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種子處理配方及常見問題
來源:中國農(nóng)資網(wǎng)
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時間 :2019-08-06
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種子處理技術(shù)以其投入成本低，經(jīng)濟效益高，環(huán)保壓力小等優(yōu)點已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手，是一種十分盛行的作物保護手段。隨著環(huán)保意識的不斷增強，研究新型種子處理劑已成為熱點。本文總結(jié)了國內(nèi)外種子處理劑的登記應(yīng)用現(xiàn)狀，并從活性組分、配方技術(shù)和對根系健康的影響等方面對種子處理劑的現(xiàn)狀及常見問題技術(shù)進(jìn)行了闡述，重點對開發(fā)過程中常見的研究難點和種子處理劑的未來發(fā)展方向進(jìn)行了歸納分析。
1 種子處理劑發(fā)展概況
種子處理劑是一類用于種子處理的農(nóng)藥制劑，是繼殺蟲劑、殺菌劑、除草劑之后的第四大類農(nóng)藥劑型產(chǎn)品。種子處理劑在作物萌發(fā)和生長初期用藥，消滅土傳和種傳病蟲害，大大減輕了中后期的防治壓力。有些病害和蟲害只有通過種子處理才能有效防治，后期大田用藥防治效果很差，例如玉米粗縮病采用克百威處理玉米種子能夠有效防治；玉米絲黑穗病可通過采用戊唑醇進(jìn)行種子處理實現(xiàn)有效防治。據(jù)統(tǒng)計，中國農(nóng)作物種子處理的面積達(dá)10億畝，按全國種植面積22億畝次計算，種子處理技術(shù)應(yīng)用面積約45%；按全國病蟲害防治面積80億畝次計算，種子處理技術(shù)應(yīng)用占12.5%。種子處理劑具有高效、經(jīng)濟、環(huán)保、持效期長、多功能、便于機械化作業(yè)等諸多優(yōu)點，是降低農(nóng)藥使用量，提高農(nóng)藥利用率的重要方式。
1.1 種子處理劑市場概況
中國從上世紀(jì)80年代開始種子處理劑的登記、生產(chǎn)和應(yīng)用。進(jìn)入本世紀(jì)之后，種子處理劑得到了快速發(fā)展。2004年，中國種子處理劑市場僅有2.2億元，2008年增長為8億元，這期間增長主要來自于國內(nèi)種衣劑企業(yè)，國產(chǎn)種衣劑占比最高達(dá)到81%。2012年，中國種子處理劑市場從快速增長至16億元，這期間貢獻(xiàn)更多來自于跨國公司，國產(chǎn)種衣劑占比降至53%。2013—2017年，這5年期間中國種子處理劑的市場增長比較平穩(wěn)，市場總額達(dá)到29億元，其中國內(nèi)企業(yè)占比穩(wěn)定在2/3左右。種衣劑市場總額占農(nóng)藥制劑產(chǎn)品市場總額的比例大約為6.5%左右，呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢。隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保意識的提高，農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展使國內(nèi)種子處理劑市場前景光明（圖1）。
1.2 種子處理劑的應(yīng)用概況
