張明偉 馬泉 陳京都 唐建鵬 姚義 成潔旻

摘要：緩控釋肥作為環(huán)境友好和增效型肥料，在增產(chǎn)增效、減少氮素?fù)p失和緩解農(nóng)業(yè)氮素污染等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。為推動(dòng)緩控釋肥在冬小麥上的廣泛應(yīng)用，本文在總結(jié)緩控釋肥定義、作用原理、分類(lèi)和研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，探究緩控釋肥在冬小麥上的主要施用技術(shù)及其增產(chǎn)增效機(jī)制，分析緩控釋肥在小麥生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題并提出相應(yīng)建議，為推動(dòng)緩控釋肥在冬小麥產(chǎn)業(yè)中的安全、可靠和廣泛應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：緩控釋肥;冬小麥;施肥技術(shù);增產(chǎn)增效;環(huán)境友好;氮素污染

中圖分類(lèi)號(hào)：S512.1+10.6 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）02-0015-07

收稿日期：2021-04-27

基金項(xiàng)目：揚(yáng)州市“綠揚(yáng)金鳳計(jì)劃”（2018）。

作者簡(jiǎn)介：張明偉（1989—），男，江蘇揚(yáng)州人，博士，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)作物栽培技術(shù)的研究與推廣。E-mail：yztgz@163.com。

通信作者：姚 義，博士，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)作物栽培技術(shù)的研究與推廣。E-mail：yztgz@163.com。

根據(jù)預(yù)測(cè)，世界人口在2050年前后將達(dá)到95億[1]，糧食在當(dāng)前產(chǎn)量水平下提高70%以上才能滿足全球人口的糧食需求[2]，但由于城市化、工業(yè)化、荒漠化等多方面原因，耕地面積在不可避免地減少[3]。我國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，為盡可能滿足糧食自給自足，提高糧食單位面積產(chǎn)量在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將一直是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要政策和目標(biāo)之一。氮素作為作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，長(zhǎng)期以來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，世界上50%的糧食產(chǎn)量來(lái)自于氮肥的貢獻(xiàn)[4]。全球每年尿素消耗量超過(guò)2億t，由于其養(yǎng)分含量高，成本低，是農(nóng)民最能接受和喜愛(ài)的氮肥[5]。但由于尿素快速水解的特性，加之不合理的施用方式，至少有50%的氮素在施用過(guò)程中流失，不僅導(dǎo)致氮肥利用率低下，肥料成本投入增加，并且限制了作物產(chǎn)量潛力的最大化發(fā)揮，加劇糧食安全問(wèn)題[5]。此外，大量流失的氮素通過(guò)淋溶、礦化、滲漏、徑流等方式進(jìn)入環(huán)境中，加劇了溫室氣體排放、地表水體富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染和耕地土壤退化等問(wèn)題[6-7]。為滿足不斷增長(zhǎng)的人口糧食需求，如何優(yōu)化氮肥類(lèi)型和施用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)促進(jìn)作物增產(chǎn)增效、控制肥料氮素?fù)p失和減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)之間的平衡，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迫切需要克服的難題。

在過(guò)去的幾十年里，為提高肥料利用率，科學(xué)家們從多個(gè)方面進(jìn)行了不斷的探索，包括平衡施肥[8]、精確定量施肥[9]、灌溉施肥、氮肥后移[10]等施肥技術(shù)的研究，以及生物炭肥[11]、水溶肥[12]、微生物肥[13]和緩控釋肥[14]等新型肥料類(lèi)型的探索。其中緩控釋肥通過(guò)延緩甚至是控制養(yǎng)分釋放到土壤中的速率，保證養(yǎng)分更多地被用來(lái)供應(yīng)作物生長(zhǎng)，以盡可能減少淋失和揮發(fā)損失，減輕對(duì)環(huán)境的影響[15]，被認(rèn)為是“環(huán)境友好型”[16-17]和“增效型”肥料[18]。緩控釋肥料由于其能提高肥料利用率、減輕農(nóng)業(yè)氮素污染以及減少施肥次數(shù)等潛在優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為未來(lái)肥料發(fā)展的重要趨勢(shì)[19-20]。實(shí)現(xiàn)作物一次性施肥即增產(chǎn)增效是緩控釋肥發(fā)展的核心目標(biāo)，并且目前在水稻、玉米和馬鈴薯等生育期較短的作物上已經(jīng)取得較好的應(yīng)用效果，但在冬小麥上，由于生育期較長(zhǎng)和越冬期生長(zhǎng)停滯等生育特性，緩控釋肥一次性施用的應(yīng)用效果存在爭(zhēng)議。本文在總結(jié)緩控釋肥研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，綜合分析了緩控釋肥在冬小麥上的主要施用技術(shù)及其產(chǎn)量、氮效率和環(huán)境等效應(yīng)，探討了當(dāng)前緩控釋肥發(fā)展和應(yīng)用存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)緩控釋肥在小麥上的研究和推廣提出建議，對(duì)推動(dòng)緩控釋肥在冬小麥上的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

