我國緩控釋肥的應(yīng)用研究和發(fā)展建議

周 奧

（湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062）

緩控釋肥十分適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的機(jī)械化生產(chǎn)，特別是可以滿足種肥同播的需要，應(yīng)用前景十分廣闊，被認(rèn)為是21 世紀(jì)肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。我國是世界上最大的化肥生產(chǎn)國和消費(fèi)國，化肥被廣泛應(yīng)用于各類農(nóng)作物上，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。發(fā)達(dá)國家肥料利用率為50%～60%，有的甚至高達(dá)80%；我國氮肥和鉀肥的利用率僅有30%～40%，而磷肥的利用率更低，僅為10%～25%［1］。化肥利用率低一方面造成了資源浪費(fèi)，另一方面則使土壤、水體污染嚴(yán)重。現(xiàn)在國家大力提倡環(huán)境保護(hù)，因此合理地利用肥料是十分必要的。利用緩控釋肥替代普通化肥可以很好地緩解因施肥導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1 緩控釋肥的概念

緩控釋肥20 世紀(jì)40 年代起源于美國，隨后歐洲、日本也開始了相關(guān)研究，始終以肥料的長效、高效為主線發(fā)展至今［2］。從廣義上講，緩控釋肥是指養(yǎng)分緩慢釋放，或按照預(yù)先設(shè)定的釋放速率來釋放養(yǎng)分（以滿足作物整個(gè)生長周期養(yǎng)分的需要）的肥料。狹義上，緩控釋肥可分為緩釋肥和控釋肥。

緩釋肥的養(yǎng)分釋放速率遠(yuǎn)小于速溶性肥料，在土壤中其養(yǎng)分能延緩釋放，對作物具有緩效性和長效性，但不能控制養(yǎng)分的釋放［3］。緩釋肥大多數(shù)為氮肥，施用后在化學(xué)和生物的作用下被逐漸分解，緩慢釋放出氮素，以滿足作物對于氮素的需求。

控釋肥是緩釋肥料的高級形式，通過各種控釋機(jī)制來使其養(yǎng)分釋放與農(nóng)作物不同生長階段的養(yǎng)分需求相一致，其中包膜控釋肥是最多的一類［3］。包膜控釋肥是以顆粒肥料（單質(zhì)或復(fù)合肥）為核心，表面采用水溶性無機(jī)物或聚合物包膜，通過調(diào)整聚合物降解速率來調(diào)控養(yǎng)分的釋放速率。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CEN）以肥料養(yǎng)分在水中的溶出率為標(biāo)準(zhǔn)，提出了緩控釋肥的具體標(biāo)準(zhǔn)。即在溫度25 ℃時(shí)，肥料中的有效養(yǎng)分在24 h 內(nèi)的釋放率不超過15%，28 d內(nèi)的養(yǎng)分釋放率不能超過75%，在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)養(yǎng)分的釋放率不能低于75%。還特別提出將專用控釋肥的養(yǎng)分釋放曲線與相應(yīng)作物的養(yǎng)分吸收曲線相吻合作為標(biāo)準(zhǔn)之一［4］。

2 緩控釋肥的作用和優(yōu)點(diǎn)

2.1 提高肥料利用率，增加作物產(chǎn)量

資料顯示，我國每年生產(chǎn)和使用的氮肥量（以純氮計(jì)算，下同）大約是2 000萬t，其中肥料的當(dāng)季利用率只有30%～50%，累計(jì)利用率也只有45%～60%，因?yàn)榈实睦寐实投斐傻闹苯咏?jīng)濟(jì)損失高達(dá)239.4億元［5］。

緩控釋肥可以調(diào)控養(yǎng)分的釋放速率，從而減少肥料因揮發(fā)和淋溶等造成的損失，提高肥料利用率，進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。謝培才等［6］的研究表明，包膜緩釋肥能有效提高氮、磷、鉀的利用率，與普通復(fù)合肥相比，在玉米和小麥上使用氮素的利用率分別平均提高了5.04%、9.14%，磷素的利用率分別平均提高了11.22%、17.52%，鉀素的利用率分別平均提高了11.26%、8.35%。麻井彪等［7］通過研究專用緩釋肥對紫色土油菜生長的影響發(fā)現(xiàn)，與習(xí)慣用肥相比，施用緩釋肥不僅能顯著增加油菜的生物量，而且有利于提高油菜對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和利用，緩釋肥施用量為675 kg/hm2時(shí)效果最佳，既能保證高產(chǎn)又能平衡土壤肥力。