土壤處理易受土壤濕度、土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量、pH、風(fēng)沙等因素的影響，藥效不穩(wěn)定，大部分藥劑會被土壤中的膠體固定，另一部分易揮發(fā)和光解，藥劑損失嚴(yán)重，為了降低揮發(fā)和光解需進(jìn)行混土作業(yè)，成本較高。而種子處理在藥效、經(jīng)濟、健康上均優(yōu)于土壤處理，成為當(dāng)今農(nóng)藥使用的重要趨勢，由于具有特有的優(yōu)勢深受人們關(guān)注，并得到廣泛發(fā)展。
從近十年來，中國種子處理應(yīng)用情況（表1）可以看出：①
2008—2018年近十余年，中國種子處理面積呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，土壤處理面積增長緩慢；②
種子處理面積遠(yuǎn)大于土壤處理面積。種子處理具有環(huán)境污染小，防治效果好，農(nóng)藥利用率高等特點，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用并穩(wěn)定增長。
表1 2008-2018年中國種子處理和土壤處理面積
1.3 種子處理劑的登記政策
2017年11月1日發(fā)布的國標(biāo)《GB/T19378—2017
農(nóng)藥劑型名稱及代碼》，從2018年5月1日正式實施，替代GB/T19378—2003標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)中對于種子處理劑修改的部分包括種子處理固體制劑部分，刪除了種子處理可溶性粉劑；種子處理液體制劑中將懸浮種衣劑、種子處理懸浮劑和種子處理微囊懸浮劑合并為種子處理懸浮劑，英文命名為(Suspension
concentrate for seed treatment)，縮寫為FS。
1.4 種子處理劑的登記情況
1985年，首個種子處理劑（35%甲霜靈拌種劑）在中國取得登記。1985—2000年，僅有5個種子處理劑產(chǎn)品獲得登記。2000—2007年，三唑類、新煙堿類殺蟲劑出現(xiàn)，種子處理劑平穩(wěn)發(fā)展。2007—2010年，雙酰胺類、吡唑類農(nóng)藥新品種用于種子處理。2010以來，種子處理劑開始迅速發(fā)展，近十年的登記數(shù)量總體呈持續(xù)增長趨勢。種子處理劑在這30多年的發(fā)展歷程中，其登記數(shù)量總起上呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，2018年，中國登記的種子處理劑共107個（其中單劑55個，混劑52個）。截止2018年底，中國登記的種子處理劑產(chǎn)品數(shù)量共829個，登記廠家278家，其中懸浮種衣劑650個，種子處理可分散粉劑57個，種子處理懸浮劑53個，種子處理干粉劑21個，其他48個。對種子處理劑登記情況按照登記劑型種類、登記作物、有效成分種類、登記配方種類進(jìn)行匯總（表2）。截至2018年，中國共有微生物農(nóng)藥登記2種，分別是作用于大豆胞囊線蟲的蘇云金桿菌和作用于黃瓜枯萎病的枯草芽孢桿菌。
表2 種子處理劑登記情況
1.5 種子處理劑產(chǎn)品情況
跨國公司種子處理技術(shù)起步較早，目前已經(jīng)擁有大量成熟且效果較好的產(chǎn)品。主流國外公司產(chǎn)品如下，先正達(dá)主要圍繞苯醚甲環(huán)唑、咯菌腈、嘧菌酯、噻蟲嗪、甲霜靈等有效成分生產(chǎn)的適樂時?、敵委丹?、亮盾?、滿適金?、銳勝?、酷拉斯?等品牌。拜爾主要圍繞戊唑醇、吡蟲啉等有效成分生產(chǎn)高巧?、立克秀?、奧拜瑞?等品牌。愛麗思達(dá)（原科聚亞）主要圍繞種菌唑、萎銹靈、氯氰菊酯等有效成分生產(chǎn)帥苗?、衛(wèi)福?、勁苗?、頂苗新?等品牌。國內(nèi)產(chǎn)品情況，以福美雙混劑（克百威、多菌靈、戊唑醇、萎銹靈等）為主，共占（中國企業(yè)供應(yīng)產(chǎn)品價值）80%以上份額。