緩控釋肥在青貯玉米生產(chǎn)上的應用研究進展

楊錦越，趙曉燕，沈建華，任 洪，祝云芳，王 偉

(貴州省農(nóng)業(yè)科學院 旱糧研究所，貴州 貴陽 550006)

施肥是提高青貯玉米生物產(chǎn)量的重要措施之一，我國青貯玉米種植長期存在著“肥料施用量高、種植密度低、機械化程度低、生物產(chǎn)量低和人工成本高”的問題。其中，肥料的大量施用，盡管提高了青貯玉米的生物產(chǎn)量，但植株不能吸收的養(yǎng)分易通過揮發(fā)、徑流和淋洗流失，既浪費了肥料、增加了成本，又污染了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[1-2]。劉兆輝等[3]研究表明，與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥方式相比，一次性基施緩控釋肥可以顯著減少農(nóng)田氨揮發(fā)18.1%～81.3%，氧化亞氮排放22.4%～73.4%，氮素淋溶0%～53.0%和徑流損失0%～43.2%。因此，采用緩控釋肥一次性施肥技術(shù)是實現(xiàn)化肥零增長，提高肥料利用率，促進青貯玉米增產(chǎn)增效的重要措施。另外，隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，大量農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，省工省力、節(jié)本增效和機械化作業(yè)已成為當前青貯玉米種植的主要趨勢。近年來，各地生產(chǎn)實踐均表明[4-8]，緩控釋肥的推廣應用不僅減少了施肥的次數(shù)，降低了施肥勞動強度，還提高了肥料的利用率和農(nóng)戶種植的積極性，更易實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益同步提高。已有研究表明，緩控釋肥在小麥[9]、水稻[10]、煙草[11]、水果[12]、蔬菜[13]等作物上都具有提質(zhì)增效的作用。為青貯玉米高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)合理施用緩控釋肥提供參考依據(jù)，筆者對我國青貯玉米生產(chǎn)施用緩控釋肥的生長、增產(chǎn)效果與土壤環(huán)境的影響及存在的問題進行了綜述，展望了未來的研究重點。

1 緩控釋肥概念及養(yǎng)分釋放原理

從廣義上講，緩控釋肥料是采用一定的物理、化學和生物等工藝手段制成的養(yǎng)分釋放較傳統(tǒng)肥料緩慢的一類肥料，主要是解決傳統(tǒng)化學肥料高水溶性和速效性導致的養(yǎng)分釋放難以和作物各生育時期養(yǎng)分吸收相互協(xié)調(diào)的問題[14]。從狹義上講，緩釋肥和控釋肥的含義不同。緩釋肥是指緩慢釋放養(yǎng)分的化學肥料，即施入土壤后，肥料中的養(yǎng)分釋放速率遠小于傳統(tǒng)速溶性肥料的釋放速率，使作物整個生長期都能緩慢吸收化學養(yǎng)分[15]?？蒯尫适侵覆捎脤ι锖突瘜W作用等因素不敏感的聚合物包膜的化學肥料，通過各種調(diào)控機制使肥料中養(yǎng)分釋放按照設定的釋放模式(釋放數(shù)量和釋放時間)與作物各生育期吸收養(yǎng)分的規(guī)律相一致[16]。在術(shù)語使用上，目前控釋肥和緩釋肥國內(nèi)外并存使用，但使用緩控釋肥料的較多；在技術(shù)方面，控釋肥是緩釋肥的高級形式[17]。

緩控釋肥是通過采用高科技手段制成的高分子樹脂，均勻的包膜在復合肥料或單質(zhì)肥料上，形成一層有小孔的外殼，控制養(yǎng)分的緩慢釋放[18]。當緩控釋肥施入土壤后，一方面土壤水分通過包膜外殼上的小孔緩慢溶解養(yǎng)分，使養(yǎng)分從膜孔釋放出來。養(yǎng)分釋放的速率與氣溫有關(guān)。當氣溫降低時，作物生長緩慢，養(yǎng)分需求較少，養(yǎng)分的釋放速率降低；反之，氣溫升高，作物生長加快，養(yǎng)分需求較多，養(yǎng)分的釋放速率加快[19]。另一方面作物需求養(yǎng)分多時，肥料顆粒膜內(nèi)側(cè)養(yǎng)分濃度增大，外側(cè)養(yǎng)分濃度減小，造成膜內(nèi)外濃度差增大，養(yǎng)分釋放速率隨之加快，從而使養(yǎng)分釋放速率與作物各生育時期需肥規(guī)律相一致，使作物充分吸收養(yǎng)分，提高肥料利用率[20]。

