水稻種衣肥配方篩選及緩釋特性研究

摘 要：為了篩選合適的種衣肥，通過水稻發芽試驗與苗素質的測定，并與進口的SK進行比較確定最佳種衣肥;同時對用其制備包肥種子中養分N、P、K的釋放期、釋放率及理化性質進行了測定，探索種衣肥的釋放性能。試驗結果表明：水稻種子用4種包衣肥包衣處理之后，除出苗率略低于CK外，其他發芽指標及苗素質都優于CK，其中HX-1C為最佳配方，最佳包衣比為1∶40。緩釋肥包衣劑的粘度為27.5 MPa/s、成膜性良好，成膜時間14.5 min、包衣膜均勻度>90%，包衣脫落率<1.5%。緩釋特性測試結果顯示，包衣肥養分N、P、K初期溶解率<10%、微分溶解率<2%，養分釋放期>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。養分累積釋放曲線大致呈“S”型，與作物生長需肥規律一致。表明復合型緩釋肥包衣劑的理化性質良好，包衣效果與養分緩釋效果良好，能有效控制普通復合肥養分的緩釋。

關鍵詞：種子包衣肥;水稻;配方篩選;緩釋特性

中圖分類號：S143 文獻標識碼：A 文章編號：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/控釋肥料是結合現代植物營養理論和控制釋放理論與技術，通過各種調控機制使養分的釋放規律與作物生長發育的需肥規律基本一致，起到肥料養分釋放與作物需肥規律協調統一的目的，是緩釋肥料的高級形式[1-3]。我國在緩/控釋肥料研究方面起步較晚，于20世紀70年代開始有所進展，鑒于現代農業生產需要及環境生態意識和資源保護意識的加強，包膜型控釋肥的研究與開發也越來越受重視，是21世紀世界肥料的主要發展方向[4-5]。目前包膜肥料（亦稱包衣肥）多釆用瀝青和石蠟進行二次包膜，緩釋效果有所提高[6];利用乙煉和乙酸乙烯酯共聚物作為包膜材料，通過調整組分的比例來調節膜的滲透性。農作物種子包衣是一項新型農業高科技技術，是作物物化栽培技術的重要組成部份[7-8]，是實現作物良種標準化、加工機械化、播種精量化、栽培管理輕型化以及農業生產增收節支的重要途徑[9-10]。近年來，我國糧食總產量隨化肥施用量增加而增長，但單位肥料增產率卻隨化肥施用量增加而明顯遞減，究其原因是我國目前所施用的化肥大多是單質速效化肥，肥效期短、養分容易淋失、揮發和同定，使肥料利用率很低，損失嚴重;其中氮肥、磷肥、鉀肥利用率分別只在33%、12%、40%左右[11-12]。肥料利用率低，導致化肥過度施用，而化肥的過度施用不僅造成了嚴重的經濟損失，也帶來了環境污染[13-14]，可生物降解材料包膜緩控釋肥料可有效減輕聚合物對土壤的二次污染[15-17]。因此，對種子包衣肥進行研究，提高化肥利用率，減少因施肥而造成的污染，走高效可持續發展道路是我國目前農業發展形勢所需。研究通過室內發芽試驗與測定，弄清不同配方的水稻種衣肥對水稻種子萌發與生長的影響，并與進口種衣劑進行比較，從中篩選出較優配方;并初步弄清水稻型種衣肥的緩釋特性及理化性質，為水稻種子包衣肥的研制與應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水稻種子：湘水秈6號（湖南希望種業科技有限公司）。試劑：鉬酸銨、偏釩酸銨、濃HNO3、NaOH、甲基橙、KH2PO4。水稻型種衣肥：HX-1A、HX-1B、HX-1C，由填充劑A、藥劑B和拋光劑組成。SK，包衣比1∶50（瑞士適樂時公司）。普通復合肥（對照CK，N∶P∶K=15∶15∶15），購置于國內某知名品牌。

