按照世界粮农组织( FAO) 的统计,20 世纪,世界粮食产量提高的 40% ~60% 应归功于肥料的使用。随着高产作物的推广,作物对养分的需求越来越大,肥料的使用将成为提高甚至保证粮食产量的重要保障。但是,人们不得不面对常规化学肥料的利用率低,尤其是常规化肥对环境带来的污染问题。在发达国家氮肥的利用率为 40% ~60%,磷肥为 10% ~30% ,钾肥为 50% ~ 60% 。而在我国的利用率则更低。有一半以上的化肥通过各种途径流失,这不仅带来巨大的经济损失,更为严重的是流失的化肥进入生态环境,引起水体污染,土体污染,带来温室效应等问题。控/缓释肥料是能够控制或延缓肥料的释放时间和释放量,使其与作物的需求相协调的新型肥料。控/缓释肥料能提高肥料的利用率,减少肥料流失,是解决这一系列问题的重要方法。
1 国外控 / 缓释肥料的研究进展
国外控/缓释肥料的研究起步较早,主要有美国、英国、法国、日本、加拿大、以色列、德国、荷兰等发达国家。法国的 Basfag 公司可以算是缓释肥料之父,他们在 1924 年就取得脲醛肥料的专利,并在1955 年开始工业化生产。目前,已经实现工业化生产的控/缓释肥料主要包括脲甲醛、硫衣包膜尿素和聚合物包膜肥料。美国在 20 世纪 60 年代研制出硫衣包膜尿素( SCU) ,但是即使使用了密封剂等材料,硫膜在制造和使用时还是不可避免地存在残缺与破损,易被微生物分解,造成不能按照预期的设想释放养分。20 世纪 80 年代,人们在硫包膜表面再包裹一层有机聚合物,提高了硫衣包膜尿素控释性能的稳定性。1964 年,美国采用热固性树脂为包膜,开发并首先实现树脂型包膜控/缓释肥料的工业化生产。
此后德国、加拿大、日本等许多国家开发出不同聚合物作包膜材料的肥料。
日本的控/缓释肥料研究开始于 20 世纪 60 年代,目前其研究和应用都处于世界的前列。日本将聚烯烃薄膜的低透水性和乙烯 - 乙酸乙酯共聚物的高透水性相结合,通过调节其比例,实现了对释放速率的控制。1994 年日本开发出用聚乙烯、聚环氧乙烷、壬基苯基醚加滑石粉的悬浮液喷雾包膜的工艺,这一工艺也可以用于喷雾含玉米淀粉和过氯乙烯的溶液作为包膜。美国在包膜肥料方面的研究主要有两个,一个是在硫包尿素外面再包一层烯烃聚合物密封层,一个是发展耐磨包膜肥料。日本的控/缓释肥料研究重点着眼于可降解的聚合物膜,以及对控/缓释肥料随时间的释放特性的控制,目前已经研制出的有释放量随时间成指数关系和 S 型曲线关系的包膜肥料。
欧洲主要的控/缓释肥料研制国家有德国、法国、西班牙和荷兰。他们和以色列、印度等使用不同的包膜材料,开发出不同的包膜方法。
2 国内控 / 缓释肥料的研究进展
我国是施肥大国,但是控/缓释肥料的研究却相对较晚。20 世纪 70 年代初,中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作,研制成释放特性非常好的包膜碳酸氢铵,使氮素在水稻上的利用率达到74% 。国内工作做得较好的单位还有郑州工学院,北京农林科学院,中国科学院应用生态研究所等。
郑州工学院,把养分控制释放时间提高到 95 天以上。北京农林科学院实现了线型和 S 型的释放特性,同时提高了包膜的降解性。中国科学院应用生态研究所通过添加脲酶抵制剂和硝化抵制剂来延缓肥料的释放,取得很好的效果。
3 国内外控 / 缓释肥料的应用现状
目前,控/缓释肥料的价格比常规肥料高很多,因而限制了其使用。在西欧和美国,农业市场中只有少数高价经济作物使用控/缓释肥料,主要应用领域还限于非农业市场,如高尔夫球场,专业保养草坪,苗圃和温室等。控/缓释肥料在日本则主要应用于农业市场,在水稻上的应用就达到 20% 以上。近几年,控/缓释肥料在农业上的应用正在大幅增加,2005 年增长率达到 5. 5% 。我国已经建立了数个控/缓释肥料生产厂,已有产品成本接近常规肥料,并开始用于大田作物,同时销往美国、加拿大等国家。
4 控 / 缓释肥料的发展对策
尽管控/缓释肥料成本比常规化肥高,但是控/缓释肥料能提高作物产量,相对来说还是可以提高经济收入。另一方面,控/缓释肥料在作物的一生中只需一次施用,可以节约劳动成本,减少了对作物的伤害。由于养分释放不是一次性的,不会造成养分浓度过大烧苗的现象。控/缓释肥料比常规肥料具有很多优越性,但是还无法大面积推广。主要原因可以归结为三点: 一是工艺不成熟,成本较高,二是养分释放特性不能满足某些作物的需要。三是控/缓释肥料与传统肥料有很大的不同,其评价体系还不完整,成效不是施肥后马上能看出来,需要一定时间来接受。四是部分包膜材料降解慢或者不可降解,对环境的影响还不能确定,具有潜在的威胁性。