复硝酚钠在PVA 水溶性种子带中的应用研究

姜欣家，郝喜海＊

（湖南工业大学，湖南 株洲 412007）

1 引言

播种是农业生产中不可或缺的一个重要环节。随着现代科学技术的不断发展，农业开始由传统农耕的低产低效转向更加智能和精细的现代化农业。精量播种技术由于能减少种子的消耗，合理地分配土地资源，节省人力成本，实现经济效益提升，而渐渐地受到人们的重视[1]。相较于大颗粒种子的机械播种，小颗粒种子由于其较小的体积和质量而难以直接使用便捷的机械进行精量播种[2]。种子带播种技术由于其技术特点（一种可以确保小种子作物均匀种子间距和作物密度的方法），有效地解决了小种作物精量播种的难题[3]。

复硝酚钠又名爱多收(Atonik)，是一种强力的植物生长调节剂。它与植物接触后，可以快速地渗透到植物体内，促进细胞原生质流动，从而缩短种子休眠期，加速种子萌发，使幼苗更加健壮[4]。聚乙烯醇(PVA)是一种可降解的亲水性高分子，具有较好的机械强度和化学稳定性[5]。由于其低廉的价格，将其作为种子带的载体材料具备一定的应用前景。此外，PVA 溶解后可以粘结附近的土壤，改善土壤的团粒结构，提高土壤蓄水保肥和透气的能力[6]。将其与促生长剂复硝酚钠进行配和，可以在一定程度上实现对农药制剂的缓释功能，使得种子带所附带的功能性效用得以长期维持。

目前对于种子带播技术的研究与应用大多停留在如何提高精量播种的效率和精度上，但是关于在确保种植的前提下，在种子带中添加诸如抗菌剂、促生长剂、肥料等功能性物质，以实现种子带功能化改进的研究却是不多。因此，研究以聚乙烯醇为载体，复硝酚钠作为种子带功能性改进剂制备一种可以缩短种子休眠周期，加速苗期发育的种子带膜。通过观察种子带对白菜种子萌发及其对苗期性状的影响，验证种子带功能化改进的可行性，以期对未来种子带功能化改进的研究提供一些助力。

2 材料与方法

2.1 实验材料与仪器

供试白菜种子，合肥市合丰种业有限公司；复硝酚钠，河南新雨化工科技有限公司；聚乙烯醇，蓝海包装有限公司；丙三醇，分析纯，湖南汇虹试剂有限公司；吐温80，化学纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；十二烷基硫酸钠，分析纯，上海埃彼化学试剂有限公司。

集热式恒温加热磁力搅拌器，DF-101Z 型，上海秋佐科学仪器有限公司；智能电子拉力试验机，XLW(L)-PC 型，济南兰光机电技术有限公司；线棒涂膜器(200 mm, 60μ)，广州鑫鸿仪器设备有限公司；电热式流延板，蓝海包装有限公司。

2.2 实验材料的制备

2.2.1 功能性种子带母液的制备

称取20g 聚乙烯醇置于烧杯中，加入5%w 的甘油作为增塑剂以及5%w 的吐温和3%w 的十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，最后加入139ml 蒸馏水。将烧杯密封处理后放入磁力搅拌器中（水浴温度90℃）搅拌，使各组分充分混合，制得固含量为14%的聚乙烯醇溶液。

分别称取质量分数为0.4%w、0.6%w、0.8%w、1.0%w、1.2%w 和1.4%w 的复硝酚钠，加入到上述溶液中，充分混合即制得种子带母液。

2.2.2 种子带的制备

涂布法制备种子带膜，将种子带母液倾倒至电热式流延板上，使用涂膜棒对溶液进行刮涂，待溶剂充分蒸发后，将其从流延板上揭出，即得到种子带膜。按照要求将种子带膜分别切割成2cm×2cm 的规格，标记好后备用。