1 緩控釋肥研究進(jìn)展

緩釋肥一詞在20世紀(jì)20年代被首次提出，但直到20世紀(jì)50年代后，緩控釋肥的概念才逐漸明確[21]。在廣義上，緩控釋肥是指利用物理、化學(xué)、生物等調(diào)控手段，使養(yǎng)分釋放速率遠(yuǎn)小于速效肥料的一類(lèi)新型肥料，在土壤中養(yǎng)分能延緩釋放，養(yǎng)分釋放速率與農(nóng)作物需肥特性實(shí)現(xiàn)基本同步[14]。狹義上，緩釋肥被定義為通過(guò)對(duì)肥料中養(yǎng)分的化學(xué)復(fù)合或物理作用，延長(zhǎng)有效養(yǎng)分的釋放時(shí)間的一種肥料;控釋肥是指通過(guò)各種調(diào)控機(jī)制預(yù)先設(shè)定養(yǎng)分的釋放模式（釋放速率和釋放時(shí)間），使其養(yǎng)分釋放與作物的養(yǎng)分吸收同步[22]?？蒯尫适蔷忈尫实母呒?jí)階段，理想的控釋肥除強(qiáng)調(diào)控釋期的長(zhǎng)效性，還應(yīng)具有可調(diào)控性、階段性和連續(xù)性等特性[23]。

自1955年美國(guó)首先研制出第1款脲醛緩釋肥產(chǎn)品開(kāi)始，在過(guò)去的幾十年里各國(guó)紛紛開(kāi)始高效緩釋技術(shù)或緩釋材料及其作用機(jī)制的研究，開(kāi)發(fā)了一系列養(yǎng)分釋放機(jī)理不盡相同的緩控釋肥產(chǎn)品[6，24]。截至2018年，全球緩控釋肥的需求量超過(guò)150萬(wàn)t，且每年增長(zhǎng)率超過(guò)6%，當(dāng)前我國(guó)是緩控釋肥的主要消費(fèi)市場(chǎng)，用量約占全球總量的46%[25]。

1.1 緩控釋肥作用原理

緩控釋肥主要通過(guò)物理、化學(xué)或生物等方法或技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)氮素的緩釋或控釋?zhuān)詫?shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放和作物養(yǎng)分需求規(guī)律一致，主要包括采用涂層、包裹或添加抑制劑等不同的技術(shù)或工藝[5]。從氮素在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化形式來(lái)看，緩控釋肥提高肥料氮肥利用率的作用原理主要有以下2種：（1）調(diào)節(jié)尿素水解的速率，降低NH+4形成的速率，這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)在肥料中添加人工合成或天然脲酶抑制劑，或采用聚合物涂層或納米技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)，最終的目標(biāo)是減少NH3和N2O的損失;（2）降低NH+4通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化為NO-3的速率，實(shí)現(xiàn)控制N2O、NO排放和NO-3反硝化作用的目的，這一過(guò)程可以通過(guò)添加人工或合成硝化抑制劑實(shí)現(xiàn)。這2種機(jī)制的核心目標(biāo)都是促使氮素在土壤中停留的時(shí)間更長(zhǎng)，滿足作物對(duì)NH+4的同步吸收，從而提高氮肥利用率，減少氮肥施用量[5]。

1.2 緩控釋肥分類(lèi)及養(yǎng)分釋放機(jī)制

1.2.1 包膜/涂層型緩控釋肥

包膜/涂層型緩控釋肥通過(guò)在肥料顆粒表面噴涂1層或者多層疏水性材料形成隔水涂層，阻礙水分直接接觸肥料內(nèi)核，以此減緩?fù)繉觾?nèi)養(yǎng)分在土壤中的釋放[1]。包膜肥料施用到土壤后，涂層經(jīng)由微生物、化學(xué)和物理等過(guò)程緩慢分解，膜殼逐漸出現(xiàn)空隙或破裂后尿素溶解釋放出養(yǎng)分[23]。包膜緩控釋肥的養(yǎng)分釋放速率主要由包膜材料性質(zhì)、厚度、顆粒大小以及土壤溫濕度等因素的耦合控制。包膜肥料由內(nèi)核顆粒和包膜層2個(gè)部分組成，依據(jù)包膜材料的不同，可將其進(jìn)一步劃分為無(wú)機(jī)物包膜和有機(jī)聚合物包膜2類(lèi)[26]。