1.2 儀器與設備

WFJ2000型可見分光光度計（尤尼柯上海儀器設備有限公司），pH-3C型數字酸度計（上海鵬順科學儀器有限公司），TAS-986原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司），LRH-150-GⅡ微電腦控制光照培養箱（廣東省醫療器械廠），TDL80-2B型臺式離心機（上海安亭科學儀器廠制造），NDJ-79型旋轉式粘度計（同濟大學機電廠）;BY300A 型包衣機（上海黃海藥檢儀器有限公司）;海能K1100F全自動型凱氏定氮儀（濟南海能儀器股份有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 包衣方法 準確稱取50.0 g水稻種子，放入250 mL燒杯內;按包衣比（1∶40）分別準確稱取1.25 g粉劑B、23.75 g填充劑A。將約18 g蒸餾水裝入小噴霧器，向種子內噴水、邊噴邊攪拌，至種子表面剛好潤濕，再將填充劑A在攪拌下分2～3次加入種子中，每加一次快速攪拌種子后、噴水一次，等填充劑A加完后，再用相同方法加粉劑B等，最后噴拋光劑，至種子丸化均勻、表面綠色一致為止，取出放試樣篩內，于50℃下烘80 min，裝入雙層封口袋內。對照（CK），不包衣。

1.3.2 發芽試驗方法 水稻種子分別用種衣肥進行包衣處理，以未包衣處理的種子為對照（CK）;每個處理設3次重復;采用砂床發芽法，現將砂放入發芽盒一半位置，每個重復任取100粒種子置于發芽盒內砂上，再加砂剛好覆蓋種子，放在培養箱培養。每天揭開發芽盒蓋10 min讓空氣進入，即保證砂床的砂子三分之二處有水層。測試發芽勢、發芽率、成苗率、苗高、莖粗、總根數以及百株鮮干重等7個指標。

（1）發芽勢（%）=發芽初期正常發芽種子數/供試種子數×100。播種后第3～4天測試。

（2）發芽率（%）=發芽終期全部正常發芽種子數/供試種子數×100。播種后第7～8天測試。

（3）成苗率（%）=正常秧苗數/供試種子數×100。播種后第12天測試。

（4）苗高：每個處理取樣10株，分別測量其苗高、取平均值。播種后第13～14天測試。

（5）莖粗：每個處理取樣10株，排在一起測量10株莖粗值。播種后第13～14天測試。

（6）總根數：每個處理取樣10株，分別測量其總根數、取平均值。播種后第13～14天測試。

（7）百株鮮重、干重：每個處理取樣30株，稱其鮮重、干重，換算成百株值。播種后第13～14天測試。

1.3.3 配方與包衣比篩選方法 （1）配方篩選方法。用自研的3個配方HX-1A、HX-1B、HX-1C與SK、空白CK同時進行培養，每個樣同時培養3組。培養采用沙培方式于光照培養箱內進行培養，通過對水稻生長情況來篩選最佳配方。

（2）包衣比篩選方法。按上述篩選的最佳種衣肥配方改變包衣比例，分別按包衣比1∶60、1∶40、1∶20包衣水稻種子再次進行對比試驗，按照上述方法進行室內發芽試驗與指標測定。通過對水稻生長情況來篩選最佳包衣比。

1.3.4 包衣肥養分及釋放過程中N、P、K的測定 依據GB/T 23348—2009 [18]對N、P、K進行測定。（1）N含量的測定，凱氏定氮法。（2）P含量的測定，分光光度計法。（3）K含量的測定，原子吸收分光光度法。

1.3.5 包衣肥養分釋放率的計算 （1）養分初期釋放率的測定。將包衣肥在25℃恒溫、肥水比1∶20條件下浸提1 d，按上述方法測定浸提液中N、P、K養分的含量。按公式（1）計算養分初期釋放率。

Vt （%） = （Wt / W）×100" " " " "（1）

式中：Wt為包衣肥水中浸提t d某一養分釋放的量;W為包衣肥中該養分的總量;當t=1時，計算結果為初期釋放率。

（2）養分累積釋放率的測定。將包衣肥在上述條件中浸提，分別在5、10、15、20、25、30、35 d時采樣，按上述方法測定各浸提液中N、P、K養分的含量。按公式（1）計算累積釋放率。

（3）養分微分釋放率的測定。將包衣肥在上述條件中浸提，每浸提1 d，小心取出盛放袋、重新換水，再進行第2次浸提，重復此操作至第7天，測定浸提液中氮、磷、鉀養分的含量。計算求出除第1天之外平均每天的養分溶出百分含量。

