打开文本图片集
摘 要：为了筛选合适的种衣肥，通过水稻发芽试验与苗素质的测定，并与进口的SK进行比较确定最佳种衣肥;同时对用其制备包肥种子中养分N、P、K的释放期、释放率及理化性质进行了测定，探索种衣肥的释放性能。试验结果表明：水稻种子用4种包衣肥包衣处理之后，除出苗率略低于CK外，其他发芽指标及苗素质都优于CK，其中HX-1C为最佳配方，最佳包衣比为1∶40。缓释肥包衣剂的粘度为27.5 MPa/s、成膜性良好，成膜时间14.5 min、包衣膜均匀度>90%，包衣脱落率<1.5%。缓释特性测试结果显示，包衣肥养分N、P、K初期溶解率<10%、微分溶解率<2%，养分释放期>45 d。其中P的初期溶解率小于N、K的初期溶解率，而N、P、K微分溶解率相差不大。养分累积释放曲线大致呈“S”型，与作物生长需肥规律一致。表明复合型缓释肥包衣剂的理化性质良好，包衣效果与养分缓释效果良好，能有效控制普通复合肥养分的缓释。
关键词：种子包衣肥;水稻;配方筛选;缓释特性
中图分类号：S143文献标识码：A文章编号：1006-060X（2019）01-0026-05
Abstract： The best seed coat fertilizer was determined by germination test and seedling quality determination， and compared with imported SK to determine the Best seed-coat Fertilizer. At the same time， the release period， release rate and physicochemical properties of nutrients N， P and K in seed coating fertilizer were determined， and the release performance of seed coating fertilizer was explored. The results showed that the germination index and seedling quality of rice seeds coated with 4 kinds of coating fertilizers were better than CK except that the emergence rate was slightly lower than CK. Among them， HX-1C was the best formulation and the best coating ratio was 1∶40. The viscosity of slow release fertilizer was 27.5 MPa/s， and the film-forming property was good. The film-forming time was 14.5 min， the uniformity of coatings was more than 90%， and the coating peeling rate was less than 1.5%. The results of slow release test showed that the initial solubility of N， P and K in coating fertilizer was less than 10%， the differential solubility was less than 2%， and the nutrient release period was more than 45 days. The initial solubility of P was less than that of N and K， but the differential