2.2 減少氮、磷流失，保護(hù)環(huán)境

使用緩控釋肥可以提高肥料利用率，減少化肥的使用量，大大降低氮、磷等元素在土壤中的貯存量，因此避免了更多氮、磷元素因農(nóng)田排水或雨水進(jìn)入河流湖泊，從而降低了施肥對水資源的污染風(fēng)險(xiǎn)。

陳蕾等［8］研究發(fā)現(xiàn)，施加炭基緩釋肥土壤總氮的滲漏流失量比常規(guī)復(fù)合肥削減了36.6%（主要削減的是硝態(tài)氮的流失），這表明緩釋肥對減緩?fù)寥赖氐牧魇Ш涂刂妻r(nóng)業(yè)面源污染有重要作用。丁志磊等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在桃樹-大豆間作農(nóng)田，全部施用緩釋肥相比于施用普通復(fù)合肥，總氮流失量削減了24.99%，總磷流失量削減了34.60%，氨氮流失量削減了29.74%，硝態(tài)氮流失量削減了30.42%，這表明施用緩釋肥對于地表徑流中的氮、磷流失具有明顯的控制效果。

另外，氮肥的大量施用會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤中的N2O 含量增加，而N2O 是一種容易造成溫室效應(yīng)的氣體，可以直接破壞臭氧層，導(dǎo)致大氣層空洞。土壤中的N2O 排放量占N2O 總排放量的65%，而農(nóng)業(yè)土壤又是其中最主要的來源。緩控釋肥的使用，能延緩肥料養(yǎng)分釋放速率，增加作物吸收的養(yǎng)分量，因此能有效地降低N2O的排放，研究表明，其降低率可達(dá)到80%［10］。

2.3 減少施肥次數(shù)，提高經(jīng)濟(jì)效益

農(nóng)業(yè)上大多采用一次性施肥的方式，而市面上的肥料很多都是速效高氮型復(fù)合肥，容易造成幼苗期吸收快或生長后期脫肥的風(fēng)險(xiǎn)。而緩控釋肥可以實(shí)現(xiàn)種肥同播，一次性施肥后長期釋放養(yǎng)分，達(dá)到作物生長與養(yǎng)分釋放同步，滿足作物整個(gè)生長期的養(yǎng)分需要。這樣既減少了施肥次數(shù)和數(shù)量，又節(jié)約了勞動(dòng)力成本，從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

魏平［11］研究緩釋肥在早春馬鈴薯生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明早春馬鈴薯施用緩釋肥比常規(guī)肥料增產(chǎn)12.21%，同時(shí)減少了追肥的人工費(fèi)用，施用緩釋肥純收入比常規(guī)施肥增加了7 162.8元/hm2，比自配肥增加了4 077.6 元/hm2。黃華等［12］的研究表明，水稻完成生長需要施用常規(guī)肥料7次，而施用緩釋肥只需4次，減少了施肥次數(shù)，有利于節(jié)約人工成本。

緩控釋肥料還可以在一些高附加值的經(jīng)濟(jì)作物（果樹等）、花卉等上使用，可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 保證作物生長安全，提高作物品質(zhì)

研究表明，大量施用氮肥將會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物的病蟲災(zāi)害增多和品質(zhì)下降，而緩控釋肥的施用可以有效防止農(nóng)作物對氮素的過量吸收［13］，從而提高農(nóng)作物的品質(zhì)。而且緩控釋肥的養(yǎng)分可以根據(jù)農(nóng)作物的生長規(guī)律釋放，使作物生長更強(qiáng)壯，增強(qiáng)了抗病蟲災(zāi)害的能力。吳麗艷等［14］通過研究不同緩釋肥對大棚番茄生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，番茄施用兩種緩控釋肥都比施用常規(guī)化肥品質(zhì)好、病蟲害少。顏冬云等［15］的研究表明，控釋復(fù)合肥施用40 d后，養(yǎng)分釋放達(dá)到高峰，番茄品質(zhì)比施用普通復(fù)合肥更好，對防治病蟲害有良好的效果。

