生态恢复领域草种丸粒化研究进展

doi:10.11686/cyxb2022152

摘要/Abstract

摘要：

生态环境治理，是我国提出的旨在保护和建设好生态环境，实现可持续发展的战略决策。退化草地修复和矿山生态恢复是我国生态环境治理重要的任务之一。而当前草地退化严重区的治理难点主要集中在种子萌发和幼苗生长两个阶段。种子丸粒化作为一种种子管理技术，在促进种子萌发、增强出苗率和提高播种能力等方面具有重要作用。通过丸粒化机将种子与丸粒化配方粉剂相结合，制成不同倍数的丸粒化种子，以改善土壤与种子的接触面和生存环境，为生态恢复提供充分的基础保障。前期通过查阅大量有关种子丸粒化相关文献和专利等资料，本研究综述了可被使用在退化高寒草地治理、高寒矿区修复，以及退牧还草等生态恢复领域的种子丸粒化材料，包括填料、黏合剂和活性成分等。以期为我国生态修复工程提供科学理论依据，进而为种子和草种业的高质量发展提供一种新路径。

关键词: 种子丸粒化, 生态恢复, 退化草地恢复, 植被重建

Abstract:

Ecological environmental management is a strategic direction proposed by China in order to protect and build a healthy ecological environment and achieve sustainable development. Ecological restoration of degraded grassland and historical mine sites is one of the important tasks of ecological environment management in China. At present， the management difficulties in the degraded areas are mainly related to seed germination and seedling growth. Seed pelletizing as a seed management technology plays an important role in promoting seed germination， enhancing seedling emergence and improving seeding establishment capacity. By combining seeds with formulated powder applied through pelletizing machines， different types of pelletized seeds were developed that improved the contact surface between soil and seeds and improved the seed survival environment， so providing improvement in seed establishment to ensure successful ecological restoration outcomes. Based on a large amount of literature and patents related to seed pelletizing， this study reviews seed pelletizing materials， including fillers， binders and active ingredients， that can be used in ecological restoration fields such as alpine grassland degradation management， alpine mine restoration and pastureland rehabilitation. This work provides technical data for the development of high quality seeds and a successful grass seed industry in China.

Key words: seed pelletizing, ecological restoration, degraded grassland restoration, revegetation

马源, 王晓丽, 王彦龙, 马玉寿, 崔海鹏. 生态恢复领域草种丸粒化研究进展[J]. 草业学报, 2023, 32(4): 197-207.

Yuan MA, Xiao-li WANG, Yan-long WANG, Yu-shou MA, Hai-peng CUI. Review of grass seed pelletizing in ecological restoration[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(4): 197-207.

图/表 2

图1 丸粒化材料、原理和模式A：丸粒化材料 Pelletized material； B：丸粒化原理 Pelletization principle； C：丸粒化的种子模式Seed pattern diagram of pelletization.

Fig.1 Pelletizing material， principle and pattern

图2 草种丸粒化示意图和成品设备A：草种丸粒化 Schematic diagram of grass seed pelletizing； B：草种丸粒化机（型号： RH-800） Grass seed pelletizing machine （model： RH-800）； 1：真空除尘机 Vacuum cleaner； 2：旋风除尘器 Cyclone dust collector； 3：种子料口 Seed entrance； 4：斗式提升机 Bucket elevator； 5：粉剂料口 Powder entrance； 6：搅拌器 Agitator； 7：成膜剂 Film former； 8：染色剂 Stain； 9：振动筛分机 Vibrating screen classifier； 10：出料口 Discharging port.

