CN101411328A - 库区消落带草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于库区消落带草本植被种植的草种丸衣化种衣剂，它包括：吸水树脂；具有协同促进草种发芽、增强草抗旱和生长能力的复配活性组分；能够补充库区消落带土壤缺陷和增强草种重量的惰性组分。其中，复配活性组分由5～10(质量份数)的糠醛衍生物、0.1～0.25的赤霉素和89～95的腐殖酸钠组成。吸水树脂、复配活性组分和惰性组分的质量份数依次分别为5－20、5－10、70－90。还公开了丸衣化技术和具有遇水吸水和粘连功能的丸衣外层组分。本发明不仅克服了库区消落带草本植被种植面临的地势陡峻、土壤瘠薄、保水性差、播种的草种不易附着地面和很难发芽和长大的难题，还将糠醛衍生物应用到种子丸衣化种衣剂中，并将赤霉素的有效使用浓度降低到0.6～1.5ppm。

Description

库区消落带草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术

技术领域

本专利属于库区消落带植被重建工程技术领域，涉及到库区消落带草本植物的种植技术，特别是库区消落带草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术。

背景技术

库区消落带是指由于季节性水位涨落而使水库周边的土地随之被水淹没或露出水面的一段特殊区域。我国内地的水库有成千上万座，为了保证水库在汛期时的集水和讯期后的蓄水功能，多数水库每年都必须进行“蓄清排浊”的运行。在运行期间(5月底至9月底)将露出大面积的库区消落带。例如在我国的长江三峡水库，蓄水运行后，在5月底至9月底间露出一垂直落差达30米、面积达437～446平方千米的消落带。在水位周期性涨落的水动力作用下，消落带区的泥土流失严重，导致河岸地层稳定性差，容易诱发滑坡、崩塌、泥石流等多种地质灾害，尤其是三峡水库这样两岸沟壑纵横、地势陡峻(坡度15度以上面积占土地总面积的74％)的河道型水库，消落带相对高差大，水位消涨对土壤的重力侵蚀和冲刷作用更为严重。在这种情况下，整个消落带的植物种类较以前的陆生环境大为减少，导致植物多样性丧失，生态系统损害严重，也极大地降低了库区开展旅游的景观价值，所以亟待开展三峡库区消落带生态环境的保护与植被的重建，以及地质灾害的预防等方面的工作。专家们提出了许多防治对策(任雪梅，杨达源，徐永辉，周彬，三峡库区消落带的植被生态工程，水土保持通报，2006，26，42；田兴勇，三峡库区消落带生态分析与对策研究，沿海企业与科技，2006，11，34；苏维词，三峡库区消落带的生态环境问题及其调控，长江科学院院报，2004，21(2)，32)，其中包括利用在5月底至9月底这段光热雨资源相对集中的时间内，在消落带开辟季节性牧草等一年生的草本植物种植区。但在消落带开辟季节性牧草等一年生的草本植物种植区，却面临以下的难题：1.消落带地势陡峻，草本植物种子微小，重量极轻，播种的植物种子不易附着地面上，易随风飘去，或者滑落到水库水中；2.消落带坡度较大的地段一般土壤瘠薄，自身保水性很差，在遇到干旱时，不能像平地那样进行有效的灌溉，种子很难发芽，或者发芽后难以成活，或者因生长缓慢而失去经济价值，同时也达不到消落带植被重建的目的；3.消落带露出水面的时间较短暂，因此草本植物生长期较短，效果差等。种子包衣技术也许能够解决上述问题，但决大多数种子包衣技术都是围绕农作物种子开展的，而农作物种子与草种比较具有种子颗粒大的优势，此外农作物的种植目的也和草的种植目的、种植环境以及要解决的问题不一样，所以农作物种衣剂配方和包衣技术与草种的种衣剂配方以及包衣方法截然不同。一般农作物种子包衣主要是用杀虫剂、杀菌剂、激素、微量元素以及包膜剂对种子进行表面包裹，包衣后种子的体积和重量变化不大。而草本植物种子主要是应用丸衣化技术，除了加入杀虫剂、杀菌剂、激素、微量元素和包膜剂外，还需要加入粘土、滑石粉、硅藻土、泥炭、矿灰等惰性物质以增加草本植物种子的重量和体积。很多专利(CN1070799，CN1080471，CN1108878，CN1145172，CN1246283，CN1426685，CN1669424等)报道了具有抗旱功能的包衣剂，它们都是使用了高分子吸水剂，或者高分子吸水剂加腐植酸。中国专利CN1345535曾报道了牧草种子丸衣化种衣剂及包衣工艺的技术，该技术是用20—60％吸水树脂，5—???30％啤酒废渣，20—40％凹凸棒土，10—60％滑石粉和含有植物生长激素及种子萌发所需的养分，并公开了制备丸衣化牧草种子的方法。种子丸衣化技术解决了草本植物种子随风飘移的问题，植物生长激素改善了种子的发芽状况。但专利CN1345535得到的丸衣化种子外部光滑，体积和重量增大，只适于在平坦的草原上播种，而在库区消落带由于坡度较大，石块较多，丸衣化的种子撒到上面会因为弹跳而很容易滚落到水中。所以草原的牧草丸衣化技术不适合于种植于库区消落带的草本植物种子的丸衣化。此外，在上述具有抗旱功能的包衣剂或丸衣化剂配方中，均只使用高分子吸水剂，或者高分子吸水剂加腐植酸。尽管高分子吸水剂和腐植酸可以在种子的周围形成数个微小的水库，具有储水和缓慢放水的功能，但在库区消落带的区域里，土壤含量少，坡度较大，雨水流失快，这些潜在的微小水库有可能得不到足量的水，所以单一的依靠吸水剂不能从根本上解决草本植物种子发芽和生长的问题。此外，和一般草原牧场比较，库区消落带成陆期有限(在5月底至9月底间)，植物生长期较短，已有的丸衣剂很难满足草本植物种子在这样短的时间内尽快发芽并完成生长周期的需要。在以往和库区消落带草本植被恢复有关的专利中仅涉及到单一草种的选择(CN1990959)和库区消落带护坡构件(CN1837508，CN2887959)，其中单一草种的选择不可能解决库区消落带生物多样性丧失和提高库区消落带种植的经济效益等问题，而库区消落带护坡构件的建造需要大量的投资，这对我国庞大的库区消落带区域是不现实的。所以最实用的办法就是通过研究得到适合库区消落带种植的草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术。