精选颗粒饱满，大小合适均一的种子作为内容物，将单粒种子置于种子带中包覆成团，即得种子带。

2.3 盆栽实验

盆栽实验于实验室中进行，共8 个处理组，各处理组种植种子50 穴，每处理重复3 次，数据取平均值。

将各处理种子种植在含种植土的育苗盒中，覆土约5mm，如图1 所示，周围环境为实验室（室内通光、常温）的自然条件。按照盆栽实验对种子带类型进行以下编号：无种子带组(CK1)，种子带组按照不同载药含量(0.0%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%)分别编号为CK2 以及Tape1 ～6。

图1 完成播种后的育苗盒Fig.1 Seedling box after seeding

2.4 检测方法

1）室内种子活力测定

在育苗盒中进行盆栽试验，播种后3d 测定发芽势，播种后7d 统计发芽率。

2）幼苗生理指标测定

7d 盆栽试验完成后，从各处理组随机选取幼苗10 株。洗净后用电子天平和量尺分别进行称重并量取根部长度，记录鲜重和根系长度并计算均值。

3）种子带膜水溶性测定

将各处理干燥的种子带膜切成2cm×2cm 大小，置于装有250ml 去离子水的烧杯中，以秒表计时目测法观察种子带膜完全溶解破裂所需时间，每个处理重复三次，结果取均值。

4）种子带膜力学性能测定

使用智能电子拉力试验机测定种子带膜的力学性能。将种子带膜裁剪成规格为50mm×10mm 的长条哑铃状试样夹持在试验机上，设置夹距为30mm，拉伸速度为50mm/min，每试样重复3 次，结果取均值，种子带膜的断裂伸长率(EAB)与拉伸强度(TS)计算公式如下(1)和(2)：

式中，TS 为膜抗拉强度(MPa)；F 为膜断裂时所承受的最大拉力(N)；S 为膜横截面积(m2)。

式中，为膜的断裂伸长率(%)；为膜断裂时达到的最大长度(mm)；为膜的初始长度(mm)。

3 结果与讨论

3.1 多功能种子带对种子萌发和幼苗生长的影响

发芽率和发芽势是衡量种子活力的重要指标。若种子发芽率高而发芽势弱，表明作物出苗不齐、弱苗多；而种子发芽率低且发芽势强，则会有缺苗断垄的现象，需人工后期补苗；只有在种子发芽率高和发芽势强的情况下，才能保证作物的快速出苗和齐整[7]。

盆栽实验结果如表1 所示。比对CK1 处理和CK2 处理，发现传统种子带对种子的萌发具有一定的促进作用，这可能是因为PVA 遇水后溶解于土壤，增加了土壤的粘结力，使土壤团粒化程度变大，增加了土壤保水保肥和透气的能力[6]，为种子提供了一个温暖透气湿润的环境，缩短了种子的休眠时间。比对CK2 组以及Tape1 ～Tape6 的发芽势和发芽率数据发现，复硝酚钠在种子带中的添加对种子的萌发及发育产生了重大的影响。实验结果表明，在合适的药物含量范围内(0.0%w～0.8%w)，随着复硝酚钠在种子带中含量的不断增加，功能性种子带对种子萌发的促进作用越发显著。随后如果继续增加复硝酚钠在种子带中的含量，发现其对种子的萌发逐渐产生抑制作用，表现为种子的发芽率和发芽势的快速下降，而当复硝酚钠在种子带中的含量超过1.2%w 时，种子的萌发速度甚至会低于直接手工播种处理组，这可能是因为当复硝酚钠的含量在土壤中超出某一个范围后会对种子的萌发产生药害，抑制了种子的发育速度。

表1 各处理对种子生长发育的影响Table1 Effect of each treatment on seed growth and development

同样的对于种植实验后种苗的生物量和根系长度的测量也基本符合以上的趋势，即传统种子带为种子的生长发育提供了一个保水保湿保肥的环境，促使种子快速生长发育。利用PVA 在土壤中可以起到保水缓释肥料的特点，在种子带中附加功能性物质，在合适的浓度范围内会促使种子快速生长发育，但是如果超出一定的范围就会造成药害，从而阻碍种子的生长发育。

