緩釋／控釋肥料的研究進展

彭　輝　陳戰紅　趙靜紅　張曉霞　呂　紅　李淑芬

摘要緩釋／控釋肥料已經成為國內肥料領域研究的熱點。文中闡述了緩釋／控釋肥料的概念及其特點、制備原理和途徑、緩釋／控釋材料分類及其緩釋／控釋機理和緩釋／控釋肥料養分釋放特征評價方法的研究概況，并展望了我國緩釋／控釋肥料的研究方向。

關鍵詞緩釋肥料控釋肥料進展

據統計，目前我國氮肥利用率僅為30％－35％，磷肥利用率為10％-25％，鉀肥利用率為35％-50％，低于世界平均水平，僅氮肥利用率就比世界平均水平低了10-15個百分點。其主要原因是，我國化肥品種單一，且以低濃度單質速溶肥料為主，氮肥中碳酸氫銨仍占48％左右，尿素約占43％左右，效果較好的復混肥只占10％左右。而且這些肥料的養分釋放速度太快，加快了土壤微生物對肥料的分解，也加速了養分的轉化、揮發、淋失及物理化學固定，作物來不及吸收，大部分養分就損失掉了。這樣不僅降低了經濟效益和社會效益，電給生態環境造成了負面影響。因此，如何提高肥料利用率、減少肥料養分流失、降低肥料對生態環境造成的負面壓力等問題，受到越來越多國家的農化和環境工作者的關注。緩釋／控釋肥料恰好可以解決這些難題，緩釋控釋肥料的研究逐漸成為肥料領域中研究的熱點。

1緩釋／控釋肥料的概念

1.1緩釋肥料概念

緩釋肥料(Slow Release Fertilize縮寫為SRF)又稱長效肥料、遲效肥料或緩效肥料，通常由于肥料化學成分改變或表面包涂半透水性或不透水性物質而使其中的有效成分緩慢釋放㈣。緩釋肥料的優點是比常規肥料養分釋放慢，養分損失相對較少。其缺點是肥料釋放養分的速度與作物需要不一定吻合，作物大量需要時供應不上，作物缺少量時肥料養分依然釋放，造成養分不必要流失。

1.2控釋肥料概念

控釋肥料(Controlled Release Fertilizer縮寫為CRF)使肥料釋放養分的速度與作物需要養分的量一致，使肥料利用率達到最高，是緩釋肥料的高級形式。它是以有機肥料和無機肥料為基體，依據橫向－縱向施肥的理論，用物理化學及生物化學的手段調節和控制養分促釋和緩釋，通過工業制造生產包容平衡施肥原理和技術等農藝措施的科學施肥技術載體。它能依據作物營養的階段性和連續性等營養特性，調控氮磷鉀及必要的中、微量營養元素等養分供應強度與容量，使促釋和緩釋協調，能達到供肥緩急相濟效果的控效植物營養復合體。控釋肥料具有養分釋放與作物吸收同步，一次施入能滿足作物整個生育期的需求；揮發、淋溶、固定少；施用方便，對環境污染小等優點。其缺點是控釋肥料成本高，其價格一般比常規肥料高2.5－8倍，目前僅在花卉、草坪、觀賞性植物等經濟作物上有一定的使用量，而在玉米、水稻等大田作物上仍處在試驗階段。

2緩釋／控釋肥料的制備原理和途徑

2.1物理方法制備緩釋／控釋肥料原理和途徑

2.1.1物理包被法

物理包被法是指在水易溶性或緩釋性顆粒肥料外表面包裹上一層滲透擴散阻滯層，來減緩或控制肥料養分的溶出速率，即包膜(裹)緩釋／控釋肥料。硫衣尿素(SCU)、涂層尿素、Luxuriance(樂喜施)等都屬于這一類，而且硫衣尿素肥料的研制和開發還奠定了物理方法研究緩釋／控釋肥料的基礎。

2.1.2整體分散法

整體分散法是將肥料均一地分散、吸附于控釋材料中，形成多孔網狀體系，肥料養分隨著控釋材料對肥料養分的解吸或控釋材料的溶蝕或降解釋放出來。整體分散法生產的緩釋肥料被稱為基質型緩釋肥料，包括固體基質肥料、固液態基質肥料和膠粘肥料。基質型緩釋／控釋肥料的緩釋／控釋系統可以由親水或疏水材料以及生物降解型材料構成，其養分釋放機理可以是擴散控制型，也可以是物理化學控制型。