常見(jiàn)的無(wú)機(jī)物包膜材料主要有硫磺、沸石、硅藻土、硅酸鹽、生物碳等，這類(lèi)包膜材料一般需采用黏結(jié)劑將其粘連在肥料內(nèi)核的表面，可通過(guò)涂層的數(shù)量和厚度實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放速率的調(diào)控[27]。其中技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最廣泛的是硫包膜尿素。肥料施用后，土壤水分經(jīng)過(guò)滲透作用穿過(guò)包膜，在肥料內(nèi)核凝結(jié)并溶解養(yǎng)分，在包膜內(nèi)部形成壓力，當(dāng)內(nèi)部壓力超過(guò)膜的承受能力時(shí)，膜殼破裂，養(yǎng)分一次性釋放出來(lái)，這一釋放機(jī)制被稱(chēng)為“破裂機(jī)制”[1]。在理想情況下，硫包膜能有效延緩尿素在土壤中的溶解，但由于純硫涂層質(zhì)地較脆，膜層易在運(yùn)輸或施肥途中破裂，導(dǎo)致緩釋性能下降[26]。為提高硫包膜材料的緩釋性能，常采用的方法是用瀝青、石蠟等作物為密封劑二次包膜[23]，或采用有機(jī)樹(shù)脂等對(duì)純硫涂層改性，以降低其高度脆性，從而提高硫包膜材料的強(qiáng)度和耐磨性[28]。無(wú)機(jī)物包膜材料的優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源廣泛，制造成本低，在土壤中易降解，并且可以改善土壤結(jié)構(gòu)，但存在膜層易脫落、控釋效果差等缺點(diǎn)[23]。

聚合物包膜材料研發(fā)的難點(diǎn)主要在于既要實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的緩釋?zhuān)忠蟀げ牧夏軌蛲耆到猓瑢?duì)土壤或環(huán)境無(wú)害[26]。和硫包膜的破裂機(jī)制不同，聚合物包膜一般能承受膜內(nèi)的內(nèi)部壓力而不會(huì)直接破裂，養(yǎng)分順著濃度梯度或化學(xué)勢(shì)壓力梯度緩慢滲透到膜外，養(yǎng)分釋放遵循“擴(kuò)散機(jī)制”[1]。聚合物包膜材料根據(jù)來(lái)源不同可分為合成聚合物和生物大分子2類(lèi)。常見(jiàn)的合成聚合物包括聚乙烯、雙氰胺、聚烯烴、醛類(lèi)、聚氨酯和聚丙烯腈等[1，29];用于包膜材料的生物大分子主要有木質(zhì)素、纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉和腐殖酸等[30-31]。生物大分子主要來(lái)自動(dòng)植物等天然材料，相比于人工合成聚合物具有低成本、易于獲取和可生物降解等優(yōu)勢(shì)[32-33]。由于其疏水性能和養(yǎng)分?jǐn)U散機(jī)制，聚合物包膜尿素的養(yǎng)分釋放效果一般優(yōu)于硫包膜尿素。

1.2.2 穩(wěn)定性氮肥

穩(wěn)定性氮肥主要通過(guò)添加天然或人工合成脲酶抑制劑或硝化抑制劑改變土壤細(xì)菌氮代謝酶的生物活性來(lái)改變養(yǎng)分釋放模式，前者主要抑制尿素的水解過(guò)程，而后者則通過(guò)抑制硝化作用來(lái)延緩NH+4向NO-3的轉(zhuǎn)化[15，34]。用于緩控釋肥的脲酶抑制劑主要有環(huán)己基磷酸三酰胺、硫代硫酸銨、對(duì)苯二酚和硫代硫酸鈣等;常見(jiàn)的硝化抑制劑有雙氰胺、3，4-二甲基吡唑磷酸鹽、硫代磷酰三胺等[5]。溫度、土壤類(lèi)型和土壤pH值等因素協(xié)同影響脲酶或硝化抑制劑的實(shí)際效果。穩(wěn)定性氮肥具有廣泛的應(yīng)用前景，但值得注意的是，脲酶和硝化抑制劑對(duì)尿素的附著力有限，且不穩(wěn)定，容易發(fā)生水解，難以長(zhǎng)期儲(chǔ)存。此外，在土壤中添加脲酶或硝化抑制劑對(duì)土壤微生物帶來(lái)的影響有待進(jìn)一步探究。

