鄭曙峰，韓效釗，徐道青，王維，闞畫春，劉小玲，陳敏，金國清，金政輝

（1.安徽省農業(yè)科學院棉花研究所，合肥230031；2.合肥工業(yè)大學，合肥230001；3.安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司，安徽 寧國242300）

棉花具有生育期長、無限生長、營養(yǎng)生長與生殖生長重疊并進時間長大等生物學特性，使得棉花的施肥問題更加復雜和重要，施肥技術（施肥量、配方及施用時期）對產量的貢獻率大。 為滿足棉花生長發(fā)育和產量品質形成的需求，通常采用多次施用速效肥的方法，施肥技術煩瑣復雜。 棉花生產中常規(guī)肥料和施肥技術存在如下難題[1]：一是施肥次數(shù)多，除需在播種或移栽時施用基肥外，還需多次追肥，如送嫁肥（移栽肥）、苗肥（平衡肥）、蕾肥、花鈴肥（當家肥）、蓋頂肥等，需要花費大量勞動力；二是施肥工序和技術復雜，對施肥技術要求嚴格，每次施肥需要開溝或打洞、施肥、蓋土等，特別是棉花生長中后期，操作非常不便，如果不同生育期施肥量和配方掌握不好，會造成棉花脫肥或徒長，蕾鈴脫落增加，進而影響棉花產量和品質；三是肥料用量大、利用率低，棉花生產的化肥使用量在主要農作物中占首位且居高不下，棉花肥料成本占物質成本的50%以上，施肥受天氣影響大，若遇干旱，肥料難以發(fā)揮作用，施肥后遇雨澇災害，容易造成肥害，因此一方面施肥量難以精確掌握，另一方面不得不加大用量，極易造成肥料損失和對環(huán)境的污染；四是農村勞動力大量轉移，導致了從事農業(yè)生產的勞動力相對不足，許多農民已不愿意在追肥等農藝操作上花費太多的時間和精力，棉花生產迫切要求減少勞動力投入。 而緩控釋肥可以根據(jù)作物養(yǎng)分需求，控制養(yǎng)分釋放速率和釋放量， 具有提高化肥利用率、減少使用量與施肥次數(shù)、降低生產成本、減少環(huán)境污染等優(yōu)點，可以較好地解決以上問題，具有重要意義[2-3]。近年來我國大力推廣新型農業(yè)技術與產品，先后在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》與多年中央“一號文”中重點提出“重點研究開發(fā)環(huán)保型肥料、農藥創(chuàng)制關鍵技術，專用復（混）型緩釋、控釋肥料及釋肥技術與相關設備”“優(yōu)化化肥結構，加快發(fā)展適合不同土壤、不同作物特點的專用肥、緩釋肥”。緩控釋肥只有與具體作物結合，在滿足作物對養(yǎng)分需求的同時，做到肥料養(yǎng)分釋放速率與作物生長所需基本同步，才能真正達到提高肥料利用率、簡化施肥工序、增產增收的目的[4-7]。