发明内容

为了使库区消落带草本植被能够在水位下降后及时得到重建，本发明专利的目的是提供一种适合库区消落带植被快速恢复的草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术。

影响种子发芽的因素有种子休眠期、种子含水量和土壤的湿度、以及病原真菌和昆虫的伤害。此外，在干旱的情况下，植物的防御反应是强烈的水分保障代谢，使得正常的新陈代谢受阻，极大地降低或者损害自己的生长，其中包括有机物质的合成，组织和光合器官的破坏，根生长受阻。因此，为使本专利发明的丸衣化种衣剂兼有能够提高草本植物种子发芽的速度和出芽率，又能提高植物本身的抗旱能力和保存旺盛的生长的能力，同时又无毒或者低毒的优点，需要选择合适的活性组分。但目前的发芽促进剂、或者植物生长调节剂的作用都比较单一，有的价格比较高。如赤霉素是促进植物生长发育的重要激素之一，属于低毒的植物生长调节剂，早在1989年由农业部农药检定所主编农业出版社出版的《新编农药手册》已经记载了50～300ppm的赤霉素具有促进观赏植物凤仙花和鸡冠花等发芽的能力作用。但赤霉素的价格较高，如果能和其他组分相配，以达到既能减少其在丸衣化种衣剂中的用量，又能发挥其作用，将有利于赤霉素的应用；腐殖酸钠是大家熟知的植物生长促进剂(英文名称：Sodiμm Humate，国家标准ZBG 21005-87)，具有调节植物抗旱和促进植物生长的能力，它是由风化煤和氢氧化钠作用得到的，价格低廉，和其他的植物生长调节剂与肥料一起被广泛用于抗旱型种衣剂中；糠醛衍生物，其中包括1，3—丙二醇、1，2—丙二醇、乙二醇和二甲醇缩糠醛，早期在欧洲主要用于刺激樱桃种子的发芽和生长，后来俄国科学家(RU2042326)发现糠醛衍生物还有较强的提高农作物和果树的抗旱、抗盐碱、抗病毒和生长能力。糠醛衍生物本身属于无毒化合物，在白鼠胃中注射的半致死量为626±34毫克/千克，在有机体内可以分解，无变态反应原、皮肤过敏和吸收活性，对眼粘膜无刺激作用。成人每日容许剂量为15毫克，是一种环保型的植物生长促进剂。此外，糠醛衍生物合成方法简单，合成成本低。但糠醛衍生物还没有用于草种的发芽和促生长的研究中，此外糠醛衍生物和其他缩醛一样在酸性条件下容易分解。本专利发现：糠醛衍生物本身具有提高草本植物种子发芽的能力，以及提高草本植物的抗旱和保存旺盛的生长的能力。本专利还发现：将糠醛衍生物、赤霉素和腐殖酸钠复配得到的丸衣化种衣剂的活性混合物，不仅能够克服单一组分自身的缺点，还能发挥它们之间的协同效应，能够同时较大的提高草本植物种子的发芽能力、抗旱能力以及生长能力。