solubility of N， P and K was little different. The curve of nutrient accumulation and release was roughly “S” type， which was consistent with the law of crop growth and fertilizer requirement. The results showed that the coating agent of compound slow-release fertilizer had good physical and chemical properties， coating effect and nutrient slow-release effect， and could effectively control nutrient slow-release of common compound fertilizer.
Key words： seed coating fertilizer; rice; formulation screening; slow-release properties
緩/控释肥料是结合现代植物营养理论和控制释放理论与技术，通过各种调控机制使养分的释放规律与作物生长发育的需肥规律基本一致，起到肥料养分释放与作物需肥规律协调统一的目的，是缓释肥料的高级形式[1-3]。我国在缓/控释肥料研究方面起步较晚，于20世纪70年代开始有所进展，鉴于现代农业生产需要及环境生态意识和资源保护意识的加强，包膜型控释肥的研究与开发也越来越受重视，是21世纪世界肥料的主要发展方向[4-5]。目前包膜肥料（亦称包衣肥）多釆用沥青和石蜡进行二次包膜，缓释效果有所提高[6];利用乙炼和乙酸乙烯酯共聚物作为包膜材料，通过调整组分的比例来调节膜的渗透性。农作物种子包衣是一项新型农业高科技技术，是作物物化栽培技术的重要组成部份[7-8]，是实现作物良种标准化、加工机械化、播种精量化、栽培管理轻型化以及农业生产增收节支的重要途径[9-10]。近年来，我国粮食总产量随化肥施用量增加而增长，但单位肥料增产率却随化肥施用量增加而明显递减，究其原因是我国目前所施用的化肥大多是单质速效化肥，肥效期短、养分容易淋失、挥发和同定，使肥料利用率很低，损失严重;其中氮肥、磷肥、钾肥利用率分别只在33%、12%、40%左右[11-12]。肥料利用率低，导致化肥过度施用，而化肥的过度施用不仅造成了严重的经济损失，也带来了环境污染[13-14]，可生物降解材料包膜缓控释肥料可有效减轻聚合物对土壤的二次污染[15-17]。因此，对种子包衣肥进行研究，提高化肥利用率，减少因施肥而造成的污染，走高效可持续发展道路是我国目前农业发展形势所需。研究通过室内发芽试验与测定，弄清不同配方的水稻种衣肥对水稻种子萌发与生长的影响，并与进口种衣剂进行比较，从中筛选出较优配方;并初步弄清水稻型种衣肥的缓释特性及理化性质，为水稻种子包衣肥的研制与应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
水稻种子：湘水籼6号（湖南希望种业科技有限公司）。试剂：钼酸铵、偏钒酸铵、浓HNO3、NaOH、甲基橙、KH2PO4。水稻型种衣肥：HX-1A、HX-1B、HX-1C，由填充剂A、药剂B和抛光剂组成。SK，包衣比1∶50（瑞士适乐时公司）。普通复合肥（对照CK，N∶P∶K=15∶15∶15），购置于国内某知名品牌。
1.2 仪器与设备
WFJ2000型可见分光光度计（尤尼柯上海仪器设备有限公司），pH-3C型数字酸度计（上海鹏顺科学仪器有限公司），TAS-986原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），LRH-150-GⅡ微电脑控制光照培养箱（广东省医疗器械厂），TDL80-2B型台式离心机（上海安亭科学仪器厂制造），NDJ-79型旋转式粘度计（同济大学机电厂）;BY300A 型包衣机（上海黄海药检仪器有限公司）;海能K1100F全自动型凯氏定氮仪（济南海能仪器股份有限公司）。
