何陽 王秀榮 陳新平

摘要 緩/控釋肥料的養(yǎng)分可以按照設(shè)定的釋放規(guī)律和釋放期緩慢或控制釋放，延長(zhǎng)植物對(duì)養(yǎng)分吸收利用的有效期，對(duì)于減少化肥施用和提高利用率至關(guān)重要。目前，緩/控釋肥料應(yīng)用的效果，以及對(duì)農(nóng)田氮素流失的防控效果的綜合性分析還較少。綜合分析了國(guó)內(nèi)15年緩/控釋肥料的田間應(yīng)用數(shù)據(jù)，從緩控釋肥料的種類及作用機(jī)理，緩/控釋肥料的應(yīng)用效果，緩/控釋肥料對(duì)農(nóng)田氮素流失的防控，以及緩/控釋肥料推廣瓶頸與建議等幾個(gè)方面，綜述了緩/控釋肥料的研究進(jìn)展及其對(duì)農(nóng)田氮素流失的防控效果，以期為緩/控釋肥料在農(nóng)田更好地推廣應(yīng)用提供支撐。

關(guān)鍵詞 緩/控釋肥料;農(nóng)田氮素流失;氮肥利用率;防控效果

中圖分類號(hào) S 158? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）21-0007-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.003

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Review of Slow/Controlled Release Fertilizer and Its Prevention and Control Effects of Farmland Nitrogen Loss

HE Yang? WANG Xiu-rong? CHEN Xin-ping2

（1. Root Biology Center / State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642;2. College of Resources and Environment， Agricultural Green Development Research Center of Yangtze River Economic Belt， Southwest University， Chongqing 400000）

Abstract The nutrients of slow/controlled release fertilizers can be released slowly or controlled according to the given release pattern and period. Slow/controlled release fertilizers can prolong the effective period of nutrient absorption and utilization by plants， which is very important to reduce the application of chemical fertilizers and improve fertilizer use efficiency. At present， the comprehensive analysis of the slow/controlled release fertilizers on the application effects and prevention and control effects of nitrogen loss is seldom reported in farmland. This paper comprehensively analyzed the field application data of slow/controlled-release fertilizers in China for 15 years， and summarized the research progress of slow/controlled-release fertilizers and their prevention and control effects on nitrogen loss in farmland from the following several aspects， classification and nutrient release mechanisms， application effects， prevention and control of nitrogen loss in farmland， and bottlenecks and suggestions for promotion of slow/controlled-release fertilizers. The aim of the current review was to provide the support for the better application of slow/controlled release fertilizers in farmland.

Key words Slow/controlled release fertilizer;Nitrogen loss in farmland;Nitrogen use efficiency;Prevention and control effect

基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32072668）。

作者簡(jiǎn)介 何陽（1982—），男，陜西漢中人，碩士，從事作物養(yǎng)分管理研究。

*通信作者，研究員，博士，博士生導(dǎo)師，從事植物營(yíng)養(yǎng)生理、植物營(yíng)養(yǎng)遺傳和根系生物學(xué)研究。

收稿日期 2021-03-16

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2002—2018年我國(guó)化肥平均年產(chǎn)量中，氮肥和磷酸鹽類肥料產(chǎn)量均為世界第一，鉀肥產(chǎn)量位居第四位。同時(shí)，我國(guó)平均年農(nóng)業(yè)用肥量為世界第一。然而，由于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料選擇不當(dāng)、養(yǎng)分配比不平衡、施肥技術(shù)落后等原因造成氮肥和磷肥利用率低[1-3]。每年農(nóng)業(yè)施用的氮肥通過淋洗和徑流等途徑損失超過1 000萬t，相當(dāng)于超過2 000萬t尿素，直接經(jīng)濟(jì)損失400多億元，不僅對(duì)環(huán)境造成極大威脅，而且造成能源與資源的巨大浪費(fèi)[4]。如何提高氮肥利用效率，減少氮素淋洗和徑流等損失是我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求[5]。而緩/控釋肥料的應(yīng)用可以提高肥料利用率，減少肥料施用量，同時(shí)降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，緩/控釋肥料成為肥料研究和應(yīng)用的趨勢(shì)。

