缓释控释肥料

据统计，目前我国氮肥利用率仅为30%—35%，磷肥利用率为10%—25%，钾肥利用率为35%—50%，低于世界平均水平[1]，仅氮肥利用率就比世界平均水平低了10—15个百分点[2]。其主要原因是，我国化肥品种单一，且以低浓度单质速溶肥料为主，氮肥中碳酸氢铵仍占48%左右，尿素约占43%左右，效果较好的复混肥只占10%左右。而且这些肥料的养分释放速度太快，加快了土壤微生物对肥料的分解，也加速了养分的转化、挥发、淋失及物理化学固定[3]，作物来不及吸收，大部分养分就损失掉了[4]。这样不仅降低了经济效益和社会效益，也给生态环境造成了负面影响[5]。因此，如何提高肥料利用率、减少肥料养分流失、降低肥料对生态环境造成的负面压力等问题，受到越来越多国家的农化和环境工作者的关注[6,7]。缓释/控释肥料恰好可以解决这些难题，缓释控释肥料的研究逐渐成为肥料领域中研究的热点[8,9]。

1.缓释/控释肥料的概念

⒈1 缓释肥料概念

缓释肥料（Slow Release Fertilize缩写为SRF）又称长效肥料、迟效肥料或缓效肥料，通常由于肥料化学成分改变或表面包涂半透水性或不透水性物质而使其中的有效成分缓慢释放[10]。缓释肥料的优点是比常规肥料养分释放慢，养分损失相对较少[11]。其缺点是肥料释放养分的速度与作物需要不一定吻合，作物大量需要时供应不上，作物缺少量时肥料养分依然释放，造成养分不必要流失[12]。

⒈2 控释肥料概念

控释肥料（Controlled Release Fertilizer缩写为CRF）使肥料释放养分的速度与作物需要养分的量一致，使肥料利用率达到最高[12]，是缓释肥料的高级形式。它是以有机肥料和无机肥料为基体，依据横向-纵向施肥的理论，用物理、化学、物理化学及生物化学的手段调节和控制养分促释和缓释，通过工业制造生产包容平衡施肥原理和技术等农艺措施的科学施肥技术载体。它能依据作物营养的阶段性和连续性等营养特性，调控氮磷钾及必要的中、微量营养元素等养分供应强度与容量，使促释和缓释协调，能达到供肥缓急相济效果的控效植物营养复合体[13]。控释肥料具有养分释放与作物吸收同步，一次施入能满足作物整个生育期的需求；挥发、淋溶、固定少；施用方便，对环境污染小等优点[14]。其缺点是控释肥料成本高，其价格一般比常规肥料高2.5-8倍，目前仅在花卉、草坪、观赏性植物等经济作物上有一定的使用量，而在玉米、水稻等大田作物上仍处在试验阶段[15-18]。

2.缓释/控释肥料的制备原理和途径

2.1 物理方法制备缓释/控释肥料原理和途径

2.1.1 物理包被法

物理包被法是指在水易溶性或缓释性颗粒肥料外表面包裹上一层

渗透扩散阻滞层，来减缓或控制肥料养分的溶出速率，即包膜（裹）缓释/控释肥料。硫衣尿素（SCU）、涂层尿素、Luxuriance（乐喜施）等都属于这一类，而且硫衣尿素肥料的研制和开发还奠定了物理方法研究缓释/控释肥料的基础。

2.1.2 整体分散法

整体分散法是将肥料均一地分散、吸附于控释材料中，形成多孔网状体系，肥料养分随着控释材料对肥料养分的解吸或控释材料的溶蚀或降解释放出来。整体分散法生产的缓释肥料被称为基质型缓释肥料，包括固体基质肥料、固液态基质肥料和胶粘肥料。基质型缓释/控释肥料的缓释/控释系统可以由亲水或疏水材料以及生物降解型材料构成，其养分释放机理可以是扩散控制型，也可以是物理化学控制型。

2.1.3 混合法

混合法是将肥料增效剂（脲酶抑制剂、硝化抑制剂、保钾剂和磷素活化剂等）均匀地分散混合到肥料中去，通过调节肥料在土壤中的生物化学转化过程，来实现缓释/控释肥效果。如缓释碳铵（添加改良的ＤＣＤ）和缓释尿素（添加ＨＱ）等。

