長(zhǎng)江流域棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥技術(shù)研究

鄭曙峰，韓效釗，徐道青，王維，闞畫春，劉小玲，陳敏，金國(guó)清，金政輝

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，合肥230031；2.合肥工業(yè)大學(xué)，合肥230001；3.安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司，安徽 寧國(guó)242300）

棉花具有生育期長(zhǎng)、無(wú)限生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)重疊并進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)大等生物學(xué)特性，使得棉花的施肥問(wèn)題更加復(fù)雜和重要，施肥技術(shù)（施肥量、配方及施用時(shí)期）對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大。 為滿足棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的需求，通常采用多次施用速效肥的方法，施肥技術(shù)煩瑣復(fù)雜。 棉花生產(chǎn)中常規(guī)肥料和施肥技術(shù)存在如下難題[1]：一是施肥次數(shù)多，除需在播種或移栽時(shí)施用基肥外，還需多次追肥，如送嫁肥（移栽肥）、苗肥（平衡肥）、蕾肥、花鈴肥（當(dāng)家肥）、蓋頂肥等，需要花費(fèi)大量勞動(dòng)力；二是施肥工序和技術(shù)復(fù)雜，對(duì)施肥技術(shù)要求嚴(yán)格，每次施肥需要開(kāi)溝或打洞、施肥、蓋土等，特別是棉花生長(zhǎng)中后期，操作非常不便，如果不同生育期施肥量和配方掌握不好，會(huì)造成棉花脫肥或徒長(zhǎng)，蕾鈴脫落增加，進(jìn)而影響棉花產(chǎn)量和品質(zhì)；三是肥料用量大、利用率低，棉花生產(chǎn)的化肥使用量在主要農(nóng)作物中占首位且居高不下，棉花肥料成本占物質(zhì)成本的50%以上，施肥受天氣影響大，若遇干旱，肥料難以發(fā)揮作用，施肥后遇雨澇災(zāi)害，容易造成肥害，因此一方面施肥量難以精確掌握，另一方面不得不加大用量，極易造成肥料損失和對(duì)環(huán)境的污染；四是農(nóng)村勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致了從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力相對(duì)不足，許多農(nóng)民已不愿意在追肥等農(nóng)藝操作上花費(fèi)太多的時(shí)間和精力，棉花生產(chǎn)迫切要求減少勞動(dòng)力投入。 而緩控釋肥可以根據(jù)作物養(yǎng)分需求，控制養(yǎng)分釋放速率和釋放量， 具有提高化肥利用率、減少使用量與施肥次數(shù)、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，可以較好地解決以上問(wèn)題，具有重要意義[2-3]。近年來(lái)我國(guó)大力推廣新型農(nóng)業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品，先后在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》與多年中央“一號(hào)文”中重點(diǎn)提出“重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)環(huán)保型肥料、農(nóng)藥創(chuàng)制關(guān)鍵技術(shù)，專用復(fù)（混）型緩釋、控釋肥料及釋肥技術(shù)與相關(guān)設(shè)備”“優(yōu)化化肥結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展適合不同土壤、不同作物特點(diǎn)的專用肥、緩釋肥”。緩控釋肥只有與具體作物結(jié)合，在滿足作物對(duì)養(yǎng)分需求的同時(shí)，做到肥料養(yǎng)分釋放速率與作物生長(zhǎng)所需基本同步，才能真正達(dá)到提高肥料利用率、簡(jiǎn)化施肥工序、增產(chǎn)增收的目的[4-7]。

