發布時間：2022-01-22所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：緩控釋肥是一種能夠減緩或控制養分釋放的新型肥料，具有提高肥料利用率和作物產量、減少環境污染等優點。本文介紹了緩控釋肥料的概念、類型，綜述了緩控釋肥料的國內外研究進展，分析了緩控釋肥料在水稻上的應用及存在的問題，并進行了展望。 關鍵詞：水稻;緩控
摘 要：緩控釋肥是一種能夠減緩或控制養分釋放的新型肥料，具有提高肥料利用率和作物產量、減少環境污染等優點。本文介紹了緩控釋肥料的概念、類型，綜述了緩控釋肥料的國內外研究進展，分析了緩控釋肥料在水稻上的應用及存在的問題，并進行了展望。
關鍵詞：水稻;緩控釋肥;產量;品質;肥料利用率
目前水稻生產上所用肥料多為速效肥料，釋放快、肥效短，難以保證養分長時間供應，后續需要進行多次追肥，才能保證水稻不同生長階段對養分的需求。前期施肥量過大以及速效肥本身的性質往往造成肥料損失大、利用率低，且后續追肥還費時費工。
緩控釋肥料作為一種新型肥料，其養分釋放速率緩慢、釋放期長，養分釋放規律能夠與作物養分吸收基本同步，達到養分供需平衡，一次施肥就能夠滿足作物整個生長期對養分的需求，為現代農業生產簡化施肥過程、減少施肥成本、減輕環境污染、降低施肥強度、提高肥料利用率提供了可能[1-3]。本文在介紹緩控釋肥國內外研究進展的基礎上，分析了其對水稻產量、品質、氮素吸收利用的影響，綜述了在水稻生產的施肥技術，探討了水稻應用緩控釋肥面臨的問題并給出建議，旨在為緩控釋肥在水稻上合理施用提供參考。
1 緩控釋肥的概念及類型
1.1 概念
廣義上講緩控釋肥是指肥料養分與釋放速率緩慢，釋放期較長，在作物的整個生長期都可以滿足作物生長需要的肥料。但狹義上緩釋肥和控釋肥又有各自不同的定義。緩釋肥指的是采用物理、化學或生物方法制造，阻礙有效養分在土壤中過快釋放，進而對作物的營養供應起延長作用的肥料[4]。但生產上對其養分釋放速率、養分釋放模式和養分釋放持續時間長短不能很好控制。控釋肥指的是多采用聚合物包膜的顆粒肥料。控釋肥料顆粒中化學養分的釋放速度受聚合物降解快慢的影響，養分釋放量和釋放時間易被控制，促使肥料養分釋放和作物養分吸收保持一致。因此，控釋肥又被認為是緩釋肥的高級形式，但許多研究者對緩釋肥和控釋肥并未進行嚴格區分[5]。
1.2 緩控釋肥的類型
目前較為普遍的是將緩控釋肥分為包膜緩控釋肥、包裹材料緩控釋肥和具有有限水溶性的合成型微溶態緩控釋肥[6]。
1.2.1 包膜緩控釋肥
肥料的包裹層是緩控釋肥的主要研究內容，按照包裹層材料不同，包膜緩控釋肥分為無機包膜肥和有機包膜肥。
無機包膜肥多選用硅酸鹽、石膏等無機材料作為包裹層，而目前無機材料中硫磺被普遍使用。無機材料成本低廉，對土壤幾乎無危害，能夠起到緩釋作用，適合生長周期較長的農作物。但無機物包膜材料也存在彈性較差和脆性較高等問題，導致肥料顆粒的膜層在儲存或運輸過程中容易脫落，致使肥料養分釋放快，低于肥料本身預定的釋放有效期，影響緩釋性質，不能真正達到對肥料有效控釋的目的[7]。
有機包膜肥包裹材料來源可天然獲取或者人工合成。天然高分子材料無毒無害、降解快、種類多，一般包括橡膠、纖維素等穩定物質;合成高分子材料多選擇熱塑性好、彈性強的聚烯烴類物質，例如聚乙烯、脲醛樹脂等;半合成高分子材料以纖維素的衍生物為主，水解快、易形成膜[8]。目前有機聚合物包膜肥實際產能和市場占有率不高，究其原因在于有機包膜材料生產成本 過高，使其主要面向草坪、花卉等非傳統農業市場，難以面向大田作物。所以，降低有機聚合物包膜材料的成本，研究易降解、環境友好、面向大田的包膜控釋肥料，才能更好推動其長足發展。
1.2.2 包裹材料緩控釋肥
包裹材料緩控釋肥是以一種或者多種植物營養物質包裹另一種肥料而形成的復合體[9]。由于包裹肥料選用一種或者多種植物營養物質作為包裹材料，這就使得包裹材料產品中用作包裹層的物料所占比例可以更高、質量更大，一般可達到肥料總質量的 30%~80%[6]。