1.2.3 微溶型有機(jī)氮肥

微溶型有機(jī)氮肥主要是通過(guò)共價(jià)鍵或離子鍵直接或間接將肥料養(yǎng)分結(jié)合到預(yù)先合成的高分子有機(jī)化合物上，形成含氮微溶或難溶性有機(jī)化合物[23]。這一類(lèi)肥料主要以醛類(lèi)縮合產(chǎn)物為基礎(chǔ)，包括脲甲醛、丁烯叉二脲、異丁烯叉二脲、脲乙醛（環(huán)二脲）聚磷酸銨和草酰胺等[23]。養(yǎng)分釋放主要取決于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、共價(jià)鍵或離子鍵的強(qiáng)弱和聚合度的大小等，也強(qiáng)烈依賴(lài)于微生物活性、黏粒含量、pH值等土壤性質(zhì)和外界溫、濕度的變化[35]。微溶型有機(jī)氮肥緩控釋性能較好，但過(guò)高的生產(chǎn)成本限制其在大田作物上的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于園藝花卉、大棚蔬菜或?qū)I(yè)草坪等。

2 緩控釋肥在小麥上的施用技術(shù)研究

緩控釋肥是以肥料養(yǎng)分釋放與作物需肥規(guī)律相吻合、少次甚至1次施肥即滿足作物的生長(zhǎng)需求為生產(chǎn)理念，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)施肥相比省工節(jié)肥、增產(chǎn)增效等目的[36]。當(dāng)前冬小麥生產(chǎn)上普遍存在以下幾個(gè)難題：勞動(dòng)力短缺促使小麥簡(jiǎn)化種植過(guò)程，減少施肥次數(shù);實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提下穩(wěn)定甚至減少氮肥用量;改進(jìn)施肥技術(shù)、提高氮肥利用率以緩解農(nóng)業(yè)氮素對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)[37]?；诰徔蒯尫实亩←溡淮涡允┓始夹g(shù)為解決以上問(wèn)題提供了重要思路[19，38]，但受技術(shù)和成本等因素限制，當(dāng)前緩控釋肥的養(yǎng)分釋放很難做到與冬小麥的需肥規(guī)律完全同步，易造成作物生育前后期養(yǎng)分供應(yīng)不均衡的問(wèn)題，并且昂貴的肥料成本也限制了經(jīng)濟(jì)效益的提升[39]。為克服這些難題，實(shí)現(xiàn)冬小麥?zhǔn)」す?jié)肥和高產(chǎn)高效種植，前人在緩控釋肥的合理施用技術(shù)上進(jìn)行了大量的探索。