（4）養分釋放期。養分釋放期T，指某一養分80%釋放所需時間[18-19]。

1.3.6 包衣理化性質測定方法 pH值、粘度、成膜性、成膜時間、衣膜水溶性、包衣脫落率和包衣均勻度均參考熊海蓉等[20]所用的測定方法。在分光光度儀最大吸收波長（550 nm）下，測定各自的吸光度A。將測得的20個吸光度數據從小到大進行排列，并計算出平均吸光度值為Aa。試樣包衣均勻度X1（%），按下式計算。

X1（%）=n/20×100=5n" " " " " " " " " （2）

式中：n為測得吸光度A在0.7～1.3Aa范圍內的包

衣種子份數;20為測試所用包衣種子份數。

1.3.7 數據分析 數據采用SAS 19.0統計軟件進行分析。滿足正態性分布且方差齊的兩組之間差異的比較用兩組獨立樣本的t檢驗，多組之間差異的比較用單因素的方差分析。

2 結果與分析

2.1 配方篩選試驗結果

2.1.1 不同種子包衣肥對水稻萌發的影響 由表1可知，未進行包衣處理的CK組其水稻發芽勢明顯要高于已包衣處理組，其中CK比HX-1B高出44.1%。這是由于種子包衣肥中含有一定量的Cl-，它對種子萌發有一定的抑制作用，因此各包衣處理的發芽勢低于CK。同時種子包衣肥中有效活性成分仍能起到了促進秧苗生長的作用，例如通過發芽率和成苗率這2項指標可以看出包衣并不會抑制種子的成苗。比較HX-1B和HX-1C，在加有逸氧劑的后者其效果明顯好于沒有加逸氧劑的前者。各處理的成苗率比發芽率要低，這可能是部分水稻萌芽在后期培養中死亡所致。HX-1A的發芽勢、發芽率等都偏低，很可能此種包衣劑很大程度上阻礙了氧氣的供應。

2.1.2 種子包衣肥對水稻苗素質的影響 由表2可知，經過包衣處理過的水稻種子（HX-1C）相對于未經處理水稻種子（CK）在苗期幾乎各項指標都有較大的提高，例如，在莖基寬、總根數、鮮重和干重方面分別提高了4.27%、13.27%、19.08%和37.00%。這主要是因為包衣對種子的后期生長中提供了相應的養分和促進劑。相對于上述處理組，SK處理組對水稻生長有一定效果但不顯著。結合不同種子包衣肥對水稻萌發的影響試驗結果來看，HX-1C除苗高、發芽勢不及SK、CK、HX-1A外，其余各項指標幾乎均優于其他各組，故HX-1C為最佳配方。

2.2 包衣比篩選結果

2.2.1 不同包衣比對水稻種子萌發的影響 由表3可知，3個不同包衣比的發芽試驗結果具有較大的差異。從表中可看出發芽勢均不高，可能原因有兩個，一是覆蓋在種子上的沙子過多，二是播種后施水過多，這兩點導致種子缺少了萌發時所需要的溫度、氧氣和間隙。包衣比為1∶40的處理并不影響其成苗率，相對于包衣比1∶20、1∶60的發芽率提高了11.5%、17.3%，成苗率提高了10.0%、17.3%。包衣比為1∶20和1∶60對種子的發芽勢、發芽率、成苗率均有些影響。但種子包衣肥中養分及有效活性成分仍能起到促進秧苗生長的作用。

2.2.2 不同包衣比對水稻苗素質的影響 由表4可知，在3個不同包衣比處理間苗高、莖粗、總根數等指標相差不大。包衣比為1∶40時，相對于其他2個處理的各項水稻苗素質指標總體較優，水稻鮮重、干重、單位干重相對于包衣比1∶20分別增加了8.67%、12%、7.84%;同樣相對于包衣比1∶60也有一定程度的增加。說明相同的包衣肥、不同包衣比例同樣對水稻的生長具有較大的影響。結合不同包衣比對水稻種子萌發試驗結果來看，包衣比為1∶40時各項指標均優于其他各組，故HX-1C（1∶40）為最佳配方。

2.3 包衣肥養分及釋放期

對照、處理組養分含量與養分釋放期的測定結果如圖5所示，兩者的養分含量中，N、P2O5、K2O的含量分別在0.8%、0.4%、0.6%左右，含量總體上相差不大，同種養分間不具有顯著性差異。2種肥料的養分釋放期具有較大的差異，對照組N養分釋放率在80%時所需要的時間為21 d左右，而處理組需要45 d左右;兩組間P2O5、K2O的養分釋放期同樣具有上述特點，處理組養分釋放期長，對照組短。因此說明處理組包衣復合肥N、K、P養分釋放期均大于對照CK組復合肥，從而可推斷處理組的控釋效果明顯。