Fig. 2 Schematic diagram and equipment of grass seed pelletizing

参考文献 75

1	Afzal I， Javed T， Amirkhani M， et al. Modern seed technology： Seed coating delivery systems for enhancing seed and crop performance. Agriculture， 2020， 10（11）： 526.
2	Pedrini S， Balestrazzi A， Madsen M D， et al. Seed enhancement： Getting seeds restoration-ready. Restoration Ecology， 2020， 28： 266-275.
3	He Z X， Mao P S， Sun Y， et al. Review of grass seeds coating technology. Acta Agrestia Sinica， 2016， 24（2）： 270-277.
	何祖欣，毛培胜，孙彦，等. 草类种子包衣技术现状综述. 草地学报， 2016， 24（2）： 270-277.
4	Khatun A， Kabir G， Bhuiyan M A H， et al. Effect of preserved seeds using different botanicals on seed quality of lentil. Bangladesh Journal of Agricultural Research， 2011， 36（3）： 381-387.
5	Anbarasan R， Srimathi P， Vijayakumar A. Influence of seed pelleting on seed quality improvement in redgram （Cajanus cajan L.） . Legume Research-An International Journal， 2016， 39（4）： 584-589.
6	Scott J M. Seed coatings and treatments and their effects on plant establishment. Advances in Agronomy， 1989， 42： 43-83.
7	Yang L F， Gao H D， Gu M Y， et al. Screening of pellet formulas for Caragana korshinskii Kom. seeds. Journal of Nanjing Forestry University （Natural Sciences Edition）， 2019， 43（5）： 9-15.
	杨丽芳，高捍东，顾美影，等. 柠条种子丸粒化配方的筛选. 南京林业大学学报（自然科学版）， 2019， 43（5）： 9-15.
8	Porter F E， Scott J M. Seed coating methods and purposes： A status report. Proceedings of the Short Course for Seedsmen， Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station： Prairie， MS， USA， 1979.
9	Jeffs K A. Seed treatment （Second Edition）. Surrey， United Kingdom： The British Crop Protection Council （BCPC） Publication， 1986.
10	Taylor A G， Allen P S， Bennett M A， et al. Seed enhancements. Seed Science Research， 1998， 8（2）： 245-256.
11	Howard P H. Visualizing consolidation in the global seed industry： 1996-2008. Sustainability， 2009， 1（4）： 1266-1287.
12	Pedrini S， Merritt D J， Stevens J， et al. Seed coating： Science or marketing spin？ Trends in Plant Science， 2017， 22（2）： 106-116.
13	Pedrini S， Bhalsing K， Cross A T， et al. Protocol Development Tool （PDT） for seed encrusting and pelleting. Seed Science and Technology， 2018， 46（2）： 393-405.
14	Cui H W， Ma W G. Advances in seed coating agents and coating methods. Seed， 2015， 34（1）： 48-53.
	崔华威，马文广. 种子包衣剂及包衣方法研究进展. 种子， 2015， 34（1）： 48-53.
15	Sun S R， Zhu L， Li Y， et al. Review and prospect of seed-pelleting technique. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2006， 22（6）： 151-154.
	孙守如，朱磊，栗燕，等. 种子丸粒化技术研究现状与展望. 中国农学通报， 2006， 22（6）： 151-154.
16	Stock E， Standish R J， Muñoz-Rojas M， et al. Field-deployed extruded seed pellets show promise for perennial grass establishment in arid zone mine rehabilitation. Frontiers in Ecology and Evolution， 2020， 8： 447.
17	Jyoti B， Bhandari S. Seed pelleting-A key for enhancing the seed quality. Rashtriya Krishi， 2016， 11（1）： 76-77.
18	Masarei M， Guzzomi A L， Merritt D J， et al. Factoring restoration practitioner perceptions into future design of mechanical direct seeders for native seeds. Restoration Ecology， 2019， 27（6）： 1251-1262.
19	Gornish E， Arnold H， Fehmi J. Review of seed pelletizing strategies for arid land restoration. Restoration Ecology， 2019， 27（6）： 1206-1211.
20	Sharma K K， Singh U S， Sharma P， et al. Seed treatments for sustainable agriculture-A review. Journal of Applied and Natural Science， 2015， 7（1）： 521-539.
21	Madsen M D， Hulet A， Phillips K， et al. Extruded seed pellets： A novel approach for enhancing sagebrush seedling emergence. Native Plants Journal， 2016， 17（3）： 230-243.
22	Madsen M D， Davies K W， Mummey D L， et al. Improving restoration of exotic annual grass-invaded rangelands through activated carbon seed enhancement technologies. Rangeland Ecology and Management， 2014， 67（1）： 61-67.
23	Fehmi J S， Kong T M. Effects of soil type， rainfall， straw mulch， and fertilizer on semi-arid vegetation establishment， growth and diversity. Ecological Engineering， 2012， 44： 70-77.
24	James J J， Sheley R L， Erickson T， et al. A systems approach to restoring degraded drylands. Journal of Applied Ecology， 2013， 50（3）： 730-739.
25	Li H Z. Study on the pelletized coating of Elymus nutans seeds. Urumqi： Xinjiang Agricultural University， 2021.
	李会周. 垂穗披碱草种子丸粒化包衣研究. 乌鲁木齐：新疆农业大学， 2021.
26	Amirkhani M， Mayton H S， Netravali A N， et al. A seed coating delivery system for bio-based biostimulants to enhance plant growth. Sustainability， 2019， 11（19）： 5304.
27	Wang Y Z， Huang X， Cai L P， et al. Effects of soil adhesive on seed germination and seedling growth of Paspalum wettsteinii under different temperatures. Acta Prataculturae Sinica， 2018， 27（4）： 139-149.