2.1 單種緩控釋肥一次性基施

緩控釋肥在小麥上最初的應(yīng)用多采用一次性基施的施肥方式。有研究指出，緩釋尿素基施盡管土壤中保持的硝態(tài)氮含量水平并不高，但由于能有效減少土壤氮素的剖面遷移和淋失，肥料中的養(yǎng)分能被作物及時(shí)并充分吸收而減少了在土壤中淋失浪費(fèi)的機(jī)會(huì)，提高小麥氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力[20，40]。與普通尿素相比，基施緩控釋氮肥，有利于氮素后移，在生育后期延緩?fù)寥老鯌B(tài)氮、銨態(tài)氮的下降，維持更高的土壤無(wú)機(jī)氮水平，降低土壤氮素依存率，在滿足小麥氮素生長(zhǎng)需求的同時(shí)提高氮肥利用率，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均有不同程度的提高，進(jìn)而提高產(chǎn)量[41]。不同養(yǎng)分釋放類(lèi)型的包膜尿素對(duì)小麥生育前后期土壤養(yǎng)分的供應(yīng)存在顯著差異，硫包膜尿素能有效供應(yīng)小麥生育前期耕層土壤硝態(tài)氮需求，而樹(shù)脂包膜尿素更有利于維持小麥生育后期耕層土壤銨態(tài)氮水平[40]。樹(shù)脂包膜尿素在小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒質(zhì)量和氮肥利用率等方面的提升效果均優(yōu)于硫包膜尿素，主要原因是樹(shù)脂包膜尿素在田間條件下養(yǎng)分釋放呈“S”型曲線[19]，釋放速率較慢，更有利于防止硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失，增強(qiáng)對(duì)肥料氮的吸收利用，從而促進(jìn)小麥氮吸收量，有效提高肥料氮素利用率[41]。研究認(rèn)為在用量相同的情況下，施用緩控釋氮可比速效氮增產(chǎn)10%～20%，氮肥利用率可提高 10%～30%;在目標(biāo)產(chǎn)量相同的情況下，施用緩控釋氮用量可減少10%～40%[19，42]。但也有研究指出，基施緩控釋肥雖然基本能夠獲得與2次施用尿素相等的產(chǎn)量，但并未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和氮肥利用率的顯著提升，限制緩控釋肥肥料利用率的原因是基施單一緩釋控肥，其養(yǎng)分釋放速率很難與小麥的需肥規(guī)律一致，難以完全滿足小麥全生育期的氮素需求[38]。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，緩控釋肥一次基施難以保證達(dá)到常規(guī)尿素高產(chǎn)栽培的產(chǎn)量水平，雖然實(shí)現(xiàn)了省時(shí)省工的目的，但由于肥料成本較高，經(jīng)濟(jì)效益低下，限制了緩控釋肥的大面積推廣[43]。

2.2 緩控釋肥與尿素配施

為克服緩控釋肥高成本以及小麥生育前期養(yǎng)分供應(yīng)不足等問(wèn)題，許多學(xué)者開(kāi)展了緩控釋肥與尿素?fù)交旎┑膽?yīng)用效果研究。有研究認(rèn)為，緩控釋肥與尿素恰當(dāng)?shù)膿交毂壤瓤捎行峁┳魑锷捌诘酿B(yǎng)分需求，又能通過(guò)控釋氮肥延長(zhǎng)在作物關(guān)鍵時(shí)期的氮素供應(yīng)，相比單施尿素和緩釋氮肥，緩釋氮肥與尿素?fù)交煸谥旮?、葉面積指數(shù)、地上部干物質(zhì)積累量等方面均表現(xiàn)出促進(jìn)效應(yīng)[44-45]。緩控釋肥與尿素配施的優(yōu)勢(shì)主要在于調(diào)控小麥的分蘗生長(zhǎng)，促進(jìn)冬前有效分蘗的發(fā)生，增加成熟期穗數(shù)[36，46]。也有研究指出，緩控釋肥與尿素?fù)交鞂?dǎo)致拔節(jié)后期分蘗過(guò)多，控釋氮和土壤氮無(wú)法保證充足的氮素供應(yīng)，分蘗成穗率顯著低于尿素追施處理，但由于前期分蘗基數(shù)較大，成熟期穗數(shù)仍處于較高水平，但千粒質(zhì)量有所下降[36]。關(guān)于緩控釋肥與尿素的摻混比例，前人做了大量的研究，張敬昇等認(rèn)為，小麥穗數(shù)和產(chǎn)量與控釋氮的占比均呈拋物線關(guān)系，和常規(guī)尿素處理相比，控釋氮占總氮20%以上均能顯著提高小麥產(chǎn)量，增幅可達(dá)6%～14%，當(dāng)控釋氮肥占總氮40%時(shí)產(chǎn)量達(dá)到峰值，此時(shí)對(duì)生物量增加效果也最明顯，有利于個(gè)體和群體庫(kù)容的同步提升，提高小麥的增產(chǎn)潛力[44];董燕等研究表明，摻混 40%以上控釋氮肥能顯著提高土壤微生物生物量氮庫(kù)容，增強(qiáng)土壤氮循環(huán)的緩沖與調(diào)控性，減少氮素?fù)p失并提高氮利用率[47];張晨陽(yáng)等指出，緩釋氮肥與尿素以質(zhì)量比6 ∶4 摻混不僅提高了籽粒干物質(zhì)累積量，還能促進(jìn)花后氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)移率，促進(jìn)小麥花后物質(zhì)積累和籽粒灌漿[45];宋摯等認(rèn)為，70%不同控釋期包膜尿素與30%尿素配合基施與普通尿素2次分施相比平均可增產(chǎn)11.33%～15.80%，提高氮肥利用率14.60%～23.43%[48]。出現(xiàn)不同的研究結(jié)果可能是由不同的生態(tài)條件、土壤基礎(chǔ)條件、施氮量和緩控釋肥類(lèi)型等諸多因素導(dǎo)致的。此外，在選擇緩控釋肥與尿素的摻混比例時(shí)，肥料成本和經(jīng)濟(jì)效益也是需要重點(diǎn)考慮的因素，一般而言，緩控釋氮占總氮的比例在40%～60%之間，能夠在滿足小麥生長(zhǎng)的同時(shí)協(xié)調(diào)肥料成本與經(jīng)濟(jì)效益之間的矛盾。

