包膜型緩釋肥及在油菜上的應(yīng)用

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(1 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，長(zhǎng)沙 410125； 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

2012-07-21

鄧力超(1984-)，男，湖南長(zhǎng)沙市人，助理研究員，主要從事作物栽培與生理生化研究。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2010BAD01B09)；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-13)。

包膜型緩釋肥及在油菜上的應(yīng)用

鄧力超1，薛燦輝1，屠乃美2，范連益1

(1 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，長(zhǎng)沙 410125； 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

概述了包膜型緩釋肥的有關(guān)概念及發(fā)展情況，對(duì)其特性進(jìn)行了綜述，結(jié)合油菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)特性探討了包膜型緩釋肥在油菜上應(yīng)用的相關(guān)研究進(jìn)展及存在的問(wèn)題，并對(duì)今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。

緩/控釋肥；包膜型緩釋肥；油菜

油菜是我國(guó)主要的油料作物之一，也是我省重要的經(jīng)濟(jì)作物，大面積發(fā)展油菜生產(chǎn)對(duì)提高農(nóng)民收入有著極其重要的意義。油菜在其生長(zhǎng)過(guò)程中具有需肥量大、耐肥性強(qiáng)的特點(diǎn)，其產(chǎn)量、效益的提高與施肥關(guān)系較為密切，同時(shí)處于不同生長(zhǎng)期的油菜對(duì)養(yǎng)分的需求也不相同[1，2]。要想取得油菜的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)就必須采用科學(xué)的施肥措施，注意施肥量、施肥時(shí)間、施肥方式。

傳統(tǒng)的施肥由于化學(xué)肥料本身性質(zhì)和土壤環(huán)境條件及農(nóng)業(yè)措施等綜合影響，化肥利用率很低，每年中國(guó)因肥料養(yǎng)分利用率低所造成的養(yǎng)分資源浪費(fèi)是十分驚人的。肥料利用率低及盲目施肥已成為影響世界農(nóng)業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的最突出問(wèn)題之一。控緩釋肥料的研制與應(yīng)用，成為提高肥料利用率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的有效措施，已引起國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注[3～7]。在各種肥料緩釋技術(shù)類(lèi)別中，包膜型肥料是重要方向之一，其養(yǎng)分釋放影響因素比較單一，便于控制，養(yǎng)分釋放期相對(duì)較長(zhǎng)[8，9]。現(xiàn)就包膜型緩釋肥的研究現(xiàn)狀及其在油菜上的推廣應(yīng)用情況加以綜述。

1 包膜型緩釋肥國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)化學(xué)家早在20世紀(jì)初就提出了緩釋肥料的概念，直到1955年微溶性脲甲醛化合物的商品化合成，緩釋肥料才真正應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1961年美國(guó)研制出了硫包膜緩釋尿素，但硫膜在制造和使用時(shí)還是不可避免地存在殘缺與破損，易被微生物分解，造成不能按照預(yù)期的設(shè)想釋放養(yǎng)分。20世紀(jì)80年代，人們?cè)诹虬け砻嬖侔粚佑袡C(jī)聚合物，提高了硫衣包膜尿素控釋性能的穩(wěn)定性。1964年，美國(guó)采用熱固性樹(shù)脂為包膜，開(kāi)發(fā)并首先實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂型包膜控/緩釋肥料的工業(yè)化生產(chǎn)[10，11]。隨后一些國(guó)家與地區(qū)也相繼展開(kāi)研究，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，緩釋肥料的研究已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，日本和美國(guó)處在控效肥研究應(yīng)用的前列。日本主要把控效肥應(yīng)用在蔬菜、水稻和玉米等作物上，美國(guó)主要用在觀賞植物方面。

我國(guó)緩釋肥的研究開(kāi)始于20世紀(jì)60年代末至70年代，當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所和南京化工研究所合作，研制成釋放特性非常好的包膜碳酸氫銨，使氮素在水稻上的利用率達(dá)到74%。80年代廣州氮肥廠研制成功涂層尿素并在全國(guó)推廣。80年代后期至90年代初我國(guó)緩釋肥有了很大的發(fā)展。特別是近幾年，我國(guó)緩釋肥、控釋肥、生物有機(jī)肥研究取得了突破性進(jìn)展，高分子包膜、脲酶抑制劑、異粒變速控釋肥等技術(shù)也結(jié)出豐碩成果，并在大田大面積推廣使用[10，12]。我國(guó)緩控釋肥產(chǎn)量已超過(guò)100萬(wàn)噸，約占世界總產(chǎn)量的50%以上。緩釋肥料的大面積推廣，在一定程度上改善了我國(guó)目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥使用報(bào)酬遞減現(xiàn)象普遍、浪費(fèi)嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)環(huán)境受到大面積污染等不利局面[13，14]。