2 緩控釋肥對青貯玉米生長的影響

施肥方式、施肥種類和施肥量對作物生長均有重要影響[21-26]。緩控釋肥作為一種新型肥料，與等養(yǎng)分量的其他化肥相比，除了省時省工之外，對玉米株高、莖粗、葉面積、葉綠素含量和根系等農(nóng)藝性狀指標的影響不盡相同。王忠美等[27]研究表明，緩釋氮復合肥施入量為150 kg/hm2、緩釋成分比例為20%時，較傳統(tǒng)施肥，能顯著提高青貯玉米的株高和莖粗，有利于實現(xiàn)高產(chǎn)；趙霞等[28]研究表明，施用緩控施肥的青貯玉米株高、葉面積指數(shù)和根條數(shù)都高于施用一般肥料的。馬磊等[29]研究發(fā)現(xiàn)，緩控釋肥可以顯著降低青貯玉米的莖葉比，從而提高營養(yǎng)物質(zhì)含量，增加適口性，有利于提高品質(zhì)，同時，當緩釋氮的施用以施氮量150 kg/hm2時，顯著提高了青貯玉米的SPAD值，增強了葉片的光合能力。由此可見，適量的緩控釋肥對青貯玉米的生長有一定的促進作用，使其更加容易實現(xiàn)高產(chǎn)和提高品質(zhì)。

3 緩控釋肥對青貯玉米產(chǎn)量的影響

肥料對提高作物產(chǎn)量具有重要的作用[30]。在一定的施肥范圍內(nèi)，隨著施肥量的增加可以顯著增加青貯玉米的生物產(chǎn)量，但超過一定范圍或者施肥量不足均會導致產(chǎn)量下降[31]。王忠美等[27]研究表明，緩控釋肥可提高青貯玉米的產(chǎn)量，當按150 kg/hm2施緩釋比例為30%的復合肥時，鮮草產(chǎn)量可達104 680 kg/hm2，較傳統(tǒng)化學肥料一次施入和分次施入分別增加10.14%和5.97%。馬磊等[29]通過比較施速效氮、緩釋氮與施氮量的研究得出，不同緩釋肥比例對青貯玉米產(chǎn)量影響差異顯著，其中，以施緩釋比例為30%的緩釋氮肥120 kg/hm2的產(chǎn)量最高，且較施速效氮肥省時省工。已有研究表明[32-38]，緩控釋肥的合理施用可以提高青貯玉米產(chǎn)量，不同緩控釋肥比例之間增產(chǎn)效果差異明顯。在今后的研究中，應從緩控釋肥的種類篩選、施肥方式及施肥量等方面進一步加強對青貯玉米的研究。

4 緩控釋肥對青貯玉米品質(zhì)的影響

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，畜牧業(yè)的發(fā)展對青貯玉米品質(zhì)提出了更高的要求，施肥是影響青貯玉米品質(zhì)的主要因素之一，研究緩控釋肥對青貯玉米品質(zhì)的影響具有重要的意義[39]。梁虹等[40]研究表明，當緩控釋肥的脲醛含量為40%時，青貯的營養(yǎng)品質(zhì)較好；當施用緩控釋肥的總氮量為120 kg/hm2時，玉米青貯含氮量和干物質(zhì)含量較高，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較低，有機酸含量較高，青貯品質(zhì)較好。馬磊等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在青貯玉米生長拔節(jié)期和成熟期，緩控釋肥處理(施氮量150 kg/hm2，脲醛含量20%)的全株粗蛋白含量較速效肥處理顯著提高。楊小輝等[41]研究認為含氮量相同的緩釋肥在改善青貯玉米某些飼用品質(zhì)方面優(yōu)于普通尿素，但如果青貯玉米生育期較長，緩釋氮肥在生育后期供應不及時，導致后期生長緩慢，同時青貯品質(zhì)也會受到一定影響，因此，為確保青貯玉米正常生長和品質(zhì)，建議適量增加緩控釋肥用量或根據(jù)品種特性選擇加工適宜的肥料。綜上所述，合理施用緩控釋肥可以改善和提高青貯玉米的品質(zhì)。