1 緩/控釋肥料的種類及作用機(jī)理

廣義上，緩/控釋肥料是指營(yíng)養(yǎng)釋放速度相對(duì)遲緩，釋放時(shí)間可控，釋放期較普通化肥更長(zhǎng)，且在作物生長(zhǎng)的全部時(shí)期都能滿足生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的肥料[6]。目前不同學(xué)者以及國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緩/控釋的定義有所差異。我國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T 3931—2007）把緩/控釋肥料定義：以各種調(diào)控機(jī)制使其養(yǎng)分釋放緩慢，延長(zhǎng)植物對(duì)其養(yǎng)分吸收利用的有效期，使其養(yǎng)分按照設(shè)定的釋放規(guī)律和釋放期緩慢或控制釋放的肥料。

控釋肥料通過采用各種高分子化合物進(jìn)行包膜處理，在常規(guī)肥料顆粒表面形成一種薄膜，對(duì)化肥的水溶性進(jìn)行嚴(yán)格阻控，有效地抑制了肥料養(yǎng)分的釋放，使肥料養(yǎng)分釋放時(shí)間和強(qiáng)度與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律相吻合（或基本吻合）[5]?？蒯尫柿系酿B(yǎng)分供應(yīng)速度由包膜的厚度和環(huán)境溫度控制，其中，溫度是主要因素[7]。

緩釋肥料通過包膜、物理吸附、化學(xué)反應(yīng)等方式使養(yǎng)分在土壤中緩慢釋放，延長(zhǎng)肥料在土壤中的有效期。不同于控釋肥料，緩釋肥的包裹膜通常由一種或多種枸溶性或微溶性無機(jī)肥料、無機(jī)化合物或礦物構(gòu)成。由于水溶性肥料被非水溶性肥料或微溶性化合物所包裹，在土壤中能在一段時(shí)間內(nèi)緩慢釋放供植物持續(xù)吸收利用[8]。將肥料經(jīng)一定的工藝處理，吸附到載體上，當(dāng)緩釋肥料施入土壤后，其在土壤中緩慢地從載體上解析，達(dá)到緩釋作用[9]。尿素與醛類在一定條件下反應(yīng)可制得有機(jī)微溶性緩釋肥料，主要包括脲甲醛（MU）、異丁叉二脲（IBDU）、丁烯叉二脲（CDU）[10-11]。該類緩釋肥料施入土壤后，在土壤微生物、土壤溫度和濕度等因素作用下，緩慢釋放氮素[12-14]。穩(wěn)定性肥料是指經(jīng)過一定工藝加入脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑，施入土壤后能通過脲酶抑制劑抑制尿素的水解，和（或）通過硝化抑制劑減緩銨態(tài)氮的硝化，使肥效期得到延長(zhǎng)的一類含氮肥料，從功能上可視為緩釋肥料[7，15]。土壤脲酶抑制劑是對(duì)土壤脲酶活性有抑制作用的化合物或元素[16]。脲酶抑制劑有氫醌、N-丁基硫代磷酰三胺、鄰苯基磷酰二胺、硫代磷酰三胺等[17]。

2 緩/控釋肥料的應(yīng)用效果

以“緩釋肥”“控釋肥”“產(chǎn)量”為關(guān)鍵詞，在知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索2009年8月—2020年8月發(fā)表的文章，最終收集到包含緩/控釋肥料施肥和常規(guī)肥料處理，且同時(shí)具有產(chǎn)量等指標(biāo)的有效文獻(xiàn)共計(jì)337篇。由圖1、2可知，關(guān)于緩/控釋肥料的應(yīng)用研究主要集中在糧食作物，共計(jì)225篇，占所有研究文獻(xiàn)的67%，其次為蔬菜作物。在糧食作物中，研究主要集中在水稻上，共計(jì)102篇，占緩/控釋肥料應(yīng)用在糧食作物研究文獻(xiàn)的45%。