本专利发现褐土作为丸衣化种衣剂的惰性组分具有很多的优点，因为褐土中除矿物质、有机质积累较多，腐殖质层较厚，肥力较高，能够补充库区消落带土壤的缺点外，褐土还具有淋溶程度低并有少量碳酸钙淀积，土壤呈中性、微碱性反应，因而对丸衣化种衣剂的活性成分糠醛衍生物的稳定起到了重要的作用。此外，本专利发现还可以用泥碳土和氧化钙的混合物作为丸衣化种衣剂的惰性组分，因为泥碳土富含有氮(N)磷(P)钾(K)钠(Na)钙(Ca)等多种无机盐和草本植物生长所需的养料，能够补充库区消落带土壤贫瘠的缺点。由于泥碳土具有弱酸性，pH在6-7之间，所以需要加入少量的氧化钙粉末将泥碳土中和到pH＝7～7.5。氧化钙的加入不仅使泥碳土保持中性和微碱性，还能遇水分解释放氧气，可促进种子萌发，提高出苗率和建苗率。

库区消落带草本植物种植时间短，对保水剂使用寿命要求不高，所以选择可逆吸水倍率高、吸水速度快、价格低的吸水树脂比较合适。本专利发现将吸水倍率达到150以上的淀粉接枝丙烯酸盐树脂、聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯酰胺树脂，以及丙烯酸和腐殖酸钠共聚的树脂作为库区消落带丸衣化种衣剂中的保水剂都能取得很好的效果。

本专利中粘着剂选用水溶液粘度较高的(300—600m Pa·s)纤维素衍生物包括羧甲基纤维素钠(CMC)，羟丙基甲基纤维素，羟丙基纤维素，乙基甲基纤维素。其中种子和种衣剂的粘着可以选用水溶液粘度较低(20—50m Pa·s)的淀粉类衍生物包括羧甲基淀粉钠、可溶性淀粉、磷酸化淀粉、氧化淀粉醋酸酯替代上述纤维素衍生物粘着剂。因为淀粉类衍生物生物降解速度快，能够迅速转化为有助于植物生长的肥料。

经过研究和试验，本专利发现了适合库区消落带植被重建的草本植物种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术。本专利发明的丸衣化种衣剂活性组分为糠醛衍生物、赤霉素和腐殖酸钠的复配物，其中腐殖酸钠、糠醛衍生物和赤霉素的质量份数比为：89～95：5～10：0.1～0.25。丸衣化种衣剂惰性组分为褐土、泥碳土/氧化钙，其中褐土和泥碳土/氧化钙可以混合使用也可以单独使用，它们在丸衣化种衣剂(干)重中的质量份数为70～90；丸衣化种衣剂的保水剂为淀粉接枝丙烯酸盐树脂、聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯酰胺树脂，以及丙烯酸和腐殖酸钠共聚的树脂，吸水倍率都达到150以上，它们可以混合使用也可以单独使用。上述吸水树脂、复配活性组分和惰性组分的质量份数依次分别为5-20、5-10、70-90。按活性组分总量为丸衣化种衣剂(干)重量的10％配制的种衣剂计算，赤霉素在丸衣化种衣剂(干)中的含量是0.01～0.025％，本专利选用的保水剂的吸水倍率都达到150以上，所以赤霉素在草种衣丸中的使用浓度为0.6～1.5ppm以下，该浓度远小于赤霉素单独使用的浓度(50～300ppm)，这是赤霉素和糠醛衍生物以及腐殖酸钠复配的协同效应，该协同效应使得复配活性组分具有很高的促发芽、提高抗旱和促生长的能力。

传统的抗流失包衣技术采用水软粘着剂，种子遇水时便可与周围的土壤粘合在一起，从而限制种子的移动。但是如果在草种衣丸的外层全采用粘合剂材料将会影响种子的呼吸和发芽，此外库区消落带水流动速度很快，需要吸水功能很强的吸水剂和粘合剂材料配合使用。本专利通过试验发现采用20％～50％吸水树脂和粘合剂羧甲基纤维素钠(CMC)粉末混合，得到的种子衣丸外层包衣材料具有遇水吸水和粘连的功能，不仅使种子遇水时便可与周围的土壤粘合在一起，而且可以迅速吸水，体积变大，有利于种子的呼吸和发芽。