2.3 不同類(lèi)型緩控釋肥配施

在當(dāng)前工業(yè)發(fā)展水平下，緩控釋肥的養(yǎng)分釋放曲線多為拋物線形、“倒L”形或“S”形，不同類(lèi)型的緩控釋肥養(yǎng)分釋放高峰可能出現(xiàn)釋放周期的前期或中后期，但都遵循單峰釋放的規(guī)律。而冬小麥在分蘗至越冬期和拔節(jié)至孕穗期共有2個(gè)氮素需求高峰，從養(yǎng)分同步的角度，單一緩控釋肥難以完全滿足小麥2個(gè)氮素需求高峰的養(yǎng)分需求，一定程度上會(huì)造成小麥前期或后期養(yǎng)分供應(yīng)不足[39]。為實(shí)現(xiàn)緩控釋肥養(yǎng)分供應(yīng)和冬小麥氮素需求的同步，有學(xué)者提出了長(zhǎng)效與短效緩控釋肥配施[49]、不同養(yǎng)分釋放特征緩控釋肥配施[38]以及包膜尿素與脲酶或硝化抑制劑配施[50]等不同緩控釋肥配施的思路。將不同類(lèi)型緩控釋肥合理配施，彌補(bǔ)了單一肥料品種在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中養(yǎng)分供應(yīng)不均衡的問(wèn)題，更容易滿足冬小麥整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求，和單施尿素相比，有效協(xié)調(diào)穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，可顯著提高產(chǎn)量[49，51]。不同類(lèi)型緩控釋肥配施在協(xié)調(diào)小麥不同生育期氮素供應(yīng)上表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，但肥料高成本的矛盾仍然是需要解決的問(wèn)題。

2.4 緩控釋肥2次分施

冬小麥生育期一般在210 d左右，緩控釋肥一次性施肥所依賴(lài)的肥料養(yǎng)分釋放受到土壤水分、溫度等因素的影響，不同區(qū)域氣候和土壤條件下的效果不穩(wěn)定，實(shí)際養(yǎng)分控釋期很難達(dá)到小麥的生育周期，在小麥生育后期易造成缺氮早衰，影響小麥后期產(chǎn)量形成。并且由于肥料成本等因素，緩控釋肥一次性施用仍存在一定爭(zhēng)議，在稻麥生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制[52]，目前已有部分學(xué)者展開(kāi)緩控釋肥基施加追施或緩控釋肥基施結(jié)合尿素追施等2次施肥技術(shù)的效果研究[53]。寧運(yùn)旺等研究認(rèn)為，基施緩釋氮肥結(jié)合拔節(jié)期追施尿素可以有效提高小麥莖蘗成穗率，減少無(wú)效分蘗的發(fā)生[54]，拔節(jié)期適當(dāng)追氮保證了小麥后期的氮素來(lái)源，提高了旗葉的葉綠素含量和凈光合速率，促進(jìn)小麥灌漿后期體內(nèi)氮素的吸收與同化，提高小麥粒質(zhì)量和產(chǎn)量[36，39]。楊雯玉等研究認(rèn)為，基施尿素、追施緩控釋肥在提高籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的同時(shí)能有效降低土壤中的硝態(tài)氮?dú)埩?，提高氮肥利用率，且在減氮30%時(shí)效果更為顯著[55]。馬泉等研究認(rèn)為，樹(shù)脂包膜或硫包膜尿素2次施用，有利于滿足小麥在2個(gè)氮素需求高峰的養(yǎng)分供應(yīng)，協(xié)調(diào)穗數(shù)和粒質(zhì)量的形成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和氮肥利用率的提升;樹(shù)脂包膜尿素與普通尿素?fù)交?次施用在實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的同時(shí)降低了肥料成本，有利于實(shí)現(xiàn)效益最大化[43，56]?？傮w而言，2次施肥技術(shù)雖然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)施肥次數(shù)的最簡(jiǎn)化，但在產(chǎn)量和效益提升方面效果顯著，相比于普通尿素施用3～4次，在很大程度上協(xié)調(diào)了簡(jiǎn)化施肥和糧食增產(chǎn)之間的矛盾。