1.3 试验方法
1.3.1 包衣方法 准确称取50.0 g水稻种子，放入250 mL烧杯内;按包衣比（1∶40）分别准确称取1.25 g粉剂B、23.75 g填充剂A。将约18 g蒸馏水装入小喷雾器，向种子内喷水、边喷边搅拌，至种子表面刚好润湿，再将填充剂A在搅拌下分2～3次加入种子中，每加一次快速搅拌种子后、喷水一次，等填充剂A加完后，再用相同方法加粉剂B等，最后喷抛光剂，至种子丸化均匀、表面绿色一致为止，取出放试样筛内，于50℃下烘80 min，裝入双层封口袋内。对照（CK），不包衣。
1.3.2 发芽试验方法 水稻种子分别用种衣肥进行包衣处理，以未包衣处理的种子为对照（CK）;每个处理设3次重复;采用砂床发芽法，现将砂放入发芽盒一半位置，每个重复任取100粒种子置于发芽盒内砂上，再加砂刚好覆盖种子，放在培养箱培养。每天揭开发芽盒盖10 min让空气进入，即保证砂床的砂子三分之二处有水层。测试发芽势、发芽率、成苗率、苗高、茎粗、总根数以及百株鲜干重等7个指标。
（1）发芽势（%）=发芽初期正常发芽种子数/供试种子数×100。播种后第3～4天测试。
（2）发芽率（%）=发芽终期全部正常发芽种子数/供试种子数×100。播种后第7～8天测试。
（3）成苗率（%）=正常秧苗数/供试种子数×100。播种后第12天测试。
（4）苗高：每个处理取样10株，分别测量其苗高、取平均值。播种后第13～14天测试。
（5）茎粗：每个处理取样10株，排在一起测量10株茎粗值。播种后第13～14天测试。
（6）总根数：每个处理取样10株，分别测量其总根数、取平均值。播种后第13～14天测试。
（7）百株鲜重、干重：每个处理取样30株，称其鲜重、干重，换算成百株值。播种后第13～14天测试。
1.3.3 配方与包衣比筛选方法 （1）配方筛选方法。用自研的3个配方HX-1A、HX-1B、HX-1C与SK、空白CK同时进行培养，每个样同时培养3组。培养采用沙培方式于光照培养箱内进行培养，通过对水稻生长情况来筛选最佳配方。
（2）包衣比筛选方法。按上述筛选的最佳种衣肥配方改变包衣比例，分别按包衣比1∶60、1∶40、1∶20包衣水稻种子再次进行对比试验，按照上述方法进行室内发芽试验与指标测定。通过对水稻生长情况来筛选最佳包衣比。
1.3.4 包衣肥养分及释放过程中N、P、K的测定 依据GB/T 23348—2009 [18]对N、P、K进行测定。（1）N含量的测定，凯氏定氮法。（2）P含量的测定，分光光度计法。（3）K含量的测定，原子吸收分光光度法。
1.3.5 包衣肥养分释放率的计算 （1）养分初期释放率的测定。将包衣肥在25℃恒温、肥水比1∶20条件下浸提1 d，按上述方法测定浸提液中N、P、K养分的含量。按公式（1）计算养分初期释放率。
Vt （%） = （Wt / W）×100 （1）
式中：Wt为包衣肥水中浸提t d某一养分释放的量;W为包衣肥中该养分的总量;当t=1时，计算结果为初期释放率。
（2）养分累积释放率的测定。将包衣肥在上述条件中浸提，分别在5、10、15、20、25、30、35 d时采样，按上述方法测定各浸提液中N、P、K养分的含量。按公式（1）计算累积释放率。
（3）养分微分释放率的测定。将包衣肥在上述条件中浸提，每浸提1 d，小心取出盛放袋、重新换水，再进行第2次浸提，重复此操作至第7天，测定浸提液中氮、磷、钾养分的含量。计算求出除第1天之外平均每天的养分溶出百分含量。
（4）养分释放期。养分释放期T，指某一养分80%释放所需时间[18-19]。
1.3.6 包衣理化性质测定方法 pH值、粘度、成膜性、成膜时间、衣膜水溶性、包衣脱落率和包衣均匀度均参考熊海蓉等[20]所用的测定方法。在分光光度仪最大吸收波长（550 nm）下，测定各自的吸光度A。将测得的20个吸光度数据从小到大进行排列，并计算出平均吸光度值为Aa。试样包衣均匀度X1（%），按下式计算。