此外，噻蟲嗪、吡蟲啉、咯菌腈等以單劑或混劑使用也占有一定的市場比例。目前，國內(nèi)種子處理劑產(chǎn)品仍以中低端和跟隨國外過期產(chǎn)品為主，近年技術(shù)進(jìn)步明顯，成膜劑、功能助劑的研發(fā)、加工工藝及設(shè)備有所進(jìn)步較大。但總體而言，與跨國公司相比，仍有較大差距，產(chǎn)品單劑或二元復(fù)配為主，功能較為單一，配方及工藝研究精細(xì)程度不夠，生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)管理仍需要改進(jìn)提升，市場技術(shù)支持服務(wù)能力需要加強。
2 種子處理劑配方研究
2.1 活性組分
種子處理用殺菌劑的活性成分不斷向高效低毒演變。20世紀(jì)30年代，其活性成分主要是有機汞類（醋酸苯汞）。20世紀(jì)20～50年代，二硫代氨基甲酸酯類（福美雙）、芳烴類（五氯硝基苯）和酞酰亞胺類（克菌丹）等應(yīng)用于種子處理。20世紀(jì)60年代，酰胺類（甲基硫菌靈、萎銹靈）和苯丙咪唑類(多菌靈)等殺菌劑開始用于種子處理。20世紀(jì)70～90年代，三唑類（三唑醇、戊唑醇、苯醚甲環(huán)唑）、苯酰胺類（甲霜靈）和苯基吡咯類（咯菌腈）等逐漸成為主要種子處理劑產(chǎn)品。21世紀(jì)，甲氧基丙烯酸酯類（嘧菌酯、吡唑醚菌酯）和琥珀酸脫氫酶抑制劑類（氟唑環(huán)菌胺）等新成分開始應(yīng)用于種子處理。
應(yīng)用于種子處理的殺蟲劑從1948—1990年，以具有較高毒性的有機氯類（林丹）、有機磷類（二嗪磷、乙拌磷、毒死蜱、乙酰甲胺磷、甲基嘧啶磷）、氨基甲酸酯類（滅多威、克百威）等為主要有效成分。1990—1999年，以高效中低毒的新煙堿類（吡蟲啉）、擬除蟲菊酯類（氯氰菊酯、氯菊酯）和苯基吡咯類（氟蟲腈）等為主。2000年以后，發(fā)展為高效低毒的新煙堿類（噻蟲嗪、噻蟲胺）和雙酰胺類（氯蟲苯甲酰胺、溴氰蟲酰胺）等。
我們對2007—2018年種子處理劑中新用有效成分情況進(jìn)行匯總（表3），可以看出，酰胺類殺蟲劑成為種子處理新主力，新型琥珀酸脫氫酶抑制劑（SDHI）類殺菌劑數(shù)量較多，全新作用機制有效成分應(yīng)用前景廣闊。
表3 2017-2018年種子處理劑中新用有效成分情況
2.2 配方技術(shù)
種子處理在配方研究過程中要考慮以下幾點：（1）原藥性質(zhì)：外觀、熔點、閃點、密度、分解溫度、蒸汽壓、分配系數(shù)、溶解度、穩(wěn)定性等。（2）助劑性質(zhì)：類型（與原藥的匹配度，發(fā)揮的作用機理）、分子量、pH、毒性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性等。（3）方案評估：物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、生物活性數(shù)據(jù)、市場導(dǎo)向、商業(yè)價值、政策影響等。
種子處理劑的有效成分有殺菌劑、殺蟲劑、殺線蟲劑。助劑體系包括成膜劑、潤濕分散劑、功能性助劑、警色劑、增效劑等，不同的種子及不同的防治對象所用種子處理劑的組成不一樣。其它助劑有pH調(diào)節(jié)劑、抗凍劑、消泡劑、防腐劑等，這些輔助助劑在一定程度上也會影響制劑的物理穩(wěn)定性。