根據 HG/T 4217-2011 標準，目前包裹材料產品被分為兩種類型，但都以尿素為核心，不同之處在于一種以鈣鎂磷肥為主要包裹層，一種以二價磷酸銨鉀鹽為主要包裹層[10]。所有粒狀的水溶性肥料都可作為包裹材料的核心，而尿素作為氮肥的主要品種，其顆粒大小均一、粒型圓整的特點使其適合作為包裹層的核心原料，因此大部分包裹材料的核心以尿素為主。
作為新型緩控釋肥料產品，包裹材料緩控釋肥具有以下主要特點：1)完全植物營養，包裹材料產品空間結構分布為肥料包裹肥料，產品中每一層的有效成分均為植物營養，通過改變不同特性肥料的空間結構及利用原料間的化學反應，來發揮緩釋或控釋作用[9];2)均一釋放特性，包裹肥料包裹層為枸溶性無機肥料，肥料有效成分多為極性分子，與同為極性分子的水具有相親性，這個特點使得包裹肥前期養分釋放率較高，同時產品中每粒肥料能夠保證具有相同的釋放性能及養分構成[11];3)緩釋化和復合化同步實現，包裹緩控釋肥生產和復合肥生產過程合二為一，簡化生產流程，節約生產成本[12]。
1.2.3 水溶性合成型微溶態緩控釋肥
微溶性含氮化合物作為緩控釋肥料的重要類型之一，它是通過離子鍵或者共價鍵將肥料連接到聚合物上構成的一種新型組合物[13]。一般由尿素和醛類縮合的方法制得，其產品主要包括脲甲醛肥料、磷酸銨鎂等，其中脲甲醛肥料最具有代表性，其價格較其他微溶態緩控釋肥低，所以脲甲醛肥料在市場中占主導地位，同時脲甲醛肥料也是國際上最早實際應用的緩控釋肥料品種之一。
微溶態緩控釋肥在非農業市場應用廣泛，在農業市場上的應用較少，但呈增加趨勢。良好的緩釋性使其適合加工成團粒肥、摻混肥等，也能延緩養分釋放，改善肥料狀態，對促進我國肥料事業發展具有重要意義。
2 緩控釋肥的研究進展
2.1 國外研究進展
1948 年，美國 CLART 等[14]對尿素-甲醛縮合物緩釋肥料的制備方法和性質特點進行了研究，自此開辟了美國緩控釋肥研究先河，當時其研究對象主要是聚合物包硫尿素，價格相對較高，后續經改進的包硫尿素是用相對廉價的烯烴聚合物作為包膜層，因價格低而風靡美國市場。1964 年，美國 ADM 公司樹脂型包膜肥料工業化生產成熟，其產品如 Osmocote 至今仍然得到廣泛使用[15]。1966 年，美國杜邦公司制備的脲甲醛尿素如今仍廣泛使用[16]。日本對于緩控釋肥的應用與研究處在領先地位，主要集中在高分子包膜肥料的研究，如熱固型包膜肥、聚烯烴包膜肥等[17]。
歐洲一些國家研究的緩控釋肥多為難溶于水的含氮化合物，德國主要研究醋酸纖維素、木質素等能夠被生物降解的材料來生產包膜肥料，還開發出以樹脂作為包衣材料的 NPK 復合肥以及中微量系列配方肥[18]。荷蘭使用菊粉、甘油、土豆等作為包衣材料，開發出可生物降解的包衣肥料[8]。英國則集中開展玻璃態控釋肥的研究，但僅僅限于在樹苗施用[19]。
近年來，國外正致力于緩控釋肥包膜材料的研究，未來對于包膜材料的要求：一是要無毒無害、易降解;二是要實現養分釋放模式多樣化、精確化。目前，天然有機高分子材料常被作為包膜材料，由于其來源廣泛，可生物降解，具有較好的發展前景[20]。
2.2 國內研究進展
20 世紀 60 年代末，我國對緩控釋肥展開研究。 1973 年，中國科學院南京土壤研究所以鈣鎂磷肥等為包裹材料生產出長效碳銨包裹肥料，該肥料緩釋效果良好，并能延緩氨揮發[21-22]。20 世紀 80 年代，鄭州工業大學掌握了肥料作為涂層覆蓋在另一種肥料顆粒上生產緩控釋肥的工藝，以此為基礎鈣鎂磷肥包裹尿素和磷酸銨鉀鹽包裹尿素應運而生，并在國內外推廣[23]。進入 20 世紀 90 年代，我國對緩控釋肥的研究與開發十分迅速。沈陽農業大學把聚乙烯醇(PVA)和淀粉結合作為包膜劑生產包膜肥料，該包膜具有良好的緩釋效果，能夠調控養分釋放速率，且在土壤中可完全被生物降解[24]。蘭州大學以丙烯酸、丙烯酰胺為主要原料制備的緩釋肥料具有良好的吸水保水性[25]。鄭州大學生產的鈣鎂磷肥包裹的緩控釋肥獲多項國際專利，并在國內及美國推廣應用[26]。北京市農林科學院研制出樹脂包衣緩控釋肥，并以此為基礎又研發出多種肥料新產品[27]。山東農業大學經多年努力，研發了熱塑性樹脂、硫包膜等多種包膜緩控釋肥[28]。
