控释肥在我国棉花上的应用研究现状与展望

张 超，马晓丽，耿计彪,，杨修一，李 强，于起庆，杨玉坤

(1.金沂蒙集团有限公司，山东临沭 276700；2.山东省水土保持与环境保育重点实验室，临沂大学资源环境学院，山东临沂 276005)

棉花是我国重要的经济作物，其生长、发育和产量形成需要化肥提供矿质营养。近年来，随着世界人口的快速增长和农用耕地的减少，人类更需要提高农作物的产量来满足不断增长的需求，对化肥的依赖性更强[1]。但是我国肥料利用率较低，目前，氮肥利用率为30%～35%，钾肥平均利用率为35%～50%，磷肥总利用率为10%～25%，相当于每年损失1 900万t尿素，折合人民币380 亿元以上[2-3]。同时，大量、过量使用化肥会造成作物生长过旺，养分流失严重，过量肥料在植物根际积累，不仅会破坏植物根系细胞结构，导致作物减产甚至死亡，并且土壤中硝态氮过量积累，随大量灌水向土壤深层淋溶，进而污染地下水源，使河流、湖泊等水体富营养化[4-5]。

化肥是棉花生产的物质基础，当前世界各大产棉国在施肥方面仍以氮肥为主，但是传统的速效化肥由于肥效期短，养分容易淋失、挥发和固定，需要多次追施，耗费大量人力和资源[6]。由于控释肥可根据作物需求而缓慢释放养分，提高肥料利用率，减少环境污染，并且省时省工，成为新型肥料的研究热点[7]。我国的控释肥起步较晚，但是发展很快。将包膜控释肥在多种作物上进行盆栽、田间试验和示范，结果表明包膜控释肥可使肥料养分利用率提高50%～100%，其中氮肥利用率提高10～20百分点，按此计算，在肥料用量减施1/3～1/2的情况下仍有明显的增产效果[8]。与普通肥料相比，施用控释肥料可提高肥料利用率，增加作物产量，改善品质，改良土壤物理性状，提高土壤养分有效性，促进作物生长和减少环境污[9]。现阶段，对控释肥在水稻、小麦、玉米等作物上的应用较多，并且施用控释肥能够显著增加粮食作物产量，但是对于控释肥在棉花上的应用效果缺乏系统的研究。通过对现阶段控释肥在棉花上的应用现状，结合不同学者成果，系统总结其对棉田土壤养分、肥料利用效率、棉花产量及品质的影响，并指出现阶段在棉田应用上的不足，展望其需求及发展，以期为控释肥在我国棉花上的推广应用及工艺技术创新提供理论依据。

1 控释肥对棉田土壤养分的影响

棉花是需肥量较大的作物，其产量提高主要依靠普通氮肥的大量投入，这导致土壤板结，有机质含量降低，养分流失严重。控释肥料具有养分释放规律与作物养分吸收基本同步的特点，一次性施用后，不会造成棉花旺长，也不会使后期棉田脱肥，可达到提高肥料利用率、减少环境污染的目的[10-11]。普通肥料不能直接施在棉花的种子或根周围；而控释肥释放缓慢，不会产生养分离子的急剧增加，可直接施在种子或根周围[12]。研究表明，棉花施用控释氮肥后，蕾期前土壤中的铵态氮和硝态氮含量低于施用普通氮肥处理，但初花期至收获结束时，控释氮肥处理的土壤显著高于普通氮肥[10,13]；控释氮肥显著提高初花期和盛花期的土壤速效钾含量，分别增加 9.34%～30.58%和 10.84%～25.47%[7]。控释氮肥在田间土壤中的释放特性、土壤的供氮特征和棉花的需肥规律能够达到一致性，实现同步营养的目的[14]。