	王玉珍，黄晓，蔡丽平，等. 不同温度条件下土壤黏合剂对宽叶雀稗种子发芽与幼苗生长的影响. 草业学报， 2018， 27（4）： 139-149.
28	Lu J N. Research advance on the applications of chitosan in agricultural production. China Plant Protection， 2008（2）： 16-18.
	陆建农. 壳聚糖在农业上应用的研究进展. 中国植保导刊， 2008（2）： 16-18.
29	Ryu C M， Kim J， Choi O， et al. Improvement of biological control capacity of Paenibacillus polymyxa E681 by seed pelleting on sesame. Biological Control， 2006， 39（3）： 282-289.
30	Lopisso D T， Kühlmann V， Siebold M. Potential of soil-derived fungal biocontrol agents applied as a soil amendment and a seed coating to control Verticillium wilt of sugar beet. Biocontrol Science and Technology， 2017， 27（9）： 1019-1037.
31	Tao Q W， Zhang W Y， Yu Y C， et al. Study on water absorption and disintegration of Caragana korshinskii pelleted seeds. Journal of Fujian College of Forestry， 2014， 34（4）： 339-343.
	陶启威，张文英，俞元春，等. 柠条丸粒化种子吸水及崩解特性研究. 福建林学院学报， 2014， 34（4）： 339-343.
32	Somrat N， Sawadeemit C， Vearasilp S， et al. Effects of different binder types and concentrations on physical and antioxidant properties of pelleted sweet corn seeds. European Food Research and Technology， 2018， 244（3）： 547-554.
33	Yang J L， Dong X B， Hu L P， et al. Comparison test for cohesive capability of two categories of agglutinants. Liaoning Forestry Science and Technology， 2002（2）： 11-13.
	杨静莉，董晓波，胡立平，等. 两种粘合剂粘着性能对比实验. 辽宁林业科技， 2002（2）： 11-13.
34	Javed T， Afzal I. Impact of seed pelleting on germination potential， seedling growth and storage of tomato seed. Acta Horticulturae， 2020， 1273： 417-424.
35	Kangsopa J， Hynes R K， Siri B. Lettuce seeds pelleting： A new bilayer matrix for lettuce （Lactuca sativa） seeds. Seed Science and Technology， 2018， 46（3）： 521-531.
36	Grellier P， Riviere L M， Renault P. Transfer and water-retention properties of seed-pelleting materials. European Journal of Agronomy， 1999， 10（1）： 57-65.
37	Li C Y， Zhang F， Liu C H， et al. Screening on coating materials of the forage seeds. Journal of Northeast Agricultural University， 2013， 44（4）： 94-100.
	李成云，张帆，刘彩红，等. 牧草种子包衣材料的筛选. 东北农业大学学报， 2013， 44（4）： 94-100.
38	Li H Z， Shen J H， Li W J. The effect of pelletized coating on seed sowing and germination of Elymus nutans seeds. Journal of Xinjiang Agricultural University， 2020， 43（6）： 422-428.
	李会周，申镓豪，李卫军. 丸粒化包衣对垂穗披碱草种子适播性和萌发的影响. 新疆农业大学学报， 2020， 43（6）： 422-428.
39	Sooter C A， Millier W F. The effect of pellet coatings on the seedling emergence from lettuce seeds. Transactions of the ASAE， 1978， 21（6）： 1034-1039.
40	Sikhao P， Taylor A G， Marino E T， et al. Development of seed agglomeration technology using lettuce and tomato as model vegetable crop seeds. Scientia Horticulturae， 2015， 184： 85-92.
41	Wu Z B， Liu H Y， Bai Y， et al. Study on pelleting of Calligonum mongolicum seeds by aerial sowing. Journal of Arid Land Resources and Environment， 2017， 31（10）： 162-166.
	武志博，刘宏义，白莹，等. 飞播沙拐枣成苗降雨量及基于该降雨量下的种子丸粒化技术探讨. 干旱区资源与环境， 2017， 31（10）： 162-166.
42	Taylor A G. Seed storage， germination， quality， and enhancements. The Physiology of Vegetable Crops， 2020， DOI：10.1079/9781786393777.0001.
43	Rong L Y， Chai Q， Yao T， et al. Partial replacement of chemical fertilizer by compound microbial inoculant and potential for promoting growth of intercropped Zea mays and Pisum sativum. Acta Prataculturae Sinica， 2015， 24（2）： 22-30.
	荣良燕，柴强，姚拓，等. 复合微生物接种剂替代部分化肥对豌豆间作玉米的促生效应. 草业学报， 2015， 24（2）： 22-30.
44	Ma Y. Seed coating with beneficial microorganisms for precision agriculture. Biotechnology Advances， 2019， 37（7）： 107423.
45	Tufail M S， Krebs G L， Ahmad J， et al. The effect of rhizobium seed inoculation on yields and quality of forage and seed of berseem clover （Trifolium alexandrinum L.） and its impact on soil fertility and smallholder farmer’s income. The Journal of Animal and Plant Sciences， 2018， 28： 1493-1500.
46	Głodowska M， Schwinghamer T， Husk B， et al. Biochar based inoculants improve soybean growth and nodulation. Agricultural Sciences， 2017， 8（9）： 1048-1064.
47	Rocha I， Ma Y， Souza-Alonso P， et al. Seed coating： A tool for delivering beneficial microbes to agricultural crops. Frontiers in Plant Science， 2019， 10： 1357-1372.
48	Pu J. Research of native grass seed coating in Qinghai-Tibet Plateau and screening of anti-shattering matters in Vicia sativa. Lanzhou： Lanzhou University， 2021.
	蒲军. 青藏高原乡土草种包衣和箭筈豌豆抗裂荚剂筛选研究. 兰州：兰州大学， 2021.
49	Nault B A， Straub R W， Taylor A G. Performance of novel insecticide seed treatments for managing onion maggot （Diptera： Anthomyiidae） in onion fields. Crop Protection， 2006， 25（1）： 58-65.