3 緩控釋肥在小麥上施用的環(huán)境效應(yīng)

緩控釋肥除了具有省時(shí)省工、增產(chǎn)增效等優(yōu)勢(shì)之外，在緩解農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和改善耕地質(zhì)量等方面也具有很高的潛在價(jià)值，這也是其成為未來(lái)肥料發(fā)展主要趨勢(shì)的重要原因之一。合理施肥的原則是通過(guò)施肥調(diào)控將土壤中的有效養(yǎng)分含量控制在適量水平，既保證了較高產(chǎn)量又不至于引起環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[57]。速效肥料中氮素大量損失造成了嚴(yán)重的水污染、空氣污染和土壤退化等負(fù)面影響[58]。通過(guò)延緩氮素釋放，施用緩控釋肥能降低土壤中的硝化和反硝化作用，從而有效減少氨氣（NH3）和氮氧化物（NO、N2O）等含氮?dú)怏w的形成，緩解大氣污染和溫室氣體效應(yīng);此外，大量施用速效氮肥，特別是銨態(tài)或尿素態(tài)氮，會(huì)加劇土壤酸化，降低土壤有機(jī)質(zhì)含量，影響微生物的種類(lèi)和活性，限制養(yǎng)分循環(huán)，阻礙水分入滲和作物根系發(fā)育[58]。緩控釋肥一方面通過(guò)延緩氮素釋放緩解土壤pH值的快速下降，調(diào)節(jié)微生物群落豐度和穩(wěn)定性，另一方面，部分緩釋材料本身也具有調(diào)節(jié)土壤pH值、保水性和持水性等效果[59]。汪強(qiáng)等研究表明，施用緩控釋肥能避免高濃度鹽分對(duì)作物根系的危害，節(jié)約勞動(dòng)量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本;減少肥料養(yǎng)分與土壤接觸，增加局部土壤的鹽基飽和度，減少因土壤物理、化學(xué)或生物作用對(duì)氮素的固定或分解，從而提高氮效率，節(jié)約能源和資源;控制小麥籽粒內(nèi)硝酸鹽含量的積累，有利于保障食品安全;并且可使養(yǎng)分的淋溶和揮發(fā)降低到最小程度，防止多余養(yǎng)分對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染[38]。

4 緩控釋肥在小麥上應(yīng)用的局限性

4.1 肥料成本

緩控釋肥的生產(chǎn)成本一直以來(lái)都是困擾其行業(yè)發(fā)展和限制大田作物廣泛應(yīng)用的主要原因。由于緩釋材料價(jià)格、加工工藝、人工成本和產(chǎn)業(yè)規(guī)模等多方面因素的影響，緩控釋肥的價(jià)格一般是傳統(tǒng)肥料的2.5～8.0倍，目前多應(yīng)用于大棚果蔬、茶園、草坪和花卉等經(jīng)濟(jì)效益較高的產(chǎn)業(yè)中[60]。緩控釋肥在大田作物上的應(yīng)用普通農(nóng)民普遍難以接受，大面積推廣一直難以進(jìn)行[23]。因此，通過(guò)開(kāi)發(fā)來(lái)源廣泛、成本低廉、控釋性能好的緩釋材料，改進(jìn)生產(chǎn)工藝和簡(jiǎn)化制造流程，降低緩控釋肥的生產(chǎn)成本是目前研究的重點(diǎn)，進(jìn)而推動(dòng)廉價(jià)高效的緩控釋肥在大田作物上的推廣應(yīng)用[23]。

4.2 緩控釋肥的有效性和穩(wěn)定性

緩控釋肥的養(yǎng)分緩控釋性能是影響其應(yīng)用效果的決定性因素，當(dāng)前研發(fā)的緩控釋肥在實(shí)驗(yàn)室條件下基本上都能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效和穩(wěn)定的養(yǎng)分釋放。不同類(lèi)型緩控釋肥對(duì)于外界環(huán)境的耐受性主要由緩釋材料的特性和加工工藝等控制，在實(shí)際田間施用過(guò)程中，由于土壤條件（土壤類(lèi)型、pH值、微生物活性等）、溫度和降水等環(huán)境條件多變且存在顯著的年度間差異，很大程度上會(huì)影響緩控釋肥控釋周期和養(yǎng)分釋放速率[58，61-62]。另一方面，當(dāng)前的大部分緩控釋肥功能單一，其作用機(jī)制僅僅停留在養(yǎng)分緩釋的層面，并不能夠根據(jù)作物的實(shí)際養(yǎng)分需求和外界環(huán)境的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)分的控制釋放，難以實(shí)現(xiàn)與作物生長(zhǎng)需肥規(guī)律同步[26]。

