尿素緩釋肥在我國農(nóng)作物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究狀況與前景

雷海波，王勝杰，王浩迪，楊奕曼，鄭潤東，劉文

尿素緩釋肥在我國農(nóng)作物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究狀況與前景

雷海波，王勝杰，王浩迪，楊奕曼，鄭潤東，劉文通信作者

（天津農(nóng)學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，天津 300392）

尿素緩釋肥是提高氮肥利用率的一種新型肥料，是提升氮營養(yǎng)素利用率和提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要途徑。本文綜述了近幾年來尿素緩釋肥在我國糧食作物小麥、玉米、水稻和經(jīng)濟(jì)作物棉花、大豆等作物種植過程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，認(rèn)為尿素緩釋肥配施應(yīng)用于農(nóng)作物種植過程中具有明顯的減氮增收作用。同時(shí)指出尿素緩釋肥在農(nóng)作物應(yīng)用中存在的一些問題，例如關(guān)于尿素緩釋肥對(duì)作物品質(zhì)的影響、緩釋材料對(duì)環(huán)境的影響、緩釋曲線與作物營養(yǎng)需求曲線的匹配等相關(guān)問題仍缺乏研究。本研究將為今后關(guān)于尿素緩釋肥的應(yīng)用研究和廣泛推廣提供理論參考。

尿素緩釋肥；農(nóng)作物；應(yīng)用

氮素是作物生長所必需的大量營養(yǎng)元素，提高作物氮利用效率是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要目標(biāo)[1]。20世紀(jì)70年代以來，尿素被認(rèn)為是提供作物氮素營養(yǎng)的重要肥源，也是世界上使用最多的氮肥種類。但尿素施用過程中，氮素利用率不高，還對(duì)土地及環(huán)境有一定的破壞[2]。例如，在普通尿素施用過程中只有47%的氮被植物吸收，而超過40%的氮流失到土壤或水體環(huán)境中，很大程度上造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。尿素緩釋肥是能夠大幅降低氮素?fù)p失且提高作物產(chǎn)量的肥料[3-5]，是通過調(diào)控機(jī)制使氮營養(yǎng)素緩慢釋放以延長作物對(duì)氮營養(yǎng)素吸收利用有效期的肥料。在作物種植過程中施用尿素緩釋肥不但可以提高作物對(duì)氮的吸收率，減輕施肥對(duì)環(huán)境造成的污染問題，還能減少作物在整個(gè)生長期的施肥量和施肥次數(shù)。

目前，我國已經(jīng)逐步將尿素緩釋肥推廣應(yīng)用到大田作物的種植中，本文擬對(duì)尿素緩釋肥在小麥，水稻、玉米及其他一些作物種植的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)概括，對(duì)比分析尿素緩釋肥與普通尿素的肥效差異，旨在為肥料研究與合理利用提供參考。

1 尿素緩釋肥在農(nóng)作物生產(chǎn)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

我國目前還是以增加糧食產(chǎn)量為主要任務(wù)，因此尿素緩釋肥在大田的推廣應(yīng)用研究主要集中在糧食作物——小麥、水稻和玉米的種植上。另外，在油菜、花生、大豆和棉花等經(jīng)濟(jì)作物也有部分應(yīng)用研究。目前，應(yīng)用較為廣泛的尿素緩釋肥是以包膜尿素緩釋肥為主，即在顆粒尿素表層包裹上一層或多層具有滲透擴(kuò)散能力的理想材 料[6-9]來延緩尿素的溶解釋放，如常見的淀粉基尿素緩釋肥[10-16]、聚氨酯包膜尿素緩釋肥[17-20]、涂硫尿素緩釋肥[21-24]及各種包衣尿素緩釋肥[25-28]等。

1.1 尿素緩釋肥在小麥種植上的應(yīng)用研究

我國的小麥種植集中在北方地區(qū)，北方溫度較低，光照時(shí)間長，晝夜溫差大，有利于小麥蛋白質(zhì)的形成。小麥的種植過程中尿素施用量大，研究尿素緩釋肥在小麥種植中的施用方法和應(yīng)用效果是非常必要的。

