缓控释肥在青贮玉米生产上的应用研究进展

杨锦越，赵晓燕，沈建华，任 洪，祝云芳，王 伟

(贵州省农业科学院 旱粮研究所，贵州 贵阳 550006)

施肥是提高青贮玉米生物产量的重要措施之一，我国青贮玉米种植长期存在着“肥料施用量高、种植密度低、机械化程度低、生物产量低和人工成本高”的问题。其中，肥料的大量施用，尽管提高了青贮玉米的生物产量，但植株不能吸收的养分易通过挥发、径流和淋洗流失，既浪费了肥料、增加了成本，又污染了农田生态环境[1-2]。刘兆辉等[3]研究表明，与农民传统施肥方式相比，一次性基施缓控释肥可以显著减少农田氨挥发18.1%～81.3%，氧化亚氮排放22.4%～73.4%，氮素淋溶0%～53.0%和径流损失0%～43.2%。因此，采用缓控释肥一次性施肥技术是实现化肥零增长，提高肥料利用率，促进青贮玉米增产增效的重要措施。另外，随着我国城镇化进程的加快，大量农村劳动力向城市转移，省工省力、节本增效和机械化作业已成为当前青贮玉米种植的主要趋势。近年来，各地生产实践均表明[4-8]，缓控释肥的推广应用不仅减少了施肥的次数，降低了施肥劳动强度，还提高了肥料的利用率和农户种植的积极性，更易实现经济效益和环境效益同步提高。已有研究表明，缓控释肥在小麦[9]、水稻[10]、烟草[11]、水果[12]、蔬菜[13]等作物上都具有提质增效的作用。为青贮玉米高产、高效、优质生产合理施用缓控释肥提供参考依据，笔者对我国青贮玉米生产施用缓控释肥的生长、增产效果与土壤环境的影响及存在的问题进行了综述，展望了未来的研究重点。

1 缓控释肥概念及养分释放原理

从广义上讲，缓控释肥料是采用一定的物理、化学和生物等工艺手段制成的养分释放较传统肥料缓慢的一类肥料，主要是解决传统化学肥料高水溶性和速效性导致的养分释放难以和作物各生育时期养分吸收相互协调的问题[14]。从狭义上讲，缓释肥和控释肥的含义不同。缓释肥是指缓慢释放养分的化学肥料，即施入土壤后，肥料中的养分释放速率远小于传统速溶性肥料的释放速率，使作物整个生长期都能缓慢吸收化学养分[15]。控释肥是指采用对生物和化学作用等因素不敏感的聚合物包膜的化学肥料，通过各种调控机制使肥料中养分释放按照设定的释放模式(释放数量和释放时间)与作物各生育期吸收养分的规律相一致[16]。在术语使用上，目前控释肥和缓释肥国内外并存使用，但使用缓控释肥料的较多；在技术方面，控释肥是缓释肥的高级形式[17]。

缓控释肥是通过采用高科技手段制成的高分子树脂，均匀的包膜在复合肥料或单质肥料上，形成一层有小孔的外壳，控制养分的缓慢释放[18]。当缓控释肥施入土壤后，一方面土壤水分通过包膜外壳上的小孔缓慢溶解养分，使养分从膜孔释放出来。养分释放的速率与气温有关。当气温降低时，作物生长缓慢，养分需求较少，养分的释放速率降低；反之，气温升高，作物生长加快，养分需求较多，养分的释放速率加快[19]。另一方面作物需求养分多时，肥料颗粒膜内侧养分浓度增大，外侧养分浓度减小，造成膜内外浓度差增大，养分释放速率随之加快，从而使养分释放速率与作物各生育时期需肥规律相一致，使作物充分吸收养分，提高肥料利用率[20]。

2 缓控释肥对青贮玉米生长的影响

施肥方式、施肥种类和施肥量对作物生长均有重要影响[21-26]。缓控释肥作为一种新型肥料，与等养分量的其他化肥相比，除了省时省工之外，对玉米株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量和根系等农艺性状指标的影响不尽相同。王忠美等[27]研究表明，缓释氮复合肥施入量为150 kg/hm2、缓释成分比例为20%时，较传统施肥，能显著提高青贮玉米的株高和茎粗，有利于实现高产；赵霞等[28]研究表明，施用缓控施肥的青贮玉米株高、叶面积指数和根条数都高于施用一般肥料的。马磊等[29]研究发现，缓控释肥可以显著降低青贮玉米的茎叶比，从而提高营养物质含量，增加适口性，有利于提高品质，同时，当缓释氮的施用以施氮量150 kg/hm2时，显著提高了青贮玉米的SPAD值，增强了叶片的光合能力。由此可见，适量的缓控释肥对青贮玉米的生长有一定的促进作用，使其更加容易实现高产和提高品质。

