作物杂志, 2024, 40(6): 18-25 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.003

专题综述

国内外种子丸粒化技术研究进展

赵海新,, 徐令旗,, 陈书强, 蔡永盛, 杜晓东, 杨丽敏, 黄晓群, 薛菁芳

黑龙江省农业科学院水稻研究所/农业农村部寒地粳稻冷害科学观测实验站,154026,黑龙江佳木斯

Research Progress on Seed Pelletization Technology at Home and Abroad

Zhao Haixin,, Xu Lingqi,, Chen Shuqiang, Cai Yongsheng, Du Xiaodong, Yang Limin, Huang Xiaoqun, Xue Jingfang

Rice Research Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences / Scientific Observing and Experimental Station of Rice Cold Damage in Cold Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jiamusi 154026, Heilongjiang, China

第一联系人:

徐令旗为共同第一作者

收稿日期: 2024-02-20   修回日期: 2024-07-27   网络出版日期: 2024-10-14

基金资助: 黑龙江省省属科研院所业务费项目(CZKYF2021-2-B001)
黑龙江省重点研发计划课题(GA21B002-10)
黑龙江省农业科学院2020年度院级课题计划项目(2020FJZX022)

Received: 2024-02-20   Revised: 2024-07-27   Online: 2024-10-14

作者简介 About authors

赵海新,主要从事水稻栽培与抗逆生理研究,E-mail:zhaohaixin2005@163.com

徐令旗,主要从事水稻栽培研究,E-mail:xulingqi1995@163.com

摘要

种子丸粒化属于种子包衣技术范畴,该技术的特点是以种子为核心,利用分层包衣原理将丸粒化粉剂包裹在种子表面,使种子外观接近于球体。丸粒化种子外部包裹的粉剂材料由填充粉剂和粘合剂构成,承载的功能和成分相比其他类型包衣种子更加丰富,而且丸粒化种子体积增大,流动性增强,更有利于机械播种。本文首先从技术原理和方法详实地叙述了丸粒化技术对种子的保护与萌发、病虫草害防治与逆境适应、精量播种以及对作物生长影响等应用研究状况,继而对配制的丸粒化粉剂,包括粉剂材料选择、配方比例、添加剂成分与功能等进行了阐述,从工艺角度介绍了根据旋转法和气流成粒法原理研发的加工装备及其优缺点。介绍了国内外机械研发领域存在的差距和取得的进展,简述了国内种子丸粒化领域取得的专利和技术标准,最后提出了丸粒化技术研究的不足,同时为该领域发展提出了建议。

关键词: 种子; 丸粒化技术; 研究进展

Abstract

Seed pelletization belongs to the category of seed coating technology, which is characterized by using the principle of layered coating to wrap the pelletized powder on the surface of the seed, making the appearance of the seed similar to that of a sphere. The powder material wrapped outside the pelletized seeds is composed of filling powder and adhesive, which have richer functions and components compared to other types of coated seeds. Moreover, the volume of pelletized seeds increases, the fluidity is enhanced, and it is more conducive to mechanical seeding. This article first provided a detailed description of the application research status of pelletizing technology from the perspectives of technical principles and methods, including seed protection and germination, pest control and stress resistance, precision sowing, and its impact on crop growth. Then, it elaborated on the pelletizing powder prepared, including the selection of powder materials, formula ratios, additive components and functions. Then, from a process perspective, it introduced the processing equipment developed based on the principles of rotation and airflow pelletizing, as well as their advantages and disadvantages. It introduced the gap and progress achieved in the field of mechanical research and development at home and abroad, briefly describes the patents and technical standards issued in the field of seed pelletizing in China, and finally the deficiencies in the research on seed pelleting technology in China were mentioned, and the suggestions for the development of this field were put forward at the same time.

