包膜型缓释肥及在油菜上的应用

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(1 湖南省农业科学院作物研究所，长沙 410125； 2 湖南农业大学农学院，长沙 410128)

2012-07-21

邓力超(1984-)，男，湖南长沙市人，助理研究员，主要从事作物栽培与生理生化研究。

国家科技支撑计划项目(2010BAD01B09)；国家现代农业产业技术体系项目(CARS-13)。

包膜型缓释肥及在油菜上的应用

邓力超1，薛灿辉1，屠乃美2，范连益1

(1 湖南省农业科学院作物研究所，长沙 410125； 2 湖南农业大学农学院，长沙 410128)

概述了包膜型缓释肥的有关概念及发展情况，对其特性进行了综述，结合油菜的营养生长特性探讨了包膜型缓释肥在油菜上应用的相关研究进展及存在的问题，并对今后的发展进行了展望。

缓/控释肥；包膜型缓释肥；油菜

油菜是我国主要的油料作物之一，也是我省重要的经济作物，大面积发展油菜生产对提高农民收入有着极其重要的意义。油菜在其生长过程中具有需肥量大、耐肥性强的特点，其产量、效益的提高与施肥关系较为密切，同时处于不同生长期的油菜对养分的需求也不相同[1，2]。要想取得油菜的稳产高产就必须采用科学的施肥措施，注意施肥量、施肥时间、施肥方式。

传统的施肥由于化学肥料本身性质和土壤环境条件及农业措施等综合影响，化肥利用率很低，每年中国因肥料养分利用率低所造成的养分资源浪费是十分惊人的。肥料利用率低及盲目施肥已成为影响世界农业和环境可持续发展的最突出问题之一。控缓释肥料的研制与应用，成为提高肥料利用率、保护生态环境及农产品安全生产的有效措施，已引起国内外科学研究者的广泛关注[3～7]。在各种肥料缓释技术类别中，包膜型肥料是重要方向之一，其养分释放影响因素比较单一，便于控制，养分释放期相对较长[8，9]。现就包膜型缓释肥的研究现状及其在油菜上的推广应用情况加以综述。

1 包膜型缓释肥国内外发展现状

农业化学家早在20世纪初就提出了缓释肥料的概念，直到1955年微溶性脲甲醛化合物的商品化合成，缓释肥料才真正应用于农业生产。1961年美国研制出了硫包膜缓释尿素，但硫膜在制造和使用时还是不可避免地存在残缺与破损，易被微生物分解，造成不能按照预期的设想释放养分。20世纪80年代，人们在硫包膜表面再包裹一层有机聚合物，提高了硫衣包膜尿素控释性能的稳定性。1964年，美国采用热固性树脂为包膜，开发并首先实现树脂型包膜控/缓释肥料的工业化生产[10，11]。随后一些国家与地区也相继展开研究，经过半个多世纪的努力，缓释肥料的研究已经有了长足的发展。目前，日本和美国处在控效肥研究应用的前列。日本主要把控效肥应用在蔬菜、水稻和玉米等作物上，美国主要用在观赏植物方面。

我国缓释肥的研究开始于20世纪60年代末至70年代，当时中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作，研制成释放特性非常好的包膜碳酸氢铵，使氮素在水稻上的利用率达到74%。80年代广州氮肥厂研制成功涂层尿素并在全国推广。80年代后期至90年代初我国缓释肥有了很大的发展。特别是近几年，我国缓释肥、控释肥、生物有机肥研究取得了突破性进展，高分子包膜、脲酶抑制剂、异粒变速控释肥等技术也结出丰硕成果，并在大田大面积推广使用[10，12]。我国缓控释肥产量已超过100万吨，约占世界总产量的50%以上。缓释肥料的大面积推广，在一定程度上改善了我国目前农业生产中化肥使用报酬递减现象普遍、浪费严重、农业环境受到大面积污染等不利局面[13，14]。