X1（%）=n/20×100=5n （2）
式中：n为测得吸光度A在0.7～1.3Aa范围内的包
衣种子份数;20为测试所用包衣种子份数。
1.3.7 数据分析 数据采用SAS 19.0统计软件进行分析。满足正态性分布且方差齐的两组之间差异的比较用两组独立样本的t检验，多组之间差异的比较用单因素的方差分析。
2 结果与分析
2.1 配方筛选试验结果
2.1.1 不同种子包衣肥对水稻萌发的影响 由表1可知，未进行包衣处理的CK组其水稻发芽势明显要高于已包衣处理组，其中CK比HX-1B高出44.1%。这是由于种子包衣肥中含有一定量的Cl-，它对种子萌发有一定的抑制作用，因此各包衣处理的发芽势低于CK。同时种子包衣肥中有效活性成分仍能起到了促進秧苗生长的作用，例如通过发芽率和成苗率这2项指标可以看出包衣并不会抑制种子的成苗。比较HX-1B和HX-1C，在加有逸氧剂的后者其效果明显好于没有加逸氧剂的前者。各处理的成苗率比发芽率要低，这可能是部分水稻萌芽在后期培养中死亡所致。HX-1A的发芽势、发芽率等都偏低，很可能此种包衣剂很大程度上阻碍了氧气的供应。
2.1.2 种子包衣肥对水稻苗素质的影响 由表2可知，经过包衣处理过的水稻种子（HX-1C）相对于未经处理水稻种子（CK）在苗期几乎各项指标都有较大的提高，例如，在茎基宽、总根数、鲜重和干重方面分别提高了4.27%、13.27%、19.08%和37.00%。这主要是因为包衣对种子的后期生长中提供了相应的养分和促进剂。相对于上述处理组，SK处理组对水稻生长有一定效果但不显著。结合不同种子包衣肥对水稻萌发的影响试验结果来看，HX-1C除苗高、发芽势不及SK、CK、HX-1A外，其余各项指标几乎均优于其他各组，故HX-1C为最佳配方。
2.2 包衣比筛选结果
2.2.1 不同包衣比对水稻种子萌发的影响 由表3可知，3个不同包衣比的发芽试验结果具有较大的差异。从表中可看出发芽势均不高，可能原因有两个，一是覆盖在种子上的沙子过多，二是播种后施水过多，这两点导致种子缺少了萌发时所需要的温度、氧气和间隙。包衣比为1∶40的处理并不影响其成苗率，相对于包衣比1∶20、1∶60的发芽率提高了11.5%、17.3%，成苗率提高了10.0%、17.3%。包衣比为1∶20和1∶60对种子的发芽势、发芽率、成苗率均有些影响。但种子包衣肥中养分及有效活性成分仍能起到促进秧苗生长的作用。
2.2.2 不同包衣比对水稻苗素质的影响 由表4可知，在3个不同包衣比处理间苗高、茎粗、总根数等指标相差不大。包衣比为1∶40时，相对于其他2个处理的各项水稻苗素质指标总体较优，水稻鲜重、干重、单位干重相对于包衣比1∶20分别增加了8.67%、12%、7.84%;同样相对于包衣比1∶60也有一定程度的增加。说明相同的包衣肥、不同包衣比例同样对水稻的生长具有较大的影响。结合不同包衣比对水稻种子萌发试验结果来看，包衣比为1∶40时各项指标均优于其他各组，故HX-1C（1∶40）为最佳配方。
2.3 包衣肥养分及释放期
对照、处理组养分含量与养分释放期的测定结果如图5所示，两者的养分含量中，N、P2O5、K2O的含量分别在0.8%、0.4%、0.6%左右，含量总体上相差不大，同种养分间不具有显著性差异。2种肥料的养分释放期具有较大的差异，对照组N养分释放率在80%时所需要的时间为21 d左右，而处理组需要45 d左右;两组间P2O5、K2O的养分释放期同样具有上述特点，处理组养分释放期长，对照组短。因此说明处理组包衣复合肥N、K、P养分释放期均大于对照CK组复合肥，从而可推断处理组的控释效果明显。
2.4 包衣肥养分释放率
