缓/控释肥料的研究现状及其在糖料作物上的研究进展

朱炳成，宋柏权

(黑龙江大学现代农业与生态环境学院/国家糖料改良中心，哈尔滨 150080)

0 引言

化肥工业的快速发展极大地推动了我国农业种植水平的提高，粮食产量逐年稳步提高，对保障国家粮食安全起到至关重要的作用[1]。据相关统计，化肥投入约占农民进行种植业生产总投入的50%左右，发展中国家粮食增产中50%来自于化肥的作用[2]。我国当季肥料利用率低于世界平均水平，特别是磷肥的利用率仅为10%～20%[3]。同时，化学肥料的大量投入导致农产品品质下降、土壤硬化和环境污染等问题，严重影响我国绿色、有机、生态环保的可持续农业发展[4,5]。缓/控释肥料因具有改善土壤结构、提升作物品质、提高肥料利用率等特点而备受关注，是发展“绿色和生态农业”的需要，具有广阔的应用前景[6]。本文阐述了缓/控释肥料的作用机制及其产业发展现状，并分析了缓/控释肥料在甘蔗、甜菜、糖用高粱等糖料作物中的应用现状，对今后缓/控释肥料在糖料作物应用上的发展趋势进行了展望。

1 我国缓/控释肥料的研究现状

1.1 缓/控释肥料的概念及释放机制

土壤固定以及养分淋失的原因导致肥料养分释放速率与植物养分吸收速率不吻合[7]。为了解决这一现象，提高作物的肥料利用率，20世纪初提出了缓释肥料的概念。1955年，微溶性脲醛化合物(UF)商品化合成，缓释肥料才真正意义上用于农业生产[8]。缓/控释肥料的种类也在逐渐发展增加，目前我国的缓/控释肥料根据养分释放机理、制备方法和制备工艺的差别分为物理阻碍型、化学合成型和生化抑制型3类[9]。其中以物理阻碍型应用最为广泛，普遍为包膜型缓释肥。由于缓/控释肥料养分的机制与肥料自身有关，因此对于其释放机理和模型研究众多，而被普遍认可的是以下两种释放机理[10]：

(1)破裂机制：水分进入肥料内部后溶解肥料核芯，引起膜内外压差，由于包膜层无法承受改压力从而导致膜层破裂，肥料养分快速释放。破裂机制主要适用于脆而无弹性的包膜缓释肥，尤以无机包膜肥料最为典型。

(2)扩散机制：当包膜缓释肥料置于土壤中时，水分首先透过包膜层抵达包膜核心，进入包膜核心的水分溶解了肥料养分，然后在膜内外浓度差的推动下，肥料养分开始向膜外渗透。扩散机制主要适用于包膜层不易破损、损坏包膜缓释肥，尤以聚合物包膜肥料最为典型。

1.2 缓/控释肥料在我国的产业发展现状

我国的缓/控释肥料的研发历史可以追溯到上世纪80年代，从小作坊到规模化、产业化。缓/控释磷肥的登记、农用缓/控释肥料标识要求、生产技术规程、有效性评价以及市场监管、生物安全准则等相关标准也逐步完善，生产缓/控释肥料的企业数量不断增加。我国缓/控释肥料使用量增长迅速，但与普通化肥的使用量相比仍存在较大差距，缓/控释肥料普及程度不足。缓/控释肥料市场价位较高且产品质量参差不齐，缓释包膜材料种类繁多，加之农民对缓/控释肥料缺乏了解，在施用过程中操作不科学易导致效果不佳，从而影响了缓/控释肥料在农业生产上的推广。

2 缓/控释肥料在糖料作物上的研究进展

过量施用化肥会造成生态环境污染以及人力物力的极大浪费，严重威胁到农业的可持续发展。在农业生产中大力推广高效的缓/控释肥料是发展绿色农业的必然要求。根据目前的研究报道显示，在我国主要糖料作物中均已不同程度地施用缓/控释肥料，并取得了一定的成果[11]，本文就缓/控释肥料在甘蔗、甜菜和糖用高粱等糖料作物中的应用进展进行简要分析、总结。