2.4 包衣肥養分釋放率

2.4.1 包衣肥養分累積釋放率 隨著種子浸泡天數的延長，2種復合肥的累積釋放率具有較大的差異。從圖1可知，5 d內處理包衣復合肥肥料累積釋放率在16%左右，而對照（CK）包衣復合肥肥料累積釋放率達到38%左右。說明處理組包衣復合肥對肥料的釋放速度較慢，起到了緩控的作用。在第5～20天內肥料的釋放率較大，在20 d時對照組肥料釋放率高達80%左右，同時處理組也達到了50%左右，說明兩者的肥料在前20 d內養分累積溶解量較高，但20 d后兩者肥料的釋放率有所減緩，以至趨于平緩。養分累積釋放曲線大致呈“S”型，與作物生長過程的需肥規律基本一致。在不同養分間，前期N的釋放最快，K2O其次，P2O5最慢;隨后K2O釋放最快，N其次，同樣P2O5最慢，且都符合上述總體的釋放規律，前期釋放快速后期緩慢。總體上，對照組養分釋放量和釋放速度均大于處理組，且都呈現K2O的累計釋放率最高，釋放量最大，N次之，P2O5最小的釋放規律。

2.4.2 包衣肥養分初期、微分釋放率 如表6所示，初期釋放率（1 d內），處理組各養分的釋放率（lt;10%）要明顯低于對照組，具有顯著性差異，且各指標均符合此現象，說明處理組對養分具有一定的緩控作用;其中兩者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。可見，緩釋肥包衣劑制得的包衣肥，養分N、P、K的初期溶解率與微分溶解率均符合中國標準GB/T 23348—2009，也符合歐洲標準委員（CEN）規定的行業標準[21]。緩控釋肥改善了肥料水期過度釋放而帶來的環境污染及養分浪費的現象，保證肥料均勻緩慢的釋放養分，充分滿足水稻生各個生長期對養分的需求。

2.5 水稻種衣肥理化性質測定結果

通過上述試驗得出最佳包衣配方為HX-1C 1∶40，測其理化性質可知，種衣肥包衣劑的pH值為6.65，屬于弱酸性，接近于中性，太酸和太堿均會影響到種子表皮細胞的活性，影響到種子的發芽率;粘度是27.5±2.3 mPa/s，粘度過低，肥料包衣后膜容易脫落，粘度過高在包衣的過程中肥料容易粘連，影響包衣效果;成膜時間為14.5±0.35 min，成膜時間過短將不利于包衣操作，包衣時間過長將影響生產進度，不利于批量生產;成膜性為“+”，表示成膜均勻且能完整的刮下來，成膜效果好;水溶性為0%表示該包衣劑不溶于水;包衣均勻度為（90.3±1.6）%，達到了國家的生產標準，能保證肥料包衣的質量;包衣脫落率為（1.17±0.1）%，達到了國家的生產標準，能保證控釋肥在運輸過程中產品的質量，起到控釋肥在農業生產中的作用。

3 小結與討論

在HX-1A、HX-1B和HX-1C這3種包衣肥中，通過水稻發芽試驗和苗素質試驗可分析得出HX-1C為最佳配方。在對HX-1C包衣比試驗中，同樣運用上述測定指標確定其最佳包衣比為1∶40，且綜合性質優于瑞士進口的SK。在處理組和對照組包衣肥養分緩釋試驗中，通過養分釋放期、養分累積釋放率、養分初期釋放率等指標的測定可知，處理組包衣劑養分的釋放率慢于對照組;尤其是前期釋放速率、釋放量都要明顯低于照組。表明緩釋肥包衣劑的緩釋特性良好，能有效控制肥料養分的緩釋。最佳種衣肥HX-1C的pH值為6.65，粘度為27.5 mPa/s，成膜性中等;成膜時間14.5 min，成膜時間中等;均勻度90.3%，包衣脫落率較低，僅為1.17%，成膜性良好，所成包衣膜不易溶于水，表明該種衣肥理化性質良好。

