一种纳米种子包衣剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及生态农业技术领域，具体涉及一种纳米种子包衣剂及其制备方法。
背景技术
种子是农业生长过程的基础，承载着农业技术的发展，因此大力发展种子保护技术对于促进农业生长非常重要。我国可耕作土地分布较广，农业生产受到多样复杂的环境因素(干旱、涝和盐碱等)的影响。在农业生产过程中，农药、化肥等化学制品的大量投放和累积，也在某种程度上显著影响了种子活力。在这样的背景下，种子包衣技术得以迅猛发展。种子包衣的使用，不急减少了农药和种子施用量和对环境的污染，同时省工、节本、增效。因此，种子包衣技术有利于农业可持续发展，有着广泛的发展前景。
目前，种子包衣已经成为一项科技含量高、经济效益显著的综合性高新技术，其用途已经从开始的规范播种发展到防病治虫、提高抗逆性以及促进作物生长等方面。我国种子包衣技术始于上世纪70年代，发展较为缓慢。在国家“种子工程计划”实施以后，种子包衣技术才得到迅速的发展和普及。目前，我国大量的种子包衣技术研究主要集中在成膜材料与配套助剂的研发、成膜技术以及活性成分配比等方面。然而，我国的包衣技术仍存在以下几个关键问题：包衣剂型相对落后、包衣剂总体质量合格率低、新产品开发滞后以及包衣机研发等。因此，大力发展种子包衣剂技术是我国现阶段新型绿色农业发展所亟需的。
通过新型高分子成膜材料和复合成膜技术是包衣剂研究的一个热点方向。通过在种子包衣剂中添加一些活性成分，如杀虫剂、杀菌剂、微量元素以及植物生长调节剂等，可以同时实现包括促进种子萌发、幼苗生长，以及对病虫害的抗性在内的多项功能。如公开号为CN110946136A的专利申请公开一种小麦种子包衣剂及其制备方法，通过以下原料制备而成：苯氟磺胺0.08-0.10份、薄荷脑0.01-0.02份、细胞分裂素0.01-0.02份、海藻糖醇4-5份、直链淀粉2-3份、甲氧基聚乙二醇10-20份、碳酸氢钙3-5份、水杨酸1-2份、阿拉伯胶20-30份，以提高小麦种子的发芽率，减少病虫害的发生，减少农药使用量。
现有的小麦包衣剂仍然以传统的含有高残留农药的包衣剂为主，不仅对小麦种子活力有一定的影响，同时对人畜和环境存在巨大的危害。因此研发绿色环保的、同时具有高效杀菌特性的活性成分，也是目前包衣剂研究的一个重点方向。种子包衣技术目前存在的主要问题还包括，单一类型的包衣剂对不同环境条件的适应性较差。如公开号为CN104094961A的专利公开一种抗寒型种子包衣剂，包括有以下组份：0.5-5重量份二甲基亚砜、0.05-1重量份脯氨酸、6重量份70%吡虫啉水分散粒剂、2重量份阿拉伯树胶和81.28-90.68重量份水，可以有效提高玉米种子抗寒性。
但我国幅员辽阔，各地气候、突然、种子种类及病害不同，没有一个单一的包衣剂配方能够适用于大部分地区。因此研发出多功能的、同时能够适用于不同环境条件的纳米包衣剂材料，对我国新型种子包衣技术的发展具有重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的种子包衣剂不能适应于多种环境条件，提供一种纳米种子包衣剂。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种纳米种子包衣剂，主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土2-200份，氨基硅油2-40份，纳米级二氧化硅2-40份，过氧化钙2-200份，乙醇520-992份。
有益效果：本发明采用改性凹凸棒土、氨基硅油、纳米级二氧化硅、过氧化钙、乙醇制备纳米种子包衣剂，可以有效包裹种子，在种子的表面形成网状纳米防护层，该防护层不仅能够高效吸收土壤和空气中的水分，并且能够防止吸收的水分丧失，从而保证在较干旱的环境条件下，种子也能够获得萌发所需的水分。同时该防护层还能够缓慢释放氧气和过氧化氢，能够保证在水涝的条件下维持种子的萌发和正常的生长，而且还能够有效抑制微生物的生长。该纳米材料还能够固定环境中游离的重金属，如镉、铜等，能够防止重金属给种子萌发和幼苗生长带来的抑制作用。可以有效促进种子在干旱、水涝、重金属及有害微生物富集等不良环境中的萌发。
本发明中的纳米种子包衣剂天然绿色、环保安全、且无副作用，能够在恶劣环境条件下有效促进种子萌发，促使幼苗生长。
优选地，所述纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土50份，氨基硅油20份，纳米级二氧化硅10份，过氧化钙50份，乙醇970份。
优选地，所述纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土100份，氨基硅油30份，纳米级二氧化硅20份，过氧化钙100份，乙醇750份。
优选地，所述纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土150份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅30份，过氧化钙150份，乙醇630份。
优选地，所述纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土200份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅40份，过氧化钙150份，乙醇570份。
优选地，所述纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土200份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅40份，过氧化钙200份，乙醇520份。
优选地，所述改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:1-5。
有益效果：当二者的配比在上述范围内时，可以提高纳米种子包衣剂对种子的保水性。
优选地，所述纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为500-1000℃、功率为1-3KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的种子包衣剂不能适应于多种环境条件，提供一种纳米种子包衣剂的制备方法。
一种纳米种子包衣剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为500-1000℃、功率为1-3KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。
