朱炳成，宋柏權(quán)

(黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院/國家糖料改良中心，哈爾濱 150080)

0 引言

化肥工業(yè)的快速發(fā)展極大地推動了我國農(nóng)業(yè)種植水平的提高，糧食產(chǎn)量逐年穩(wěn)步提高，對保障國家糧食安全起到至關(guān)重要的作用[1]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，化肥投入約占農(nóng)民進行種植業(yè)生產(chǎn)總投入的50%左右，發(fā)展中國家糧食增產(chǎn)中50%來自于化肥的作用[2]。我國當(dāng)季肥料利用率低于世界平均水平，特別是磷肥的利用率僅為10%～20%[3]。同時，化學(xué)肥料的大量投入導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、土壤硬化和環(huán)境污染等問題，嚴(yán)重影響我國綠色、有機、生態(tài)環(huán)保的可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展[4,5]。緩/控釋肥料因具有改善土壤結(jié)構(gòu)、提升作物品質(zhì)、提高肥料利用率等特點而備受關(guān)注，是發(fā)展“綠色和生態(tài)農(nóng)業(yè)”的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景[6]。本文闡述了緩/控釋肥料的作用機制及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了緩/控釋肥料在甘蔗、甜菜、糖用高粱等糖料作物中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對今后緩/控釋肥料在糖料作物應(yīng)用上的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 我國緩/控釋肥料的研究現(xiàn)狀

1.1 緩/控釋肥料的概念及釋放機制

土壤固定以及養(yǎng)分淋失的原因?qū)е路柿橡B(yǎng)分釋放速率與植物養(yǎng)分吸收速率不吻合[7]。為了解決這一現(xiàn)象，提高作物的肥料利用率，20世紀(jì)初提出了緩釋肥料的概念。1955年，微溶性脲醛化合物(UF)商品化合成，緩釋肥料才真正意義上用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[8]。緩/控釋肥料的種類也在逐漸發(fā)展增加，目前我國的緩/控釋肥料根據(jù)養(yǎng)分釋放機理、制備方法和制備工藝的差別分為物理阻礙型、化學(xué)合成型和生化抑制型3類[9]。其中以物理阻礙型應(yīng)用最為廣泛，普遍為包膜型緩釋肥。由于緩/控釋肥料養(yǎng)分的機制與肥料自身有關(guān)，因此對于其釋放機理和模型研究眾多，而被普遍認(rèn)可的是以下兩種釋放機理[10]：

(1)破裂機制：水分進入肥料內(nèi)部后溶解肥料核芯，引起膜內(nèi)外壓差，由于包膜層無法承受改壓力從而導(dǎo)致膜層破裂，肥料養(yǎng)分快速釋放。破裂機制主要適用于脆而無彈性的包膜緩釋肥，尤以無機包膜肥料最為典型。

(2)擴散機制：當(dāng)包膜緩釋肥料置于土壤中時，水分首先透過包膜層抵達(dá)包膜核心，進入包膜核心的水分溶解了肥料養(yǎng)分，然后在膜內(nèi)外濃度差的推動下，肥料養(yǎng)分開始向膜外滲透。擴散機制主要適用于包膜層不易破損、損壞包膜緩釋肥，尤以聚合物包膜肥料最為典型。

1.2 緩/控釋肥料在我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的緩/控釋肥料的研發(fā)歷史可以追溯到上世紀(jì)80年代，從小作坊到規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。緩/控釋磷肥的登記、農(nóng)用緩/控釋肥料標(biāo)識要求、生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程、有效性評價以及市場監(jiān)管、生物安全準(zhǔn)則等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也逐步完善，生產(chǎn)緩/控釋肥料的企業(yè)數(shù)量不斷增加。我國緩/控釋肥料使用量增長迅速，但與普通化肥的使用量相比仍存在較大差距，緩/控釋肥料普及程度不足。緩/控釋肥料市場價位較高且產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，緩釋包膜材料種類繁多，加之農(nóng)民對緩/控釋肥料缺乏了解，在施用過程中操作不科學(xué)易導(dǎo)致效果不佳，從而影響了緩/控釋肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的推廣。

2 緩/控釋肥料在糖料作物上的研究進展

過量施用化肥會造成生態(tài)環(huán)境污染以及人力物力的極大浪費，嚴(yán)重威脅到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大力推廣高效的緩/控釋肥料是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的必然要求。根據(jù)目前的研究報道顯示，在我國主要糖料作物中均已不同程度地施用緩/控釋肥料，并取得了一定的成果[11]，本文就緩/控釋肥料在甘蔗、甜菜和糖用高粱等糖料作物中的應(yīng)用進展進行簡要分析、總結(jié)。