50	Mbega E R， Mortensen C N， Mabagala R B， et al. The effect of plant extracts as seed treatments to control bacterial leaf spot of tomato in Tanzania. Journal of General Plant Pathology， 2012， 78（4）： 277-286.
51	Mancini V， Romanazzi G. Seed treatments to control seedborne fungal pathogens of vegetable crops. Pest Management Science， 2014， 70（6）： 860-868.
52	Rushing J B， Baldwin B S， Taylor A G， et al. Seed safening from herbicidal injury in switchgrass establishment. Crop Science， 2013， 53（4）： 1650-1657.
53	Ben-Jabeur M， Kthiri Z， Harbaoui K， et al. Seed coating with thyme essential oil or Paraburkholderia phytofirmans PsJN strain： Conferring septoria leaf blotch resistance and promotion of yield and grain isotopic composition in wheat. Agronomy， 2019， 9（10）： 586.
54	Rocha I， Duarte I， Ma Y， et al. Seed coating with arbuscular mycorrhizal fungi for improved field production of chickpea. Agronomy， 2019， 9（8）： 471.
55	Ma Y， Látr A， Rocha I， et al. Delivery of inoculum of rhizophagus irregularis via seed coating in combination with Pseudomonas libanensis for cowpea production. Agronomy， 2019， 9（1）： 33.
56	Qiu Y， Amirkhani M， Mayton H， et al. Biostimulant seed coating treatments to improve cover crop germination and seedling growth. Agronomy， 2020， 10（2）： 154.
57	Chookhongkha N， Sopondilok T， Photchanachai S. Effect of chitosan and chitosan nanoparticles on fungal growth and chilli seed quality. Acta Horticulturae， 2013 （973）： 231-237.
58	Ziani K， Ursúa B， Maté J I. Application of bioactive coatings based on chitosan for artichoke seed protection. Crop Protection， 2010， 29（8）： 853-859.
59	Du Jardin P. Plant biostimulants： Definition， concept， main categories and regulation. Scientia Horticulturae， 2015， 196： 3-14.
60	Farooq M， Wahid A， Siddique K H M. Micronutrient application through seed treatments： A review. Journal of Soil Science and Plant Nutrition， 2012， 12（1）： 125-142.
61	Masuthi D A， Vyakaranahal B S， Deshpande V K. Influence of pelleting with micronutrients and botanical on growth， seed yield and quality of vegetable cowpea. Karnataka Journal of Agricultural Sciences， 2009， 22（4）： 898-900.
62	Ullah A， Farooq M， Hussain M， et al. Zinc seed coating improves emergence and seedling growth in desi and kabuli chickpea types but shows toxicity at higher concentration. International Journal of Agriculture and Biology， 2019， 21： 553-559.
63	Adhikari T， Kundu S， Rao A S. Zinc delivery to plants through seed coating with nano-zinc oxide particles. Journal of Plant Nutrition， 2016， 39（1）： 136-146.
64	Dong Y J， He M R， Wang Z L， et al. Effects of new coated release fertilizer on the growth of maize. Journal of Soil Science and Plant Nutrition， 2016， 16（3）： 637-649.
65	Quastel J H. ‘Krilium’and synthetic soil conditioners. Nature， 1953， 171： 7-10.
66	Gorim L， Asch F. Effects of composition and share of seed coatings on the mobilization efficiency of cereal seeds during germination. Journal of Agronomy and Crop Science， 2012， 198（2）： 81-91.
67	Gorim L， Asch F. Seed coating with hydro-absorbers as potential mitigation of early season drought in sorghum （Sorghum bicolor L. Moench）. Biology， 2017， 6（3）： 33.
68	Wiatrak P. Infuence of seed coating with micronutrients on growth and yield of winter wheat in Southeastern Coastal Plains. American Journal of Agricultural and Biological Sciences， 2013， 8（3）： 230-238.
69	Su L， Li J， Xue H， et al. Super absorbent polymer seed coatings promote seed germination and seedling growth of Caragana korshinskii in drought. Journal of Zhejiang University-SCIENCE B， 2017， 18（8）： 696-706.
70	Archer D W， Gesch R W. Value of temperature-activated polymer-coated seed in the northern corn belt. Journal of Agricultural and Applied Economics， 2003， 35（3）： 625-637.
71	Johnson G A， Hicks D H， Stewart R F， et al. Use of temperature-responsive polymer seed coating to control seed germination. Acta Horticulturae， 1999， 504： 229-236.
72	Guan Y， Wang J， Tian Y， et al. The novel approach to enhance seed security： Dual anti-counterfeiting methods applied on tobacco pelleted seeds. PLoS One， 2013， 8（2）： e57274.
73	Sikhao P， Teerapornchaisit P， Taylor A G， et al. Seed coating with riboflavin， a natural fluorescent compound， for authentication of cucumber seeds. Seed Science and Technology， 2014， 42（2）： 171-179.
74	Almeida A， Couto H T Z， Almeida Á F. Are camouflaged seeds less attacked by wild birds？ Scientia Agricola， 2010， 67（2）： 170-175.
75	Han B H， Chen K， Lv X L， et al. Current status and existing problems for seed pelleting equipment at home and abroad. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（11）： 51-55， 71.
	韩柏和，陈凯，吕晓兰，等. 国内外种子丸粒化包衣设备发展现状及存在问题. 中国农机化学报， 2018， 39（11）： 51-55， 71.