本发明的优点在于：本发明采用改性凹凸棒土、氨基硅油、纳米级二氧化硅、过氧化钙、乙醇制备纳米种子包衣剂，可以有效包裹种子，在种子的表面形成网状纳米防护层，该防护层不仅能够高效吸收土壤和空气中的水分，并且能够防止吸收的水分丧失，从而保证在较干旱的环境条件下，种子也能够获得萌发所需的水分。同时该防护层还能够缓慢释放氧气和过氧化氢，能够保证在水涝的条件下维持种子的萌发和正常的生长，而且还能够有效抑制微生物的生长。该纳米材料还能够固定环境中游离的重金属，如镉、铅等，能够防止重金属给种子萌发和幼苗生长带来的抑制作用。可以有效促进种子在干旱、水涝、重金属及有害微生物富集等不良环境中的萌发。
本发明中的纳米种子包衣剂天然绿色、环保安全、且无副作用，能够在恶劣环境条件下有效促进种子萌发，促使幼苗生长。
附图说明
图1为本发明中二氧化硅的扫描电镜图;
图2为本发明实施例5中改性凹凸棒土的扫描电镜图;
图3为本发明实施例5中过氧化钙的扫描电镜图;
图4为本发明实施例5中纳米种子包衣剂的扫描电镜图;
图5为本发明实施例5中纳米种子包衣剂提高小麦种子抗旱性的效果图;
图6为本发明实施例5中纳米种子包衣剂提高小麦种子抗涝性的效果图;
图7为本发明实施例5中纳米种子包衣剂提高小麦种子抗菌性的效果图;
图8为本发明不同组分配比的改性凹凸棒土与过氧化钙对小麦种子保水性的影响结果图;图中0-7分别表示凹凸棒土和CaO2的比例分别为0：0;5：0，5：1，5：2，5：3，5：4，5：5，0：5;
图9为本发明实施例13中纳米包衣剂对镉离子的吸附结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土50份，氨基硅油20份，纳米级二氧化硅10份，过氧化钙50份，无水乙醇870份，改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为1:1。
本实施例中纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为500℃、功率为1KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，辐照间隔时间为3分钟，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用870份无水乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入870份无水乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入870份无水乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。步骤(3)和(4)中的无水乙醇在制备过程中于100℃蒸干，所以总的无水乙醇含量为步骤(5)中加入的870份。
实施例2
纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土100份，氨基硅油30份，纳米级二氧化硅20份，过氧化钙100份，无水乙醇750份，改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为1:1。
本实施例中纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为700℃、功率为1KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，辐照间隔时间为3分钟，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用750份无水乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入750份无水乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过200目筛，然后加入750份无水乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。步骤(3)和(4)中的无水乙醇在制备过程中于100℃蒸干，所以总的无水乙醇含量为步骤(5)中加入的750份。
实施例3
纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土150份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅30份，过氧化钙150份，无水乙醇630份，改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为1:1。
本实施例中纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为800℃、功率为1KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，辐照间隔时间为3分钟，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用630份无水乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入630份无水乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入630份无水乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。步骤(3)和(4)中的无水乙醇在制备过程中于100℃蒸干，所以总的无水乙醇含量为步骤(5)中加入的630份。
实施例4
纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土200份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅40份，过氧化钙150份，无水乙醇570份，改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为4:3。
本实施例中纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为700℃、功率为2KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，辐照间隔时间为3分钟，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用570份无水乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入570份无水乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入570份无水乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。步骤(3)和(4)中的无水乙醇在制备过程中于100℃蒸干，所以总的无水乙醇含量为步骤(5)中加入的570份。