包衣型緩/控釋肥是目前肥料高效利用的主要研究方向之一，但包衣膜的好壞包衣膜的好壞將直接影響到了肥料中養分的釋放率、釋放量及對其環境的安全性。成膜劑的品種很多，但并非所有的成膜劑都適宜用作種衣劑中，用于種衣劑的成膜劑，要滿足成膜后有較好的透氣、透水性和具一定彈性的要求。通常可選用的成膜劑有天然、半合成和全合成的高分子有機化合物和無機物[22-23]。已有相關研究[24]采取對回收塑料的利用制備緩釋肥包衣劑可大幅度降低成本，但其不易降解增加環境負擔，因此今后對很有必要研發出適合微生物降解的材料作為種衣劑，譬如植物纖維、淀粉、瓊脂、植物膠、油脂等一些環保易降解的材料[25]。目前該包衣劑已在水稻上使用，效果較好，但還未在其他植物種子以及種植環境中實踐，其效果還需試驗，同時對該包衣劑的作用機理方面的研究還有待進一步的深入。

參考文獻：

[1] 林朝中. 緩控釋肥的施用及其發展前景[J]. 現代農村科技，2015（21）：39-39.

[2] 郭培俊. 控釋肥料包膜材料的研究進展[J]. 廣東化工，2015，42（6）：118-119.

[3] 王興剛，呂少瑜，馮 晨，等. 包膜型多功能緩/控釋肥料的研究現狀及進展[J]. 高分子通報，2016（7）：9-22.

[4] 古慧娟，石元亮，于閣杰，等. 我國緩/控釋肥料的應用效應研究進展[J]. 土壤通報，2011，42（1）：220-224.

[5] 祝紅福，熊遠福，鄒應斌，等. 包膜型緩/控釋肥的研究現狀及應用前景[J]. 化肥設計，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 amp; TechnoLogy，2015，16（12）：2699-2702.

[9] 裴瑞杰，胡述曉，孫天洲，等. 緩控釋肥料的研究與應用現狀[J].中國農業信息，2015（16）：62-65.

[10] 鄒應斌，賀 帆，黃見良，等. 包膜復合肥對水稻生長及營養特性的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2005，11（1）：57-63

[11] Hulme F. Maximize controlled release fertilizer performance [J]. Greenhouse Grower，2012，30（1）：54-58.

[12] 許世明，盧麗麗，王恒濤，等. 高塔保水緩釋肥生產技術與產業化開發[J]. 化肥工業，2013，40（1）：19-20，23.

[13] 王永紅，王旭紅. 合理使用肥料 降低環境污染[J]. 農業工程技術：新能源產業，2012（1）：28-30.

[14] 吳歡歡. 變性淀粉包裹型尿素氮素釋放特性及生物學效應研究[D]. 保定：河北農業大學，2011.

[15] 景旭東，林海琳，閻 杰. 非樹脂包膜型緩釋肥的研究與展望[J]. 江西農業學報，2015，27（7）：72-75，79.

[16] 馬琳娜，向 陽，趙貴哲，等. 生物降解高分子緩控釋肥在番茄上的應用研究[J]. 廣東農業科學，2016，43（4）：84-88.

[17] 馬琳娜. 生物降解有機高分子緩/控釋肥土壤環境效益及應用效果研究[D]. 太原：中北大學，2016.

[18] 熊海蓉，鐘 總，官春云，等. 復合型緩釋肥包衣劑理化性質及緩釋特性研究[J]. 中國農學通報，2011，27（33）：85-89.

[19] 文卓瓊，熊文洋，熊海蓉，等. 早稻種子包衣肥的緩釋性能研究[J]. 中國農學通報，2016，32（9）：6-9.

[20] 熊海蓉，李 霞，鄒應斌，等. 種子包衣肥理化特性研究[J]. 中國農學通報，2010，26（20）：217-221.

[21] 王春梅，趙貴哲，劉亞青，等. 含氮、磷包膜緩釋肥的制備及其緩釋性能研究[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16（4）：1027-1031.

[22] 劉步林. 農藥劑型加工技術[M]. 北京：化學工業出版社，1998.

[23] 李金玉，劉桂英. 良種包衣新產品——藥肥復合型種衣劑[J]. 種子，1990，9（6）：53-56.

[24] 趙引德. 廢舊塑料包出可控緩釋肥[J]. 再生資源研究，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.

（責任編輯：肖彥資）