2 包膜型緩釋肥的特性

2.1 提高肥料利用率，減少環(huán)境污染

普通化肥的利用率普遍很低，提高肥料利用率是緩/控釋肥研究的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)當(dāng)前化肥的利用率：氮肥為30%～35%、磷肥為10%～20%、鉀肥為35%～50%[15]。而在生產(chǎn)中，往往由于一次性施入化學(xué)肥料過(guò)多，往往導(dǎo)致化肥隨水淋洗土壤深層，不被作物利用，且造成地下水污染。控釋肥能通過(guò)調(diào)控養(yǎng)分釋放速度，使養(yǎng)分的釋放與作物的需求基本同步，有效的提高了養(yǎng)分的當(dāng)季利用率。釋放出的養(yǎng)分既能滿(mǎn)足作物吸收利用的需要，又不造成由于根系周?chē)}分濃度過(guò)高而引起的燒苗燒根。許多研究表明，施用控釋肥料具有明顯的增產(chǎn)、節(jié)肥、省工、提高肥料利用率等作用，養(yǎng)分利用率比常規(guī)速效肥提高10%～30%，氮肥利用率可達(dá)50%～70%[16]。通過(guò)對(duì)大豆的試驗(yàn)表明，控釋尿素比普通尿素氮肥利用效率提高3.06%～11.93%[17]。謝培才等報(bào)道，包膜緩釋肥能顯著提高氮磷鉀的利用率，使氮素利用率在小麥和玉米上分別比普通復(fù)合肥平均提高9.14%和5.03%，磷素利用率分別比普通復(fù)合肥平均提高 17.52%和11.22%，鉀素利用率分別比普通復(fù)合肥平均提高8.35%和11.26%[18]。

2.2 促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)

緩/控釋肥養(yǎng)分釋放緩慢，與作物生長(zhǎng)需肥基本一致，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，能滿(mǎn)足作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求。越來(lái)越多的研究表明，其通過(guò)提高作物生長(zhǎng)后期供肥能力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)和對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量，且在多種作物上均表現(xiàn)增產(chǎn)增質(zhì)效果。王茹芳等在盆栽條件下通過(guò)對(duì)粘土-聚酯膠結(jié)肥和塑料-淀粉膠結(jié)肥研究，結(jié)果表明，施用兩種類(lèi)型肥料均能顯著增加冬小麥產(chǎn)量，與對(duì)照( 等氮磷鉀養(yǎng)分) 相比分別增產(chǎn)14.85%、27.48%[19]。緩/控釋肥與等量或減量20%～25%的未包膜復(fù)合肥處理比較，可使早稻產(chǎn)量增加5.0%～12.8%，使晚稻實(shí)際產(chǎn)量提高7.5%～13.6%，均達(dá)顯著水平[20]。緩/控釋肥在玉米、大豆等作物上也取得較好的增產(chǎn)效果。王浩等對(duì)棉花的研究表明，施用緩釋/控釋包膜復(fù)合肥的處理，棉花皮棉產(chǎn)量平均增產(chǎn)率為29.54%[21]。宋付朋等研究表明，控釋花卉肥能明顯促進(jìn)萬(wàn)壽菊生長(zhǎng)發(fā)育和滿(mǎn)足萬(wàn)壽菊長(zhǎng)期的養(yǎng)分需求[22]。方勇等發(fā)現(xiàn)用控釋肥料作基肥可增加西瓜糖度[23]。