3 我國緩控釋肥的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.1 發(fā)展歷程

我國緩控釋肥研究起步相對略晚，但隨著近年來土壤、水體和大氣污染的加劇，人們對食品安全問題的重視，以及社會(huì)資源消耗加劇等多方面的問題和壓力，促進(jìn)了緩控釋肥的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化迅速發(fā)展。

20 世紀(jì)60 年代末，中國科學(xué)院南京土壤研究所最早開始長效氮肥的研究，首次研制出了包膜長效碳酸氫銨。同時(shí)，在上海、福建、湖南和黑龍江等也開始了試驗(yàn)性研究［2］。1974 年，中國科學(xué)院南京土壤研究所研制出了既能控制肥料養(yǎng)分釋放，又能抑制氨揮發(fā)的鈣鎂磷肥包膜碳酸氫銨，肥力效果良好，增產(chǎn)作用顯著［16］。

20 世紀(jì)80 年代中期，包膜控釋肥研究受到進(jìn)一步重視，國內(nèi)很多家科研院所或工廠具備試驗(yàn)和研制緩控釋肥的設(shè)備和條件。1985 年，北京市化工研究院與北京市園林科學(xué)研究所開發(fā)了一種酚醛樹脂包膜復(fù)合肥料，并以“花果樹”品牌長效化肥投放市場銷售。1987年，中國科學(xué)院石家莊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所成功開發(fā)了涂層尿素并通過鑒定［17］。

20 世紀(jì)90 年代，國內(nèi)開始系統(tǒng)地研究包膜尿素肥料，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等科研院所先后研制出了淀粉包膜尿素、聚乙烯醇包膜尿素、穩(wěn)定尿素和復(fù)合型長效尿素等新品種，并開發(fā)出了相應(yīng)的制造工藝［16］。

進(jìn)入21 世紀(jì)后，我國緩控釋肥料進(jìn)入快速發(fā)展階段，研究日益成熟，而且實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。樹脂包衣、脲醛類、硫包衣和生化抑制劑穩(wěn)定性肥料等相繼研究成功［7］，緩控釋肥料產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

但目前我國緩控釋肥的利用量占比仍然不高，據(jù)調(diào)查資料顯示，2015 年我國緩控釋肥利用量約200萬t，占肥料總消耗量的比重僅為1%左右。不過令人欣慰的是年度消耗量平均每年增加20%［18］。

3.2 現(xiàn)狀

據(jù)資料顯示，2006—2015 年，我國緩控釋肥料產(chǎn)量的年均復(fù)合增長率約為25%，2015年緩控釋肥產(chǎn)量達(dá)到330 萬t，占世界總產(chǎn)量的50%以上，我國已經(jīng)成為世界最大的緩控釋肥料生產(chǎn)和消費(fèi)國。這10年間，我國推廣使用緩控釋肥料的面積約3 500 萬hm2（5.25 億畝），產(chǎn)銷量超過2 100 萬t，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約開支并增收1 100億元［19］?？梢姡覈木徔蒯尫市袠I(yè)處在蓬勃發(fā)展階段，正煥發(fā)著巨大的活力。

農(nóng)業(yè)部于2015 年2 月提出到2020 年化肥使用量零增長的行動(dòng)方案，同時(shí)工業(yè)和信息化部提出了《關(guān)于推進(jìn)肥料行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的指導(dǎo)意見》，給緩控釋肥行業(yè)的發(fā)展帶來了政策上的驅(qū)動(dòng)力。很多氮肥企業(yè)處于虧損狀態(tài)，還有土地流轉(zhuǎn)加速、經(jīng)濟(jì)作物種植增加、人口成本等因素都會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)緩控釋肥行業(yè)的發(fā)展。據(jù)估計(jì)，未來幾年緩控釋肥料的年均復(fù)合增長率在10%～15%，到2025年，我國緩控釋肥年均產(chǎn)能有望達(dá)到755 萬～1 126 萬t，產(chǎn)值在200億～300億元［20］。