2.1 緩/控釋肥料提高作物產(chǎn)量

以“緩釋肥”“控釋肥”“水稻”作為關(guān)鍵詞，在知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索2006—2020年的發(fā)表文章，收集到包含種植戶習(xí)慣施肥（常規(guī)肥料）和緩/控釋肥料處理，且含有施氮量、產(chǎn)量、氮肥利用率等測(cè)定指標(biāo)的有效文章共計(jì)50篇。隨后，整理出69組種植戶習(xí)慣施肥（常規(guī)肥料）處理與施用緩/控釋肥料處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)集，并細(xì)分為等氮量數(shù)據(jù)集（27組）和減氮量數(shù)據(jù)集（48組）。由圖3可知，在等氮量條件下，施用緩/控釋肥料的水稻產(chǎn)量為8.77 t/hm 而施用常規(guī)肥料的水稻產(chǎn)量為8.42 t/hm2。總體上，緩/控釋肥料與常規(guī)肥料相比，水稻產(chǎn)量無顯著差異。但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量大于平均值203.6 kg/hm2時(shí)，緩/控釋肥料與常規(guī)肥料對(duì)產(chǎn)量的影響差異顯著，施用緩/控釋肥料的水稻產(chǎn)量從8.21 t/hm2提高到8.96 t/hm 增產(chǎn)幅度達(dá)9.14%。

研究表明，蘋果、葡萄、蜜柚和柑橘等果樹上施用緩/控釋肥后，產(chǎn)量均有不同程度的提高，增產(chǎn)幅度分別為4.55%～25.13%[18-20]、7.2%～14.5%[21]、4.76%[22]、12%～26%[23]。緩/控釋肥料能夠提高作物產(chǎn)量，減少施肥次數(shù)，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。在同等氮素施肥量的前提下，大白菜底肥一次性施用包膜控釋肥料與施用傳統(tǒng)復(fù)合肥2次（底肥、蓮座期）相比，單株結(jié)球質(zhì)量增加了0.42 kg，產(chǎn)量提高了419%[24]。

2.2 緩/控釋肥料提高氮肥利用率

緩/控釋肥在增產(chǎn)的同時(shí)，也提高了水稻的氮肥利用效率[25]。在等氮量條件下，與常規(guī)肥料的氮肥利用率30.1%相比，緩/控釋肥料處理提高到44.4%。這與符建榮[25]在日本水稻上的研究結(jié)果基本一致。與傳統(tǒng)氮肥相比，等氮量施用樹脂包膜類控釋氮肥后，水稻產(chǎn)量顯著增加4.0%～9.2%，氮肥利用率由20.9%～311%提高到34.0%～37.4%。

相較于水稻種植而言，蔬菜種植具有高施肥量、高復(fù)種指數(shù)、高經(jīng)濟(jì)效益、高頻度農(nóng)事操作等特點(diǎn)[26]。在華南地區(qū)蔬菜種植體系中，氮肥利用率僅為18.4%～20.6%[27]。在五月蔓油菜盆栽試驗(yàn)中，每盆基施等量氮素（1.80 g），施用包膜尿素與尿素相比，地上部鮮重增加35.99%，氮肥利用率由41.05%提高到58.59%[28]。

2.3 緩/控釋肥料減少肥料施用量

施用緩/控釋氮肥是減少化肥施用量的重要舉措[29]。一定程度上減少緩/控釋肥料用量，不會(huì)降低水稻產(chǎn)量，同時(shí)，可以提高肥料利用率，減少氮素流失。在減施氮肥17.9%的條件下，與傳統(tǒng)肥料相比，施用緩/控釋肥料后水稻產(chǎn)量基本持平（圖4）。

在其他糧食作物上減量施用緩/控釋肥料，同樣可以在不降低作物產(chǎn)量的同時(shí)，提高肥料利用率，減少氮素流失。在華北地區(qū)小麥常規(guī)肥料施氮量為315 kg/hm 而通過控釋肥減量20%方式，小麥地上部吸氮量顯著增加，周年產(chǎn)量提高4.8%[30]。在果樹上，與常規(guī)肥料相比，減量20%施用控釋肥后，蘋果產(chǎn)量增加7.17%[18]，杏產(chǎn)量基本持平[31]。

綜上所述，通過緩/控釋肥料的應(yīng)用，等施氮量的條件下，與施用常規(guī)肥料相比氮肥利用率極顯著增加;在一定程度上減少施氮量的情況下，與施用常規(guī)肥料相比產(chǎn)量增加或持平。因此，緩/控釋肥料的應(yīng)用，可以提高氮肥利用率，減少氮肥施用量，從而減少了氮素流失，降低了因化肥過量施用對(duì)環(huán)境造成的污染[32-33]。