種子處理懸浮劑工藝流程與懸浮劑的工藝類似：原藥、助劑和水預(yù)混合分散，經(jīng)過高剪切分散、砂磨后，加入成膜劑，消泡劑等使體系更均勻，得到的產(chǎn)品進(jìn)行貯存，檢測一系列穩(wěn)定性指標(biāo)。種子處理懸浮劑配方中存在的穩(wěn)定性問題包括：（1）粒子相互作用引起絮凝和聚結(jié)。懸浮體系中，存在粒子布朗運動，懸浮劑更容易形成鏈狀或鏈團的網(wǎng)絡(luò)聚集狀態(tài)從而更容易發(fā)生絮凝或聚結(jié)。（2）晶體長大。懸浮劑體系屬于熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系，隨著時間的推移，粒子的大小和分布會慢慢朝著較大粒子的方向移動，出現(xiàn)粒子結(jié)晶變大的現(xiàn)象，稱為奧氏熟化。（3）重力作用引起的分層和沉淀。
從粒徑上解決沉降和聚集問題時，兩者不能很好的兼顧，因為粒徑越小沉降速度越慢，但能耗增加，對設(shè)備要求高，且粒徑越小也意味比表面積越大，體系不穩(wěn)定，粒子間容易聚集。常規(guī)懸浮種衣劑的粒徑在1～5
μm，并要求粒徑范圍盡可能窄。達(dá)到此目的的主要途徑是除合適的配方以外需要控制加工設(shè)備及加工工藝條件：①
加工設(shè)備：選用剪切分散機和框式攪拌高效組合攪拌，效果比較好，臥式盤式向臥式棒銷式發(fā)展，新增冷卻手段，向高效化，智能化發(fā)展，研磨后的固體粒子明顯降低；②
研磨介質(zhì)：目前應(yīng)用較多的是氧化鋯珠，其體積小，耐磨性強，適用于研磨要求較細(xì)的物料。此外研磨介質(zhì)的大小對物料的細(xì)度影響也較大，一般選用0.6～2
mm的氧化鋯珠，或?qū)⒋笮〔煌匿喼榛旌希傻玫搅叫∮? μm的物料；③
裝填系數(shù)：研磨介質(zhì)的最大填充體積一般不超過砂磨機筒體體積的75%。研磨介質(zhì)用量要適當(dāng)，過高會導(dǎo)致出料率降低，生產(chǎn)效率低。過低不利于物料在砂磨機里研磨，導(dǎo)致粒徑較大。一般研磨介質(zhì)用量為物料的1.5～2倍；④
研磨時間：可通過改變研磨介質(zhì)的尺寸進(jìn)行多次研磨，先用較大研磨介質(zhì)進(jìn)行粗略研磨，再用尺寸較小研磨介質(zhì)重復(fù)研磨，最終也可得到穩(wěn)定性較好的樣品；⑤
研磨溫度：研磨過程中要注意控制物料溫度，溫度過高得到的物料一般穩(wěn)定性較差，粒徑不均勻，研磨過程中一般通入冷凝水保證溫度穩(wěn)定在低溫。此外物料硬度、加料方式及順序等也會不同程度影響砂磨效果和效率，加工過程中也需要注意關(guān)注。
2.3 根系健康—活性組分影響
經(jīng)過種子處理劑包衣的種子，在播種后，包裹的膜物質(zhì)在土壤中吸水膨脹，此時“無活性”的“活性物質(zhì)庫”轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘摹盎钚晕镔|(zhì)庫”，其活性成分通過膜孔道或者膜本身極緩慢地移動或擴散而逐步與種子及鄰近土壤接觸，防治種傳和土傳病害及蟲害?；钚越M分是一把雙刃劍，對未萌發(fā)的種子風(fēng)險比較大，影響根系健康，對作物幼苗生長指標(biāo)（株高、根長、莖粗和鮮重等）和生理生化指標(biāo)（根活、葉綠素和酶等）有一定的影響；對萌發(fā)后的種子相對安全，“活性物質(zhì)庫”中內(nèi)吸性殺蟲殺菌劑等在助劑的幫助下，逐步被種子及植株吸收傳導(dǎo)至地上植株部分，從而有效防控作物苗期病蟲害。
種子處理劑的藥害產(chǎn)生主要有以下幾個原因：（1）有效成分：隨意添加其他成分、原藥中部分雜質(zhì)或者有效成分超量使用等都會帶來藥害風(fēng)險。比如三唑類殺菌劑的超量使用經(jīng)常會產(chǎn)生藥害。（2）劑型：有機溶劑對種子有嚴(yán)重藥害，乳油等噴霧使用的制劑不當(dāng)使用于種子處理存在巨大風(fēng)險，助劑中含有少量有機溶劑也可能產(chǎn)生藥害。（3）播種技術(shù)如播種時間和播種深度不當(dāng)也可能產(chǎn)生藥害：如提前播種遭遇低溫，或者播種較深，種子也容易延遲出苗或?qū)е氯泵纭?