針對(duì)以上棉花生產(chǎn)面臨的形勢(shì)和施肥技術(shù)難題，安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、合肥工業(yè)大學(xué)和安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司等單位進(jìn)行了聯(lián)合攻關(guān)，在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)、科技部國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和安徽省科技攻關(guān)等項(xiàng)目的資助下，通過(guò)研究主栽棉花品種營(yíng)養(yǎng)特征， 開(kāi)發(fā)了系列棉花專用配方，研制了多種易降解緩控釋包膜新材料，創(chuàng)建了以配方造粒、尿素料漿涂層、緩控釋劑兩步噴涂包裹等為關(guān)鍵技術(shù)的棉花緩控釋肥生產(chǎn)工藝，通過(guò)調(diào)整原料配比控制產(chǎn)品各養(yǎng)分含量，采用控制緩釋劑種類和投入量實(shí)現(xiàn)了肥料養(yǎng)分釋放與棉花營(yíng)養(yǎng)需求的基本匹配， 成功研制出棉花專用配方緩控釋肥，獲得農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的肥料登記證，獲得專利8 項(xiàng)，制定國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1 項(xiàng)、 省級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)5 項(xiàng)，獲得國(guó)家和省重點(diǎn)新產(chǎn)品或高新技術(shù)產(chǎn)品證書。自2010 年起，“棉花專用配方緩控釋肥” 連續(xù)多年被農(nóng)業(yè)部確定為主推技術(shù)[8-12]，2015—2017 年被集成到農(nóng)業(yè)部主推技術(shù)“棉花輕簡(jiǎn)栽培技術(shù)”[13-14]和“棉花減肥減藥高效生產(chǎn)技術(shù)”[15]， 被集成到2020—2021 年安徽省農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域主推技術(shù) “棉花綠色（減肥減藥）輕簡(jiǎn)（機(jī)械化）增效集成技術(shù)”。 2012 年被農(nóng)業(yè)部列為農(nóng)業(yè)輕簡(jiǎn)化技術(shù)[16]。 在安徽、湖南、湖北、江西等省進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用。 以棉花專用配方緩控釋肥為核心技術(shù)，建立了棉花綠色輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)體系。 “棉花專用配方緩釋肥的研制和應(yīng)用” 獲2014—2015 年度農(nóng)業(yè)部中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，以棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術(shù)之一，形成的“棉花輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)體系” 先后獲得省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（“棉花輕簡(jiǎn)化豐產(chǎn)栽培關(guān)鍵技術(shù)與區(qū)域化應(yīng)用”獲2016—2017 年度農(nóng)業(yè)部中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，“棉花輕簡(jiǎn)化豐產(chǎn)栽培技術(shù)體系及在主產(chǎn)棉區(qū)的應(yīng)用”獲2017 年度山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)）。本文對(duì)棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥技術(shù)及產(chǎn)品的研制和應(yīng)用的總體技術(shù)路線、 過(guò)程及體會(huì)等進(jìn)行了總結(jié)評(píng)述。

1 總體技術(shù)路線

針對(duì)棉花生產(chǎn)中常規(guī)肥料和施肥技術(shù)存在施肥次數(shù)多、施肥技術(shù)（施肥時(shí)期、不同時(shí)期的肥料配方）復(fù)雜、肥料用量大、肥料利用率低、中后期土壤追肥操作不便、施肥易受天氣影響等問(wèn)題，以“作物（主栽棉花品種營(yíng)養(yǎng)特性）—材料（緩控釋材料、肥料配方）—裝備、工藝—產(chǎn)品—標(biāo)準(zhǔn)—應(yīng)用體系”為研究對(duì)象，總體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 總體技術(shù)路線

2 主栽棉花品種營(yíng)養(yǎng)特性研究及專用配方研制

2007—2016 年，在安徽、湖南、湖北、江西等省開(kāi)展多年多點(diǎn)田間試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定棉花植株氮磷鉀養(yǎng)分吸收量動(dòng)態(tài)及營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官生物量累積動(dòng)態(tài)，研究了皖雜棉9 號(hào)、中棉所63、湘雜棉8號(hào)等長(zhǎng)江流域棉區(qū)主栽棉花品種不同生育期的營(yíng)養(yǎng)特性和生長(zhǎng)發(fā)育特性，通過(guò)研究將長(zhǎng)江流域棉區(qū)主栽棉花品種分為早發(fā)型和晚發(fā)型2 種類型，為研制緩控釋肥料配方及釋放性能提供理論依據(jù)。

同時(shí)，在安徽、湖南、湖北、江西等省的不同類型棉花品種、不同類型土壤（潮土、黃棕壤、黃褐土、水稻土等）、不同種植制度（油棉兩熟、麥棉兩熟）、不同種植方式（棉花育苗油（麥）后移栽、油（麥）后直播棉花）、不同氣候條件下開(kāi)展了60 多點(diǎn)次田間試驗(yàn)，試驗(yàn)按“3414”方案[17]實(shí)施，研制了適合長(zhǎng)江流域棉區(qū)的棉花專用配方緩控釋肥配方多個(gè)。

3 棉花專用配方緩控釋肥緩釋材料創(chuàng)制

創(chuàng)制了凹凸棒石/ 聚丙烯酸鉀復(fù)合膜、丙芬乳液、苯丙乳液等多種易降解緩控釋包膜新材料。 通過(guò)調(diào)整各成分比例、交聯(lián)劑類型和用量、聚合物分子量大小、溶劑水用量等參數(shù)，制成易降解棉花專用緩控釋肥緩控釋材料。

