緩/控釋肥料的研究現狀及其在糖料作物上的研究進展

朱炳成，宋柏權

(黑龍江大學現代農業(yè)與生態(tài)環(huán)境學院/國家糖料改良中心，哈爾濱 150080)

0 引言

化肥工業(yè)的快速發(fā)展極大地推動了我國農業(yè)種植水平的提高，糧食產量逐年穩(wěn)步提高，對保障國家糧食安全起到至關重要的作用[1]。據相關統(tǒng)計，化肥投入約占農民進行種植業(yè)生產總投入的50%左右，發(fā)展中國家糧食增產中50%來自于化肥的作用[2]。我國當季肥料利用率低于世界平均水平，特別是磷肥的利用率僅為10%～20%[3]。同時，化學肥料的大量投入導致農產品品質下降、土壤硬化和環(huán)境污染等問題，嚴重影響我國綠色、有機、生態(tài)環(huán)保的可持續(xù)農業(yè)發(fā)展[4,5]。緩/控釋肥料因具有改善土壤結構、提升作物品質、提高肥料利用率等特點而備受關注，是發(fā)展“綠色和生態(tài)農業(yè)”的需要，具有廣闊的應用前景[6]。本文闡述了緩/控釋肥料的作用機制及其產業(yè)發(fā)展現狀，并分析了緩/控釋肥料在甘蔗、甜菜、糖用高粱等糖料作物中的應用現狀，對今后緩/控釋肥料在糖料作物應用上的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 我國緩/控釋肥料的研究現狀

1.1 緩/控釋肥料的概念及釋放機制

土壤固定以及養(yǎng)分淋失的原因導致肥料養(yǎng)分釋放速率與植物養(yǎng)分吸收速率不吻合[7]。為了解決這一現象，提高作物的肥料利用率，20世紀初提出了緩釋肥料的概念。1955年，微溶性脲醛化合物(UF)商品化合成，緩釋肥料才真正意義上用于農業(yè)生產[8]。緩/控釋肥料的種類也在逐漸發(fā)展增加，目前我國的緩/控釋肥料根據養(yǎng)分釋放機理、制備方法和制備工藝的差別分為物理阻礙型、化學合成型和生化抑制型3類[9]。其中以物理阻礙型應用最為廣泛，普遍為包膜型緩釋肥。由于緩/控釋肥料養(yǎng)分的機制與肥料自身有關，因此對于其釋放機理和模型研究眾多，而被普遍認可的是以下兩種釋放機理[10]：

(1)破裂機制：水分進入肥料內部后溶解肥料核芯，引起膜內外壓差，由于包膜層無法承受改壓力從而導致膜層破裂，肥料養(yǎng)分快速釋放。破裂機制主要適用于脆而無彈性的包膜緩釋肥，尤以無機包膜肥料最為典型。

(2)擴散機制：當包膜緩釋肥料置于土壤中時，水分首先透過包膜層抵達包膜核心，進入包膜核心的水分溶解了肥料養(yǎng)分，然后在膜內外濃度差的推動下，肥料養(yǎng)分開始向膜外滲透。擴散機制主要適用于包膜層不易破損、損壞包膜緩釋肥，尤以聚合物包膜肥料最為典型。

1.2 緩/控釋肥料在我國的產業(yè)發(fā)展現狀

我國的緩/控釋肥料的研發(fā)歷史可以追溯到上世紀80年代，從小作坊到規(guī)?；?、產業(yè)化。緩/控釋磷肥的登記、農用緩/控釋肥料標識要求、生產技術規(guī)程、有效性評價以及市場監(jiān)管、生物安全準則等相關標準也逐步完善，生產緩/控釋肥料的企業(yè)數量不斷增加。我國緩/控釋肥料使用量增長迅速，但與普通化肥的使用量相比仍存在較大差距，緩/控釋肥料普及程度不足。緩/控釋肥料市場價位較高且產品質量參差不齊，緩釋包膜材料種類繁多，加之農民對緩/控釋肥料缺乏了解，在施用過程中操作不科學易導致效果不佳，從而影響了緩/控釋肥料在農業(yè)生產上的推廣。

2 緩/控釋肥料在糖料作物上的研究進展

過量施用化肥會造成生態(tài)環(huán)境污染以及人力物力的極大浪費，嚴重威脅到農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在農業(yè)生產中大力推廣高效的緩/控釋肥料是發(fā)展綠色農業(yè)的必然要求。根據目前的研究報道顯示，在我國主要糖料作物中均已不同程度地施用緩/控釋肥料，并取得了一定的成果[11]，本文就緩/控釋肥料在甘蔗、甜菜和糖用高粱等糖料作物中的應用進展進行簡要分析、總結。