Keywords: Seed; Pelletization technology; Research progress

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本文引用格式

赵海新, 徐令旗, 陈书强, 蔡永盛, 杜晓东, 杨丽敏, 黄晓群, 薛菁芳. 国内外种子丸粒化技术研究进展. 作物杂志, 2024, 40(6): 18-25 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.003

Zhao Haixin, Xu Lingqi, Chen Shuqiang, Cai Yongsheng, Du Xiaodong, Yang Limin, Huang Xiaoqun, Xue Jingfang. Research Progress on Seed Pelletization Technology at Home and Abroad. Crops, 2024, 40(6): 18-25 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.003

种子是农业生产的基础,其处理和加工能力代表了农业现代化水平[1]。包衣是种子加工的一种手段,可起到杀菌消毒、保护种子、促进种子萌发和为幼苗生长提供营养的作用[2],因此,包衣已成为现代农业生产不可或缺的环节。根据种子包衣厚度分为薄膜包衣、结壳包衣和丸粒化包衣3种类型,因此丸粒化种子属于包衣种子,其中薄膜包衣是在成膜剂中加入少量药剂、营养以及染料等成分,并将其粘抹在种子表面形成一层薄膜,而种子体积和外形不变[3],薄膜包衣因载体量少,其功能和搭载成分受到限制,但因工序简单,是目前应用最为广泛的种子处理技术。结壳包衣是在液体粘结剂的作用下,使固体填充粉剂附着于种子表面,形成一层载体外壳,比薄膜包衣厚,其功能增强,承载成分增多,但结壳包衣后种子保留了原有轮廓[4],流动性低,不利于精量播种。种子丸粒化包衣则是以种子为核心,利用分层包衣原理将丸粒化粉剂充分包裹在种子外部,使种子外观更接近于球体,是集精量播种、营养、抗逆、植物保护等功能于一体的人工塑造种子,是人为改变种子原始外观的一种新技术和种子利用的新方法。丸粒化种子分单籽和集束2种类型,1丸包裹1粒种子为单籽型,1丸包裹多粒种子为集束型,又叫集束种子。丸粒化种子流动性增强,有利于机械播种,丸粒化后的种子体积和重量大幅增加[5],承载的功能和成分更加丰富[6]。目前,我国在烟草、蔬菜和花卉等领域丸粒化研究进展较大,已初步具备了根据不同作物品种和栽培环境构建丸粒化配方和工艺的能力,但是相对于国外,我国研究的丸粒化种子类别较少,而且丸粒化配方、机械与工艺等均处于落后状态。本文针对国内外种子丸粒化技术研究进展作较全面的概述,为我国在该领域的研究提供一些借鉴和参考。

1 种子丸粒化技术应用研究

1.1 种子保护与萌发

种子丸粒化实现了对种子的保护,并且一直持续到发芽甚至成苗阶段,丸粒化为种子提供适宜萌发和生长的微环境,同时又为其提供了保护屏障,这个屏障既可防治有害真菌侵染和鼠鸟虫等危害,又可保护种子免受诸如除草剂等化学物质的伤害[6]。丸粒化后能够防止种子被捕食并降低病害发生,例如裸籽播种很容易遭受鼠鸟虫菌的危害[7],导致出苗不均,群体整齐度变差,因此有研究[8]建议在丸粒化粉剂中加入驱鼠剂、驱鸟剂、杀虫剂和杀菌剂来更好地保护种子。在丸粒化包衣技术操作过程中,还可以在丸粒化粉剂内添加活性物质、药剂或营养成分,保护幼苗免受土壤根际病原体的侵害[9],甚至丸粒化材料的支撑和保护能够保证植物种子在干旱、板结和营养匮乏的土壤中发芽生长[10]。因此,种子丸粒化不仅达到了保护的目的,而且兼顾了抗逆和促进生长的作用。

有研究表明,丸粒化材料成分是水和氧气向种子扩散的物理屏障[11],同时也是胚根突出的机械屏障[12],对发芽有直接影响,所以丸粒化包衣材料本身对水和空气的通透性是影响丸粒化种子萌发的主要因素[13]。Rice等[14]认为,解决通透性可以通过组配填充剂实现,填充剂的主要功能就是为种子提供透气性,防止种子周围缺氧,如果在工艺中加入保水剂,通过缓慢释放水分[2]就可以解决种子周围的保水问题,为种子萌发提供良好的条件。有研究[15]证实了上述设计的合理性,发现保水剂与种子质量比为1:1时,丸粒化的胡麻种子活力指数和出苗率较对照分别提高了20.11%和18.62%,同时发现以活性炭与凹凸棒质量比1:1作填充剂,胡麻种子的发芽率、发芽指数、活力指数和出苗率较对照分别提高3.91%、4.34%、3.21%、22.41%,而硅藻土与凹凸棒质量比1:1作填充剂,胡麻种子的发芽率、发芽指数和出苗率较对照分别提高了2.77%、6.33%、8.09%。