[1]	王亚妮, 胡宜刚, 王增如, 李以康, 张振华, 周华坤. 沙化和人工植被重建对高寒草地土壤细菌群落特征的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(5): 26-39.
[2]	蒋翔, 马建霞. 我国草地生态恢复对不同因素响应的Meta分析[J]. 草业学报, 2021, 30(2): 14-31.
[3]	罗楠, 舒英格, 陈梦军, 肖盛杨. 喀斯特山区不同草地土壤结构及分形特征[J]. 草业学报, 2020, 29(7): 11-22.
[4]	常海涛, 赵娟, 刘佳楠, 刘任涛, 罗雅曦, 张静. 退耕还林与还草对土壤理化性质及分形特征的影响——以宁夏荒漠草原为例[J]. 草业学报, 2019, 28(7): 14-25.
[5]	王柔懿, 盛军, 贾竣棋, 李海燕, 杨允菲. 通辽火电厂储灰池植被恢复过程中硬拂子茅种群构件的结构特征[J]. 草业学报, 2019, 28(1): 180-187.
[6]	贾希洋, 马红彬, 周瑶, 张蕊, 宿婷婷, 张双乔, 张俊. 不同生态恢复措施下宁夏黄土丘陵区典型草原植物群落数量分类和演替[J]. 草业学报, 2018, 27(2): 15-25.
[7]	李武斌,何丙辉,王力,申建红,黄治清,张兴华,文基坚,代万贵. 九寨沟马脑壳金矿矿山土壤养分空间分布格局[J]. 草业学报, 2011, 20(3): 1-9.