4.3 緩釋材料的安全性

緩控釋肥在小麥上的應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出諸多環(huán)境效益，但是緩控釋材料對(duì)環(huán)境潛在的負(fù)面效應(yīng)也引起人們的廣泛關(guān)注。目前緩釋效果較好，價(jià)格相對(duì)便宜的緩控釋材料多為合成聚合物，但其難降解的缺點(diǎn)對(duì)環(huán)境的潛在危害較大，因此聚合物緩控釋肥的應(yīng)用還存在很大爭(zhēng)議[63]。以淀粉、木質(zhì)素和纖維素等天然高分子為原料的緩釋材料相對(duì)便宜，生物可降解，可再生，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，但存在疏水性和控釋效果差以及材料不易得等缺點(diǎn)[58]。硫包膜緩控釋肥由于硫的易降解性被認(rèn)為是比較理想的環(huán)境友好型緩控釋肥，但純硫包膜緩釋效果不佳，生產(chǎn)上廣泛采用密封劑、黏合劑、增塑劑和保護(hù)劑等改善其控釋效果，不僅增加了工藝的復(fù)雜性和成本，也增加了施用后土壤殘留的風(fēng)險(xiǎn)[1]。抑制劑型緩控釋肥由于緩釋性能好、土壤殘留低而受到一部分人的青睞，但對(duì)土壤條件敏感，且施用后可以通過(guò)降低土壤微生物多樣性和活性來(lái)影響土壤微生物系統(tǒng)和作物根系代謝，其對(duì)環(huán)境和食品安全的影響還有待進(jìn)一步研究[64]。

5 總結(jié)與展望

緩控釋肥在冬小麥上的應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出協(xié)調(diào)養(yǎng)分供應(yīng)和小麥氮素吸收，促進(jìn)增產(chǎn)增效，減少氮素?fù)p失和減輕環(huán)境污染等多方面的優(yōu)勢(shì)。但是由于緩控釋技術(shù)和政策等原因，緩控釋肥在小麥產(chǎn)業(yè)的推廣應(yīng)用還面臨很多挑戰(zhàn)，未來(lái)緩控釋肥的研究和推廣應(yīng)重點(diǎn)解決以下幾點(diǎn)問(wèn)題。

5.1 提升緩釋性能，開(kāi)發(fā)小麥專(zhuān)用緩控釋肥

開(kāi)發(fā)納米材料等新型緩控釋材料，改進(jìn)加工工藝，實(shí)現(xiàn)緩釋性能的提升和穩(wěn)定，并繼續(xù)加強(qiáng)緩控釋肥不同種類(lèi)或與速效氮組合配比的效果研究，推動(dòng)養(yǎng)分同步性高、性能穩(wěn)定、環(huán)境友好和成本廉價(jià)的小麥專(zhuān)用緩控釋肥的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

5.2 推動(dòng)緩控釋肥配套技術(shù)的研究與推廣

強(qiáng)化緩控釋肥合理施用技術(shù)以及與之配套的耕整地、播種等技術(shù)的研究，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民施用緩控釋肥的農(nóng)藝指導(dǎo)以及增產(chǎn)增效的效果宣傳，提高農(nóng)民采用緩控釋肥的積極性，促進(jìn)小麥產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增收。

5.3 完善緩控釋肥應(yīng)用評(píng)價(jià)體系

當(dāng)前我國(guó)緩控釋肥的性能檢測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)尚不健全，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)和生態(tài)效益等方面的綜合評(píng)價(jià)體系基本處于空白，迫切需要制定和完善相關(guān)的國(guó)標(biāo)和行業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化市場(chǎng)規(guī)范，以推動(dòng)緩控釋肥安全、可靠的應(yīng)用。

5.4 強(qiáng)化政策和資金扶持

加大緩控釋肥研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中的政策和資金扶持，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，降低肥料生產(chǎn)成本，推動(dòng)緩控釋肥在大田作物上的廣泛應(yīng)用。

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