2.1 緩/控釋肥料在甘蔗上的研究進展

甘蔗是我國重要的糖料作物，在南方熱帶亞熱帶地區(qū)廣泛種植。甘蔗的生長期較長，需肥量大，對氮肥的需求較為均衡，磷、鉀肥的吸收利用主要集中在前中期。為提高甘蔗產(chǎn)量，化肥的使用量逐年遞增，但增產(chǎn)效應(yīng)卻逐年降低[12]。化肥的不合理施用帶來了環(huán)境污染、土壤肥力退化，人力物力浪費等問題，通過緩/控釋肥料的施用可顯著改善這些問題。李松等[13]研究表明緩釋肥的合理施用可促進甘蔗生長，提高單位面積產(chǎn)量。廖青等[14]經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，施用適當(dāng)?shù)木忈尫首鳛樽贩?，肥料的肥效更持久并且肥料釋放的養(yǎng)分與甘蔗生長期所需養(yǎng)分曲線相契合，能持續(xù)提供甘蔗生長后期所需養(yǎng)分，甘蔗生長較好，株高和莖徑增加，起到了一定的增產(chǎn)效果。盧文等[15]試驗結(jié)果表明，甘蔗一次性施用緩釋肥能夠比常規(guī)施肥減少1～2次，有效地節(jié)省了勞動力成本，提高了肥料利用率，實現(xiàn)了節(jié)本增效。Zhigan Zhao等[16]研究表明，通過模擬甘蔗氮吸收模式，從氣候、季節(jié)條件以及作物品種三方面的模擬影響，為研發(fā)契合甘蔗氮素吸收的包膜尿素提供了理論依據(jù)。

2.2 緩/控釋肥料在甜菜上的研究進展

甜菜是藜科甜菜屬二年生草本植物，在我國主要種植于黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆等地，是我國第二大糖料作物。目前甜菜種植過程中施用化肥不當(dāng)?shù)膯栴}日益突出，如氮、磷、鉀肥比例失衡，欠缺微量元素補充等[17]。隨著緩/控釋磷肥的發(fā)展與應(yīng)用，一定程度地緩解了以上問題，并在實際生產(chǎn)中取得了一些效果。劉娜等[18]研究表明，施用緩釋肥能夠顯著提高甜菜生育后期干物質(zhì)量和塊根產(chǎn)量，契合甜菜生育周期的釋放曲線有效地減少了甜菜因氮素過量引起的葉片徒長以及因氮素缺失而導(dǎo)致的褐斑病等病害。BiplobK. Saha等[19]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，無論土壤類型如何，與單獨施用尿素相比，緩釋褐煤尿素(BCU)顯著提高了肥料中氮的可用性和甜菜的對氮素地吸收，減少了29%的N2O排放和36%的NH3排放。此外，施用緩釋褐煤尿素肥料顯著提高了土壤中潛在的可礦化氮和有機碳含量，提高甜菜氮利用率和產(chǎn)量。高誼等[20]的試驗結(jié)果表明，施用控釋肥對甜菜具有明顯的增產(chǎn)作用，在甜菜的整個生長發(fā)育期，其葉片均表現(xiàn)為綠色或深綠色，中后期無脫肥現(xiàn)象?？蒯尫实暮侠硎┯媚軌蛞淮涡詽M足甜菜正常生長的養(yǎng)分需求，避免追肥造成的人力物力資源的浪費。

2.3 緩/控釋肥料在其他糖料作物上的研究進展

甜葉菊是菊科甜葉菊屬多年生草本植物，葉含菊糖苷6～12%，是一種低熱量、高甜度的天然甜味劑，是食品及藥品工業(yè)的重要原料。目前甜葉菊已經(jīng)成為我國除甘蔗、甜菜外的第三大糖料作物[21]。Martha等[22]研究發(fā)現(xiàn)，緩釋肥的施用保障了甜葉菊的農(nóng)藝性狀的同時減輕了環(huán)境污染，提高了甜葉菊的株高、莖粗、干重和產(chǎn)量以及植物對氮素的吸收效率。Mona H. M. Mohammed等[23]得出，腐殖酸緩釋復(fù)合肥能夠有效地提高甜葉菊的株高、枝葉數(shù)、單株總干重、葉片干重、全氮、全磷、全鉀和總糖含量以及葉綠素含量。

糖用高粱，亦稱“甜蘆粟”、“甜高粱”，分甜高粱和高粱蔗兩類品種。植株高大繁茂，生育期較長，莖稈多汁，一般含蔗糖8%～11%，中國南北均有種植[24]。緩/控釋磷肥的施用可促進糖用高粱生長、提高產(chǎn)量并改善品質(zhì)。陳秀香等[25]經(jīng)過試驗得出，緩/控釋肥用于底肥，一次性基施可滿足甜高粱整個生長期對營養(yǎng)的要求，達(dá)到化肥減量施用的目的。Katinka X. Ruthrof等[26]的試驗表明，施用緩釋肥顯著地增加了高粱的生物量，有效地減少了降雨等環(huán)境因素造成的肥料浸出，并對作物本身的鎘(Cd)等重金屬元素有一定的抑制作用。Józef Sowiński等[27]經(jīng)過三年的田間試驗發(fā)現(xiàn)，90 kg/hm2N的聚合物包膜尿素能夠有效地提高甜高粱的生物量及產(chǎn)量，并且對硝酸鹽污染起到了抑制作用。

3 展望

在當(dāng)前國家要求發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的背景下，緩/控釋肥料具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，我國緩/控釋肥料的生產(chǎn)存在企業(yè)管理不規(guī)范、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)需提高等問題。通過采用現(xiàn)代化企業(yè)管理、創(chuàng)制研發(fā)先進技術(shù)設(shè)備，提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品工藝條件及相關(guān)流程等，研發(fā)出更多高品質(zhì)的緩/控釋肥料。未來，隨著我國緩/控釋肥料的大力推廣和使用，緩/控釋肥料企業(yè)的不斷壯大與發(fā)展，必將能夠在糖料作物生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。針對不同糖料作物，在不同生長條件下進行具體緩/控釋肥料的生產(chǎn)應(yīng)用將會大大提高糖料作物的肥料利用水平，促進糖料作物高效優(yōu)質(zhì)栽培。