2.4 根系健康—助劑組分的影響
助劑是種衣劑中重要成分，助劑中雜質(zhì)如重金屬離子、有機溶劑等可能會影響包衣種子的安全性，不當(dāng)成膜劑可能在種子萌發(fā)中形成較大種皮壓力延遲種子萌發(fā)。特別需要關(guān)注助劑中影響種子萌發(fā)的不利因素的疊加效應(yīng)，不同表面活性劑復(fù)配需要通過大量系統(tǒng)的安全性試驗。種子處理劑配方中嚴(yán)禁使用含有機溶劑的助劑，大豆種子處理劑對短鏈醇類物質(zhì)較為敏感，嚴(yán)禁使用短鏈醇類物質(zhì)作為抗凍劑。逆境下包衣種子安全性試驗非常必要。
2.5 根系健康—生長調(diào)節(jié)劑的影響
植物生長調(diào)節(jié)劑是一類用于調(diào)節(jié)植物生長的物質(zhì)，包括從生物中提取的天然植物激素和人工合成的具有植物激素相似作用的化合物。作為抗逆性種子處理劑，有以下作用：（1）可抑制頂端優(yōu)勢：能有效控制頂部細(xì)胞的正常生長；使植株矮化、穗位下降；促進(jìn)生殖生長，可增產(chǎn)達(dá)8%～12%。（2）提高抗逆性：降低作物的穗位高；促進(jìn)莖稈增粗；增加基部節(jié)間粗度；跟粗壯，葉增厚；玉米植株抗倒伏能力明顯增強。（3）提高光合作用：提高植株葉面積，縮短功能葉節(jié)間；使植株緊湊，提高光合效率；加速光合產(chǎn)物的積累；增強作物自身防御力。（4）促進(jìn)植物根系生長：增加作物氣生根數(shù)和層數(shù)；增強幼苗根系吸水能力；包拯植株營養(yǎng)供給；作物莖稈變壯增粗；提高對抗各種環(huán)境脅迫能力。
3 種子處理劑常見問題
3.1 現(xiàn)存問題
國內(nèi)種子處理劑目前存在的主要問題包括：①
農(nóng)藥登記問題，新農(nóng)藥管理條例規(guī)定混合制劑農(nóng)藥中的有效成分最多3個，在一定程度上不利于種子處理劑向多功能發(fā)展；②
種子處理劑之間的可混性，需要關(guān)注和研究；③ 包衣機械沒有標(biāo)準(zhǔn)，部分作物仍然以農(nóng)民、經(jīng)銷商包衣為主，沒有實現(xiàn)種子包衣規(guī)?；a(chǎn)；④
適用的有效成分相對較少，產(chǎn)品雷同現(xiàn)象較為普遍；⑤ 安全性問題，特別是在逆境下對種苗的安全性問題，需要深入研究；⑥
種子處理劑的質(zhì)量評價體系和標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)應(yīng)用性能、種子健康標(biāo)準(zhǔn)方面的評價體系，有待完善；⑦
市場銷售的農(nóng)藥質(zhì)量存在問題，市售種子處理劑良莠不齊，產(chǎn)品質(zhì)量亟待提高；⑧
應(yīng)用推廣方面，農(nóng)民對種子包衣技術(shù)認(rèn)識還需要提升，種衣劑應(yīng)用滯后于作物生產(chǎn)，政府尚需加大投入力度。
3.2 發(fā)展瓶頸