本专利发明的丸衣化技术包括四个步骤，分别为：1.丸衣化种衣剂的配制；2.具有水软粘着性能和吸水性能的种子衣丸外层包衣材料的配制；3.种子和种衣剂的粘接；和4.种子衣丸的外层包衣步骤。其中丸衣化种衣剂的粘合剂为羧甲基淀粉钠、可溶性淀粉、磷酸化淀粉、氧化淀粉醋酸酯和羧甲基纤维素钠，它们可以混合使用也可以单独使用。

该丸衣化种衣剂和丸衣化技术除了使被丸衣化的草本植物种子具有一般的丸衣化种子那种体积和重量增大、种子周围有保水功能的小水库外，还具有以下的优点：1使草本植物种子提高了发芽的速度和出芽率；2使草本植物种子本身提高了抗旱能力，从而保证其旺盛生长的能力；3.丸衣化后的草本植物种子在播种时遇到湿润的土壤和石块能够粘在上面，这种特性尤其适用于水位下降后消落带的土壤和石块还处于湿润状态下马上进行播种的处理方式；4.环境友好，这种特性能够保持水库水资源的纯净，从而避免了对水源的人为污染。

具体实施方式

本发明结合以下实施例分别对丸衣化种衣剂和丸衣化技术作进一步详细描述：

实施例1

将从田野中取回的褐土干燥、研碎和过60目的筛后，称取70克的细褐土，与20克经过研碎和过筛的保水剂淀粉接枝丙烯酸盐树脂充分混合。然后，边搅拌边向得到的细褐土和保水剂的混合物上面喷洒由8.99克腐殖酸钠、1.0克乙二醇缩糠醛、0.01克的赤霉素和10克的水组合的乳液，乳液喷洒完后，得到110克湿润松散的种衣剂粉末，即丸衣化种衣剂1。

采用与上面丸衣化种衣剂1同样的制备方法以及下面的配方：细褐土82克/保水剂聚丙烯酸盐树脂10克/腐殖酸钠7.2克/二甲醇缩糠醛0.78克/赤霉素0.02；细褐土87克/保水剂聚丙烯酰胺树脂6克/腐殖酸钠6.64克/1，2—丙二醇缩糠醛0.35/赤霉素0.01克；细褐土90克/保水剂丙烯酸和腐殖酸钠共聚物5克/腐殖酸钠4.5克/1，3—丙二醇缩糠醛0.44克/赤霉素0.01克分别得到丸衣化种衣剂2、丸衣化种衣剂3和丸衣化种衣剂4。

实施例2

将从自然中取回的泥碳土干燥、研碎和过100目的筛后，测定其pH值，如果pH值小于7，用少许研碎和过筛的氧化钙粉末中和到pH7～7.5。除用中和过的泥碳土替代实施例1中的细褐土外，其他组分、比例和制作方法都不变，分别得到丸衣化种衣剂5，丸衣化种衣剂6，丸衣化种衣剂7和丸衣化种衣剂8。

实施例3

在搅拌下，加入～30℃的温水到粘合剂羧甲基纤维素钠(CMC)中，直到粘合剂羧甲基纤维素钠使成为糊状物，然后加入50％的水，搅拌均匀和直到肉眼看不到成团的丝状物后，边搅拌边加热，直到溶液均匀透明。放置至室温后，加水稀释成1～1.5％的羧甲基纤维素钠水溶液，将该羧甲基纤维素钠水溶液粘合剂均匀地喷洒在滚动的种子上，然后将涂有粘合剂的种子置在上面制备好的丸衣化种衣剂的粉末上滚动，当涂有粘合剂的种子全部粘满一层丸衣化种衣剂粉末后，将其和丸衣化种衣剂粉末分离，然后在上面喷洒粘合剂，以及随后在丸衣化种衣剂粉末上滚动，上面的步骤重复进行直到种衣丸的重量约为种子的12倍后，用事先经过研碎和过筛，含有20～50％的保水剂淀粉接枝丙烯酸盐树脂和粘合剂羧甲基纤维素钠(CMC)粉末制备的种衣丸外层的包衣材料替代丸衣化种衣剂粉末，直到种子完全被种衣丸外层包衣材料包围为止。