土壤容重影响土壤的孔隙度与孔隙大小的分配，以及土壤的穿透阻力，从而影响土壤的水、肥、气、热条件与作物根系的生长[9]。向土壤中添加控释肥残膜后，孔隙度明显增加，土壤容重降低，土壤比重变化不大[15]，表明残膜在一定含量施用范围内，显著改善土壤结构。施入硫包膜尿素，遇雨能产生酸根，对于长期习惯施用生理碱性肥料(例如碳酸氢铵)的地区，是一种改良土壤理化性状的理想肥料品种[16]。但是过量施用控释含硫尿素，棉花会表现为早衰，营养生长过旺，蕾铃脱落率高[17]，使棉花减产。适量硫膜可改善土壤中Mg、Ca的活化程度，而过量硫膜则会抑制其活化；同时，硫膜显著增加土壤中水溶性SO42-的积累[18]。

2 控释氮肥对氨挥发的影响

氨挥发是氮肥施入土壤后，氮素气态损失的重要途径，其主要受土壤条件、气候因子和施肥状况等影响。施用包膜尿素的土壤氮残留高于普通尿素处理[17]，氨挥发量减少51.3%～91.3%[18]。尿素施入土壤10 d内，氨挥发量迅速增加，然后逐渐平稳下降；控释肥处理则氨挥发量较小，且33 d达到稳定状态；但氨挥发量均与施氮量成正比[19]。郑圣先等[20]研究表明控释氮肥的氨挥发量比尿素处理降低54%，利用率提高37.5%，淋失量降低32.5%。也有研究表明，控释肥处理氨挥发量仅为常规肥料(相同施肥量) 处理的47.5%；全处理收益比常规肥料处理提高30.2%，氮肥效率提高7.8%[21]。大量研究显示，使用控释肥既节省追肥所需的劳动力投入，又能减少肥料用量，使氮肥利用率提高10%～30%[22]。控释复合肥与普通复合肥相比，氮的利用率由22.5% 提高到60.0%～62.5%，磷的利用率由15.0% 提高到26.5%～30.2%[23]。

3 控释肥对棉花产量的影响

为了满足棉花营养生长和生殖生长的需求，在生育中、后期供应充足的氮肥，是棉花高产的物质保证。有学者认为，棉株对氮肥的最大需求期是从初花开始，控释肥肥效在后期略显不足[24]，并且控释肥前期释放速度慢，对棉花前期生长不利，苗期易出现“控长”。若使控释肥发挥最大效益，需与普通尿素掺混施用，掺混最佳比例为7∶3。此比例混施有助于苗期棉株迅速生长，增加后期有效光合叶面积[24]。也有研究表明，棉花前期生长，控释肥与普通肥料生长差异不明显；但控释肥可满足棉花中后期的养分需求，生长稳健不早衰，脱落少，光合速率明显高于对照[17]，叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性增加，超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性增强[6]，有利于增加成桃，增产显著[25]。

棉花高产以生物量为基础，而生物量的积累又以养分吸收为基础。蕾期至盛铃期是棉花干物质累积速率最快的时期，此阶段养分供应充足，可为高产、优质打下坚实的物质基础。研究表明，在苗期时，控释肥与普通肥料处理棉株干物质量差异较小，但蕾期以后显著高于对照，收获结束时增加4.2%～6.1%[10]。控释肥处理棉田干物质日积累最大值出现在盛花至盛铃时期，并且控释肥处理棉株在后期仍能保持相对较高的干物质日积累量,从而增加后期干物质的积累量，进而提高棉花产量[26-28]。

控释肥的施用增加田间种植棉花的产量，增产幅度在6.2%～45.3%；在盆栽上的效果更为显著，增产33.35%～113.05%[29]。在棉花产量构成因素方面，对于控释肥能否增加单株结铃数、桃数和单铃重结果不一。余策金等[30]在棉花上应用控释肥的结果表明，其能使铃重增加，单株结铃数提高，单铃重增加0.5 g；这是由于控释氮肥处理可提高中后期棉叶叶肉细胞PSⅡ实际光化学效率和PSⅡ潜在光化学活性，改善叶肉细胞的光合能力，提高群体光合效率，增加单株结铃数和铃重[17]。Geng等[10]研究结果显示，控释氮肥通过增加铃重达到增产，对铃数和衣分影响较小。也有一部分学者认为，与生产对照相比，不同控释氮肥处理的棉花最终果枝数、果节数及单铃重与普通氮肥处理无显著差异[31]，魏建林等[32]研究表明棉花的衣分、铃重与肥料的种类无关。