3 缓控释肥对青贮玉米产量的影响

肥料对提高作物产量具有重要的作用[30]。在一定的施肥范围内，随着施肥量的增加可以显著增加青贮玉米的生物产量，但超过一定范围或者施肥量不足均会导致产量下降[31]。王忠美等[27]研究表明，缓控释肥可提高青贮玉米的产量，当按150 kg/hm2施缓释比例为30%的复合肥时，鲜草产量可达104 680 kg/hm2，较传统化学肥料一次施入和分次施入分别增加10.14%和5.97%。马磊等[29]通过比较施速效氮、缓释氮与施氮量的研究得出，不同缓释肥比例对青贮玉米产量影响差异显著，其中，以施缓释比例为30%的缓释氮肥120 kg/hm2的产量最高，且较施速效氮肥省时省工。已有研究表明[32-38]，缓控释肥的合理施用可以提高青贮玉米产量，不同缓控释肥比例之间增产效果差异明显。在今后的研究中，应从缓控释肥的种类筛选、施肥方式及施肥量等方面进一步加强对青贮玉米的研究。

4 缓控释肥对青贮玉米品质的影响

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，畜牧业的发展对青贮玉米品质提出了更高的要求，施肥是影响青贮玉米品质的主要因素之一，研究缓控释肥对青贮玉米品质的影响具有重要的意义[39]。梁虹等[40]研究表明，当缓控释肥的脲醛含量为40%时，青贮的营养品质较好；当施用缓控释肥的总氮量为120 kg/hm2时，玉米青贮含氮量和干物质含量较高，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低，有机酸含量较高，青贮品质较好。马磊等[29]研究发现，在青贮玉米生长拔节期和成熟期，缓控释肥处理(施氮量150 kg/hm2，脲醛含量20%)的全株粗蛋白含量较速效肥处理显著提高。杨小辉等[41]研究认为含氮量相同的缓释肥在改善青贮玉米某些饲用品质方面优于普通尿素，但如果青贮玉米生育期较长，缓释氮肥在生育后期供应不及时，导致后期生长缓慢，同时青贮品质也会受到一定影响，因此，为确保青贮玉米正常生长和品质，建议适量增加缓控释肥用量或根据品种特性选择加工适宜的肥料。综上所述，合理施用缓控释肥可以改善和提高青贮玉米的品质。

5 缓控释肥对氮素吸收利用的影响

大量田间试验表明[42-43]，合理的施用缓控释肥可以促进作物对氮素的吸收和利用，从而提高肥料的利用率。王忠美等[27]研究发现，缓释肥的农学利用效率显著高于速效肥一次施入和分次施入的农学效率，同时也发现，缓释比例和施用量太大均不利于提高氮素利用率，缓释脲醛比例为20%、总氮量为150 kg/hm2时，氮素的利用效率和生理效率最高。刘萍等[44]研究表明，缓控释肥(N∶P2O5∶K2O=25∶13∶7)较常规尿素处理的氮肥利用率提高58.25%。谢婷婷等[45]通过不同种类高效新型缓控释肥料的研究发现，开磷硝基肥和自制炭基肥均能对养分吸收量及肥料利用率产生积极影响，其中，开磷硝基肥的氮肥表观利用率提高76.29%。王晓晶等[46]通过对不同材料包膜尿素缓释效应的研究得出，有机和无机复合包膜尿素均能够明显提高氮素利用率，减少肥料损失，其中，CRF-16的氮肥利用率最高，较常规尿素处理提高19.1%。赵营等[47]通过玉米盆栽试验研究得出施用缓控释肥可以显著促进地上部氮、根系氮和总氮吸收量，其氮肥利用率达33.9%～39.7%，较常规施肥提高了2.4%～8.2%，同时发现自研制缓控释肥在土壤中的氮素释放天数在65 d左右，32 d前后为释放的高峰期；而商品包膜尿素的氮素释放高峰期在17 d前后，65 d后依然有较高的氮素释放，可见，不同缓控释肥的释放周期有明显差异，但生育前期的氮素供应都相对充足。综上所述，适量的缓控释肥能提高氮素利用率，由于缓控释肥可选择的种类较多，为了最大限度地提高肥料利用率，需根据青贮玉米苗期植株小，生长慢，对养分吸收少，速度慢，拔节到抽雄吐丝期生长速度快，对养分吸收多，开花授粉以后，吸收数量虽多，但吸收速度逐渐减慢的生长规律来选择适宜的缓控释肥料。