实施例5
纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：纳米种子包衣剂主要由以下重量份数的原料制成：改性凹凸棒土200份，氨基硅油40份，纳米级二氧化硅40份，过氧化钙200份，无水乙醇520份。
本实施例中纳米种子包衣剂的制备方法包括以下步骤：
(1)以氧气和氨气为气体源，利用温度为1000℃、功率为3KW的等离子体在真空条件下对凹凸棒土粉末进行间歇性辐照处理，辐照间隔时间为3分钟，并保持有效辐照时间为30分钟;
(2)对步骤(1)中获得的凹凸棒土进行200目过筛处理，即获得改性凹凸棒土;
(3)采用520份无水乙醇将改性凹凸棒土与氨基硅油、二氧化硅混合，并加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(4)对步骤(3)中的产物进行研磨，然后与过氧化钙混合，加入520份无水乙醇混合溶解后，加热搅拌，然后于100℃条件下过夜蒸干;
(5)对步骤(4)中的产物进行研磨，过筛，然后加入520份无水乙醇溶解，即制得纳米种子包衣剂。步骤(3)和(4)中的无水乙醇在制备过程中于100℃蒸干，所以总的无水乙醇含量为步骤(5)中加入的520份。
对比例1
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:0，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为0份。
对比例2
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为0:5，改性凹凸棒土的重量份数为0份，过氧化钙的重量份数为200份。
实施例6
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:1，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为40份。
实施例7
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:2，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为80份。
实施例8
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:3，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为120份。
实施例9
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:4，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为160份。
实施例10
本对比例与实施例5的区别之处在于：改性凹凸棒土与过氧化钙的质量比为5:5，改性凹凸棒土的重量份数为200份，过氧化钙的重量份数为200份。
实施例11
(一)对二氧化硅、改性凹凸棒土、过氧化钙、实施例5中制得的纳米种子包衣剂进行扫描电镜观察
实验结果：图1为对二氧化硅的扫描电镜图，图2为对改性凹凸棒土的扫描电镜图，图3为对过氧化钙的扫描电镜图，图4为对种子包衣剂的扫描电镜图，从图1-图4可以看出，CaO2能够很好的分布于改性凹凸棒土和二氧化硅形成的纳米结构中。
(二)对实施例5中制得的纳米种子包衣剂的性能进行测定
测定方法：
(1)测定干旱条件下纳米种子包衣剂对小麦种子萌发和幼苗生长的影响：将小麦种子浸泡在纳米种子包衣剂溶液中2-3s，然后取出室温晾干，然后将种子均匀播种在装有泥炭土的塑料圆花盆(直径为8cm，高8cm)中。每个花盆补充水分30ml后，置于室温环境中等待种子萌发。种子萌发率=萌发种子数量/总播种数量*100。
(2)测定水涝条件下纳米种子包衣剂对小麦种子萌发和幼苗生长的影响：将小麦种子浸泡在纳米种子包衣剂溶液中2-3s，然后取出室温晾干，然后将种子均匀播种在装有泥炭土的塑料圆花盆(直径为8cm，高8cm)中。将花盆完全浸没在水中，放置3天;然后将花盆从水中移出来，放置于室温环境中等待种子萌发。种子萌发率=萌发种子数量/总播种数量*100。(3)测定微生物污染条件下纳米种子包衣剂对小麦种子萌发和幼苗生长的影响：将小麦种子浸泡在纳米种子包衣剂溶液中2-3s，然后取出室温晾干，然后将种子均匀播种于装有潮湿滤纸的玻璃培养皿(直径20cm)中，然后使用喷瓶将灰葡萄菌孢子(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种拉丁名称为Botrytis cinerea，CGMCC编号为3.4584)的悬浮液均匀喷洒在种子上。将培养皿放置于室温环境中等待种子萌发。
测定结果：
(1)如图5所示，小麦种子经包衣剂处理后，可以提高小麦种子在干旱条件下的萌发率。
(2)如图6所示，小麦种子经包衣剂处理后，可以提高小麦种子在旱涝条件下的萌发率。图6中上图表示处理3天后幼苗生长情况，下图为处理5天后幼苗生长情况，可以明显看出，小麦种子经包衣剂处理后的涨势明显优于对照组。
(3)如图7所示，小麦种子经包衣剂处理后，可以提高小麦种子在微生物污染条件下的萌发率。包衣剂1，2和3分别为凹凸棒土：CaO2比例为200：50，200：100，200：200。其中包衣剂3的微生物污染率最小。
实施例12
对对比例1-2、实施例6-10中包衣剂对种子的保水性进行测定
测定方法：分别将不同包衣剂包裹的小麦的种子(约5g)进行称重T0，然后放置于直径为5cm的玻璃培养皿中;将纯净水均匀喷洒于种子表面，然后对种子进行称重T1;将培养皿置于室温条件下一小时后，对种子进行称重，为T2;种子保水性=(T2-T0)/(T1-T0)*100。
测定结果：如图8所示，不同包衣剂中凹凸棒土和CaO2的比例分别为0：0;5：0，5：1，5：2，5：3，5：4，5：5，0：5。随着CaO2添加比例的增加，保水性呈明显上升的趋势，然而单独CaO2并不能增加小麦种子的保水性，且当凹凸棒土和CaO2的比例大于5:3时，小麦种子的保水性降低。每个实验处理包含三个生物学重复。
实施例13
对对比例1-2、实施例8中包衣剂对重金属镉离子的吸附性能进行测定
测定方法：分别将30毫克纳米包衣剂均匀悬浮于50ml氯化镉(浓度为10ppm)溶液中，然后放置室温1个小时后，吸取上清溶液5ml离心并用0.22um滤膜进行过滤，然后利用原子吸收分光光度计测定不同溶液中镉离子的浓度。
测定结果：如图9所示，1为对照溶液，2-4包衣剂中的凹凸棒土和CaO2的比例分别为5：0，5：3，0：5。结果表明，凹凸棒土和过氧化钙都能够很好降低溶液中重金属镉的含量，但是凹凸棒土和过氧化钙按照一定的比例(如5：3)制成的包衣剂能够更好吸收镉离子。每个实验处理包含三个生物学重复。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