对照各处理实验数据，发现当复硝酚钠在种子带中的含量介于0.6 %w ～0.8 %w 时的效果最佳，所种植种子的发芽率高而发芽势强，种苗壮而齐。

3.2 力学性能

拉伸强度是试样断裂时所能承受的最大拉伸力。种子带在使用过程中一般是采用机械条播的方式进行，而这种播种方式对种子带的拉伸强度具有了一定的要求，若拉伸强度太差，极易造成在种子带在播种过程中的断裂，影响播种效率。

由图2 可知，随着复硝酚钠加入量的不断增大，PVA 种子带膜的拉伸强度呈现出下降的趋势，而断裂伸长率却在不断变大。这可能是因为复硝酚钠分子结构中的刚性基团穿插在聚乙烯醇的分子链之间，产生自由空间降低了聚合物分子链间的相互作用，增加了分子链之间的流动性[8]；并且其中的硝基基团也会与PVA 分子中的羟基之间构成氢键[9]，破坏了聚乙烯醇分子间原有的氢键联结，从而导致薄膜的拉伸强度变差，而断裂伸长率却在这个过程中不断变大。

图2 种子带膜力学性能Fig.2 Mechanical properties of seed tape film

3.3 水溶解性能

PVA 种子带遇水溶解在土壤中，增加土壤粘性，改善土壤团粒结构，使得土壤具有更好的保水透气和缓释农药化肥的能力，避免水分和营养物质快速流失[10]。种子带的水溶解性能是衡量其质量的一个重要标准。如果水溶性过好且粘性差会迅速地在土壤中流失，无法起到改良土壤的作用；相反水溶性过差，则会形成过厚的包衣包覆在种皮表面，抑制种子的呼吸作用。不同处理薄膜的水溶解时间见表2。

表2 种子带膜完全溶解时间Table2 Complete dissolution time of seed tape membrane

结果表明，复硝酚钠在一定程度上会影响种子带膜的水溶解速率，但是这种表现并不显著。相对而言，更高含量的复硝酚钠会缩短种子带的溶解时间，这可能是因为复硝酚钠分子中含有的硝基破环了原有的聚乙烯醇之间的原有氢键作用力[9]，并且刚性基团的存在也导致聚合物分子链间自由空间的产生，削弱了分子间的相互作用[8]，因此水分子可以更加快速进入到聚合物分子链间，导致薄膜遇水后快速溶解。

4 结语

传统使用的PVA 种子带不仅可以在农业生产中对小种子作物的种植起到省种、省工、省力的作用，还可以在溶解后对种子种植土壤进行一定的改良，使得土壤团粒程度优化，保水保肥能力得到改善，为种子的生长提供一个较好的环境。对传统种子带进行功能化改进，将促生长剂复硝酚钠加入到PVA 种子带中制备的功能性种子带，更可以打破种子的休眠，对种子的萌发和幼苗的生长起到了很好的促进作用。结果表明，当促生长剂在种子带中的占比处于较为合适的范围时，随着促生长剂在种子带中的含量的不断增加，其对作物生长发育的正向作用就会越发地凸显。比对各处理组的盆栽实验结果，复硝酚钠含量在0.6%w ～0.8%w 的处理表现出了对作物萌发和生长的最佳促进作用。但是当促生长剂的含量在种子带中的占比大于0.8%w 的时候，却呈现出对种子萌发和幼苗生长的抑制作用，即发生了药害现象。另外对种子带的拉伸强度和水溶解速率进行的测定表明：随着复硝酚钠在种子带中的占比的逐渐增加，其拉伸强度会逐渐变差。而在各处理的水溶解速率方面，虽然它们表现出复硝酚钠会缩短种子带的溶解时间，但是这种表现却并不显著。