目前，我國開發出了聚氨酯類、水基聚合物等多種包膜材料，未來對于緩控釋肥的研發，我國也將繼續朝著精準、環保的方向前進。
3 緩控釋肥在水稻上的應用研究
3.1 緩控釋肥施肥技術在水稻上的應用
20 世紀 90 年代，水稻側條施肥技術在日本得到推廣，它的技術要點是把緩控釋肥集中在根系附近，便于水稻吸收，同時達到減少養分流失，提高肥料利用效率的目的[29]。日本還曾推廣了控釋氮肥工廠化箱式育苗技術[30]和免耕種肥接觸直播技術[31]，以搭配緩控釋肥的施用。山東農業大學提出了以控釋氮肥的形式全部施入育苗盤內的施肥方法，該方法一方面能夠直接應用于稻田，另一方面借助根系緊緊吸附控釋氮肥，隨機械或人工插秧直接進入土壤，在根系附近緩慢釋放供給植株生長發育，不用再進行追肥，省時省工，節約成本[32]。
目前市場上緩控釋肥種類多，緩釋期也不同，同時緩控釋肥多作為基肥，但不同的水稻品種由于遺傳特性不同，養分吸收特性及模式也存在差異，導致肥料養分釋放和作物養分吸收難以匹配。李敏等[33]通過盆栽試驗研究發現，硫膜控釋尿素配施普通尿素效果更好，而樹脂膜控釋尿素更適合一次性施用。程金秋[34]把控釋肥料與普通尿素按一基一蘗、一基一穗配施，發現水稻干物質積累與吸收、光合特性均優于常規分次施肥。
近年來，南京農業大學針對機插水稻施肥不合理、氮肥損失嚴重等問題，基于水稻氮肥吸收規律及水稻精確定量栽培技術原理，構建了水稻機插緩混一次性施肥技術，多年多點示范表明，該技術經濟、環保、高效，在機插稻推廣地區得到廣泛應用[35-36]。2020—2021 年，水稻機插緩混一次性施肥技術被列為農業農村部引領性技術，并在適用地區集中開展緩控釋肥技術的示范展示和培訓，進一步加快成果轉化，推動農業提質增效[37-38]。
3.2 緩控釋肥在水稻上的應用效果
3.2.1 緩控釋肥對水稻產量的影響
謝春生等[39]對植物素包膜控釋肥、磷酸銨鎂包膜控釋肥、聚合物包膜尿素一次性施用效果研究發現，在等量氮肥水平下，較常規分次施肥早稻增產 10.75%～ 15.91%，晚稻增產 4.76%～14.05%，增產原因是控釋肥處理的水稻成穗率顯著，每穗粒數增加。蔣偉勤等[40]將 2 種不同緩釋期的控釋肥組配成控混肥，并與常規氮肥摻混進行一次性基施，結果表明，100 d+80 d、100 d+ 120 d 的處理在關鍵生育時期釋放的養分更能滿足南粳 9108、豐粳 1606 的需要，使水稻群體光合性能提升，干物質生產能力增強，群體穎花量和有效穗數顯著增加，100 d+80 d 處理兩品種較對照分別增產 4.66%、 4.29%。魏海燕等[41]選用 3 種緩控釋肥搭配普通尿素施用，設置基施、一基一蘗兩種施肥方式，與常規分次施肥對比，緩控釋肥處理沒有增加甬優 2640 的產量，原因在于其前中期肥力相對集中，后期無法滿足水稻生長所需，葉面積指數低、光合弱、干物質生產少，同時甬優 2640 群體穎花過大、穗大粒多的特點也是重要因素。緩控釋肥的生產成本高于普通速效肥料，如果等氮條件下無法提高水稻產量或者達到平產水平，無疑會增加農民生產成本，不利于緩控釋肥的推廣。針對這個問題，許多學者對緩控釋肥減量施用是否可行展開研究。蔣琪等[42]研究表明，控釋肥處理在減氮 9.82%情況下，較常規施肥處理增產 2.01%，增收 930.47 元/hm2 。俞衛星等[43]認為，等氮條件下，緩控釋肥處理產量、效益最高，即使減氮 20%～30%，緩控釋肥處理也能夠保證與常規施肥處理相近的產量。由此可見，合理施用緩控釋肥可以增加水稻產量，提高經濟效益。