2.1.3混合法

混合法是將肥料增效劑(脲酶抑制劑、硝化抑制劑、保鉀劑和磷素活化劑等)均勻地分散混合到肥料中去，通過調節肥料在土壤中的生物化學轉化過程，來實現緩釋／控釋肥效果。如緩釋碳銨(添加改良的DCD)和緩釋尿素(添加HQ)等。

2.2化學方法制備緩釋／控釋肥料原理和途徑

化學合成緩釋／控釋肥料是將直接或間接地通過共價或離子鍵連接到預先形成的聚合物上，構成一種新型組合物。其所含養分的釋放速度取決于聚合物鍵的性質、立體化學結構、疏水性、降解難易程度和交聯程度等。化學合成緩釋／控釋肥料可分為合成緩釋性有機氮肥、合成緩釋性無機氮肥和尿素改性的其它產品三類。

2.2.1合成緩釋性有機氮肥

合成緩溶性有機氮肥如脲甲醛(NU)、脲乙醛(CDU)、異丁叉二脲(IBDu)和草酰胺等，這類肥料在土壤中的轉化主要取決于環境因子。如土壤性質、溫度和微生物活性，還取決于肥料本身的理化性質，粉狀肥料的氮素釋放速度比顆粒狀的要快的多。

2.2.2合成緩釋性無機氮肥如磷酸銨鎂和磷酸銨鉀是目前已經投入生產的兩種重要無機磷酸銨化合物。

2.2.3尿素改性的其它產品如硫代尿素、甘脲(亞異丁基二脲)等。這些肥料N的利用率可達66％-75％。

3緩釋／控釋材料及其緩釋／控釋機理

硝化抑制劑、脲酶抑制劑、磷素活化劑、肥料改性物質、肥料包膜材料、載體材料等材料都不同程度地對肥料起著緩釋／控釋效果，都屬于緩釋／控釋材料的范疇。這些材料的緩釋／控釋機理各不相同。

3.1硝化抑制劑

國內外廣泛研究的硝化抑制劑有氮－吡啶、雙氰胺、氯唑靈、4－氧基三唑、2－乙基吡啶、硫代硫酸鍍、硫代硫酸鈉、脒基硫腮、硫代磷酰三胺、硫脲等材料。硝化抑制劑的作用機理是抑制硝化作用第一階段銨根離子氧化為亞硝酸根離子的主要細菌即亞硝化單孢菌的活性，從而減少亞硝酸根離子的積累，進而控制硝酸根離子的形成，最終降低了施入土壤中的氮素損失。

3.2脲酶抑制劑

近幾年來，開始研究使用的脲酶抑制荊有N－(正丁基)磷酰三胺、硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、環已基磷酰三胺、磷酰三胺、對苯二酚、P－苯、硫代吡啶、硫脲、糠醛、腐植酸類物質、硼酸、甲醛、乙草胺、乙丙甲草胺等材料。脲酶抑制劑的作用機理是抑制尿素轉化中脲酶的活性，起到延緩尿素分解的作用，減少了尿素的分解損失，從而起到緩釋的效果。

3.3磷素活化劑

目前，研究較多的磷素活化劑如沸石、澎潤土、糠醛渣、腐植酸類、木質素鹽類、硅藻土、雞糞中活性有機酸類、豬糞中有機活性物質、蘺稈中提取的活性有機物質等材料。磷素活化劑的作用機理是將土壤中的難溶性磷分解為可被植物吸收利用的狀態，增加土壤中的有效磷素含量，降低磷肥施用量，提高磷肥利用率。

3.4肥料改性物質

肥料改性物質有甲醛、草酸、乙醛、丁烯又醛、硝酸、磷酸等材料。肥料改性物質的作用機理是通過化學方法改變了肥料的性質，降低改性后肥料在土壤中的溶解速度，減少了肥料的流失量，提高了肥料利用率。