1.2 提高抗逆性与预防病虫草害

非生物胁迫可由干旱或盐碱等条件引起,并对作物发芽和林分建立产生有害影响。化学、生物以及包衣等对种子的处理方式都可以改善非生物胁迫的有害影响[16-17],在丸粒化材料的微环境刺激下,种子内部酶活性增强,抗逆适应物质含量大幅增加[18],致使丸粒化种子的抗逆性增强。例如盐渍条件下,丸粒化处理可显著提高种子发芽率、发芽速度、根长、芽长、干物质产量和活力指数[19]。如盐碱胁迫环境下,苜蓿株高、叶茎比和干草产量较对照显著增加[20]。种子经过丸粒化处理后,种子相对电导率、可溶性糖和脯氨酸含量均显著或极显著升高,丙二醛含量显著降低[13],如中华羊茅幼苗可溶性糖含量提升了近43%,可溶性蛋白含量提升了近40%[21]。Murata等[22]用含钙的化合物对花生进行丸粒化处理,提高了花生在酸性土壤中的存活率。在酸性土壤(pH-H2O 5.2)中使用石灰丸粒化能够使苜蓿结瘤从32%增加到60%[23],说明根据不同逆境选择合适的材料能够更好地提高植物抗逆性。

种子丸粒化还能够起到防治病虫草害的作用,例如青菜和花椰菜种子经丸粒化处理后,苗期猝倒病发病率降低,并且降低了小地老虎危害频率[24],棉花苗期发病率较种衣剂处理降低1.94%~ 7.54%[25]。在丸粒化的菜心种子添加噻虫嗪[26]、乙基多杀菌素[27]或呋虫胺[28],对黄曲条跳甲防治效果明显,保护了菜心苗期生长。在逆境胁迫下,微生物能够增强寄主作物的耐受性,从而提高作物对逆境的适应性[29]。Abdukerim等[30]在小白菜种子丸粒化过程中添加多粘类芽孢杆菌ZF129,对小白菜根肿病的防治效果达到71.23%,比对照提高了9.59%;Ryu等[31]在芝麻丸粒化种子中添加多粘类芽孢杆菌E681,显著降低了立枯病发生率。丸粒化种子中添加除草剂会对杂草具有一定的抑制效果,朱永东等[32]将5种除草剂通过种子丸粒化工艺植入,研究对直播稻的安全性和对杂草的抑制效果,抑制率均在80%以上,且可达到安全长期防控杂草的效果。林晓敏[33]通过研究除草剂丸粒化种子中活性成分吡嘧磺隆在土壤中分布情况,发现土壤中吡嘧磺隆含量呈先增后降趋势,说明包衣材料对除草剂具有缓释作用,能延长除草剂的持效期。

1.3 促进精准精量播种与作物的生长发育

不同植物种子外形各异,许多作物种子体积过小或形状不规则,精准播种的技术难度大,而种子丸粒化能够改变种子表观,随着体积和重量的增加[34],能够提高机播质量和精度[8,35-36],利用丸粒化种子的这一特点,专家们进行了各种试验和播种器的设计,如Hill[37]进行了在高速拖拉机牵引下使用丸粒化种子播种的试验,表明使用丸粒化种子播种能够更好地保持株距的均匀性。Halmer[38]使用飞机播撒丸粒化种子,证明了飞播也能够防止丸粒化种子在播种过程中产生位移和漂移。贾冰等[39]在内蒙古阿拉善左旗腾格里沙漠采用飞播方式研究丸粒化种子和裸籽播种下植被覆盖变化的差异,发现丸粒化播区的植物覆盖度明显高于裸籽播种区,表明飞播丸粒化种子既具有技术优势,又可以节约有效种子。黑龙江省牡丹江市农机研究院设计了一种通过风力将水稻丸粒化种子从排肥器中吹出直接射入泥面的播种器[40],为水稻直播提供了一种新思路。还有研究[41]表明,使用水稻集束丸粒化种子直播比裸籽机械穴播节省54%的种子,同时成苗率、抗倒性和抗稻瘟病均大幅度提高。上述研究表明丸粒化种子可以使用或通过设计多种设备进行播种[7],能够更容易实现精量播种,同时还可以大幅度节约种子。