2.2 化学方法制备缓释/控释肥料原理和途径

化学合成缓释/控释肥料是将直接或间接地通过共价或离子键连接到预先形成的聚合物上，构成一种新型组合物。其所含养分的释放速度取决于聚合物键的性质、立体化学结构、疏水性、降解难易程度和交联程度等[19]。化学合成缓释/控释肥料可分为合成缓释性有机氮肥、合成缓释性无机氮肥和尿素改性的其它产品三类。

2.2.1 合成缓释性有机氮肥

合成缓溶性有机氮肥如脲甲醛（ＮＵ）、脲乙醛（ＣＤＵ）、异丁叉二脲（ＩＢＤＵ）和草酰胺等［２０］，这类肥料在土壤中的转化主要取决于环境因子，如土壤性质、温度和微生物活性，还取决于肥料本身的理化性质，粉状肥料的氮素释放速度比颗粒状的要快的多。

2.2.2合成缓释性无机氮肥如磷酸铵镁和磷酸铵钾是目前已经投入生产的两种重要无机磷酸铵化合物。

2.2.3 尿素改性的其它产品如硫代尿素、甘脲（亚异丁基二脲）等［２１］。这些肥料N的利用率可达66%-75%[22]。

3.缓释/控释材料及其缓释/控释机理

硝化抑制剂、脲酶抑制剂、磷素活化剂、肥料改性物质、肥料包膜材料、载体材料等材料都不同程度地对肥料起着缓释/控释效果，都属于缓释/控释材料的范畴。这些材料的缓释/控释机理各不相同。

3.1 硝化抑制剂

国内外广泛研究的硝化抑制剂有氮-吡啶、双氰胺、氯唑灵、4-氨基三唑、2-乙基吡啶、硫代硫酸铵、硫代硫酸钠、脒基硫脲、硫代磷酰三胺、硫脲等[19]材料。硝化抑制剂的作用机理是抑制硝化作用第一阶段铵根离子氧化为亚硝酸根离子的主要细菌即亚硝化单孢菌的活性，从而减少亚硝酸根离子的积累，进而控制硝酸根离子的形成，最终降低了施入土壤中的氮素损失。

3.2 脲酶抑制剂

近几年来，开始研究使用的脲酶抑制剂有N-（正丁基）磷酰三胺、硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、环已基磷酰三胺、磷酰三胺、对苯二酚、P-苯、硫代吡啶、硫脲、糠醛、腐植酸类物质、硼酸、甲醛、乙草胺、乙丙甲草胺等[19]材料。脲酶抑制剂的作用机理是抑制尿素转化中脲酶的活性，起到延缓尿素分解的作用，减少了尿素的分解损失，从而起到缓释的效果。

3.3 磷素活化剂

目前，研究较多的磷素活化剂如沸石、澎润土、糠醛渣、腐植酸类、木质素盐类、硅藻土、鸡粪中活性有机酸类、猪粪中有机活性物质、蒿秆中提取的活性有机物质等材料。磷素活化剂的作用机理是将土壤中的难溶性磷分解为可被植物吸收利用的状态，增加土壤中的有效磷素含量，降低磷肥施用量，提高磷肥利用率。

3.4 肥料改性物质

肥料改性物质[22]有甲醛、草酸、乙醛、丁烯叉醛、硝酸、磷酸等材料。肥料改性物质的作用机理是通过化学方法改变了肥料的性质，降低改性后肥料在土壤中的溶解速度，减少了肥料的流失量，提高了肥料利用率。

3.5 肥料包膜材料

目前，得到广泛研究和应用的肥料包膜材料有阿拉伯胶、明胶、海藻酸钠、腐植酸类、淀粉类、面粉、纤维素、焦油、橡胶、乳胶、石蜡、沥青、油类、羟甲基纤维素钠、乙基纤维素、聚乙烯、聚苯乙烯、脲甲醛树脂、聚乙烯醇磷酸脲、聚乙烯醇缩醛、L-乳酸聚合物、聚乙烯醇、聚丙烯、聚氨基甲酸酯、木质素磺酸钠、聚乙二醇、醋酸纤维、硬脂酸、硫磺、钙镁磷肥、氧化镁等材料。肥料包膜材料的作用机理是通过包膜材料在肥料表面形成膜的透性，减少肥料在土壤中的物理化学生物的分解作用，达到植物需要多少养分肥料就分解多少的目的，进而达到缓释/控释的效果。