經(jīng)過近10年的發(fā)展，國內(nèi)種衣劑得到了較快發(fā)展。但是，國內(nèi)種衣劑要再上一個臺階，縮小和跨國農(nóng)化企業(yè)在該領(lǐng)域的差距，面臨如下發(fā)展的瓶頸：（1）產(chǎn)品安全性較差：種業(yè)的技術(shù)支持，配方安全化，規(guī)范市場，適時播種，包衣技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)用藥。（2）系統(tǒng)精細(xì)不夠：配方精細(xì)化，工藝精細(xì)化，標(biāo)準(zhǔn)精細(xì)化，應(yīng)用精細(xì)化等。（3）創(chuàng)新性不足：原藥的創(chuàng)新，助劑的創(chuàng)新，劑型的創(chuàng)新，制劑的創(chuàng)新等。
3.3 安全性問題
隨著種子處理劑的使用面積擴大與種子處理技術(shù)的發(fā)展，安全性評價的改進(jìn)，逐漸認(rèn)識到種子處理劑的生產(chǎn)應(yīng)用中對作物安全的風(fēng)險和重要性，殺菌劑的更新?lián)Q代、激素類殺菌劑應(yīng)用、人工合成植物生長調(diào)節(jié)劑、微量元素等均造成藥害、肥害發(fā)生頻繁。
種子處理劑存在安全性問題的原因包括：① 在作物生存能力最薄弱（萌發(fā)、芽期、苗期）時期用藥；②
單位面積承載有效成分的量最高：承載面積遠(yuǎn)小于噴施；③
有效成分分布不均幾率大：大多數(shù)種衣劑不經(jīng)稀釋或低倍數(shù)稀釋進(jìn)行種子包衣，施藥不均的幾率最大等。這些因素在種子質(zhì)量參差不齊、氣候異常多變、應(yīng)用技術(shù)支持不到位等情況下很有可能發(fā)生安全性風(fēng)險和問題。
4 種子處理劑的應(yīng)用發(fā)展方向
鑒于種子處理劑的自身特點和應(yīng)用階段，未來發(fā)展方向需要關(guān)注以下幾個方面：
（1）研究新的制劑技術(shù)：緩控釋劑型的研究開發(fā)，種子處理劑新型專用助劑研究，納米新復(fù)合材料的應(yīng)用，開發(fā)抗逆（抗旱、抗寒、抗酸、抗鹽堿、抗低溫）等產(chǎn)品，環(huán)保、高效制劑技術(shù)研究。（2）研究開發(fā)新活性組分：不同作用機制的化學(xué)農(nóng)藥開發(fā)為種子處理劑，生物農(nóng)藥用于種子處理劑的開發(fā)，生長調(diào)節(jié)劑的選擇，抗病誘導(dǎo)劑的選擇，營養(yǎng)物質(zhì)的選擇。（3）種子處理技術(shù)功能化研究：防治植物病蟲害，促進(jìn)植物健康，具有增產(chǎn)保護作用，關(guān)注轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展。（4）技術(shù)開發(fā)方向：開發(fā)新的化合物/生物，增加安全劑、作物免疫力、增強根系/節(jié)間壓力，開發(fā)新的包衣技術(shù)，增加激素、營養(yǎng)成分等。（5）防除病蟲害方向：開發(fā)能夠防治病、蟲、鳥、鼠等，抗除草劑，抗倒伏，提高種衣劑持效期，調(diào)節(jié)父母本開花時間的新型種衣劑產(chǎn)品。（6）種植作物方向：使用范圍依然集中在小麥、玉米、棉花、水稻、大豆、花生、馬鈴薯以及蔬菜等特色作物上。
綜上，種子處理劑作為一種從萌芽期著手的有效保護作物生長的手段，正受當(dāng)今行業(yè)內(nèi)眾人力推，發(fā)展迅速。盡管如此，前述的發(fā)展問題必須引起注意，彌補不足，向安全高效方向引導(dǎo)種子處理技術(shù)，保證種子處理劑品種和應(yīng)用的健康發(fā)展。
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