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(nóng)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(shù)（施肥量、配方及施用時期）對產(chǎn)量的貢獻率大。 為滿足棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的需求，通常采用多次施用速效肥的方法，施肥技術(shù)煩瑣復雜。 棉花生產(chǎn)中常規(guī)肥料和施肥技術(shù)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(shù)復雜，對施肥技術(shù)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(chǎn)量和品質(zhì)；三是肥料用量大、利用率低，棉花生產(chǎn)的化肥使用量在主要農(nóng)作物中占首位且居高不下，棉花肥料成本占物質(zhì)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(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移，導致了從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力相對不足，許多農(nóng)民已不愿意在追肥等農(nóng)藝操作上花費太多的時間和精力，棉花生產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品，先后在《國家中長期科學和技術(shù)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(nóng)藥創(chuàng)制關(guān)鍵技術(shù)，專用復（混）型緩釋、控釋肥料及釋肥技術(shù)與相關(guān)設備”“優(yōu)化化肥結(jié)構(gòu)，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(jié)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(chǎn)增收的目的[4-7]。

針對以上棉花生產(chǎn)面臨的形勢和施肥技術(shù)難題，安徽省農(nóng)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(guān)，在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項、科技部國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金、國家重點研發(fā)計劃和安徽省科技攻關(guān)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(guān)鍵技術(shù)的棉花緩控釋肥生產(chǎn)工藝，通過調(diào)整原料配比控制產(chǎn)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(nóng)業(yè)部頒發(fā)的肥料登記證，獲得專利8 項，制定國家農(nóng)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(chǎn)品或高新技術(shù)產(chǎn)品證書。自2010 年起，“棉花專用配方緩控釋肥” 連續(xù)多年被農(nóng)業(yè)部確定為主推技術(shù)[8-12]，2015—2017 年被集成到農(nóng)業(yè)部主推技術(shù)“棉花輕簡栽培技術(shù)”[13-14]和“棉花減肥減藥高效生產(chǎn)技術(shù)”[15]， 被集成到2020—2021 年安徽省農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域主推技術(shù) “棉花綠色（減肥減藥）輕簡（機械化）增效集成技術(shù)”。 2012 年被農(nóng)業(yè)部列為農(nóng)業(yè)輕簡化技術(shù)[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(shù)，建立了棉花綠色輕簡高效栽培技術(shù)體系。 “棉花專用配方緩釋肥的研制和應用” 獲2014—2015 年度農(nóng)業(yè)部中華農(nóng)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(shù)之一，形成的“棉花輕簡化栽培技術(shù)體系” 先后獲得省部級科技獎一等獎（“棉花輕簡化豐產(chǎn)栽培關(guān)鍵技術(shù)與區(qū)域化應用”獲2016—2017 年度農(nóng)業(yè)部中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎，“棉花輕簡化豐產(chǎn)栽培技術(shù)體系及在主產(chǎn)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(shù)及產(chǎn)品的研制和應用的總體技術(shù)路線、 過程及體會等進行了總結(jié)評述。

1 總體技術(shù)路線

針對棉花生產(chǎn)中常規(guī)肥料和施肥技術(shù)存在施肥次數(shù)多、施肥技術(shù)（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(chǎn)品—標準—應用體系”為研究對象，總體技術(shù)路線見圖1。

圖1 總體技術(shù)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(diào)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(diào)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(chǎn)緩控釋肥的包膜材料[21-23]。

4 棉花專用配方緩控釋肥生產(chǎn)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(chǎn)裝置上的適應性、配方調(diào)整的靈活性，建立了棉花專用緩控釋肥生產(chǎn)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(zhuǎn)鼓造粒機，尿素在溶解槽內(nèi)經(jīng)蒸汽作用熔融后，料漿泵送至造粒機內(nèi)涂布在含磷、鉀的物料上，利用料漿的液相經(jīng)轉(zhuǎn)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(jié)緩釋材料，通過調(diào)整原料配比控制產(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)差異不顯著；氮肥農(nóng)學利用率提高了15.2%～28.8%， 磷肥農(nóng)學利用率提高了12.3%～23.5%， 鉀肥農(nóng)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(nèi)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(jié)鈴性，棉花后勁足，不易早衰，從而達到提高產(chǎn)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(jié)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(shù)的棉花綠色輕簡高效栽培技術(shù)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(chǎn)品成熟，技術(shù)完善，為規(guī)范產(chǎn)品性能和使用技術(shù)，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(shù)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(shù)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(shù)規(guī)程》[44]。

通過技術(shù)和產(chǎn)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(shù)的棉花綠色輕簡高效栽培技術(shù)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(shù)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(shù)體系”。 制定了中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《NY/T 2633-2014 長江流域棉花輕簡化栽培技術(shù)規(guī)程》[45]、《DB34/T 3133-2018 棉花輕簡綠色增產(chǎn)增效生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》[46]和《DB34/T 3292-2018 棉花化肥減施增效技術(shù)規(guī)程》[47]。 與常規(guī)技術(shù)相比，采用以棉花減量簡化一次性施肥技術(shù)和產(chǎn)品（棉花專用配方緩控釋肥）為核心技術(shù)的棉花綠色輕簡高效栽培技術(shù)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(chǎn)1%以上，單位面積用工減少50%以上，植棉效益增加25%。

7 結(jié)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(chǎn)品獲得國家緩釋肥肥料登記證，并獲得國家重點新產(chǎn)品證書和安徽省高新技術(shù)產(chǎn)品證書，連續(xù)多年被農(nóng)業(yè)部列為主推技術(shù)。 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(guān)鍵技術(shù)的棉花緩控釋肥生產(chǎn)工藝，通過調(diào)整原料配比控制產(chǎn)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(shù)，解決了常規(guī)技術(shù)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(chǎn)的重大難題。建立了以棉花減量簡化一次性施肥技術(shù)和產(chǎn)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(shù)體系，制定了相關(guān)國家農(nóng)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(chǎn)方式變革提供了技術(shù)支撐，豐富了作物營養(yǎng)施肥和肥料學的內(nèi)容，對我國作物專用肥行業(yè)的發(fā)展和作物生產(chǎn)的科技進步產(chǎn)生重大影響。