3.1 凹凸棒石/聚丙烯酸鉀

以凹凸棒石與丙烯酸為主要原料，制備出具有較高吸水性和一定緩釋性能的凹凸棒石/ 聚丙烯酸鉀復(fù)合膜材料，具有良好的抗旱與緩釋性能[18]。

3.2 丙芬乳液

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和性能測(cè)試， 制成了以N- 羥甲基丙烯酰胺、 不飽和聚酯樹(shù)脂為主要材料的包膜緩釋材料[19-20]。

3.3 苯丙乳液

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和性能測(cè)試，調(diào)整苯乙烯與丙烯酸酯比例、交聯(lián)劑類型和用量、聚合物分子量大小、溶劑水用量等參數(shù)，制成適合生產(chǎn)緩控釋肥的包膜材料[21-23]。

4 棉花專用配方緩控釋肥生產(chǎn)工藝研制

綜合氮磷鉀復(fù)合（混）肥的化學(xué)法和物理法，綜合考慮原有高氮低磷高鉀復(fù)合肥在生產(chǎn)裝置上的適應(yīng)性、配方調(diào)整的靈活性，建立了棉花專用緩控釋肥生產(chǎn)工藝，將含磷、鉀的原材料及輔助材料按配方計(jì)量后，經(jīng)攪拌、破碎，進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)，尿素在溶解槽內(nèi)經(jīng)蒸汽作用熔融后，料漿泵送至造粒機(jī)內(nèi)涂布在含磷、鉀的物料上，利用料漿的液相經(jīng)轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)帶動(dòng)團(tuán)聚成球；再通過(guò)尿液涂膜機(jī)給肥料顆粒表面噴涂尿素料漿涂層，最后在顆粒成品表面噴涂防結(jié)緩釋材料，通過(guò)調(diào)整原料配比控制產(chǎn)品各養(yǎng)分含量，采用控制緩控釋劑種類和投入量實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放與需求的基本匹配[20-23]。

5 棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥生物學(xué)效應(yīng)及環(huán)境效應(yīng)研究

5.1 棉花專用配方緩控釋肥生物學(xué)效應(yīng)

2007—2019 年，在安徽、湖南、湖北、江西等省不同類型土壤（潮土、黃棕壤、黃褐土、水稻土等）、不同種植制度（油棉兩熟、麥棉兩熟）、不同種植方式（棉花育苗油（麥）后移栽、油（麥）后直播棉花）、不同氣候條件下開(kāi)展了多年多點(diǎn)田間試驗(yàn)和示范。

闞畫春等[24-34]在安徽，李景龍等[35]在湖南、湖北，張教海等[36-37]在湖北，淦城等[38]在江西，王維等[39]在新疆和田開(kāi)展了試驗(yàn)和示范，結(jié)果表明：與等量養(yǎng)分常規(guī)施肥相比， 一次性施用棉花專用緩控釋肥，棉花單產(chǎn)提高了3.8%～14.1%、增效10.1%～25.5%；施肥次數(shù)由3～6 次減為1 次，減少施肥用工50%以上，等產(chǎn)量情況下單位面積減少化肥使用量11.2%～52.3%；棉花纖維品質(zhì)差異不顯著；氮肥農(nóng)學(xué)利用率提高了15.2%～28.8%， 磷肥農(nóng)學(xué)利用率提高了12.3%～23.5%， 鉀肥農(nóng)學(xué)利用率提高了11.2%～19.7%。 進(jìn)一步分析表明：棉花專用緩控釋肥養(yǎng)分釋放與棉花養(yǎng)分需求基本匹配，可以增加棉花中下部果枝的成鈴率及各果枝內(nèi)圍第一、第二果節(jié)的成鈴率，能增加伏桃、秋桃及總桃數(shù)，提高單株結(jié)鈴性，棉花后勁足，不易早衰，從而達(dá)到提高產(chǎn)量、優(yōu)化成鈴、簡(jiǎn)化栽培、節(jié)本省工的目的。

5.2 棉花專用配方緩控釋肥對(duì)環(huán)境的影響

用通氣法連續(xù)測(cè)定施用專用緩控釋肥后土壤氨揮發(fā)量，結(jié)果顯示：等量養(yǎng)分專用緩控釋肥累計(jì)氨揮發(fā)量比常規(guī)肥料減少16.7%～55.4%。通過(guò)連續(xù)多年多點(diǎn)定位監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期施用緩控釋肥的情況下，150 cm 土層硝態(tài)氮含量減少20.5%～45.4%[40]。