吳月琴[29]將尿素緩釋肥用于小麥種植，將基肥與尿素緩釋肥混合施肥與基肥與普通尿素混合施肥做對(duì)比試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，基肥施配方肥600 kg/hm2加尿素緩釋肥150kg/hm2后期不再追肥處理，產(chǎn)量及產(chǎn)投比分別為8 288.89kg/hm2和7.89。王光祿等[30]在基施條件相同的情況下，于返青期對(duì)強(qiáng)筋小麥分別進(jìn)行追施尿素緩釋肥（氮含量≥46.2%）和普通尿素處理，試驗(yàn)得出前者的小麥成穗率提高1.2%，產(chǎn)量提高了237 kg/hm2，原因在于緩釋尿素能夠提高有效穗數(shù)和千粒重。司賢宗等[31]研究高分子材料包膜尿素緩釋肥與純尿素配施對(duì)種植冬小麥-夏玉米的施肥效果，研究結(jié)果表明，在冬小麥-夏玉米輪作體系中，采用尿素緩釋肥與純尿素按8∶2的比例配施，在施一次基肥一次追肥處理模式下的產(chǎn)量、上部氮素積累量、氮肥利用率均高于常規(guī)施肥，總產(chǎn)量可超過22 500 kg/hm2。佟國香等[32]在返青期對(duì)小麥追施不同量的尿素緩釋肥（含N≥46%，含脲酶抑制劑），研究發(fā)現(xiàn)，返青期追施一次尿素緩釋肥的處理，與春季返青期和拔節(jié)期兩次追施普通尿素的處理相比，小麥產(chǎn)量增產(chǎn)4.5%～11.3%，尿素緩釋肥處理增產(chǎn)的主要原因在于該施肥方法增加了單位面積的麥穗數(shù)。翟彩霞等[33]采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，對(duì)小麥進(jìn)行一次性基施變性淀粉包裹型尿素緩釋肥，小麥單株干質(zhì)量高于相同條件下施用普通尿素的小麥，小麥根系活力提高了4.9%～16.6%，最終小麥產(chǎn)量提高了14.7%～16.5%。陳冬萍等[34]開展了豐卉牌尿素緩釋肥在小麥種植上的應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明在小麥的拔節(jié)期施用尿素緩釋肥165 kg/hm2，劍葉期施用尿素緩釋肥37.5 kg/hm2時(shí)，氮肥利用率高于普通尿素，小麥的株高約為87.45 cm，產(chǎn)量最高為10 248.8 kg/hm2。

由此可知，尿素緩釋肥在小麥種植中的應(yīng)用效果良好。尿素緩釋肥大多以配施的方式進(jìn)行施肥，施用尿素緩釋肥能夠減少施肥次數(shù)，提升氮肥的利用率，提高小麥根系活力，提高有效麥穗數(shù)量和麥粒的千粒重，從而使小麥增產(chǎn)增收。

1.2 尿素緩釋肥在玉米種植上的應(yīng)用研究

玉米是世界上重要的糧食作物，也是我國重要的糧食作物之一。玉米的施肥量較大，如果能將緩釋肥在玉米種植中推廣使用，將大幅減少肥料使用量。

薛振亞[35]采用樹脂包膜尿素緩釋肥與普通大顆粒尿素配施的方式進(jìn)行玉米種植，其中施用45%尿素緩釋肥＋55%普通尿素效果最好，生育性狀好，百粒重為39.2 g，產(chǎn)量最高為766.44 kg/hm2。趙聰?shù)萚36]通過田間試驗(yàn)研究了施用福思德尿素緩釋肥對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，與全部基施尿素處理比較，施用尿素緩釋肥時(shí)氮肥用量減少20%時(shí)，產(chǎn)率最高，產(chǎn)量比對(duì)照樣提高了10.8%。婁偉香[37]將福思德尿素緩釋肥與普通尿素采用不同基施搭配比例和不同追肥比例進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的施肥方法為：基肥比例為50%（尿素緩釋肥：常規(guī)尿素為6∶4），追肥比例為50%時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到10 340.9 kg/hm2。李瑋[38]研究了尿素緩釋肥（含N量為44%）對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，一次性施用尿素緩釋肥（N）310 kg/hm2做基肥，后期不追肥，同等情況下與常規(guī)尿素比，玉米產(chǎn)量提高了12.98%，氮肥利用率提高了2.14%。李勝[39]在玉米種植過程中將施用尿素緩釋肥與施用普通尿素做對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明，與施用普通尿素相比，施用尿素緩釋肥可使玉米產(chǎn)量提高17.1%，氮肥利用率提高20.71%。楊利軍等[40]分別將尿素緩釋肥1（添加脲酶抑制劑的緩釋尿素）、尿素緩釋肥2（添加硝化抑制劑的緩釋尿素）及普通尿素在玉米種植過程中作為基肥一次性施用，后期不再不追肥。試驗(yàn)結(jié)果表明，與施用普通尿素相比，兩種緩釋肥均有增產(chǎn)效果，增產(chǎn)均幅分別為10.35%和10.1%，平均穗粒數(shù)分別增加19.72和4.26。