使用丸粒化种子种植可以促进作物生长发育,从而提升产量。研究发现种子丸粒化处理显著提高了芝麻株高、侧枝和每株结荚数量[42],如果在每千克芝麻种子中添加3 g ZnSO4再进行丸粒化处理,芝麻千粒重、单株产量和小区产量均显著提高[43]。Prakash等[16]在丸粒化填充剂材料中添加了20%的煤灰粉,显著提高了黑豆株高、单株分枝数、单株荚数、单株粒重和单株产量。Anagha等[45]探究有机肥制粒对水稻土壤特性、养分吸收和产量的增强效果,结果表明,蚯蚓粪+固氮螺菌+磷杆菌处理的有机丸粒化组合的水稻产量和生物产量最高,且籽粒和地上部对N、K、Ca、S、Zn、Cu和Si的吸收量最高。研究[45]还发现种子丸粒化对豇豆株高、单株分枝数、单株荚数和每荚粒数等生长指标具有显著影响。同时丸粒化粉剂材料也可以为种子提供一定的营养物质[46],而且能够保持营养储备,在一定程度上满足了幼苗对养分的需求,促进植物生长,培育壮苗[25]

2 丸粒化粉剂筛选与组配

2.1 丸粒化粉剂的研制

丸粒化粉剂由填充粉剂和粘结(合)剂构成,是种子丸粒化包衣材料的主要成分,主要起到改变种子原始形状和体积、增加种子重量的作用,同时还需具备安全无毒、易粉碎、易分散、吸水、粘结和稳定等特性,装载的生物活性成分能够有效保护种子免受土传或种传病原菌侵害[47],是搭载多种成分并发挥功能的载体,其自身的特性决定丸粒化种子质量和适用性。具有载体作用的填充粉剂可以选择滑石粉、煤灰粉、膨润土、凹凸棒土等粉状惰性物质[2],可以是几种不同矿物或有机物质的混合物,也可以是单一组分[48],只要能够填充种子即可以作为备选填充材料。理想的惰性材料必须具有多孔性,利于空气和水分的进入,也可具有降解性,能与土壤混合,同时不应该对任何生物系统有残留影响,满足健康、安全和环保等方面的要求[49]。丸粒化粉剂的粘性特征取决于配料中粘结剂成分,因为它们决定着丸粒化种子的抗压性、崩解性及对种子发芽、出苗的影响[50]。粘合剂可以提供物理缓冲,同时避免活性化学物质与种子或其他活性层直接接触[4],必须具有将材料粘附内聚到种子上的功能。粘结剂可以来自天然,也可以是合成聚合物,干燥时溶解的单体重新连接在长聚合链中,在种子、结合颗粒和化学物质周围形成连续的膜[51]。目前,多数的研究选择了阿拉伯胶、明胶、淀粉、甲基纤维素、聚乙烯醇和羧甲基纤维素等合成聚合物作为粘合剂的主要成分[48]。相关研究表明,粘合剂材料的浓度会改变种子球的机械性能,例如抗压强度、完整性和浸水后的崩解时间[52],而有机成分可能在种子发芽后期成为潜在的营养来源[49]

2.2 丸粒化粉剂组配与添加成分

目前,可用于丸粒化包衣的材料类别丰富,因此配方组合具有多元性,在满足病虫防治的同时能够兼顾营养供给。国内有关丸粒化配方的研究[53]主要侧重不同材料的配比。例如以白黏土、高岭土、膨润土分别与滑石粉进行配比发现,当白黏土占比20%时,种子的发芽率和发芽指数最高[54],如果选用凹凸棒土、树脂、花生壳粉进行不同配比,当三者比例为15:12:73时,能够促进种子萌发和生长[53]。而黏土参与的粉剂组配中,黏土占比越高,丸粒化种子崩解时间就会越长,甚至导致种子无法发芽[55],而羊粪和黏土作牧草种子丸粒化填充剂和粘合剂成分,可以提高种子保水能力[56],因此对于黏土需要优化比例合理使用。Mei等[57]发现淹水条件下过氧化钙会向发芽的种子释放氧气,且显著提高了水稻水直播技术下种子萌发速率和幼苗生长速度,为水稻种子丸粒化技术的研究和应用提供了理论支持。综上,不同物料配比对丸粒化本身的物理特性以及种子发芽、生长发育、产量等均会产生不同影响,成熟的丸粒化配方是针对不同种子及其生存环境筛选出的最优组合及适宜配比。