6 以減量簡(jiǎn)化一次性施肥為核心技術(shù)的棉花綠色輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)體系建立及標(biāo)準(zhǔn)制定

棉花專用配方緩控釋肥經(jīng)多年應(yīng)用驗(yàn)證，產(chǎn)品成熟，技術(shù)完善，為規(guī)范產(chǎn)品性能和使用技術(shù)，制定了安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《DB34/T 2159-2014 棉花緩釋復(fù)合（復(fù)混）肥料》[41]、《DB34/T 1336-2011 棉花專用配方緩控釋肥使用技術(shù)規(guī)范》[42]、《DB34/T 1336-2020棉花專用緩控釋肥料一次性減量施用技術(shù)規(guī)程》[43]和湖南省地方標(biāo)準(zhǔn) 《HNZ 051-2013 棉花專用緩釋肥使用技術(shù)規(guī)程》[44]。

通過(guò)技術(shù)和產(chǎn)品熟化、組裝配套，建立了以棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術(shù)的棉花綠色輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)體系2套，包括：“以低密度（每公頃2.25 萬(wàn)株）輕簡(jiǎn)化育苗移栽、減量20%（與低密度育苗移栽、常規(guī)施肥比較）一次性基施（移栽時(shí)施用）專用配方緩控釋肥為核心的輕簡(jiǎn)育苗移栽栽培技術(shù)體系”和“棉花在麥（油）后高密度（每公頃9 萬(wàn)株）免耕直播、減量50%（與低密度育苗移栽、常規(guī)施肥比較）一次性種肥同播（棉花專用配方專用緩控釋肥）、集中吐絮、機(jī)械化或集中收獲為核心的棉花油（麥）后直播栽培技術(shù)體系”。 制定了中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY/T 2633-2014 長(zhǎng)江流域棉花輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)規(guī)程》[45]、《DB34/T 3133-2018 棉花輕簡(jiǎn)綠色增產(chǎn)增效生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》[46]和《DB34/T 3292-2018 棉花化肥減施增效技術(shù)規(guī)程》[47]。 與常規(guī)技術(shù)相比，采用以棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥技術(shù)和產(chǎn)品（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術(shù)的棉花綠色輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)體系，棉花化肥使用量減少11.2%～52.3%，肥料利用率提高了12%以上，化肥減施棉花增產(chǎn)1%以上，單位面積用工減少50%以上，植棉效益增加25%。

7 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)長(zhǎng)江流域主栽棉花品種營(yíng)養(yǎng)需求，開(kāi)發(fā)了系列棉花專用配方，研制了多種易降解緩控釋包膜新材料， 研制了棉花專用緩控釋肥，產(chǎn)品獲得國(guó)家緩釋肥肥料登記證，并獲得國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書和安徽省高新技術(shù)產(chǎn)品證書，連續(xù)多年被農(nóng)業(yè)部列為主推技術(shù)。 創(chuàng)建了以配方造粒、尿素料漿涂層、緩釋劑兩步噴涂包裹等為關(guān)鍵技術(shù)的棉花緩控釋肥生產(chǎn)工藝，通過(guò)調(diào)整原料配比控制產(chǎn)品各養(yǎng)分含量，采用控制緩控釋劑種類和投入量實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放與需求的匹配。實(shí)現(xiàn)了棉花“苗肥同下、種肥同播”，施肥由3～6 次減為1 次，變革了棉花施肥技術(shù)，解決了常規(guī)技術(shù)中大量施肥期與干旱雨澇等災(zāi)害高發(fā)期重疊導(dǎo)致的無(wú)法追肥或肥害而減產(chǎn)的重大難題。建立了以棉花減量簡(jiǎn)化一次性施肥技術(shù)和產(chǎn)品（棉花專用配方緩控釋肥）為主體的棉花綠色輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)體系，制定了相關(guān)國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和省級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)棉花綠色化、輕簡(jiǎn)化/ 機(jī)械化、高效化的生產(chǎn)方式變革提供了技術(shù)支撐，豐富了作物營(yíng)養(yǎng)施肥和肥料學(xué)的內(nèi)容，對(duì)我國(guó)作物專用肥行業(yè)的發(fā)展和作物生產(chǎn)的科技進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。