复硝酚钠在PVA水溶性种子带中的应用研究.pdf

15Abstract:In order to improve the function of traditional PVA seed tape,compound sodium nitrophenolate was added into the resin matrix to prepare multifunctional seed tape.The effects of different seed tape treatments on seed germination and seedling characteristics were studied by pot experiment,and the effects of compound sodium nitrophenolate on mechanical properties and water dissolution rate of substrate were explored.The results showed that the traditional seed tape could promote the rapid germination and development of seeds to some extent.The multi-functional seed tape,in its proper drug content range,can further shorten the seed dormancy time.According to the contrast experiment of each treatment,when the content of compound sodium nitrophenolate in the seed band is 0.6%w 0.8%w,the growth and development of the seeds of each group are the best.The growth and development of seeds would be inhibited gradually with the increase of drug content.In addition,the addition of compound sodium nitrophenolate accelerated the dissolution rate of seed tape in water,and also led to the decline of its mechanical properties.Key words:seed tape;compound sodium nitrophenolate;PVA姜欣家，郝喜海*（湖南工业大学，湖南 株洲 412007）复硝酚钠在 PVA 水溶性种子带中的应用研究Application of Compound Sodium Nitrophenolate in PVA Water-Soluble Seed TapeJIANG Xin-jia,HAO Xi-hai*(Hunan University of Technology,Zhuzhou 412007,China)摘要：针对传统 PVA 种子带的功能化改进，将促生长剂复硝酚钠添加到树脂基体中制备多功能种子带。通过盆栽试验研究各处理种子带对种子萌发和苗期性状的影响，并探究复硝酚钠对基材力学性能和水溶解速率的影响。结果表明：传统种子带在一定程度上会促使种子快速萌发和发育；而多功能种子带在合适的药物含量范围内可更进一步缩短种子的休眠时间。根据各处理对照实验表明，当复硝酚钠在种子带中的含量为 0.6%w0.8%w 时，种子的生长发育状况为各组最佳。继续增加药物含量，种子的生长发育会逐渐受到抑制。另外复硝酚钠的加入加速了种子带在水中的溶解速率，同时也导致其力学性能下降。关键词：种子带；复硝酚钠；PVA中图分类号：TB484 文献标识码：A 文章编号：1400(2023)09-0015-05DOI:10.19362/10-1400/tb.2023.09.001Green Packaging Research Technology收稿日期：2023-03-04基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（基于油茶剩余物的纳米纤维素功能包装膜的制备及应用研究 2022JJ50064）作者简介：姜欣家（1996），男，上海人，湖南工业大学在读硕士研究生，师承郝喜海教授，从事功能性包装材料研究工作，E-mail：。通讯作者：郝喜海（1952），男，吉林东丰人，教授，博士生导师，从事生态型功能包装材料和通用包装技术研究，E-mail：。161 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；复硝绿色包装研究技术酚钠，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(200mm,60)，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 2cm2cm 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。172.4 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 2cm2cm 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 50mm10mm 的长条哑铃状试样夹持在试验机上，设置夹距为 30mm，拉Green Packaging Research Technology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)：(1)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)。(2)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%w0.8%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图 1 完成播种后的育苗盒Fig.1 Seedling box after seeding18图 2 种子带膜力学性能Fig.2 Mechanical properties of seed tape film的萌发产生药害，抑制了种子的发育速度。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。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，绿色包装研究技术表 1 各处理对种子生长发育的影响Table1 Effect of each treatment on seed growth and development处理促生长剂占比%发芽势%发芽率%鲜重 g根长 cmCK164.6792.670.10006.67CK20.068.0093.330.10266.73Tape10.471.3394.000.10427.12Tape20.678.0094.670.10687.43Tape30.878.6793.670.11327.53Tape41.070.6789.330.09657.00Tape51.251.3375.330.08976.57Tape61.436.0070.670.08436.37注：Tape16 为不同促生长剂含量的多功能种子带，CK2 为传统空白种子带，CK1 是手工播种组。19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。参考文献：1 李晓冉,张银平,刁培松,等.我国蔬菜生产概况及精量播种机研究现状 J.农机化研究,2021,43(05):263-268.2 刘兰新.型槽式流体穴播机设计 D.沈阳农业大学,2016.3 金天明.种子带播种技术推广应用的可行性研究 J.农机科技推广,2001(02):22-23.4 谢方.玉米种子 DA-6 和复硝酚钠拌种处理的田间效应研究 D.山东农业大学,2021.5 李发勇,谢东,陈明周,等.水溶性聚乙烯醇薄膜的研究综述 J.广东化工,2018,45(05):149-51+33.6 郝喜海.水溶性 PVA 薄膜美丽的“绿衣使者”J.印刷技术,2014(04):52-54.7 赵东晓,董亚茹,杜建勋,等.盐碱胁迫对三个品种桑树种子萌发的影响 J.山东农业科学,2017,49(07):49-55.8 刘旭坡,张运丰,邓邵峰,等.燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展 J.电化学,2020,26(01):103-120.9 刘艳玲,张振豹.浅析氢键及其对物质性质的影响 J.吕梁高等专科学校学报,2010,26(02):36-38.10 王振中,郝喜海,邓文亮,等.PVA 在缓释材料中的研究及应用 J.包装工程,2008(09):24-27.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。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Green Packaging Research Technology表 2 种子带膜完全溶解时间Table2 Complete dissolution time of seed tape membrane处理CK2Tape1Tape2Tape3Tape4Tape5Tape6溶解时间/s25.9324.9524.8624.7724.6824.5724.51