4 我國緩控釋肥發(fā)展建議

多年來，由于施肥不當(dāng)易造成環(huán)境污染問題，使低污染、高效率的緩控釋肥成為肥料發(fā)展的必然趨勢。但使用緩控釋肥仍然存在一定的問題，比如生產(chǎn)成本和價(jià)格相對較高，生產(chǎn)技術(shù)有待提高，推廣宣傳力度不夠，專用肥料偏少等?，F(xiàn)在國家將化肥行業(yè)發(fā)展目標(biāo)指向產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，大力提高化肥利用率和產(chǎn)品質(zhì)量，大力發(fā)展新型肥料，重點(diǎn)發(fā)展緩釋肥、控釋肥、專用肥和功能肥等。大力發(fā)展緩控釋肥符合我國提出的創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念。

4.1 增加政策和資金扶持力度

大力發(fā)展緩控釋肥是一項(xiàng)利國利民的行動(dòng)，需要得到國家層面政策和資金的大力支持。好的政策引導(dǎo)，可以讓化肥企業(yè)看到商機(jī)，從而激發(fā)企業(yè)活力，增加對緩控釋肥的研發(fā)投入。充足的資金支持，也能保證科研院所和企業(yè)進(jìn)行大量研發(fā)生產(chǎn)。

4.2 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，降低生產(chǎn)成本

當(dāng)今世界的競爭是科技的競爭，是核心技術(shù)的競爭，誰掌握了核心技術(shù)，誰就站在了科技發(fā)展的制高點(diǎn)。緩控釋肥作為21 世紀(jì)肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，應(yīng)該加強(qiáng)其核心技術(shù)的研發(fā)，更新生產(chǎn)設(shè)備，改善生產(chǎn)工藝。

緩控釋肥的價(jià)格一般比普通肥料高1倍，而聚合物包膜肥料的價(jià)格更是普通肥料的3～8 倍。因?yàn)榛蕦儆谝紫钠?，相對的高價(jià)也是限制緩控釋肥發(fā)展的主要原因。因此，要在包膜材料上重點(diǎn)突破，研發(fā)出更容易降解、成本更低的包膜材料，從而降低生產(chǎn)成本。

4.3 開發(fā)專用型緩控釋肥

我國國土面積遼闊，土地類型多種多樣。不同地區(qū)的土壤在成分、溫度、濕度、pH 值等方面都會(huì)不同，施用緩控釋肥會(huì)產(chǎn)生不同的效果。結(jié)合土壤性質(zhì)和作物需求施用專門的緩控釋肥，能提高作物養(yǎng)分利用率，促進(jìn)作物增產(chǎn)。因此，必須要根據(jù)土壤類型和作物種類開發(fā)不同類型的緩控釋肥，以達(dá)到專肥專用，精準(zhǔn)施肥。

4.4 加強(qiáng)產(chǎn)品推廣，提高農(nóng)民對產(chǎn)品的認(rèn)知

宣傳緩控釋肥料的作用，使農(nóng)民了解緩控釋肥的優(yōu)點(diǎn)，對建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義，將更有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。基層社區(qū)組織可以成立宣傳專班，積極宣傳緩控釋肥的作用和好處。有能力的企業(yè)還可以設(shè)立施用緩控釋肥的試驗(yàn)田，加強(qiáng)對農(nóng)民的培訓(xùn)，引導(dǎo)他們合理施用肥料。

4.5 加強(qiáng)市場監(jiān)管，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

為了保證肥料行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，必須加強(qiáng)市場監(jiān)管，對一切假冒偽劣行為說不。堅(jiān)決打擊無資質(zhì)的小作坊式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管機(jī)制常態(tài)化。企業(yè)自身也要樹立責(zé)任意識，做到不制假、不售假，不做虛假夸大宣傳，保證緩控釋肥的生產(chǎn)質(zhì)量。大企業(yè)要做好帶頭示范作用，共同促進(jìn)緩控釋肥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

5 總結(jié)

緩控釋肥是21 世紀(jì)肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，對維護(hù)我國農(nóng)業(yè)安全特別是糧食安全、促進(jìn)新時(shí)代的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?？梢哉f，緩控釋肥是肥料產(chǎn)業(yè)的一次“革命”，利用好緩控釋肥將有利于改善我們的生存環(huán)境，將會(huì)出現(xiàn)更多的“綠水青山”和“金山銀山”。盡管現(xiàn)在緩控釋肥還有一些不足，但這正是我們所需要努力的地方，相信緩控釋肥產(chǎn)業(yè)的明天會(huì)更加美好！