3 緩/控釋肥料農(nóng)田氮素流失的防控

3.1 農(nóng)田氮素流失及其危害

我國(guó)化肥年施用量高達(dá)5 984.1萬t，單位耕地面積的化肥施用量達(dá)446.12 kg/hm 遠(yuǎn)高于國(guó)際認(rèn)定的225 kg/hm2的安全上限[29]。目前主要糧食作物的氮肥利用率平均為27.5%[34-35]，較低的利用率造成資源浪費(fèi)。《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，我國(guó)農(nóng)業(yè)總氮（TN）的排放量為270.46萬t，占總排放量的57.2%。其中全國(guó)種植業(yè)總氮流失量為159.78萬t，占農(nóng)業(yè)總排放量的59.1%。農(nóng)田氮素流失是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源[36-37]。部分未被植株吸收利用的氮素通過淋洗和徑流進(jìn)入江河湖泊，導(dǎo)致水質(zhì)嚴(yán)重惡化，造成環(huán)境污染[38]。由此可見，過量施肥和肥料利用率低，加劇農(nóng)田氮素的流失，不但增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本[39]。

3.2 農(nóng)田氮素流失主要途徑

農(nóng)田氮素流失的2種基本途徑是淋溶損失和地表徑流[40]。影響氮素淋溶和徑流輸出的關(guān)鍵因素主要包括降雨強(qiáng)度、灌溉量、坡度、覆蓋度、肥料種類以及肥料用量等。降雨會(huì)影響氮素流失中總氮、銨態(tài)氮和有機(jī)氮組分，如果在氮肥施用后20 d內(nèi)發(fā)生降雨將會(huì)顯著增加稻田氮素?fù)p失[41]。旱地降雨地表徑流含有大量的泥沙負(fù)荷，而泥沙顆粒物會(huì)富集大量的氮素養(yǎng)分[42]。不同形態(tài)氮和泥沙的平均流失率隨著降雨強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加[43]。除降雨外，灌溉量也是影響氮素流失的關(guān)鍵因素。研究表明不同稻田水分管理能顯著影響稻田的氮素?fù)p失。干濕交替灌溉與常規(guī)淹水相比，大幅降低41.9%的田間灌溉量和57.9%的徑流量，進(jìn)而總氮（TN）和銨態(tài)氮（NH4-N）徑流流失量分別降低52.6%和51.8%，同時(shí)降低了14.2%的滲漏水量和94%的總氮（TN）淋失量[44-45]。坡度和植被覆蓋度主要影響徑流強(qiáng)度和次數(shù)。在一定坡度范圍內(nèi)，坡耕地的次降雨地表徑流量和徑流侵蝕模數(shù)，隨著坡度的增大而增加[46]。董月群等[47]研究表明，植被覆蓋可以減小坡面25%～70%徑流的產(chǎn)生，降低40%～90%泥沙的產(chǎn)生。劉彬彬[48]研究表明，3種不同牧草與玉米覆蓋比較，平均徑流中總氮流失量、平均泥沙中總氮流失量、平均氮素總流失量分別降低30.63%、20.19%、22.66%。

3.3 緩/控釋肥料防控農(nóng)田氮素流失

肥料的選擇和施用同樣是影響氮素流失的重要因素。施用緩/控釋肥料顯著降低了氮素流失量[37]。侯朋福等[49]通過3年的定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，等氮量施用不同肥料，在稻田徑流易發(fā)期，緩/控釋肥料氮素流失量低于常規(guī)肥料。葉玉適等[44-45]研究表明，在等氮量處理下，控釋BB肥（Bulk Blending Fertilizer）和樹脂包膜尿素較常規(guī)尿素田面水總氮（TN）平均濃度分別降低246%和78.3%，總氮（TN）徑流流失量分別降低29.4%和328%;同時(shí)，水稻全生育期滲漏水總氮（TN）平均濃度分別降低10.2%和43.3%，總氮（TN）淋失量分別降低26.1%和395%。在旱地作物玉米試驗(yàn)中，相對(duì)于常規(guī)復(fù)合肥處理，等量控釋復(fù)合肥處理氮素的總流失量降低了26.3%[50]。施肥量越大流失量越大[51]。司友斌等[52]研究表明，地表氮素流失量與施氮量密切相關(guān)，在一定施氮量的基礎(chǔ)上每增施1 kg/hm 通過徑流損失的氮素就會(huì)增加0.56～0.72 kg/hm2。施用緩/控釋肥料是減少化肥施用量的重要舉措[29]。研究表明，與常規(guī)氮肥相比，緩/控釋肥料氮肥利用率高，在施氮量減少30%～40%，可以實(shí)現(xiàn)水稻穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)[3 53]，同時(shí)，能夠有效降低氮素流失的風(fēng)險(xiǎn)性。