5 緩控釋肥對氮素吸收利用的影響

大量田間試驗表明[42-43]，合理的施用緩控釋肥可以促進作物對氮素的吸收和利用，從而提高肥料的利用率。王忠美等[27]研究發(fā)現(xiàn)，緩釋肥的農(nóng)學利用效率顯著高于速效肥一次施入和分次施入的農(nóng)學效率，同時也發(fā)現(xiàn)，緩釋比例和施用量太大均不利于提高氮素利用率，緩釋脲醛比例為20%、總氮量為150 kg/hm2時，氮素的利用效率和生理效率最高。劉萍等[44]研究表明，緩控釋肥(N∶P2O5∶K2O=25∶13∶7)較常規(guī)尿素處理的氮肥利用率提高58.25%。謝婷婷等[45]通過不同種類高效新型緩控釋肥料的研究發(fā)現(xiàn)，開磷硝基肥和自制炭基肥均能對養(yǎng)分吸收量及肥料利用率產(chǎn)生積極影響，其中，開磷硝基肥的氮肥表觀利用率提高76.29%。王曉晶等[46]通過對不同材料包膜尿素緩釋效應的研究得出，有機和無機復合包膜尿素均能夠明顯提高氮素利用率，減少肥料損失，其中，CRF-16的氮肥利用率最高，較常規(guī)尿素處理提高19.1%。趙營等[47]通過玉米盆栽試驗研究得出施用緩控釋肥可以顯著促進地上部氮、根系氮和總氮吸收量，其氮肥利用率達33.9%～39.7%，較常規(guī)施肥提高了2.4%～8.2%，同時發(fā)現(xiàn)自研制緩控釋肥在土壤中的氮素釋放天數(shù)在65 d左右，32 d前后為釋放的高峰期；而商品包膜尿素的氮素釋放高峰期在17 d前后，65 d后依然有較高的氮素釋放，可見，不同緩控釋肥的釋放周期有明顯差異，但生育前期的氮素供應都相對充足。綜上所述，適量的緩控釋肥能提高氮素利用率，由于緩控釋肥可選擇的種類較多，為了最大限度地提高肥料利用率，需根據(jù)青貯玉米苗期植株小，生長慢，對養(yǎng)分吸收少，速度慢，拔節(jié)到抽雄吐絲期生長速度快，對養(yǎng)分吸收多，開花授粉以后，吸收數(shù)量雖多，但吸收速度逐漸減慢的生長規(guī)律來選擇適宜的緩控釋肥料。

6 緩控釋肥對土壤生態(tài)環(huán)境的影響

良好的土壤生態(tài)環(huán)境是確保青貯玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要條件之一，緩控釋肥作為一種新型化學肥料，研究其對土壤環(huán)境的影響具有重要的意義。隋常玲等[48]通過硫包膜控釋肥農(nóng)用對土壤生態(tài)環(huán)境的影響評價表明，硫包膜控釋肥施入土壤后能降低土壤中硝態(tài)氮的含量，降低施氮造成的局部土壤酸化，停止施用后硫包膜控釋肥比單獨施用氮肥和硫肥能先恢復對土壤質(zhì)量產(chǎn)生的影響。BALL等[49]研究表明，緩控釋肥不僅保持了青貯牧草的產(chǎn)量，還較傳統(tǒng)的氮磷鉀肥緩解了N2O的釋放。XIA等[50]研究結(jié)果表明，一次性緩控釋肥減少了溫室氣體排放和氮素的損失，其中N2O排放減少了5.4%～39.8%，NH3排放減少了30.7%～61.5%，是確保糧食安全和改善環(huán)境可持續(xù)性，同時提高經(jīng)濟效益的有效途徑。程冬冬[51]研究結(jié)果表明，緩控釋肥殘膜本身對土壤微生物數(shù)量和酶活性未產(chǎn)生不良影響，相反殘膜的加入降低了土壤容重，增加了孔隙度，提高了土壤的透氣性，改善了土壤的物理性質(zhì)，使得土壤微生物和酶的生存環(huán)境更加適宜，對土壤微生物數(shù)量和酶活性有一定的促進作用。綜合前人研究表明，緩控釋肥的施用可為實現(xiàn)環(huán)境友好、生態(tài)適宜、高產(chǎn)高效和糧食安全的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路打下基礎。

7 緩控釋肥在青貯玉米應用上存在的問題

當前，緩控釋肥雖在青貯玉米等大田作物上得到了一定推廣應用，但在生產(chǎn)加工、銷售價格和技術(shù)推廣等方面仍然存在一些問題，主要表現(xiàn)如下：