2.1 缓/控释肥料在甘蔗上的研究进展

甘蔗是我国重要的糖料作物，在南方热带亚热带地区广泛种植。甘蔗的生长期较长，需肥量大，对氮肥的需求较为均衡，磷、钾肥的吸收利用主要集中在前中期。为提高甘蔗产量，化肥的使用量逐年递增，但增产效应却逐年降低[12]。化肥的不合理施用带来了环境污染、土壤肥力退化，人力物力浪费等问题，通过缓/控释肥料的施用可显著改善这些问题。李松等[13]研究表明缓释肥的合理施用可促进甘蔗生长，提高单位面积产量。廖青等[14]经过试验发现，施用适当的缓释肥作为追肥，肥料的肥效更持久并且肥料释放的养分与甘蔗生长期所需养分曲线相契合，能持续提供甘蔗生长后期所需养分，甘蔗生长较好，株高和茎径增加，起到了一定的增产效果。卢文等[15]试验结果表明，甘蔗一次性施用缓释肥能够比常规施肥减少1～2次，有效地节省了劳动力成本，提高了肥料利用率，实现了节本增效。Zhigan Zhao等[16]研究表明，通过模拟甘蔗氮吸收模式，从气候、季节条件以及作物品种三方面的模拟影响，为研发契合甘蔗氮素吸收的包膜尿素提供了理论依据。

2.2 缓/控释肥料在甜菜上的研究进展

甜菜是藜科甜菜属二年生草本植物，在我国主要种植于黑龙江、内蒙古、新疆等地，是我国第二大糖料作物。目前甜菜种植过程中施用化肥不当的问题日益突出，如氮、磷、钾肥比例失衡，欠缺微量元素补充等[17]。随着缓/控释磷肥的发展与应用，一定程度地缓解了以上问题，并在实际生产中取得了一些效果。刘娜等[18]研究表明，施用缓释肥能够显著提高甜菜生育后期干物质量和块根产量，契合甜菜生育周期的释放曲线有效地减少了甜菜因氮素过量引起的叶片徒长以及因氮素缺失而导致的褐斑病等病害。BiplobK. Saha等[19]经过研究发现，无论土壤类型如何，与单独施用尿素相比，缓释褐煤尿素(BCU)显着提高了肥料中氮的可用性和甜菜的对氮素地吸收，减少了29%的N2O排放和36%的NH3排放。此外，施用缓释褐煤尿素肥料显着提高了土壤中潜在的可矿化氮和有机碳含量，提高甜菜氮利用率和产量。高谊等[20]的试验结果表明，施用控释肥对甜菜具有明显的增产作用，在甜菜的整个生长发育期，其叶片均表现为绿色或深绿色，中后期无脱肥现象。控释肥的合理施用能够一次性满足甜菜正常生长的养分需求，避免追肥造成的人力物力资源的浪费。

2.3 缓/控释肥料在其他糖料作物上的研究进展

甜叶菊是菊科甜叶菊属多年生草本植物，叶含菊糖苷6～12%，是一种低热量、高甜度的天然甜味剂，是食品及药品工业的重要原料。目前甜叶菊已经成为我国除甘蔗、甜菜外的第三大糖料作物[21]。Martha等[22]研究发现，缓释肥的施用保障了甜叶菊的农艺性状的同时减轻了环境污染，提高了甜叶菊的株高、茎粗、干重和产量以及植物对氮素的吸收效率。Mona H. M. Mohammed等[23]得出，腐殖酸缓释复合肥能够有效地提高甜叶菊的株高、枝叶数、单株总干重、叶片干重、全氮、全磷、全钾和总糖含量以及叶绿素含量。

糖用高粱，亦称“甜芦粟”、“甜高粱”，分甜高粱和高粱蔗两类品种。植株高大繁茂，生育期较长，茎秆多汁，一般含蔗糖8%～11%，中国南北均有种植[24]。缓/控释磷肥的施用可促进糖用高粱生长、提高产量并改善品质。陈秀香等[25]经过试验得出，缓/控释肥用于底肥，一次性基施可满足甜高粱整个生长期对营养的要求，达到化肥减量施用的目的。Katinka X. Ruthrof等[26]的试验表明，施用缓释肥显著地增加了高粱的生物量，有效地减少了降雨等环境因素造成的肥料浸出，并对作物本身的镉(Cd)等重金属元素有一定的抑制作用。Józef Sowiński等[27]经过三年的田间试验发现，90 kg/hm2N的聚合物包膜尿素能够有效地提高甜高粱的生物量及产量，并且对硝酸盐污染起到了抑制作用。

3 展望

在当前国家要求发展绿色农业、生态农业和可持续农业的背景下，缓/控释肥料具有广阔的应用前景。目前，我国缓/控释肥料的生产存在企业管理不规范、产品质量参差不齐、生产设备和技术需提高等问题。通过采用现代化企业管理、创制研发先进技术设备，提高产品质量，优化产品工艺条件及相关流程等，研发出更多高品质的缓/控释肥料。未来，随着我国缓/控释肥料的大力推广和使用，缓/控释肥料企业的不断壮大与发展，必将能够在糖料作物生产中发挥越来越重要的作用。针对不同糖料作物，在不同生长条件下进行具体缓/控释肥料的生产应用将会大大提高糖料作物的肥料利用水平，促进糖料作物高效优质栽培。