4 緩/控釋肥料推廣瓶頸與建議

4.1 緩/控釋肥料推廣瓶頸

4.1.1 緩/控釋肥料使用成本高。

緩/控釋肥料價(jià)格高是限制其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在大田作物上推廣應(yīng)用的主要因素[1]。緩/控釋肥料價(jià)格通常是普通肥料的2～8倍[54-55]，如在國(guó)外包膜控釋肥料尿素的價(jià)格為普通尿素的5～6倍[56]。緩/控釋肥料價(jià)格高主要是由于生產(chǎn)成本高、流通成本高[57]。一方面，包膜材料成本價(jià)格高，生產(chǎn)工藝要求高。另一方面，產(chǎn)品宣傳推廣和消費(fèi)者賒銷行為也是導(dǎo)致緩/控釋肥料價(jià)格過高的重要因素 [57]。

4.1.2 種植戶對(duì)緩/控釋肥料認(rèn)知不足。

種植戶對(duì)控緩釋肥料的認(rèn)知不足也是一個(gè)原因。緩/控釋肥料的應(yīng)用，不但可以增加種植戶的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也會(huì)創(chuàng)造環(huán)境效益。從種植戶利益出發(fā)，緩/控釋肥料可以提高作物產(chǎn)量，減少人工成本[20，24]，提升作物品質(zhì)[19，58]。從降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)，緩/控釋肥料能夠減緩或控制養(yǎng)分的釋放，提高肥料利用率，減少肥料的淋洗等損失，緩解對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[59]。但種植戶往往通過增加施肥量來保證自身利益的最大化，并不會(huì)考慮環(huán)境效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，83.3%的農(nóng)戶認(rèn)為大量施肥對(duì)環(huán)境沒有影響[60]。種植戶對(duì)于緩/控釋肥料等新型肥料，接受認(rèn)可程度較低[57]。

4.2 緩/控釋肥料推廣建議

4.2.1 降低緩/控釋肥料的使用成本。

如何降低肥料成本是緩/控釋肥料推廣和應(yīng)用遇到的首要問題。在緩/控釋肥料的生產(chǎn)、流通、施用過程中，各環(huán)節(jié)承載的主體不同，面臨的問題不同，但都有追求效益的目標(biāo)。首先從生產(chǎn)環(huán)節(jié)，肥料生產(chǎn)商應(yīng)從包膜材料選擇入手，選擇更廉價(jià)、環(huán)境友好的包膜材料，改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，減少與傳統(tǒng)肥料的價(jià)格差距。其次，在整個(gè)鏈條中，政府部門需要發(fā)揮政策引導(dǎo)和財(cái)政補(bǔ)貼的作用。對(duì)緩/控釋肥料的生產(chǎn)企業(yè)、流通企業(yè)給予一定的優(yōu)惠政策或補(bǔ)貼。政府部門可以引導(dǎo)和鼓勵(lì)各個(gè)環(huán)節(jié)的主體都參與，采取“企業(yè)讓一點(diǎn)，政府補(bǔ)一點(diǎn)，種植戶出一點(diǎn)”的模式，降低緩/控釋肥料的使用成本。與此同時(shí)，當(dāng)緩/控釋肥料應(yīng)用達(dá)到一定面積，肥料的需求量達(dá)到一定量級(jí)，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定程度，也能夠相應(yīng)地降低種植戶的使用成本。

4.2.2 推廣和宣傳緩/控釋肥料。

企業(yè)和政府相關(guān)部門可以通過組織培訓(xùn)，讓農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和種植戶學(xué)習(xí)緩/控釋肥料的相關(guān)知識(shí)和施肥技術(shù)，了解緩/控釋肥料帶來的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。讓種植戶明白，他們本身既是過量施肥的受害者，又是積極行動(dòng)的受益者，從而攜手共同防治和管控農(nóng)業(yè)面源污染[61]。在提高緩/控釋肥料認(rèn)知的同時(shí)，需要充分考慮當(dāng)?shù)赝寥罓顩r、作物需肥規(guī)律、種植戶用肥習(xí)慣等因素，設(shè)計(jì)、布局和示范，摸索最佳的緩/控釋肥施用方法和用量，讓種植戶實(shí)實(shí)在在體驗(yàn)和感受到緩/控釋肥料帶來的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。

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