針對以上棉花生產面臨的形勢和施肥技術難題，安徽省農業(yè)科學院棉花研究所、合肥工業(yè)大學和安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司等單位進行了聯(lián)合攻關，在農業(yè)部公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項、科技部國家農業(yè)科技成果轉化資金、國家重點研發(fā)計劃和安徽省科技攻關等項目的資助下，通過研究主栽棉花品種營養(yǎng)特征， 開發(fā)了系列棉花專用配方，研制了多種易降解緩控釋包膜新材料，創(chuàng)建了以配方造粒、尿素料漿涂層、緩控釋劑兩步噴涂包裹等為關鍵技術的棉花緩控釋肥生產工藝，通過調整原料配比控制產品各養(yǎng)分含量，采用控制緩釋劑種類和投入量實現(xiàn)了肥料養(yǎng)分釋放與棉花營養(yǎng)需求的基本匹配， 成功研制出棉花專用配方緩控釋肥，獲得農業(yè)部頒發(fā)的肥料登記證，獲得專利8 項，制定國家農業(yè)行業(yè)標準1 項、 省級地方標準5 項，獲得國家和省重點新產品或高新技術產品證書。自2010 年起，“棉花專用配方緩控釋肥” 連續(xù)多年被農業(yè)部確定為主推技術[8-12]，2015—2017 年被集成到農業(yè)部主推技術“棉花輕簡栽培技術”[13-14]和“棉花減肥減藥高效生產技術”[15]， 被集成到2020—2021 年安徽省農業(yè)農村領域主推技術 “棉花綠色（減肥減藥）輕簡（機械化）增效集成技術”。 2012 年被農業(yè)部列為農業(yè)輕簡化技術[16]。 在安徽、湖南、湖北、江西等省進行了大面積推廣應用。 以棉花專用配方緩控釋肥為核心技術，建立了棉花綠色輕簡高效栽培技術體系。 “棉花專用配方緩釋肥的研制和應用” 獲2014—2015 年度農業(yè)部中華農業(yè)科技獎二等獎，以棉花減量簡化一次性施肥（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術之一，形成的“棉花輕簡化栽培技術體系” 先后獲得省部級科技獎一等獎（“棉花輕簡化豐產栽培關鍵技術與區(qū)域化應用”獲2016—2017 年度農業(yè)部中華農業(yè)科技獎一等獎，“棉花輕簡化豐產栽培技術體系及在主產棉區(qū)的應用”獲2017 年度山東省科技進步獎一等獎）。本文對棉花減量簡化一次性施肥技術及產品的研制和應用的總體技術路線、 過程及體會等進行了總結評述。

1 總體技術路線

針對棉花生產中常規(guī)肥料和施肥技術存在施肥次數(shù)多、施肥技術（施肥時期、不同時期的肥料配方）復雜、肥料用量大、肥料利用率低、中后期土壤追肥操作不便、施肥易受天氣影響等問題，以“作物（主栽棉花品種營養(yǎng)特性）—材料（緩控釋材料、肥料配方）—裝備、工藝—產品—標準—應用體系”為研究對象，總體技術路線見圖1。

圖1 總體技術路線

2 主栽棉花品種營養(yǎng)特性研究及專用配方研制

2007—2016 年，在安徽、湖南、湖北、江西等省開展多年多點田間試驗，通過測定棉花植株氮磷鉀養(yǎng)分吸收量動態(tài)及營養(yǎng)器官和生殖器官生物量累積動態(tài)，研究了皖雜棉9 號、中棉所63、湘雜棉8號等長江流域棉區(qū)主栽棉花品種不同生育期的營養(yǎng)特性和生長發(fā)育特性，通過研究將長江流域棉區(qū)主栽棉花品種分為早發(fā)型和晚發(fā)型2 種類型，為研制緩控釋肥料配方及釋放性能提供理論依據(jù)。

同時，在安徽、湖南、湖北、江西等省的不同類型棉花品種、不同類型土壤（潮土、黃棕壤、黃褐土、水稻土等）、不同種植制度（油棉兩熟、麥棉兩熟）、不同種植方式（棉花育苗油（麥）后移栽、油（麥）后直播棉花）、不同氣候條件下開展了60 多點次田間試驗，試驗按“3414”方案[17]實施，研制了適合長江流域棉區(qū)的棉花專用配方緩控釋肥配方多個。

3 棉花專用配方緩控釋肥緩釋材料創(chuàng)制

創(chuàng)制了凹凸棒石/ 聚丙烯酸鉀復合膜、丙芬乳液、苯丙乳液等多種易降解緩控釋包膜新材料。 通過調整各成分比例、交聯(lián)劑類型和用量、聚合物分子量大小、溶劑水用量等參數(shù)，制成易降解棉花專用緩控釋肥緩控釋材料。