一般认为,种子丸粒化处理后,填充粉剂不应对发芽产生任何限制性影响[58],种子制成丸粒化后体积明显增加,拥有了更为宽阔的物质颗粒空间,可在种子周围装载更多的生物和化学活性成分,精准定位于种子周围,从而提高种子存活率,促进发芽,提高抗逆性[5-6]。例如丸粒化处理能显著提高番茄[59]、牧草[39]种子出苗率,并且集束丸粒化种子更适合应用于黏性土壤[60]。而种子丸粒化选择的非生物活性成分必须与生物活性成分兼容,否则就会对种子发芽和生长产生负面影响[2]。种子丸粒化添加活性成分的目的主要是为了提高或延长种子存活率,增强对非生物和生物胁迫的抵抗力,促进种子发芽和生长,最终形成产量[6]。生物活性成分主要包含农药、化肥、调节剂、根瘤菌等,这些成分可在种子周围形成微型“活性物质库”,因此,生物活性成分决定丸粒化的功效。例如在烟草丸粒化中添加赤霉素可提高烟草种子活力和幼苗素质,并提高种子对低温的抗性[61];在大豆丸粒化种子中添加钼酸铵、硫酸亚铁对产量形成具有积极作用[62];在玉米丸粒化种子中添加乙基多杀菌素对草地贪夜蛾防治效果极为显著[63];在丸粒化粉剂中添加氟啶虫胺腈对黄曲条跳甲防控效果显著[64];在丸粒化粉剂中加入杀虫剂噻虫嗪与杀菌剂咯菌腈混合药液2~4 mL,不仅起到杀虫杀菌作用,而且成苗率比对照提高3.34%~4.00%[65]。每千克种子添加70 mg水杨酸再进行丸粒化,种子发芽率和活力指数较对照分别显著和极显著提高[66]。此外,还可以在丸粒化种子中加入不同的标记物质,包括可见染料、荧光示踪剂和磁性粉末等,用于在供应链中辨别种子真伪[2,67]。综上,种子丸粒化作为一种新型包衣技术,在提高种子萌发和生长的同时,还能够确保环境和食品安全,从而保障农业健康和可持续发展。

3 丸粒化技术工艺与设备

3.1 丸粒化加工工艺原理

目前,种子丸粒化加工设备研究主要采用旋转法和气流成粒法[68]2种工艺原理进行,围绕这2种工艺分别研发出了旋转制粒机和气流成粒机。旋转制粒机包括水平滚筒式、倾斜转釜式和垂直甩盘式3种[69],其运行原理主要依靠滚筒旋转产生的摩擦力,迫使种子产生旋转运动,再于滚筒内部逐渐添加雾化材料和填充材料,使之粘覆于种子表面,以此完成种子丸粒化加工作业[70-71],例如Pedrini等[2]研发的旋转盘采用的就是倾斜的圆形锅,通过喷洒液体,漏斗撒粉添加粉料的工艺完成种子丸粒化加工。气流成粒法源于1970年,Harkreader[72]构想了一种用于固体干燥的流化和喷淋床装置,1975年Hinkes[73]首次将该装置用于种子包衣,其工作原理是将种子置于圆柱形装置中,装置下部底板喷出恒定气流,使种子在空中保持悬浮状态[74],装置中雾化喷头向种子喷出雾化液或浆料,使其涂覆在种子表面,形成薄膜涂层或结壳,后来经过发展完善后应用于种子丸粒化加工工艺,但是基于该工艺生产的设备造价昂贵,致使丸粒化成本升高,因此当前国内外主要用以旋转法为工作原理的制粒机加工丸粒化种子。