2.1 緩/控釋肥料在甘蔗上的研究進展

甘蔗是我國重要的糖料作物，在南方熱帶亞熱帶地區(qū)廣泛種植。甘蔗的生長期較長，需肥量大，對氮肥的需求較為均衡，磷、鉀肥的吸收利用主要集中在前中期。為提高甘蔗產量，化肥的使用量逐年遞增，但增產效應卻逐年降低[12]?；实牟缓侠硎┯脦砹谁h(huán)境污染、土壤肥力退化，人力物力浪費等問題，通過緩/控釋肥料的施用可顯著改善這些問題。李松等[13]研究表明緩釋肥的合理施用可促進甘蔗生長，提高單位面積產量。廖青等[14]經過試驗發(fā)現，施用適當的緩釋肥作為追肥，肥料的肥效更持久并且肥料釋放的養(yǎng)分與甘蔗生長期所需養(yǎng)分曲線相契合，能持續(xù)提供甘蔗生長后期所需養(yǎng)分，甘蔗生長較好，株高和莖徑增加，起到了一定的增產效果。盧文等[15]試驗結果表明，甘蔗一次性施用緩釋肥能夠比常規(guī)施肥減少1～2次，有效地節(jié)省了勞動力成本，提高了肥料利用率，實現了節(jié)本增效。Zhigan Zhao等[16]研究表明，通過模擬甘蔗氮吸收模式，從氣候、季節(jié)條件以及作物品種三方面的模擬影響，為研發(fā)契合甘蔗氮素吸收的包膜尿素提供了理論依據。

2.2 緩/控釋肥料在甜菜上的研究進展

甜菜是藜科甜菜屬二年生草本植物，在我國主要種植于黑龍江、內蒙古、新疆等地，是我國第二大糖料作物。目前甜菜種植過程中施用化肥不當的問題日益突出，如氮、磷、鉀肥比例失衡，欠缺微量元素補充等[17]。隨著緩/控釋磷肥的發(fā)展與應用，一定程度地緩解了以上問題，并在實際生產中取得了一些效果。劉娜等[18]研究表明，施用緩釋肥能夠顯著提高甜菜生育后期干物質量和塊根產量，契合甜菜生育周期的釋放曲線有效地減少了甜菜因氮素過量引起的葉片徒長以及因氮素缺失而導致的褐斑病等病害。BiplobK. Saha等[19]經過研究發(fā)現，無論土壤類型如何，與單獨施用尿素相比，緩釋褐煤尿素(BCU)顯著提高了肥料中氮的可用性和甜菜的對氮素地吸收，減少了29%的N2O排放和36%的NH3排放。此外，施用緩釋褐煤尿素肥料顯著提高了土壤中潛在的可礦化氮和有機碳含量，提高甜菜氮利用率和產量。高誼等[20]的試驗結果表明，施用控釋肥對甜菜具有明顯的增產作用，在甜菜的整個生長發(fā)育期，其葉片均表現為綠色或深綠色，中后期無脫肥現象?？蒯尫实暮侠硎┯媚軌蛞淮涡詽M足甜菜正常生長的養(yǎng)分需求，避免追肥造成的人力物力資源的浪費。

2.3 緩/控釋肥料在其他糖料作物上的研究進展

甜葉菊是菊科甜葉菊屬多年生草本植物，葉含菊糖苷6～12%，是一種低熱量、高甜度的天然甜味劑，是食品及藥品工業(yè)的重要原料。目前甜葉菊已經成為我國除甘蔗、甜菜外的第三大糖料作物[21]。Martha等[22]研究發(fā)現，緩釋肥的施用保障了甜葉菊的農藝性狀的同時減輕了環(huán)境污染，提高了甜葉菊的株高、莖粗、干重和產量以及植物對氮素的吸收效率。Mona H. M. Mohammed等[23]得出，腐殖酸緩釋復合肥能夠有效地提高甜葉菊的株高、枝葉數、單株總干重、葉片干重、全氮、全磷、全鉀和總糖含量以及葉綠素含量。

糖用高粱，亦稱“甜蘆粟”、“甜高粱”，分甜高粱和高粱蔗兩類品種。植株高大繁茂，生育期較長，莖稈多汁，一般含蔗糖8%～11%，中國南北均有種植[24]。緩/控釋磷肥的施用可促進糖用高粱生長、提高產量并改善品質。陳秀香等[25]經過試驗得出，緩/控釋肥用于底肥，一次性基施可滿足甜高粱整個生長期對營養(yǎng)的要求，達到化肥減量施用的目的。Katinka X. Ruthrof等[26]的試驗表明，施用緩釋肥顯著地增加了高粱的生物量，有效地減少了降雨等環(huán)境因素造成的肥料浸出，并對作物本身的鎘(Cd)等重金屬元素有一定的抑制作用。Józef Sowiński等[27]經過三年的田間試驗發(fā)現，90 kg/hm2N的聚合物包膜尿素能夠有效地提高甜高粱的生物量及產量，并且對硝酸鹽污染起到了抑制作用。

3 展望

在當前國家要求發(fā)展綠色農業(yè)、生態(tài)農業(yè)和可持續(xù)農業(yè)的背景下，緩/控釋肥料具有廣闊的應用前景。目前，我國緩/控釋肥料的生產存在企業(yè)管理不規(guī)范、產品質量參差不齊、生產設備和技術需提高等問題。通過采用現代化企業(yè)管理、創(chuàng)制研發(fā)先進技術設備，提高產品質量，優(yōu)化產品工藝條件及相關流程等，研發(fā)出更多高品質的緩/控釋肥料。未來，隨著我國緩/控釋肥料的大力推廣和使用，緩/控釋肥料企業(yè)的不斷壯大與發(fā)展，必將能夠在糖料作物生產中發(fā)揮越來越重要的作用。針對不同糖料作物，在不同生長條件下進行具體緩/控釋肥料的生產應用將會大大提高糖料作物的肥料利用水平，促進糖料作物高效優(yōu)質栽培。