4 控释肥对棉花品质的影响

棉花纤维品质是由品种遗传特性、资源环境和栽培措施共同决定的。施氮量对棉纤维伸长率、长度、马克隆值影响较显著，对断裂比强度和整齐度影响较小[32]。李学刚等[33]研究表明树脂包膜尿素处理，7月下旬棉铃纤维比强度和8月棉铃纤维马克隆值显著增大，7月下旬棉铃纤维成熟度增加显著，皮棉产量和籽棉产量分别增加6.4%和6.2%；与普通氮肥处理相比，控释氮肥处理对棉株3～5 果节和中上部果枝的棉铃纤维品质影响显著，呈现出铃重增加、衣分降低的趋势，而对其他部位棉铃素质及纤维品质无显著影响。控释氮肥处理显著增大纤维马克隆值，增加纤维比强度，提高纤维成熟度，但对纤维长度影响不显著[34]。Yang等[35]研究表明，控释肥对纤维伸长率无显著影响，但显著增加纤维长度和断裂比强度。

5 控释肥料在棉花应用上存在的问题与展望

5.1控释肥在棉花应用上存在的问题综上所述，控释肥可提高土壤养分含量，减少氨挥发和淋溶损失，提高棉花产量，改善纤维品质，但是仍然存在许多薄弱环节与问题，有待更加深入地研究和探讨。一是包膜控释肥大部分都是由不可降解的石油基聚合物作为包膜材料，在土壤中降解缓慢，这是否会对土壤造成二次污染，对生态环境造成危害等问题，需要进一步做出系统研究，并形成完善的评价体系。二是对控释肥的增产评价，仅局限于简单的肥效试验，缺乏其在土壤中释放规律、形态转化和去向等方面的综合评价。控释肥的养分释放能与棉花养分吸收相同步，尽管已有很多人研究控释肥在静水和土壤中的释放机理，但关于释放机理和作物吸收特性相互联系的机理研究较少。三是控释肥养分释放受膜材料特性和环境条件制约，而目前棉花专用控释肥料缺失。一种控释肥往往在不同地点、作物上施用，未充分考虑棉花需肥特性、地域差异、气候差异、土壤差异等特点， 也往往导致控释肥的增产效果不理想。四是包膜所用核心肥料大部分为尿素或复合肥，不能满足棉花对微量元素，尤其是硼、锌等的需求，使棉花纤维品质下降。

5.2控释肥在棉花上的应用展望棉花生育期长，在日常管理和收获过程中，用工量大，在我国农业由粗放型经济向集约型转变和农村劳动力转向城市的过程中，棉花也由传统栽培模式向现代简化栽培管理转变。要解决棉花生产中的诸多矛盾和问题，建议今后从以下几个方面加强研究：①根据土壤肥力、土壤质地、环境条件，结合棉花需肥特性，形成不同工艺的包膜技术，开发棉花专用控释肥料；②研发出生态环保、易降解且控释性能好的包膜材料，降低包膜材料的成本；③形成含大量、中量和微量等多种营养成分的控释肥料，并根据棉花无限生长特性，添加适量生长调节剂。因此，充分发挥控释肥对棉花的增产潜力，减少棉花的种植用工，是保证棉花种植面积、增加棉农植棉兴趣、实现栽培轻简化的重要措施；开发新型环保、高效的控释肥料，不仅具有重要的经济意义，对生态环境的保护也具有重要价值。