姜欣家，郝喜海＊

（湖南工業(yè)大學(xué)，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(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(xì)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。精量播種技術(shù)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)械進(jìn)行精量播種[2]。種子帶播種技術(shù)由于其技術(shù)特點(diǎn)（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(fù)硝酚鈉又名愛多收(Atonik)，是一種強(qiáng)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(jìn)細(xì)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(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性[5]。由于其低廉的價(jià)格，將其作為種子帶的載體材料具備一定的應(yīng)用前景。此外，PVA 溶解后可以粘結(jié)附近的土壤，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水保肥和透氣的能力[6]。將其與促生長劑復(fù)硝酚鈉進(jìn)行配和，可以在一定程度上實(shí)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(shù)的研究與應(yīng)用大多停留在如何提高精量播種的效率和精度上，但是關(guān)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(shí)現(xiàn)種子帶功能化改進(jìn)的研究卻是不多。因此，研究以聚乙烯醇為載體，復(fù)硝酚鈉作為種子帶功能性改進(jìn)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(yàn)證種子帶功能化改進(jìn)的可行性，以期對未來種子帶功能化改進(jìn)的研究提供一些助力。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

供試白菜種子，合肥市合豐種業(yè)有限公司；復(fù)硝酚鈉，河南新雨化工科技有限公司；聚乙烯醇，藍(lán)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(xué)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；十二烷基硫酸鈉，分析純，上海埃彼化學(xué)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(xué)儀器有限公司；智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，XLW(L)-PC 型，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；線棒涂膜器(200 mm, 60μ)，廣州鑫鴻儀器設(shè)備有限公司；電熱式流延板，藍(lán)海包裝有限公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)為0.4%w、0.6%w、0.8%w、1.0%w、1.2%w 和1.4%w 的復(fù)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(jìn)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(biāo)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(tuán)，即得種子帶。

2.3 盆栽實(shí)驗(yàn)

盆栽實(shí)驗(yàn)于實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，共8 個(gè)處理組，各處理組種植種子50 穴，每處理重復(fù)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(shí)驗(yàn)室（室內(nèi)通光、常溫）的自然條件。按照盆栽實(shí)驗(yàn)對種子帶類型進(jìn)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(jìn)行盆栽試驗(yàn)，播種后3d 測定發(fā)芽勢，播種后7d 統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

2）幼苗生理指標(biāo)測定

7d 盆栽試驗(yàn)完成后，從各處理組隨機(jī)選取幼苗10 株。洗凈后用電子天平和量尺分別進(jìn)行稱重并量取根部長度，記錄鮮重和根系長度并計(jì)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(jì)時(shí)目測法觀察種子帶膜完全溶解破裂所需時(shí)間，每個(gè)處理重復(fù)三次，結(jié)果取均值。

4）種子帶膜力學(xué)性能測定

使用智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)測定種子帶膜的力學(xué)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(yàn)機(jī)上，設(shè)置夾距為30mm，拉伸速度為50mm/min，每試樣重復(fù)3 次，結(jié)果取均值，種子帶膜的斷裂伸長率(EAB)與拉伸強(qiáng)度(TS)計(jì)算公式如下(1)和(2)：

式中，TS 為膜抗拉強(qiáng)度(MPa)；F 為膜斷裂時(shí)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(shí)達(dá)到的最大長度(mm)；為膜的初始長度(mm)。

3 結(jié)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(biāo)。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(qiáng)，則會有缺苗斷壟的現(xiàn)象，需人工后期補(bǔ)苗；只有在種子發(fā)芽率高和發(fā)芽勢強(qiáng)的情況下，才能保證作物的快速出苗和齊整[7]。

盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)作用，這可能是因?yàn)镻VA 遇水后溶解于土壤，增加了土壤的粘結(jié)力，使土壤團(tuán)?；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(gè)溫暖透氣濕潤的環(huán)境，縮短了種子的休眠時(shí)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(fù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在合適的藥物含量范圍內(nèi)(0.0%w～0.8%w)，隨著復(fù)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(jìn)作用越發(fā)顯著。隨后如果繼續(xù)增加復(fù)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(dāng)復(fù)硝酚鈉在種子帶中的含量超過1.2%w 時(shí)，種子的萌發(fā)速度甚至?xí)陀谥苯邮止げシN處理組，這可能是因?yàn)楫?dāng)復(fù)硝酚鈉的含量在土壤中超出某一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)硝酚鈉在種子帶中的含量介于0.6 %w ～0.8 %w 時(shí)的效果最佳，所種植種子的發(fā)芽率高而發(fā)芽勢強(qiáng)，種苗壯而齊。

3.2 力學(xué)性能

拉伸強(qiáng)度是試樣斷裂時(shí)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(jī)械條播的方式進(jìn)行，而這種播種方式對種子帶的拉伸強(qiáng)度具有了一定的要求，若拉伸強(qiáng)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(fù)硝酚鈉加入量的不斷增大，PVA 種子帶膜的拉伸強(qiáng)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?yàn)閺?fù)硝酚鈉分子結(jié)構(gòu)中的剛性基團(tuán)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(tuán)也會與PVA 分子中的羥基之間構(gòu)成氫鍵[9]，破壞了聚乙烯醇分子間原有的氫鍵聯(lián)結(jié)，從而導(dǎo)致薄膜的拉伸強(qiáng)度變差，而斷裂伸長率卻在這個(gè)過程中不斷變大。

圖2 種子帶膜力學(xué)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(tuán)粒結(jié)構(gòu)，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(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)間見表2。

表2 種子帶膜完全溶解時(shí)間Table2 Complete dissolution time of seed tape membrane

結(jié)果表明，復(fù)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(fù)硝酚鈉會縮短種子帶的溶解時(shí)間，這可能是因?yàn)閺?fù)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(tuán)的存在也導(dǎo)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(jìn)入到聚合物分子鏈間，導(dǎo)致薄膜遇水后快速溶解。

4 結(jié)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(jìn)行一定的改良，使得土壤團(tuán)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(gè)較好的環(huán)境。對傳統(tǒng)種子帶進(jìn)行功能化改進(jìn)，將促生長劑復(fù)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(jìn)作用。結(jié)果表明，當(dāng)促生長劑在種子帶中的占比處于較為合適的范圍時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果，復(fù)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(jìn)作用。但是當(dāng)促生長劑的含量在種子帶中的占比大于0.8%w 的時(shí)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(qiáng)度和水溶解速率進(jìn)行的測定表明：隨著復(fù)硝酚鈉在種子帶中的占比的逐漸增加，其拉伸強(qiáng)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(fù)硝酚鈉會縮短種子帶的溶解時(shí)間，但是這種表現(xiàn)卻并不顯著。