。

表1 各處理對種子生長發(fā)育的影響Table1 Effect of each treatment on seed growth and development

同樣的對于種植實驗后種苗的生物量和根系長度的測量也基本符合以上的趨勢，即傳統(tǒng)種子帶為種子的生長發(fā)育提供了一個保水保濕保肥的環(huán)境，促使種子快速生長發(fā)育。利用PVA 在土壤中可以起到保水緩釋肥料的特點，在種子帶中附加功能性物質(zhì)，在合適的濃度范圍內(nèi)會促使種子快速生長發(fā)育，但是如果超出一定的范圍就會造成藥害，從而阻礙種子的生長發(fā)育。

對照各處理實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當復硝酚鈉在種子帶中的含量介于0.6 %w ～0.8 %w 時的效果最佳，所種植種子的發(fā)芽率高而發(fā)芽勢強，種苗壯而齊。

3.2 力學性能

拉伸強度是試樣斷裂時所能承受的最大拉伸力。種子帶在使用過程中一般是采用機械條播的方式進行，而這種播種方式對種子帶的拉伸強度具有了一定的要求，若拉伸強度太差，極易造成在種子帶在播種過程中的斷裂，影響播種效率。

由圖2 可知，隨著復硝酚鈉加入量的不斷增大，PVA 種子帶膜的拉伸強度呈現(xiàn)出下降的趨勢，而斷裂伸長率卻在不斷變大。這可能是因為復硝酚鈉分子結構中的剛性基團穿插在聚乙烯醇的分子鏈之間，產(chǎn)生自由空間降低了聚合物分子鏈間的相互作用，增加了分子鏈之間的流動性[8]；并且其中的硝基基團也會與PVA 分子中的羥基之間構成氫鍵[9]，破壞了聚乙烯醇分子間原有的氫鍵聯(lián)結，從而導致薄膜的拉伸強度變差，而斷裂伸長率卻在這個過程中不斷變大。

圖2 種子帶膜力學性能Fig.2 Mechanical properties of seed tape film

3.3 水溶解性能

PVA 種子帶遇水溶解在土壤中，增加土壤粘性，改善土壤團粒結構，使得土壤具有更好的保水透氣和緩釋農(nóng)藥化肥的能力，避免水分和營養(yǎng)物質(zhì)快速流失[10]。種子帶的水溶解性能是衡量其質(zhì)量的一個重要標準。如果水溶性過好且粘性差會迅速地在土壤中流失，無法起到改良土壤的作用；相反水溶性過差，則會形成過厚的包衣包覆在種皮表面，抑制種子的呼吸作用。不同處理薄膜的水溶解時間見表2。

表2 種子帶膜完全溶解時間Table2 Complete dissolution time of seed tape membrane

結果表明，復硝酚鈉在一定程度上會影響種子帶膜的水溶解速率，但是這種表現(xiàn)并不顯著。相對而言，更高含量的復硝酚鈉會縮短種子帶的溶解時間，這可能是因為復硝酚鈉分子中含有的硝基破環(huán)了原有的聚乙烯醇之間的原有氫鍵作用力[9]，并且剛性基團的存在也導致聚合物分子鏈間自由空間的產(chǎn)生，削弱了分子間的相互作用[8]，因此水分子可以更加快速進入到聚合物分子鏈間，導致薄膜遇水后快速溶解。

4 結語

傳統(tǒng)使用的PVA 種子帶不僅可以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對小種子作物的種植起到省種、省工、省力的作用，還可以在溶解后對種子種植土壤進行一定的改良，使得土壤團粒程度優(yōu)化，保水保肥能力得到改善，為種子的生長提供一個較好的環(huán)境。對傳統(tǒng)種子帶進行功能化改進，將促生長劑復硝酚鈉加入到PVA 種子帶中制備的功能性種子帶，更可以打破種子的休眠，對種子的萌發(fā)和幼苗的生長起到了很好的促進作用。結果表明，當促生長劑在種子帶中的占比處于較為合適的范圍時，隨著促生長劑在種子帶中的含量的不斷增加，其對作物生長發(fā)育的正向作用就會越發(fā)地凸顯。比對各處理組的盆栽實驗結果，復硝酚鈉含量在0.6%w ～0.8%w 的處理表現(xiàn)出了對作物萌發(fā)和生長的最佳促進作用。但是當促生長劑的含量在種子帶中的占比大于0.8%w 的時候，卻呈現(xiàn)出對種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，即發(fā)生了藥害現(xiàn)象。另外對種子帶的拉伸強度和水溶解速率進行的測定表明：隨著復硝酚鈉在種子帶中的占比的逐漸增加，其拉伸強度會逐漸變差。而在各處理的水溶解速率方面，雖然它們表現(xiàn)出復硝酚鈉會縮短種子帶的溶解時間，但是這種表現(xiàn)卻并不顯著。