2 包膜型缓释肥的特性

2.1 提高肥料利用率，减少环境污染

普通化肥的利用率普遍很低，提高肥料利用率是缓/控释肥研究的重点。据统计，我国当前化肥的利用率：氮肥为30%～35%、磷肥为10%～20%、钾肥为35%～50%[15]。而在生产中，往往由于一次性施入化学肥料过多，往往导致化肥随水淋洗土壤深层，不被作物利用，且造成地下水污染。控释肥能通过调控养分释放速度，使养分的释放与作物的需求基本同步，有效的提高了养分的当季利用率。释放出的养分既能满足作物吸收利用的需要，又不造成由于根系周围盐分浓度过高而引起的烧苗烧根。许多研究表明，施用控释肥料具有明显的增产、节肥、省工、提高肥料利用率等作用，养分利用率比常规速效肥提高10%～30%，氮肥利用率可达50%～70%[16]。通过对大豆的试验表明，控释尿素比普通尿素氮肥利用效率提高3.06%～11.93%[17]。谢培才等报道，包膜缓释肥能显著提高氮磷钾的利用率，使氮素利用率在小麦和玉米上分别比普通复合肥平均提高9.14%和5.03%，磷素利用率分别比普通复合肥平均提高 17.52%和11.22%，钾素利用率分别比普通复合肥平均提高8.35%和11.26%[18]。

2.2 促进作物生长，提高作物产量，改善作物品质

缓/控释肥养分释放缓慢，与作物生长需肥基本一致，有利于作物的生长发育，能满足作物不同生长阶段对养分的需求。越来越多的研究表明，其通过提高作物生长后期供肥能力，促进作物生长和对养分的吸收，提高作物产量，且在多种作物上均表现增产增质效果。王茹芳等在盆栽条件下通过对粘土-聚酯胶结肥和塑料-淀粉胶结肥研究，结果表明，施用两种类型肥料均能显著增加冬小麦产量，与对照( 等氮磷钾养分) 相比分别增产14.85%、27.48%[19]。缓/控释肥与等量或减量20%～25%的未包膜复合肥处理比较，可使早稻产量增加5.0%～12.8%，使晚稻实际产量提高7.5%～13.6%，均达显著水平[20]。缓/控释肥在玉米、大豆等作物上也取得较好的增产效果。王浩等对棉花的研究表明，施用缓释/控释包膜复合肥的处理，棉花皮棉产量平均增产率为29.54%[21]。宋付朋等研究表明，控释花卉肥能明显促进万寿菊生长发育和满足万寿菊长期的养分需求[22]。方勇等发现用控释肥料作基肥可增加西瓜糖度[23]。

2.3 改善土壤物理性状，提高土壤养分有效性

缓/控释肥料除了能提高肥料利用率和提高作物产量外，还可以改善土壤的物理化学性状, 调节土壤供肥能力。有研究表明，由于一些包膜材料的本身特性和残留等问题，可改善土壤的物理化学性状，从而影响到土壤的孔隙度与孔隙大小的分配，增加土壤水分的有效性，改善土壤的保水、释水性能[24]。保水剂包膜尿素的研发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、释水性能[25，26]。史衍玺等研究表明，土壤中控释肥残膜含量在0.008 g/g范围内，控释肥残膜可明显降低土壤的透水性，提高土壤的田间持水量和保水性，随膜含量的增加，当达到0.010 g/g时，土壤的田间持水量却明显降低，透水明显加快，土壤保水性也随之降低。另外随土壤中膜含量的增加，土壤容重降低，土壤比重变化不大，土壤孔隙度明显增加[27]。施用腐植酸包膜尿素的土壤，当季保留的氮比施用普通尿素土壤多40%～50%，有机质明显增加，土壤容重降低，有效磷钾的含量也有所提高，从而改善了土壤肥力，为持续增产奠定基础[28]。王鑫等对包膜控释尿素对保护地菜地土壤肥力及酶活性影响的研究表明，施用包膜控释尿素比普通尿素能提高土壤全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮，且包膜控释尿素可增强土壤多酚氧化酶、磷酸酶、脲酶活性，这些酶活性与土壤养分之间具有极显著或显著的相关性[29]。

3 包膜型缓释肥在油菜上的应用

3.1 油菜生长不同阶段需肥特性

油菜是需肥较多的作物之一，特别是对氮、钾需要量较大，且对硼较为敏感[30]。

油菜的生长特点是营养体大，花序无限，边开花，边结角，花芽分化期长。油菜不同生长期对养分的需求不同，油菜苗期对氮、磷非常敏感，氮、磷有利于基部叶片和根系的生长。中期以氮、磷、 钾并重，促进生殖器官的发育。后期磷肥有利于籽粒充实和油分积累，钾能提高油菜抗逆能力，对提高成熟具有明显作用。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%。油菜在整个生长发育过程中都不可缺磷，苗期对磷最为敏感，吸收利用率高，薹、花期是对磷吸收利用的高峰期，约占总吸收量的50%。油菜苗期和薹、花期对钾吸收比例较高，约占吸收总量的70%[31～34]。硼在油菜体内的积累在始花期以后迅速增加，花和角果的硼素浓度较高[30]。油菜吸肥数量与生长发育速度相关，生长发育加快，吸收量相应增多，生长发育减慢，吸收量相应减少。