2.3 改善土壤物理性狀，提高土壤養(yǎng)分有效性

緩/控釋肥料除了能提高肥料利用率和提高作物產(chǎn)量外，還可以改善土壤的物理化學(xué)性狀, 調(diào)節(jié)土壤供肥能力。有研究表明，由于一些包膜材料的本身特性和殘留等問(wèn)題，可改善土壤的物理化學(xué)性狀，從而影響到土壤的孔隙度與孔隙大小的分配，增加土壤水分的有效性，改善土壤的保水、釋水性能[24]。保水劑包膜尿素的研發(fā)可提高土壤水分含量，增加土壤水分的有效性，改善土壤的保水、釋水性能[25，26]。史衍璽等研究表明，土壤中控釋肥殘膜含量在0.008 g/g范圍內(nèi)，控釋肥殘膜可明顯降低土壤的透水性，提高土壤的田間持水量和保水性，隨膜含量的增加，當(dāng)達(dá)到0.010 g/g時(shí)，土壤的田間持水量卻明顯降低，透水明顯加快，土壤保水性也隨之降低。另外隨土壤中膜含量的增加，土壤容重降低，土壤比重變化不大，土壤孔隙度明顯增加[27]。施用腐植酸包膜尿素的土壤，當(dāng)季保留的氮比施用普通尿素土壤多40%～50%，有機(jī)質(zhì)明顯增加，土壤容重降低，有效磷鉀的含量也有所提高，從而改善了土壤肥力，為持續(xù)增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[28]。王鑫等對(duì)包膜控釋尿素對(duì)保護(hù)地菜地土壤肥力及酶活性影響的研究表明，施用包膜控釋尿素比普通尿素能提高土壤全氮、堿解氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮，且包膜控釋尿素可增強(qiáng)土壤多酚氧化酶、磷酸酶、脲酶活性，這些酶活性與土壤養(yǎng)分之間具有極顯著或顯著的相關(guān)性[29]。

3 包膜型緩釋肥在油菜上的應(yīng)用

3.1 油菜生長(zhǎng)不同階段需肥特性

油菜是需肥較多的作物之一，特別是對(duì)氮、鉀需要量較大，且對(duì)硼較為敏感[30]。

油菜的生長(zhǎng)特點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)體大，花序無(wú)限，邊開(kāi)花，邊結(jié)角，花芽分化期長(zhǎng)。油菜不同生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分的需求不同，油菜苗期對(duì)氮、磷非常敏感，氮、磷有利于基部葉片和根系的生長(zhǎng)。中期以氮、磷、 鉀并重，促進(jìn)生殖器官的發(fā)育。后期磷肥有利于籽粒充實(shí)和油分積累，鉀能提高油菜抗逆能力，對(duì)提高成熟具有明顯作用。其中苗期吸氮占一生吸氮的22%，薹、花期吸氮占55%，成熟期吸氮占23%。油菜在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中都不可缺磷，苗期對(duì)磷最為敏感，吸收利用率高，薹、花期是對(duì)磷吸收利用的高峰期，約占總吸收量的50%。油菜苗期和薹、花期對(duì)鉀吸收比例較高，約占吸收總量的70%[31～34]。硼在油菜體內(nèi)的積累在始花期以后迅速增加，花和角果的硼素濃度較高[30]。油菜吸肥數(shù)量與生長(zhǎng)發(fā)育速度相關(guān)，生長(zhǎng)發(fā)育加快，吸收量相應(yīng)增多，生長(zhǎng)發(fā)育減慢，吸收量相應(yīng)減少。