由此可知，尿素緩釋肥應(yīng)用于玉米種植，可以與普通尿素配施，也可以作為基肥一次性基施?？傮w上，施用尿素緩釋肥能夠使玉米的穗位增高，穗長增長，增加穗粒數(shù)，從而提高了玉米產(chǎn)量。其原因在于施用緩釋尿素，延長了肥效，有利于植株對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高了氮元素的利用率，同時(shí)降低了土壤中硝態(tài)氮含量。

1.3 尿素緩釋肥在水稻種植上的應(yīng)用研究

水稻是我國最主要的糧食作物。2019年我國水稻播種面積2.97萬hm2[41]，對(duì)氮素需要量很高。

周波等[42]將日本尿素緩釋肥和普通尿素作為基肥應(yīng)用在水稻生產(chǎn)上，研究結(jié)果表明，在相同試驗(yàn)條件下，施用尿素緩釋肥比施用普通尿素的純氮用量少165 kg/hm2，純收益卻增加了774元/hm2。劉文等[43]將尿素緩釋肥與普通尿素配施，研究其對(duì)水稻產(chǎn)量及氮素利用率的影響，結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，氮肥利用率提高了2.55%。王強(qiáng)等[44]對(duì)比研究穩(wěn)定性肥料、包膜尿素肥及普通尿素對(duì)單季水稻進(jìn)行一次性施肥處理（氮肥用量225 kg/hm2）的減施效果和穩(wěn)產(chǎn)情況，結(jié)果表明，樹脂包膜緩釋尿素處理的水稻生長的氮素吸收率最高，比普通尿素提高了2.8%～9.0%；當(dāng)采用三種緩釋尿素一次性基施時(shí)，氮肥用量比現(xiàn)階段常規(guī)施肥量減少16.7%時(shí)，可以滿足單季稻一次性施肥要求。王琰等[45]對(duì)比研究了富思德尿素緩釋肥和普通尿素對(duì)水稻種植的影響，結(jié)果表明，在同等生產(chǎn)條件下，富思德尿素緩釋肥處理的比常規(guī)尿素肥處理的水稻增產(chǎn)18.4%，節(jié)約了肥料費(fèi)用207元/ hm2，增收為5 125.50元/hm2。辛闖[46]通過對(duì)水稻施用尿素緩釋肥與施用普通尿素進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)水稻在插秧前施用尿素緩釋肥，生育期不追肥，增產(chǎn)效果明顯，產(chǎn)量可提高43.3 kg/hm2，純效益增加126.6 元/hm2。姜娟等[47]在遼寧開展一次性底施尿素緩釋肥的田間試驗(yàn)，結(jié)果表明，水稻增產(chǎn)31.1～88.9 kg/hm2，增產(chǎn)率為5.9%～21.3%。郭淑鮮等[48]研究結(jié)果顯示，施用尿素緩釋肥與普通尿素相比，水稻增產(chǎn)34 kg/hm2，增加凈收入66.62元/hm2。聶守軍[49]研究發(fā)現(xiàn)，施用尿素緩釋肥比施用普通尿素增產(chǎn)243 kg/hm2，且每公頃的緩釋尿素施用量比常規(guī)尿素少50kg。陳良娣等[50]研究表明，尿素緩釋肥用量600 kg/hm2，分蘗肥施尿素150 kg/hm2，提高了水稻抗逆性，增加了有效穗和結(jié)實(shí)率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過上述研究表明，尿素緩釋肥對(duì)水稻的應(yīng)用大多可以一次性施肥進(jìn)行，緩釋肥的施用能夠提高水稻產(chǎn)量，提升氮素利用率，減少施肥量。由此可知，尿素緩釋肥在水稻種植中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.4 尿素緩釋肥在其他作物種植上的應(yīng)用研究

除了主要的糧食作物外，我國還大面積種植油料作物，如油菜、花生和大豆等。另外，作為纖維原料的棉花種植面積也非常大。除此之外，一些蔬菜的種植也需要施用尿素肥料。因此，研究在這些作物種植中以尿素緩釋肥代替一般尿素很有必要。