2.4.1 包衣肥养分累积释放率 随着种子浸泡天数的延长，2种复合肥的累积释放率具有较大的差异。从图1可知，5 d内处理包衣复合肥肥料累积释放率在16%左右，而对照（CK）包衣复合肥肥料累积释放率达到38%左右。说明处理组包衣复合肥对肥料的释放速度较慢，起到了缓控的作用。在第5～20天内肥料的释放率较大，在20 d时对照组肥料释放率高达80%左右，同时处理组也达到了50%左右，说明两者的肥料在前20 d内养分累积溶解量较高，但20 d后两者肥料的释放率有所减缓，以至趋于平缓。养分累积释放曲线大致呈“S”型，与作物生长过程的需肥规律基本一致。在不同养分间，前期N的释放最快，K2O其次，P2O5最慢;随后K2O释放最快，N其次，同样P2O5最慢，且都符合上述总体的释放规律，前期释放快速后期缓慢。总体上，对照组养分释放量和释放速度均大于处理组，且都呈现K2O的累计释放率最高，释放量最大，N次之，P2O5最小的释放规律。
2.4.2 包衣肥养分初期、微分释放率 如表6所示，初期释放率（1 d内），处理组各养分的释放率（<10%）要明显低于对照组，具有显著性差异，且各指标均符合此现象，说明处理组对养分具有一定的缓控作用;其中两者P的初期溶解率小于N、K的初期溶解率，而N、P、K微分溶解率相差并不是很大。可见，缓释肥包衣剂制得的包衣肥，养分N、P、K的初期溶解率与微分溶解率均符合中国标准GB/T 23348—2009，也符合欧洲标准委员（CEN）规定的行业标准[21]。缓控释肥改善了肥料水期过度释放而带来的环境污染及养分浪费的现象，保证肥料均匀缓慢的释放养分，充分满足水稻生各个生长期对养分的需求。
2.5 水稻种衣肥理化性质测定结果
通过上述试验得出最佳包衣配方为HX-1C 1∶40，测其理化性质可知，种衣肥包衣剂的pH值为6.65，属于弱酸性，接近于中性，太酸和太碱均会影响到种子表皮细胞的活性，影响到种子的发芽率;粘度是27.5±2.3 mPa/s，粘度过低，肥料包衣后膜容易脱落，粘度过高在包衣的过程中肥料容易粘连，影响包衣效果;成膜时间为14.5±0.35 min，成膜时间过短将不利于包衣操作，包衣时间过长将影响生产进度，不利于批量生产;成膜性为“+”，表示成膜均匀且能完整的刮下来，成膜效果好;水溶性为0%表示该包衣剂不溶于水;包衣均匀度为（90.3±1.6）%，达到了国家的生产标准，能保证肥料包衣的质量;包衣脱落率为（1.17±0.1）%，达到了国家的生产标准，能保证控释肥在运输过程中产品的质量，起到控释肥在农业生产中的作用。
3 小结与讨论
在HX-1A、HX-1B和HX-1C这3种包衣肥中，通过水稻发芽试验和苗素质试验可分析得出HX-1C为最佳配方。在对HX-1C包衣比试验中，同样运用上述测定指标确定其最佳包衣比为1∶40，且综合性质优于瑞士进口的SK。在处理组和对照组包衣肥养分缓释试验中，通过养分释放期、养分累积释放率、养分初期释放率等指标的测定可知，处理组包衣剂养分的释放率慢于对照组;尤其是前期释放速率、释放量都要明显低于照组。表明缓释肥包衣剂的缓释特性良好，能有效控制肥料养分的缓释。最佳种衣肥HX-1C的pH值为6.65，粘度为27.5 mPa/s，成膜性中等;成膜时间14.5 min，成膜时间中等;均匀度90.3%，包衣脱落率较低，仅为1.17%，成膜性良好，所成包衣膜不易溶于水，表明该种衣肥理化性质良好。
包衣型缓/控释肥是目前肥料高效利用的主要研究方向之一，但包衣膜的好坏包衣膜的好坏将直接影响到了肥料中养分的释放率、释放量及对其环境的安全性。成膜剂的品种很多，但并非所有的成膜剂都适宜用作种衣剂中，用于种衣剂的成膜剂，要满足成膜后有较好的透气、透水性和具一定弹性的要求。通常可选用的成膜剂有天然、半合成和全合成的高分子有机化合物和无机物[22-23]。已有相关研究[24]采取对回收塑料的利用制备缓释肥包衣剂可大幅度降低成本，但其不易降解增加环境负担，因此今后对很有必要研发出适合微生物降解的材料作为种衣剂，譬如植物纤维、淀粉、琼脂、植物胶、油脂等一些环保易降解的材料[25]。目前该包衣剂已在水稻上使用，效果较好，但还未在其他植物种子以及种植环境中实践，其效果还需试验，同时对该包衣剂的作用机理方面的研究还有待进一步的深入。
参考文献：
[1] 林朝中. 缓控释肥的施用及其发展前景[J]. 现代农村科技，2015（21）：39-39.