3.2 包膜型緩釋肥在油菜生產(chǎn)上的應(yīng)用

包膜控/緩釋肥料相比常規(guī)肥料具有更多的優(yōu)越性，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，逐漸地得到人們的認(rèn)識(shí)，目前已廣泛的應(yīng)用于水稻、玉米、小麥、大豆、蔬菜和水果等作物和農(nóng)副產(chǎn)品上，給農(nóng)民帶來(lái)了實(shí)際的增產(chǎn)增收效果。油菜作為我國(guó)第一大油料作物，有關(guān)針對(duì)油菜包膜型緩釋肥的開(kāi)發(fā)研究報(bào)道還不是很多，這可能與油菜生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)的需求較為復(fù)雜有關(guān)。王小波等對(duì)自制的4種不同材料包膜尿素對(duì)油菜生長(zhǎng)效應(yīng)及品質(zhì)效應(yīng)影響的研究表明，與尿素相比,包膜肥料能明顯促進(jìn)油菜的生長(zhǎng)發(fā)育，能夠做到一次施肥，長(zhǎng)期供應(yīng)，既能減少施肥次數(shù)，又節(jié)約了施肥量，同時(shí)不同包膜肥料能明顯提高N肥利用率，減少N的損失，對(duì)節(jié)約N肥資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有積極作用[35]。尚千涵等用坡縷石包衣緩釋肥研究其對(duì)油菜經(jīng)濟(jì)性狀及生理指標(biāo)的影響，結(jié)果顯示坡縷石控/緩釋肥增效和緩釋效應(yīng)較好，在植物產(chǎn)量及抗衰老抗逆性方面，包衣肥料較傳統(tǒng)肥料有一定的優(yōu)越性，包衣肥料的包衣質(zhì)地與方法是影響植物產(chǎn)量及抗衰老和抗逆性的重要因素[36]。丁保民等針對(duì)北方小白菜(油菜)研究出的新型高效基施緩釋肥已取得專(zhuān)利，施入后緩釋溶解，可保持持久的土壤肥效，滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)中對(duì)氮、磷、鉀等單元素的養(yǎng)分需求，從而大幅度提高了氮、磷、鉀單元素的吸收利用率，增加作物的產(chǎn)量[37]。吳玉林等對(duì)油菜不同施肥量及施肥方法研究表明，施膠膜復(fù)合肥處理的主花序有效角果數(shù)、分枝有效角果數(shù)比習(xí)慣施肥、普通復(fù)合肥及不施肥處理均有增加，在每公頃施用膠膜復(fù)合肥450～900 kg范圍內(nèi)，施肥量的增加均能有效改善油菜的經(jīng)濟(jì)性狀，提高產(chǎn)量[38]。

4 展望

我國(guó)擁有世界上面積最大的油菜種植區(qū)，年種植面積在733萬(wàn)公頃左右，為確保油菜的穩(wěn)產(chǎn)增收，化肥的大量投入已是不爭(zhēng)的事實(shí)。由于化肥本身性質(zhì)和土壤環(huán)境條件及農(nóng)業(yè)措施等綜合因素的影響，我國(guó)很多地區(qū)油菜地化肥當(dāng)季利用率低，肥料損失較多，長(zhǎng)期大量施用化肥使得油菜生產(chǎn)成本提高，環(huán)境污染嚴(yán)重。這也制約了我國(guó)可持續(xù)高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展。新型包膜緩釋肥的研發(fā)推廣也許可以打開(kāi)這一尷尬局面。此種肥料不僅能夠滿(mǎn)足作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求，而且肥料的利用效果提高明顯，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也小。因此研究推廣適合油菜生產(chǎn)的包膜緩釋肥對(duì)建立油菜高產(chǎn)、高效、生態(tài)、簡(jiǎn)化的農(nóng)業(yè)栽培體系具有重要意義。

目前包膜緩釋肥的研制還存在一些亟待解決的問(wèn)題。特別是由于我國(guó)緩釋肥研究起步較晚，雖取得了一些進(jìn)步，但制造工藝與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還不夠成熟，制造成本相應(yīng)較高，對(duì)一些包膜新材料的開(kāi)發(fā)利用還不夠，缺乏技術(shù)上的創(chuàng)新；其次，不同作物、不同土壤條件下作物生長(zhǎng)的需肥特點(diǎn)有所差異，要針對(duì)各作物的生長(zhǎng)特性研發(fā)相應(yīng)的專(zhuān)用緩釋肥，開(kāi)發(fā)具有不同釋放特性的肥料，使其使用范圍更廣；再者，與傳統(tǒng)肥料不同，包膜緩釋肥的成效不是施肥后馬上能看出來(lái)，要得到農(nóng)民的認(rèn)可還需要時(shí)間和成效來(lái)檢驗(yàn)；最后，目前市場(chǎng)上緩釋肥品種比較單一，主要以包膜尿素類(lèi)居多，而對(duì)作物生長(zhǎng)所需要的其他元素特別是微量元素則很少涉及，今后應(yīng)注重此類(lèi)研究，最終將包膜緩釋肥制成全養(yǎng)料緩釋肥料，真正實(shí)現(xiàn)只需一次施肥。綜合來(lái)講，包膜型緩釋肥作為一種新型高效肥料，在我國(guó)具有廣泛的研究應(yīng)用前景。

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10.3969/j.issn.1001-5280.2012.05.57