張抗萍等[51]在油菜‘三峽油5號(hào)’種植過程中，對(duì)比不同施肥量的緩釋肥（樹脂包膜尿素或硫包裹尿素）配施常規(guī)尿素的作用效果，發(fā)現(xiàn)在生育期降水量充足時(shí)，緩釋肥配施常規(guī)尿素比例為8∶2，油菜籽產(chǎn)量顯著高于僅施純尿素肥。在第2年的重復(fù)試驗(yàn)中，以同樣的配施比例施肥，產(chǎn)量仍然最高，為2 509.35 kg/hm2。廖佳元[52]通過盆栽土培試驗(yàn)研究了施用生物炭緩釋尿素對(duì)油菜種植的影響，結(jié)果表明，施用生物炭緩釋尿素與施用常規(guī)尿素相比，前者最終使油菜增產(chǎn)16.9%，氮素利用率提高了66.4%，顯著提高了油菜干物質(zhì)量和產(chǎn)量。李元[53]進(jìn)行了不同尿素處理對(duì)油菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響試驗(yàn)，得出了當(dāng)尿素緩釋肥（添加0.2% NBPT脲酶抑制劑）的氮施肥量為992.24 mg/盆時(shí)，油菜中全氮和葉綠素含量最高，分別為9.77 g/kg和0.51 g/kg，此時(shí)尿素緩釋肥的氮肥利用率達(dá)44.7%。

王振宇[54]將花生生育期追肥改為一次基施NT尿素緩釋肥，不再追肥，研究發(fā)現(xiàn)施肥75 kg/hm2，可以使花生提前出苗，且苗勻稱壯實(shí)，每公頃增產(chǎn)124.4～425.8 kg。劉溪[55]在花生生育期追施普通尿素與追施尿素緩釋肥進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在花生生育期追施尿素緩釋肥150 kg/hm2，可以使花生株高長3～5 cm，與追施等量的普通尿素相比，每公頃可增產(chǎn)178.10 kg，增產(chǎn)率為3.6%，收益增加66.1 元/hm2。潘德斌等[56]通過在大豆生長過程中施用硫包衣尿素緩釋肥與普通尿素的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與每公頃施用普通尿素37.5 kg相比，施用等量的尿素緩釋肥可使大豆增產(chǎn)392.1 kg/hm2，且株高高，分枝數(shù)多，株粒數(shù)增加。

李瑋等[57]用不同濃度的尿素緩釋肥（含N 44%）與普通尿素在棉花的滴灌種植過程中開展基施對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)基施尿素緩釋肥量與追施普通尿素量各占50%時(shí)，棉花產(chǎn)量最高，比普通尿素增產(chǎn)8.4%，氮肥利用率比基施尿素緩釋肥量與追施普通尿素量為2∶8和10∶0時(shí)分別高4.18%和24.37%。楊陽等[58]將基質(zhì)型尿素緩釋肥應(yīng)用于蕹菜的田間試驗(yàn)，結(jié)果表明，與常規(guī)尿素相比，基質(zhì)型尿素緩釋肥可降低氮素淋溶9.2%，降低氨揮發(fā)8.7%，提高田間土壤礦質(zhì)氮含量6.7%以上，提高蕹菜葉面積8.5%以上，從而提高了蕹菜生物學(xué)產(chǎn)量和氮肥表觀利用率7.3%上。李偉等[59]對(duì)比在南瓜生長過程中施用尿素緩釋肥和普通尿素的效果，得出結(jié)論施用尿素緩釋肥的南瓜莖蔓比施用普通尿素縮短51.3 cm，坐瓜率提高11%，每公頃增產(chǎn)22 kg，增幅為28.5%。曹洪鳳等[60]通過對(duì)大白菜施用不同配比的尿素緩釋肥（含N25%）和普通尿素，得出在同等氮素水平下，大白菜產(chǎn)量以尿素緩釋肥450.00 kg/hm2配施尿素244.50 kg/hm2的比例最好，產(chǎn)量達(dá)到138 731.30 kg/hm2，比單施尿素處理增產(chǎn)11 570.30 kg/hm2，增產(chǎn)率9.1%，比單施尿素緩釋肥處理增產(chǎn)27 757.60 kg/hm2，增產(chǎn)率達(dá)20.0%。

由此可知，尿素緩釋肥在經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜的種植中，一次性基施和與普通尿素配施的施肥方式均存在，以配施應(yīng)用居多。尿素緩釋肥能使作物的氮元素利用率提高，淋溶氮素降低，具有明顯的增產(chǎn)增收效果。

