緩控釋肥在冬小麥上的應(yīng)用研究進(jìn)展及展望

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)育過程中必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，長(zhǎng)期以來在農(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)量來自于氮肥的貢獻(xiàn)[4]。全球每年尿素消耗量超過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，加劇糧食安全問題[5]。此外，大量流失的氮素通過淋溶、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]等新型肥料類型的探索。其中緩控釋肥通過延緩甚至是控制養(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)用存在的問題，并對(duì)未來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]。控釋肥是緩釋肥的高級(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)品開始，在過去的幾十年里各國(guó)紛紛開始高效緩釋技術(shù)或緩釋材料及其作用機(jī)制的研究，開發(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150萬t，且每年增長(zhǎng)率超過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

緩控釋肥主要通過物理、化學(xué)或生物等方法或技術(shù)來實(shí)現(xiàn)氮素的緩釋或控釋，以實(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)過程主要是通過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，這一過程可以通過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)一步劃分為無機(jī)物包膜和有機(jī)聚合物包膜2類[26]。

常見的無機(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)過滲透作用穿過包膜，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)部壓力超過膜的承受能力時(shí)，膜殼破裂，養(yǎng)分一次性釋放出來，這一釋放機(jī)制被稱為“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]。無機(jī)物包膜材料的優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣泛，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，又要求包膜材料能夠完全降解，對(duì)土壤或環(huán)境無害[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)來源不同可分為合成聚合物和生物大分子2類。常見的合成聚合物包括聚乙烯、雙氰胺、聚烯烴、醛類、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改變養(yǎng)分釋放模式，前者主要抑制尿素的水解過程，而后者則通過抑制硝化作用來延緩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]。這一類肥料主要以醛類縮合產(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]。基于緩控釋肥的冬小麥一次性施肥技術(shù)為解決以上問題提供了重要思路[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)不足等問題，許多學(xué)者開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)后期分蘗過多，控釋氮和土壤氮無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)用過程中養(yǎng)分供應(yīng)不均衡的問題，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)埩簦岣叩世寐?，且在減氮30%時(shí)效果更為顯著[55]。馬泉等研究認(rèn)為，樹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，通過開發(fā)來源廣泛、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)際田間施用過程中，由于土壤條件（土壤類型、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，且施用后可以通過降低土壤微生物多樣性和活性來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)，未來緩控釋肥的研究和推廣應(yīng)重點(diǎn)解決以下幾點(diǎn)問題。

5.1 提升緩釋性能，開發(fā)小麥專用緩控釋肥

開發(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)的小麥專用緩控釋肥的開發(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)用過程中的政策和資金扶持，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(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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