3.2 种子丸粒化加工机械

20世纪40年代美国科学家在包衣技术基础上发展出种子丸粒化技术,由于欧美发达国家具有发达的工业化体系,先进的机械化水平以及丸粒化包衣的先发优势,目前已形成了比较规范的丸粒化加工体系,基本实现了专用化、自动化、标准化和系列化[69],例如德国SATEC公司生产的SATECCONCEPT系列种子丸粒化设备,批次处理能力包括200 g、2 kg、10 kg、25 kg、50 kg、200 kg等不同规格[75];美国SPE公司生产的RPS系列旋转型丸粒化机与干燥机、筛分设备集成后,形成专业的种子丸粒化成套设备[76];德国SUET公司成功开发出了RTF型种子丸粒化―流化干燥工艺系统,该系统由旋转型丸粒化机和流化床干燥机集成,可根据实际需要实现种子多种形式的丸粒化[77]。美国出现了种子集束丸粒化机械[78],应用于花卉种子,其工作原理为种料混合后,通过喷淋雾化粘合剂,在成模系统内压缩成集束种子。

我国种子丸粒化研究起步于20世纪90年代初,当时仅借助国外的丸粒化设备对小粒植物种子进行了初步的丸粒化试验[79],后来逐渐展开和扩大,目前对种子丸粒化工艺和设备的研究主要集中于丸粒化工艺的改进、除尘及辅助系统,如胡志超等[80]以回转釜系统为研究重点,设计研发了荸荠式丸粒釜回转系统,实现了无级调速,提高了丸粒化系统的自动化水平,在此基础上弭龙凯等[81]设计了一种自动化种液实时混合系统,不仅提高了加工效率,还使得丸粒化率和单籽率得到了提高。为了提高丸粒化种子加工的合格率,邵志威[82]研发了一种基于振动力场作用下的丸粒化包衣机,大幅度提升了种子出丸率、合格率以及丸粒化品质,以此为基础,崔洪旭[83]和戴念祖[84]将振动与旋转合二为一,又开发出一种复合运动丸粒化装置,该装置实现了种、粉均匀混合,提高了成品合格率。为了实现丸粒化种子加工过程的实时监测与检测,侯占峰等[85]设计了一套具有拍摄、图像处理、检测识别以及结果保存等功能的检测系统,实现了对丸粒化种子无损检测。由于丸粒化加工过程需大量使用粉剂,很容易造成粉尘污染,为了解决工艺中的除尘问题,郭芳等[86]设计了3个等级除尘系统,使除尘效率达92.56%。在此期间一些科研单位或企业开发出了具有一定生产能力的丸粒化加工设备,例如南京农业机械化研究所研发出5WH-150型种子丸粒化设备,生产能力达150 kg/批次[87];中国农业机械化研究院呼和浩特分院等单位联合研制成5ZW-1000型种子制丸机,生产能力达到100 kg/h[88];南京农牧机械厂成功开发了5ZY-450型和5ZY-1200型种子丸粒化机,生产能力分别为150和300 kg/批次[89];河北邯郸棉花机械厂开发出了5WJ-90型种子制丸机,生产能力为100~200 kg/h[90]。上述设备在烟草、花卉、蔬菜等种子丸粒化领域获得了一定应用,但大部分机械仅限于研究阶段[75],其技术性能及制造质量与进口设备还存在较大差距,很多迫切需要解决的问题没有得到彻底解决,如加工机械的改进与工艺的提高,机械制造标准的制定以及丸粒化机械成本控制等,致使我国当前应用的丸粒化设备仍以进口产品为主。

4 专利和颁布技术标准情况

4.1 获取专利情况

由于国外种子丸粒化技术研究比我国早,很多技术领域占据了先发优势,因此在该领域所获取的知识产权及保护程度远高于我国。在国内根据CNKI数据信息显示,截止到2024年6月,在我国国家专利局共计申请有关种子丸粒化领域的发明、实用新型和外观设计专利共计256件,其中发明专利公开182件,授权53件,授权实用新型专利71件,授权外观专利3件。我国授权的第一件专利是《小粒种子的丸粒化制造方法》[91],于2000年3月1日取得发明授权,2013年后授权发明专利数量才逐年增多,2022年授权该领域发明专利共计11件,为历年最多。授权发明专利的单位或个人主要来自于北京、广东、甘肃、江苏、内蒙古等省、市、自治区,国外公司在中国获取发明授权4件,且专利权均处于有效保护状态,而国内专利授权3年后大部分已处于专利权的终止状态。以上说明我国丸粒化技术研究与应用较少,与国外相比种子丸粒化加工产业薄弱,使成果转化效率低。