3.1 凹凸棒石/聚丙烯酸鉀

以凹凸棒石與丙烯酸為主要原料，制備出具有較高吸水性和一定緩釋性能的凹凸棒石/ 聚丙烯酸鉀復合膜材料，具有良好的抗旱與緩釋性能[18]。

3.2 丙芬乳液

通過實驗室模擬試驗和性能測試， 制成了以N- 羥甲基丙烯酰胺、 不飽和聚酯樹脂為主要材料的包膜緩釋材料[19-20]。

3.3 苯丙乳液

通過實驗室模擬試驗和性能測試，調整苯乙烯與丙烯酸酯比例、交聯(lián)劑類型和用量、聚合物分子量大小、溶劑水用量等參數(shù)，制成適合生產緩控釋肥的包膜材料[21-23]。

4 棉花專用配方緩控釋肥生產工藝研制

綜合氮磷鉀復合（混）肥的化學法和物理法，綜合考慮原有高氮低磷高鉀復合肥在生產裝置上的適應性、配方調整的靈活性，建立了棉花專用緩控釋肥生產工藝，將含磷、鉀的原材料及輔助材料按配方計量后，經(jīng)攪拌、破碎，進入轉鼓造粒機，尿素在溶解槽內經(jīng)蒸汽作用熔融后，料漿泵送至造粒機內涂布在含磷、鉀的物料上，利用料漿的液相經(jīng)轉鼓造粒機帶動團聚成球；再通過尿液涂膜機給肥料顆粒表面噴涂尿素料漿涂層，最后在顆粒成品表面噴涂防結緩釋材料，通過調整原料配比控制產品各養(yǎng)分含量，采用控制緩控釋劑種類和投入量實現(xiàn)養(yǎng)分釋放與需求的基本匹配[20-23]。

5 棉花減量簡化一次性施肥生物學效應及環(huán)境效應研究

5.1 棉花專用配方緩控釋肥生物學效應

2007—2019 年，在安徽、湖南、湖北、江西等省不同類型土壤（潮土、黃棕壤、黃褐土、水稻土等）、不同種植制度（油棉兩熟、麥棉兩熟）、不同種植方式（棉花育苗油（麥）后移栽、油（麥）后直播棉花）、不同氣候條件下開展了多年多點田間試驗和示范。

闞畫春等[24-34]在安徽，李景龍等[35]在湖南、湖北，張教海等[36-37]在湖北，淦城等[38]在江西，王維等[39]在新疆和田開展了試驗和示范，結果表明：與等量養(yǎng)分常規(guī)施肥相比， 一次性施用棉花專用緩控釋肥，棉花單產提高了3.8%～14.1%、增效10.1%～25.5%；施肥次數(shù)由3～6 次減為1 次，減少施肥用工50%以上，等產量情況下單位面積減少化肥使用量11.2%～52.3%；棉花纖維品質差異不顯著；氮肥農學利用率提高了15.2%～28.8%， 磷肥農學利用率提高了12.3%～23.5%， 鉀肥農學利用率提高了11.2%～19.7%。 進一步分析表明：棉花專用緩控釋肥養(yǎng)分釋放與棉花養(yǎng)分需求基本匹配，可以增加棉花中下部果枝的成鈴率及各果枝內圍第一、第二果節(jié)的成鈴率，能增加伏桃、秋桃及總桃數(shù)，提高單株結鈴性，棉花后勁足，不易早衰，從而達到提高產量、優(yōu)化成鈴、簡化栽培、節(jié)本省工的目的。

5.2 棉花專用配方緩控釋肥對環(huán)境的影響

用通氣法連續(xù)測定施用專用緩控釋肥后土壤氨揮發(fā)量，結果顯示：等量養(yǎng)分專用緩控釋肥累計氨揮發(fā)量比常規(guī)肥料減少16.7%～55.4%。通過連續(xù)多年多點定位監(jiān)測，長期施用緩控釋肥的情況下，150 cm 土層硝態(tài)氮含量減少20.5%～45.4%[40]。