3.2.2 緩控釋肥對水稻品質的影響
在保證水稻高產穩產的基礎上，緩控釋肥對水稻品質的影響也有許多研究。李宏亮[44]研究發現，相比常規分次施肥，施用緩控釋肥不能明顯提高稻米碾磨品質;但降低堊白度和堊白粒率，顯著改善外觀品質;同時使水稻蛋白質含量降低，直鏈淀粉含量增加，最高黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值和回復值提高，消減值下降，最終蒸煮食味品質更優。付正豪[45]研究表明，與對照相比，施用控釋肥能夠明顯改善稻米食味品質，提高加工品質和外觀品質。俞衛星等[43]研究發現，等量氮肥水平下，緩控釋肥處理的稻米品質優于常規施肥，而減氮條件下緩控釋肥處理的稻米品質與常規施肥接近或有所降低。鄭磊等[46]研究認為，緩控釋肥處理的水稻籽粒蛋白質含量顯著提高，營養價值更優。綜合以上研究可知，緩控釋肥對稻米品質的影響與肥料類型、肥料配比、施肥量等因素有關，合理施用緩控釋肥一定程度上能夠提升稻米品質，但如何平衡各品質之間的關系仍有待研究。
3.2.3 緩控釋肥對肥料利用率的影響
緩控釋肥的合理施用有利于水稻氮素吸收與利用，進而提高肥料利用率。陳立才等[47]研究發現，控釋肥處理的氮肥利用效率較常規施肥處理顯著提高 9.65%～13.56%。侯紅乾等[48]研究發現，相比常規分次施肥，一次性基施緩控釋肥顯著提高了雙季稻吸氮量、氮肥利用率，其中減氮 20%的緩控施肥處理氮肥利用率最高，保證產量的同時兼顧經濟效益。曲均峰等[49-50]通過研究控釋肥與普通尿素按不同比例組配施用發現，氮肥利用率隨著控釋肥比例增加而提高，但控釋肥合理配施普通尿素更符合實際生產，其原因是緩控釋肥一方面能夠彌補普通尿素釋放快、損失大造成的肥料利用率低的問題，另一方面能夠保證后期養分供應，促進水稻生育中后期氮素吸收與利用。金丹丹等[51]研究表明，齊穗期緩控釋肥處理劍葉中硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、亞硝酸還原酶活性較常規施肥處理顯著提高，有利于水稻生育后期氮素的吸收與轉化，提高利用率。綜上所述，緩控釋肥能夠彌補水稻常規施肥因前期施肥大、損失快而造成的中后期脫肥現象，保障后期養分充足，促進氮肥吸收利用。
4 展望
緩控釋肥作為一種促高產高效的新型肥料，它的出現為提高肥料利用率、節省勞動力提供了新思路，在未來具有良好的發展前景。基于研究和分析，我們提出關于緩控釋肥在農業生產應用中幾點建議。
4.1 推動緩控釋肥產業化發展，降低其生產成本
緩控釋肥生產工藝復雜，制備成本相對偏高，其價格高于普通肥料，限制了其在水稻生產等農業領域的普及推廣。因此，在研發和生產緩控釋肥產品過程中，在注重產品質量的同時要降低生產成本，使其符合農業生產實際。
4.2 加強水稻等多種作物的專用緩控釋肥研究與應用
目前市場上緩控釋肥產品混雜，缺乏市場監督和規范，農民難以分辨，往往因選用不當造成損失。應根據不同地方的生產實際，研發生產出適用于水稻等多種作物的專用緩控釋肥，確保緩控釋肥正確施用。
4.3 加強研發廉價、可降解、生態安全的包膜材料
目前緩控釋肥所用的包膜材料種類多，多次施用造成的殘留問題是否會給土壤、作物、環境造成危害仍有待研究。未來要加強可降解、無毒無害包膜材料的研究，進一步減輕或緩解緩控釋肥可能帶來的環境問題，促進其向綠色環保方向發展。
4.4 加強緩控釋肥施肥技術推廣
通過建立健全緩控釋肥相關信息平臺及推廣應用中心，提高農民認知水平，完善配套緩控釋肥施用技術并進行推廣，爭取讓緩控釋肥真正實現技術落地，投入更大規模生產實踐。——論文作者：吳周周 劉佳欣 陳粵彤 周嬋嬋 王術 * 賈寶艷 黃元財 王巖 王韻
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