4.2 技术标准制定

关于种子丸粒化技术标准的制定,目前我国并没有颁布或形成统一规范性意见,具有参考价值的标准较少,大多数为地方标准,国家标准中仅烟草种子对丸粒化种子提出了质量要求,但是不同作物的种子其丸粒化技术和质量标准是不同的,要求的指标也存在差异,如高粱丸粒化种子质量标准要求丸粒化后粒径7~8 mm、抗压≥30 N、单籽率≥90%、有籽率≥98%、含水量≤7%、粉尘脱落率≤0.005%,同时包衣层要均匀整齐[92];国家标准中对烟草种子丸粒化质量要求为丸粒径1.6~1.8 mm、发芽率≥92%、抗压≥1.0~3.0 N、单籽率≥98%、有籽率≥99%、含水量≤3%、裂解率≥99%[93];番茄种子丸粒化质量要求为丸粒化倍数<10、发芽率>90%、抗压>400 N、单籽率>90%、有籽率>95%、含水量<7%、裂解率>99%、整齐度>99%[94]。蔬菜种子丸粒化质量要求为抗压≥1.3 N、单籽率≥90%、有籽率≥95%、含水量≤7%、粉尘脱落率≤0.005%、丸粒种子流动性≤0.3 tga,外观均匀整齐[95];林木种子丸粒化质量要求为抗压≥50 N、单籽率≥85%、有籽率≥90%、含水量≤10%,外观均匀整齐,最终合格率≥90%[96]。可见不同作物和不同类别种子丸粒化后质量技术参数存在较大差异。

5 关于种子丸粒化的思考与建议

5.1 存在的不足之处

种子丸粒化作为现代农业诞生的一种新技术,已逐步获得科技界的重视,但是在研究过程中不仅需要重视丸粒化对种子和幼苗提供的保护与促进作用,同时也要注意到作为新兴的技术领域,需要攻克诸多的技术缺陷与瓶颈,扩展思维并发现问题。

笔者归纳总结研发和生产中需要注意的以下几点问题:

一、生产工艺效率低。目前根据旋转和气流成粒原理研发的设备,均采用批次处理或者反复进料的方式进行加工,未实现连续和规模化的加工工艺组装,致使生产效率偏低;

二、应用种子类型狭窄。大部分研究集中于小粒型种子,如烟草、蔬菜、花卉、草药等领域的研究成果颇丰,而针对体积较大的植物种子丸粒化研究较少,限制了大宗作物,诸如水稻、玉米和小麦等作物种子丸粒化包衣技术的发展;

三、类型单一。丸粒化种子包括单籽和集束两大类型,目前国内外研究和应用技术基本为单籽丸粒化,而丸粒化包衣最尖端技术是集束种子的加工[37,79],但是仅发现个别研发报道;

四、种子丸粒化成本过高。目前丸粒化机械和材料价格昂贵,需开发出低价、高效且环保的新配方,降低机械成本,提高加工效率,才能有利于丸粒化种子推广应用;

五、国内缺乏丸粒化种子加工的指导性标准。由于我国尚未制定种子丸粒化行业技术标准,生产中未能形成统一的规范性条例作为参照,因此不利于企业的发展和市场监督管理,更不利于我国种子丸粒化技术的发展。

5.2 对未来发展的建议

针对上述问题,未来种子丸粒化技术研究需要在机械自动化、工艺智能化以及生产精确化等环节得到完善与发展;需要提高生产效率,创新出规模化、连续化的加工工艺,以促进种子丸粒化加工效率的提升和质量的改善;开拓研发集束丸粒化种子加工工艺,填补研发空白;降低机械和材料成本,努力将种子丸粒化加工技术适用性覆盖至所有种子领域;需制定和完善行业技术标准以及市场管理机制,促进丸粒化种子的示范推广与应用,从而发挥出丸粒化种子的多重优势。以上建议有助于实现农作物种子丸粒化技术研究的理论创新,有助于我国在种子丸粒化技术领域赶超并走向世界前沿。

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