2 尿素緩釋肥在農(nóng)作物生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，尿素緩釋肥在水稻，小麥、玉米等常見農(nóng)作物的種植過程中具有節(jié)氮增產(chǎn)的效果，而對(duì)作物品質(zhì)方面的影響研究不夠，例如對(duì)作物的生化指標(biāo)、物理指標(biāo)及生物學(xué)指標(biāo)等方面的研究較少。此外，目前我國尿素緩釋肥的應(yīng)用面還不夠廣，在棉花、油菜和大豆等農(nóng)作物種植中的應(yīng)用研究相對(duì)較少，對(duì)于土豆、西紅柿和西瓜等常見瓜果蔬菜的種植應(yīng)用研究則更為少有。隨著全社會(huì)對(duì)生態(tài)平衡發(fā)展愈發(fā)重視，道路綠化、風(fēng)景園林和景觀綠化等都將是尿素緩釋肥應(yīng)用研究的重點(diǎn)同時(shí)，中藥材[61-62]的種植也越來越廣泛，尿素緩釋肥在中藥材種植的應(yīng)用還處于空白。

目前大多研究只關(guān)注了氮元素利用率和最佳施肥量或配施比，未來尿素緩釋肥應(yīng)用于農(nóng)作物的研究中，應(yīng)該關(guān)注緩釋材料的篩選、尿素緩釋肥的效果與產(chǎn)投效益的比較研究。同時(shí)也要關(guān)注尿素緩釋肥與控釋肥的研發(fā)，對(duì)基于作物生長過程中氮素需求的規(guī)律與尿素釋放特性進(jìn)行更深入更系統(tǒng)的匹配研究，也要尋找對(duì)土壤不良影響更小的尿素緩釋肥及緩釋材料。

3 研究應(yīng)用前景

近些年來，關(guān)于尿素緩釋肥的研究與開發(fā)的報(bào)道層出不窮，這與世界各國日益重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)和實(shí)行經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)[63]。同時(shí)隨著社會(huì)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的建設(shè)，我國越來越重視生產(chǎn)目標(biāo)的高效性，生產(chǎn)環(huán)境的綠色化。尿素緩釋肥能明顯的使糧食增產(chǎn)，這對(duì)于解決我國三大主糧長期短缺問題意義重大。

化學(xué)肥料尤其是氮肥尿素的廣泛施用會(huì)造成面源污染，這種污染現(xiàn)象已經(jīng)引起了世界各地的高度重視[64-66]。而尿素緩釋肥能夠高效利用氮元素，減少生產(chǎn)種植過程中氮素的損失。實(shí)現(xiàn)尿素緩釋材料的綠色化，緩釋材料能夠降解且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，將有利于尿素緩釋肥被廣泛使用。

此外，鑒于尿素緩釋肥的諸多優(yōu)勢(shì)，日后其應(yīng)用將不局限于常見農(nóng)作物的種植上，也會(huì)逐漸向園林園藝產(chǎn)業(yè)延伸，在更多植物的種植上發(fā)揮其高氮利用率和增產(chǎn)增收等作用。

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Research progress and prospect on application of sustained release urea fertilizer in China

Lei Haibo, Wang Shengjie, Wang Haodi, Yang Yiman, Zheng Rundong, Liu WenCorresponding Author

（College of Basic Science, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China）

Urea slow-release fertilizer is a new fertilizer to improve the utilization rate of nitrogen fertilizer, which is important for improving the utilization rate of nitrogen nutrients and crop yield. The application of sustained-release urea in the cultivation of grain crops such as wheat, corn, rice and economic crops such as cotton, soybean and so on in recent years is summarized in this paper. It is believed that the application of urea slow-release fertilizer in the process of crop planting has obvious effect of reducing nitrogen and increasing yield. At the same time, some problems still lacking research of urea sustained-release fertilizer in crop application are pointed out, such as the influence of slow-release urea fertilizer on the quality of crops, the influence of slow-release materials on environment and whether the slow-release curve matches the crop nutrient requirement curve. This study will provide some theoretical references for the future application research or widespread application of urea sustained-release fertilizer.

sustained release urea; crops; application

1008-5394（2023）02-0080-06

10.19640/j.cnki.jtau.2023.02.016

S145.5

A

2022-03-07

天津市技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)專項(xiàng)（20YDTPJC01070）；天津市高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010061070）；天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目（2021KJ113）；天津農(nóng)學(xué)院研究生教育教學(xué)研究與改革（2021-YB-025）

雷海波（1982—），女，高級(jí)工程師，博士，主要從事功能材料的研究。E-mail：leihb123@126.com。

劉文（1982—），男，高級(jí)工程師，博士，主要從事化工新型材料的研究。E-mail：liuwen@tjau.edu.cn。

責(zé)任編輯：楊霞