3.2 包膜型缓释肥在油菜生产上的应用

包膜控/缓释肥料相比常规肥料具有更多的优越性，经过近几年的发展，逐渐地得到人们的认识，目前已广泛的应用于水稻、玉米、小麦、大豆、蔬菜和水果等作物和农副产品上，给农民带来了实际的增产增收效果。油菜作为我国第一大油料作物，有关针对油菜包膜型缓释肥的开发研究报道还不是很多，这可能与油菜生长过程对各类营养的需求较为复杂有关。王小波等对自制的4种不同材料包膜尿素对油菜生长效应及品质效应影响的研究表明，与尿素相比,包膜肥料能明显促进油菜的生长发育，能够做到一次施肥，长期供应，既能减少施肥次数，又节约了施肥量，同时不同包膜肥料能明显提高N肥利用率，减少N的损失，对节约N肥资源和保护生态环境具有积极作用[35]。尚千涵等用坡缕石包衣缓释肥研究其对油菜经济性状及生理指标的影响，结果显示坡缕石控/缓释肥增效和缓释效应较好，在植物产量及抗衰老抗逆性方面，包衣肥料较传统肥料有一定的优越性，包衣肥料的包衣质地与方法是影响植物产量及抗衰老和抗逆性的重要因素[36]。丁保民等针对北方小白菜(油菜)研究出的新型高效基施缓释肥已取得专利，施入后缓释溶解，可保持持久的土壤肥效，满足作物生长中对氮、磷、钾等单元素的养分需求，从而大幅度提高了氮、磷、钾单元素的吸收利用率，增加作物的产量[37]。吴玉林等对油菜不同施肥量及施肥方法研究表明，施胶膜复合肥处理的主花序有效角果数、分枝有效角果数比习惯施肥、普通复合肥及不施肥处理均有增加，在每公顷施用胶膜复合肥450～900 kg范围内，施肥量的增加均能有效改善油菜的经济性状，提高产量[38]。

4 展望

我国拥有世界上面积最大的油菜种植区，年种植面积在733万公顷左右，为确保油菜的稳产增收，化肥的大量投入已是不争的事实。由于化肥本身性质和土壤环境条件及农业措施等综合因素的影响，我国很多地区油菜地化肥当季利用率低，肥料损失较多，长期大量施用化肥使得油菜生产成本提高，环境污染严重。这也制约了我国可持续高效农业的发展。新型包膜缓释肥的研发推广也许可以打开这一尴尬局面。此种肥料不仅能够满足作物不同生长阶段对养分的需求，而且肥料的利用效果提高明显，对生态环境的影响也小。因此研究推广适合油菜生产的包膜缓释肥对建立油菜高产、高效、生态、简化的农业栽培体系具有重要意义。

目前包膜缓释肥的研制还存在一些亟待解决的问题。特别是由于我国缓释肥研究起步较晚，虽取得了一些进步，但制造工艺与发达国家相比还不够成熟，制造成本相应较高，对一些包膜新材料的开发利用还不够，缺乏技术上的创新；其次，不同作物、不同土壤条件下作物生长的需肥特点有所差异，要针对各作物的生长特性研发相应的专用缓释肥，开发具有不同释放特性的肥料，使其使用范围更广；再者，与传统肥料不同，包膜缓释肥的成效不是施肥后马上能看出来，要得到农民的认可还需要时间和成效来检验；最后，目前市场上缓释肥品种比较单一，主要以包膜尿素类居多，而对作物生长所需要的其他元素特别是微量元素则很少涉及，今后应注重此类研究，最终将包膜缓释肥制成全养料缓释肥料，真正实现只需一次施肥。综合来讲，包膜型缓释肥作为一种新型高效肥料，在我国具有广泛的研究应用前景。

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S145.5;S565.406.2

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10.3969/j.issn.1001-5280.2012.05.57