[2] 郭培俊. 控释肥料包膜材料的研究进展[J]. 广东化工，2015，42（6）：118-119.
[3] 王兴刚，吕少瑜，冯 晨，等. 包膜型多功能缓/控释肥料的研究现状及进展[J]. 高分子通报，2016（7）：9-22.
[4] 古慧娟，石元亮，于阁杰，等. 我国缓/控释肥料的应用效应研究进展[J]. 土壤通报，2011，42（1）：220-224.
[5] 祝红福，熊远福，邹应斌，等. 包膜型缓/控释肥的研究现状及应用前景[J]. 化肥设计，2008，46（3）：61-64.
[6] El-Hady O A，Camilia Y，El-Dewiny. Modified bitumen emulsion for coating fertilizers [J]. Journal of Applied Sciences Research，2006，2（2）：100-105.
[7] TrenkeL M E. SLow-and controLLed-reLease and stabilized fertiLizers：an option for enhancing nutrient efficiency in agriculture [M]. Paris：InternationaL FertiLizer Industry Association（IFA），2010.
[8] Chen X，Wang H J，Yang X J. Preliminary discussion on research progress and prospect of slow released fertilizers [J]. AgricuLturaL Science & TechnoLogy，2015，16（12）：2699-2702.
[9] 裴瑞杰，胡述晓，孙天洲，等. 缓控释肥料的研究与应用现状[J].中国农业信息，2015（16）：62-65.
[10] 邹应斌，贺 帆，黄见良，等. 包膜复合肥对水稻生长及营养特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2005，11（1）：57-63
[11] Hulme F. Maximize controlled release fertilizer performance [J]. Greenhouse Grower，2012，30（1）：54-58.
[12] 许世明，卢丽丽，王恒涛，等. 高塔保水缓释肥生产技术与产业化开发[J]. 化肥工业，2013，40（1）：19-20，23.
[13] 王永红，王旭红. 合理使用肥料 降低环境污染[J]. 农业工程技术：新能源产业，2012（1）：28-30.
[14] 吴欢欢. 变性淀粉包裹型尿素氮素释放特性及生物学效应研究[D]. 保定：河北农业大学，2011.
[15] 景旭东，林海琳，阎 杰. 非树脂包膜型缓释肥的研究與展望[J]. 江西农业学报，2015，27（7）：72-75，79.
[16] 马琳娜，向 阳，赵贵哲，等. 生物降解高分子缓控释肥在番茄上的应用研究[J]. 广东农业科学，2016，43（4）：84-88.
[17] 马琳娜. 生物降解有机高分子缓/控释肥土壤环境效益及应用效果研究[D]. 太原：中北大学，2016.
[18] 熊海蓉，钟 总，官春云，等. 复合型缓释肥包衣剂理化性质及缓释特性研究[J]. 中国农学通报，2011，27（33）：85-89.
[19] 文卓琼，熊文洋，熊海蓉，等. 早稻种子包衣肥的缓释性能研究[J]. 中国农学通报，2016，32（9）：6-9.
[20] 熊海蓉，李 霞，邹应斌，等. 种子包衣肥理化特性研究[J]. 中国农学通报，2010，26（20）：217-221.
[21] 王春梅，赵贵哲，刘亚青，等. 含氮、磷包膜缓释肥的制备及其缓释性能研究[J]. 植物营养与肥料学报，2010，16（4）：1027-1031.
[22] 刘步林. 农药剂型加工技术[M]. 北京：化学工业出版社，1998.
[23] 李金玉，刘桂英. 良种包衣新产品——药肥复合型种衣剂[J]. 种子，1990，9（6）：53-56.
[24] 赵引德. 废旧塑料包出可控缓释肥[J]. 再生资源研究，2005（4）：6.
[25] Tweddell R J，Pelerin S，Chabot R. A two-year field study of a commercial biostimulant applied on maize as seed coating [J]. Canadian Journal of Plant Science，2000，80（4）：805-807.
（责任编辑：肖彦资）