可以用等量的羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基甲基纤维素替代羧甲基纤维素钠(CMC)，以及它们的混合物替代羧甲基纤维素钠(CMC)配制1～1.5％浓度的粘合剂；可以用等量的羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基甲基纤维素替代羧甲基纤维素钠(CMC)，以及它们的混合物替代羧甲基纤维素钠(CMC)和保水剂淀粉接枝丙烯酸盐树脂、聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯酰胺树脂、丙烯酸和腐殖酸钠共聚的树脂配制草种衣丸外层包衣材料用于草种丸衣化制备中；可以用羧甲基淀粉钠、可溶性淀粉、磷酸化淀粉和氧化淀粉醋酸酯，采用上述的方法配制成浓度为2～5％水溶液来替代1～1.5％浓度羧甲基纤维素钠(CMC)粘合剂用于草种丸衣化制备中。

用本专利发明草本种子丸衣化种衣剂和丸衣化技术对植物千金子的种子进行丸衣化制备，得到的千金子种子衣丸和没有进行丸衣化的千金子种子在刚露出的坡度为30度的库区消落带同一区域，面积各为10平方米的试验区，进行种植比较试验。试验表明丸衣化的千金子种子全部能粘在湿润的消落带的土壤和小石块上，并且在24小时后能从湿润的消落带的土壤中吸水使千金子种子衣丸的体积增大了3倍以上，而非丸衣化的草种能停留在库区消落带区域的数量非常少，大部分滚落到了下面的水中或者集中在下面的石缝中，而且停留在试验区的千金子种子，由于一天的日光照射，随着土壤的干燥，种子表面仍然处于干燥状态。播种48小时后，两个试验区各取1平米用于耐雨水冲刷试验，在经过10分钟模拟暴雨条件的试验后，发现在非丸衣化的试验区90％的遗留在库区消落带的千金子种子被冲走，而在丸衣化的试验区有60％种子衣丸吸满水粘连在库区消落带的土壤上。

经统计有90％以上的丸衣化千金子种子的出芽时间比没有丸衣化的千金子种子早48小时以上，在丸衣化的草种试验区中丸衣化的千金子种子的出芽率比非丸衣化的草种试验区高86.5％，在丸衣化的草种试验区丸衣化的千金子具有很强的抗旱能力并保持旺盛的生长趋势，在连续干旱20天的情况下，长势很好。而在同样的气候条件下，在非丸衣化的草种试验区内，能生存下来的千金子植株很少。种植一个月后，从丸衣化的种子试验区和非丸衣化的种子试验区各取10株千金子，用清水将根部洗净，晾干后，用型号为DELTA-T-SCAN的扫描仪对千金子草根部进行扫描，扫描结果表面：丸衣化的草种试验区的千金子草根面积比非丸衣化的千金子草试验区的增加156％，根的直径增加14.5％，根的长度增加130.8％。

Claims (4)

1、一种用于库区消落带草本植被重建的种子丸衣化种衣剂，由吸水树脂、具有协同提高草本植物种子发芽率、增强草本植被抗旱和生长能力的复配活性组分、能够补充库区消落带土壤缺陷和增强植物种子重量的惰性组分所组成；其中，吸水树脂包括淀粉接枝丙烯酸盐、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、丙烯酸和腐殖酸钠共聚物，以及它们的混合物；复配活性组分由糠醛衍生物、赤霉素和腐殖酸钠组成；惰性组分为褐土和泥碳土/氧化钙；

所述复配活性组分中，所述糠醛衍生物、赤霉素和腐殖酸钠的质量份数依次分别为5-10、0.1-0.25、89-95；

所述吸水树脂、复配活性组分和惰性组分的质量份数依次分别为5-20、5-10、70-90。

2、根据权利要求1所述的用于库区消落带草本植被重建的种子丸衣化种衣剂，其特征在于：所述糠醛衍生物包括1，2—丙二醇、1，3—丙二醇、乙二醇和二甲醇缩糠醛。

3、一种用于库区消落带草本植被重建的种子丸衣化技术，是用1～5％(重量)的粘合剂水溶液将权利要求1或2任一所述的库区消落带草本植物种子丸衣化种衣剂，粘结到草本植物种子上，粘结种衣剂一层后，进行干燥，再重复进行粘结，直到草种衣丸的干重为种子的12倍以上后，粘结上具有遇水吸水、保水和粘黏功能的丸衣外层材料。

4、根据权利要求3所述的用于库区消落带草本植被重建的种子丸衣化技术，其特征在于：所述丸衣外层材料是由经过研碎和过60-100目的筛的吸水树脂和粘合剂羧甲基纤维素钠的粉末组成；其中，所述吸水树脂占所述丸衣外层材料重量的20～50％。