3.6 载体材料

可利用的载体材料有玻璃、珍珠岩、沸石、延展性蛭石、明胶、淀粉、聚丙烯酰胺、聚乳酸、甲壳糖、丁苯橡胶、沥青、石蜡、海泡石等材料。载体材料的作用机理是通过其材料本身的空间网状结构对肥料的吸附作用，减少了肥料在土壤中的损失，提高了肥料利用率。

4.缓释/控释肥料养分释放特征评价方法

4.1 水溶出率法

水溶出率法又分为7天静止水溶出率法[23]、水浸法[24]、水溶出率法[25]等方法。欧洲标准委员会对评判缓释/控释肥料作了如下说明：若肥料养分在25℃的水中24小时释放量不大于15%及28天释放量不超过75%和在规定时间内至少75%被释放，则该肥为缓释/控释肥料。试验证明通过上述方法试验肥料浸入水中测得养分释放期不能代表作物表现

的肥效期，所以该方法在评价肥效期时有待进一步改进。

4.2 淋溶评价法

淋溶评价法包括土柱淋溶法—土壤溶出率法[26]和砂柱淋溶法[27]等

方法。其中土柱淋溶法考虑了养分离子或分子被土壤胶体吸持这一事实，与田间情况较为接近。

4.3 生物培养法

以盆栽试验或大田试验来研究控释肥料的养分释放规律最能体现肥料的控释性能。通过不同生育期的吸收量或土壤肥料养分残留量、速效肥料效应为对照，计算控释肥料养分释放量。大田试验受到诸多自然条件，如降水、温度、虫害等影响，而盆栽试验条件相对则易于控制。

同时，不同作物、不同土壤对同一控释肥料的反应是不同的，很难得到一致的规律，如何确定试验条件还有待研究[28]。

4.4 其它评价方法

应用电超滤技术评价肥料的释放速率土壤培养法[29]；也有把包膜肥料放在不同盐浓度的溶液中培养，溶液可以搅动或静止，测定包膜肥料养分的释放速率土壤培养法[30]；廖松等土壤培养法[31]采用电导法和好气培养法、连续取样法研究包膜控释尿素包肥效果及其机理，发现该法得到的控释尿素的供氮曲线具有一致的变化规律，并认为用该法简单快速测定控释肥料的供氮速度并评价其肥效；樊小林等[32]用土壤好气培养——间隙淋洗法，在恒温条件下培养12周，研究控释肥料与控释包在土壤中的供氮情况表明，其在土壤中的供氮规律可用一级动力学方程描述。陈立军土壤培养法[33]应用红外光谱分析法快速有效同时测定复合缓释肥中的N、P的释放量。

5.展望

我国在缓释/控释肥料的研究方面已经取得很大成绩，但是从缓释/控释肥料的推广应用方面的反馈信息上发现，在研究上仍存在诸多问题：如价位太高、养分释放速率与作物吸收速率的模式不一致、养分释放与肥料的肥效都缺乏全面系统的评价标准等。针对目前存在的问题，缓释控释肥料的研究重点应放在以下几个方面：（1）加强价格低廉的缓释/控释材料的研究与开发，制备价格较低的缓释/控释肥料；（2）改进缓释/控释肥料，使其养分释放速率与作物的吸收速率同步；（3）定量评价从准确、简单、快速及节省劳力并得到实际经济效益入手；（4）完善缓释/控释肥料养分释放特性的检测方法，规范缓释/控释肥料生产中的质量管理标准；（5）氮肥在农田中的损失最严重，目前氮肥的缓释控释技术研究最多，但国内磷钾肥料资源较缺乏，因而加强磷钾肥料缓释/控释技术的研究也是非常必要的。