3.5肥料包膜材料

目前，得到廣泛研究和應用的肥料包膜材料有阿拉伯膠、明膠、海藻酸鈉、腐植酸類、淀粉類、面粉、纖維素、焦油、橡膠、乳膠、石蠟、瀝青、油類、羥甲基纖維素鈉、乙基纖維素、聚乙烯、聚苯乙烯、脲甲醛樹脂、聚乙烯醇磷酸脲、聚乙烯醇縮醛、L－乳酸聚合物、聚乙烯醇、聚丙烯、聚氯基甲酸酯、木質素磺酸鈉、聚乙二醇、醋酸纖維、硬脂酸、硫磺、鈣鎂磷肥、氧化鎂等材料。肥料包膜材料的作用機理是通過包膜材料在肥料表面形成膜的透性，減少肥料在土壤中的物理化學生物的分解作用，達到植物需要多少養分肥料就分解多少的目的，進而達到緩釋／控釋的效果。

3.6載體材料

可利用的載體材料有玻璃、珍珠巖、沸石、延展性蛭石、明膠、淀粉、聚丙烯酰胺、聚乳酸、甲殼糖、丁苯橡膠、瀝青、石蠟、海泡石等材料。載體材料的作用機理是通過其材料本身的空間網狀結構對肥料的吸附作用，減少了肥料在土壤中的損失，提高了肥料利用率。

4緩釋／控釋肥料養分釋放特征評價方法

4.1水溶出率法

水溶出率法又分為7天靜止水溶出率法、水浸法、水溶出率法等方法。歐洲標準委員會對評判緩釋／控釋肥料作了如下說明：若肥料養分在25℃的水中24小時釋放量不大于15％及28天釋放量不超過75％和在規定時間內至少75％被釋放，則該肥為緩釋／控釋肥料。試驗證明通過上述方法試驗肥料浸入水中測得養分釋放期不能代表作物表現的肥效期，所以該方法在評價肥效期時有待進一步改進。

4.2淋溶評價法

淋溶評價法包括土柱淋溶法、土壤溶出率法和砂柱淋溶法等方法。其中土柱淋溶法考慮了養分離子或分子被土壤膠體吸持這一事實，與田間情況較為接近。

4.3生物培養法

以盆栽試驗或大田試驗來研究控釋肥料的養分釋放規律最能體現肥料的控釋性能。通過不同生育期的吸收量或土壤肥料養分殘留量、速效肥料效應為對照，計算控釋肥料養分釋放量。大田試驗受到諸多自然條件，如降水、溫度、蟲害等影響，而盆栽試驗條件相對則易于控制。同時，不同作物、不同土壤對同一控釋肥料的反應是不同的，很難得到一致的規律，如何確定試驗條件還有待研究。

4.4其他評價方法

應用電超濾技術評價肥料的釋放速率土壤培養法；也有把包膜肥料放在不同鹽濃度的溶液中培養，溶液可以攪動或靜止，測定包膜肥料養分的釋放速率土壤培養法；廖松等土壤培養法采用電導法、好氣培養法和連續取樣法研究包膜控釋尿素包肥效果及其機理，發現該法得到的控釋尿素的供氮曲線具有一致的變化規律，并認為用該法簡單快速測定控釋肥料的供氮速度并評價其肥效；樊小林等用土壤好氣培養——間隙淋洗法，在恒溫條件下培養12周，研究控釋肥料與控釋包在土壤中的供氮情況表明，其在土壤中的供氮規律可用一級動力學方程描述。陳立軍土壤培養法應用紅外光譜分析法快速有效同時測定復合緩釋肥中的N、P的釋放量。

5展望

我國在緩釋／控釋肥料的研究方面已經取得很大成績，但是從緩釋／控釋肥料的推廣應用方面的反饋信息上發現，在研究上仍存在諸多問題：如價位太高、養分釋放速率與作物吸收速率的模式不一致、養分釋放與肥料的肥效都缺乏全面系統的評價標準等。針對目前存在的問題，緩釋控釋肥料的研究重點應放在以下幾個方面：(1)加強價格低廉的緩釋／控釋材料的研究與開發，制備價格較低的緩釋／控釋肥料；(2)改進緩釋／控釋肥料，使其養分釋放速率與作物的吸收速率同步；(3)定量評價從準確、簡單、快速及節省勞力并得到實際經濟效益入手；(4)完善緩釋／控釋肥料養分釋放特性的檢測方法，規范緩釋／控釋肥料生產中的質量管理標準；(5)氮肥在農田中的損失最嚴重，目前氮肥的緩釋控釋技術研究最多，但國內磷鉀肥料資源較缺乏，因而加強磷鉀肥料緩釋／控釋技術的研究也是非常必要的。