1) 緩控釋肥市場銷售價格依然偏高。緩控釋肥是普通化肥的二次加工，因此，在生產(chǎn)流程上緩控釋肥相對于普通化肥加工工藝更加復雜，設備和技術(shù)要求也更高，導致緩控釋肥的銷售價格比普通的化學肥料要高2～6倍，這是限制緩控釋肥在大田作物廣泛推廣施用的主要因素之一。目前緩控釋肥在花卉類經(jīng)濟作物上應用得較多，在青貯玉米應用上，多數(shù)還處于理論研究和試驗階段。

2) 青貯玉米專用緩控釋肥研發(fā)較少。目前，市場上銷售的緩控釋肥類型較多，適合籽粒玉米的專用緩控釋肥已有多種，但青貯玉米生產(chǎn)要求的是生物產(chǎn)量高，淀粉含量高，纖維品質(zhì)好，持綠性好，消化率高，適口性好等，因此，肥料需求和籽粒玉米有一定的差異，同種緩控釋肥的肥效釋放速率不能同時滿足青貯玉米和籽粒玉米生長的需求。所以需要根據(jù)青貯玉米的需肥特性，結(jié)合不同地區(qū)的土壤肥力、降水量和溫度等，生產(chǎn)出釋放吸收協(xié)調(diào)、生態(tài)適應性強的不同類型的青貯玉米專用緩控釋肥料。

3) 緩控釋肥施肥技術(shù)缺乏推廣應用。受傳統(tǒng)的施肥觀念影響，農(nóng)民除了習慣施用基肥外，還普遍施用2次尿素作為追肥，因此，緩控釋肥施肥技術(shù)在青貯玉米推廣應用上存在一些困難。一方面是農(nóng)民認知度較低，認為肥效快才是好肥，緩控釋肥肥效慢，沒有速效肥效果好；另一方面是多數(shù)緩控釋肥試驗研究沒有得到大面積的推廣示范，使得廣大農(nóng)民沒有真正意識到緩控釋肥這種新型肥料在經(jīng)濟效益和生態(tài)效益方面的優(yōu)越性。

4) 緩控釋包膜肥料的試驗室研發(fā)技術(shù)難以實現(xiàn)工廠化應用。目前，國內(nèi)緩控釋肥研發(fā)技術(shù)廣、水平高，但多數(shù)處于試驗階段，缺乏大面積的示范推廣研究，導致難以實現(xiàn)工廠化、產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。另外，雖然可包膜肥料的材料廣、成本低，但包膜肥料生產(chǎn)工藝較為復雜，多數(shù)緩控釋肥目前主要側(cè)重控釋氮素養(yǎng)分，對磷、鉀等養(yǎng)分的控釋研究較少，且只強調(diào)緩釋而忽略促施。

8 展望

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快，高消耗、高投入的傳統(tǒng)施肥方式正在逐步被節(jié)本高效的緩控釋肥代替，成為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一把利劍。從加工成本、提高利用率和環(huán)保等方面考慮，未來的緩控釋肥料將植物營養(yǎng)與納米技術(shù)、包膜新材料和生化技術(shù)等有機結(jié)合，一方面能有效解決我國化肥生產(chǎn)原材料煤炭、氣體和礦石資源有限的問題，另一方面緩解化學肥料所造成的農(nóng)業(yè)生態(tài)污染的問題[52]，讓緩控釋肥變得更加科學、更加智能。因此，易加工、低成本、高利用率的資源節(jié)約和環(huán)境友好智能型緩控釋肥是未來的發(fā)展趨勢。

青貯玉米是我國重要的飼料作物之一，但生產(chǎn)方式、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)水平與發(fā)達國家相比，仍然處于初級階段，缺乏競爭力。為滿足我國青貯玉米的大規(guī)模生產(chǎn)，亟需開發(fā)一種價格相對合理，能有效與機械化結(jié)合施用，養(yǎng)分釋放模式與作物各生育時期需肥規(guī)律相一致的青貯玉米專用緩控釋肥料。相信在我國廣大科研工作者努力下，青貯玉米專用緩控釋肥將會得到大面積推廣，實現(xiàn)良種、良肥、良法與農(nóng)機農(nóng)藝的密切融合，青貯玉米生產(chǎn)也將更趨于高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和環(huán)保。