6 缓控释肥对土壤生态环境的影响

良好的土壤生态环境是确保青贮玉米高产优质的重要条件之一，缓控释肥作为一种新型化学肥料，研究其对土壤环境的影响具有重要的意义。隋常玲等[48]通过硫包膜控释肥农用对土壤生态环境的影响评价表明，硫包膜控释肥施入土壤后能降低土壤中硝态氮的含量，降低施氮造成的局部土壤酸化，停止施用后硫包膜控释肥比单独施用氮肥和硫肥能先恢复对土壤质量产生的影响。BALL等[49]研究表明，缓控释肥不仅保持了青贮牧草的产量，还较传统的氮磷钾肥缓解了N2O的释放。XIA等[50]研究结果表明，一次性缓控释肥减少了温室气体排放和氮素的损失，其中N2O排放减少了5.4%～39.8%，NH3排放减少了30.7%～61.5%，是确保粮食安全和改善环境可持续性，同时提高经济效益的有效途径。程冬冬[51]研究结果表明，缓控释肥残膜本身对土壤微生物数量和酶活性未产生不良影响，相反残膜的加入降低了土壤容重，增加了孔隙度，提高了土壤的透气性，改善了土壤的物理性质，使得土壤微生物和酶的生存环境更加适宜，对土壤微生物数量和酶活性有一定的促进作用。综合前人研究表明，缓控释肥的施用可为实现环境友好、生态适宜、高产高效和粮食安全的农业可持续发展道路打下基础。

7 缓控释肥在青贮玉米应用上存在的问题

当前，缓控释肥虽在青贮玉米等大田作物上得到了一定推广应用，但在生产加工、销售价格和技术推广等方面仍然存在一些问题，主要表现如下：

1) 缓控释肥市场销售价格依然偏高。缓控释肥是普通化肥的二次加工，因此，在生产流程上缓控释肥相对于普通化肥加工工艺更加复杂，设备和技术要求也更高，导致缓控释肥的销售价格比普通的化学肥料要高2～6倍，这是限制缓控释肥在大田作物广泛推广施用的主要因素之一。目前缓控释肥在花卉类经济作物上应用得较多，在青贮玉米应用上，多数还处于理论研究和试验阶段。

2) 青贮玉米专用缓控释肥研发较少。目前，市场上销售的缓控释肥类型较多，适合籽粒玉米的专用缓控释肥已有多种，但青贮玉米生产要求的是生物产量高，淀粉含量高，纤维品质好，持绿性好，消化率高，适口性好等，因此，肥料需求和籽粒玉米有一定的差异，同种缓控释肥的肥效释放速率不能同时满足青贮玉米和籽粒玉米生长的需求。所以需要根据青贮玉米的需肥特性，结合不同地区的土壤肥力、降水量和温度等，生产出释放吸收协调、生态适应性强的不同类型的青贮玉米专用缓控释肥料。

3) 缓控释肥施肥技术缺乏推广应用。受传统的施肥观念影响，农民除了习惯施用基肥外，还普遍施用2次尿素作为追肥，因此，缓控释肥施肥技术在青贮玉米推广应用上存在一些困难。一方面是农民认知度较低，认为肥效快才是好肥，缓控释肥肥效慢，没有速效肥效果好；另一方面是多数缓控释肥试验研究没有得到大面积的推广示范，使得广大农民没有真正意识到缓控释肥这种新型肥料在经济效益和生态效益方面的优越性。

4) 缓控释包膜肥料的试验室研发技术难以实现工厂化应用。目前，国内缓控释肥研发技术广、水平高，但多数处于试验阶段，缺乏大面积的示范推广研究，导致难以实现工厂化、产业化和规模化。另外，虽然可包膜肥料的材料广、成本低，但包膜肥料生产工艺较为复杂，多数缓控释肥目前主要侧重控释氮素养分，对磷、钾等养分的控释研究较少，且只强调缓释而忽略促施。

8 展望

随着我国农业现代化步伐的加快，高消耗、高投入的传统施肥方式正在逐步被节本高效的缓控释肥代替，成为发展现代农业的一把利剑。从加工成本、提高利用率和环保等方面考虑，未来的缓控释肥料将植物营养与纳米技术、包膜新材料和生化技术等有机结合，一方面能有效解决我国化肥生产原材料煤炭、气体和矿石资源有限的问题，另一方面缓解化学肥料所造成的农业生态污染的问题[52]，让缓控释肥变得更加科学、更加智能。因此，易加工、低成本、高利用率的资源节约和环境友好智能型缓控释肥是未来的发展趋势。

青贮玉米是我国重要的饲料作物之一，但生产方式、生产规模、生产水平与发达国家相比，仍然处于初级阶段，缺乏竞争力。为满足我国青贮玉米的大规模生产，亟需开发一种价格相对合理，能有效与机械化结合施用，养分释放模式与作物各生育时期需肥规律相一致的青贮玉米专用缓控释肥料。相信在我国广大科研工作者努力下，青贮玉米专用缓控释肥将会得到大面积推广，实现良种、良肥、良法与农机农艺的密切融合，青贮玉米生产也将更趋于高产、优质、高效和环保。