6 以減量簡化一次性施肥為核心技術的棉花綠色輕簡高效栽培技術體系建立及標準制定

棉花專用配方緩控釋肥經(jīng)多年應用驗證，產品成熟，技術完善，為規(guī)范產品性能和使用技術，制定了安徽省地方標準《DB34/T 2159-2014 棉花緩釋復合（復混）肥料》[41]、《DB34/T 1336-2011 棉花專用配方緩控釋肥使用技術規(guī)范》[42]、《DB34/T 1336-2020棉花專用緩控釋肥料一次性減量施用技術規(guī)程》[43]和湖南省地方標準 《HNZ 051-2013 棉花專用緩釋肥使用技術規(guī)程》[44]。

通過技術和產品熟化、組裝配套，建立了以棉花減量簡化一次性施肥（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術的棉花綠色輕簡高效栽培技術體系2套，包括：“以低密度（每公頃2.25 萬株）輕簡化育苗移栽、減量20%（與低密度育苗移栽、常規(guī)施肥比較）一次性基施（移栽時施用）專用配方緩控釋肥為核心的輕簡育苗移栽栽培技術體系”和“棉花在麥（油）后高密度（每公頃9 萬株）免耕直播、減量50%（與低密度育苗移栽、常規(guī)施肥比較）一次性種肥同播（棉花專用配方專用緩控釋肥）、集中吐絮、機械化或集中收獲為核心的棉花油（麥）后直播栽培技術體系”。 制定了中華人民共和國農業(yè)行業(yè)標準《NY/T 2633-2014 長江流域棉花輕簡化栽培技術規(guī)程》[45]、《DB34/T 3133-2018 棉花輕簡綠色增產增效生產技術規(guī)程》[46]和《DB34/T 3292-2018 棉花化肥減施增效技術規(guī)程》[47]。 與常規(guī)技術相比，采用以棉花減量簡化一次性施肥技術和產品（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術的棉花綠色輕簡高效栽培技術體系，棉花化肥使用量減少11.2%～52.3%，肥料利用率提高了12%以上，化肥減施棉花增產1%以上，單位面積用工減少50%以上，植棉效益增加25%。

7 結論

綜上所述，根據(jù)長江流域主栽棉花品種營養(yǎng)需求，開發(fā)了系列棉花專用配方，研制了多種易降解緩控釋包膜新材料， 研制了棉花專用緩控釋肥，產品獲得國家緩釋肥肥料登記證，并獲得國家重點新產品證書和安徽省高新技術產品證書，連續(xù)多年被農業(yè)部列為主推技術。 創(chuàng)建了以配方造粒、尿素料漿涂層、緩釋劑兩步噴涂包裹等為關鍵技術的棉花緩控釋肥生產工藝，通過調整原料配比控制產品各養(yǎng)分含量，采用控制緩控釋劑種類和投入量實現(xiàn)養(yǎng)分釋放與需求的匹配。實現(xiàn)了棉花“苗肥同下、種肥同播”，施肥由3～6 次減為1 次，變革了棉花施肥技術，解決了常規(guī)技術中大量施肥期與干旱雨澇等災害高發(fā)期重疊導致的無法追肥或肥害而減產的重大難題。建立了以棉花減量簡化一次性施肥技術和產品（棉花專用配方緩控釋肥）為主體的棉花綠色輕簡高效栽培技術體系，制定了相關國家農業(yè)行業(yè)標準和省級地方標準，為實現(xiàn)棉花綠色化、輕簡化/ 機械化、高效化的生產方式變革提供了技術支撐，豐富了作物營養(yǎng)施肥和肥料學的內容，對我國作物專用肥行業(yè)的發(fā)展和作物生產的科技進步產生重大影響。