涂层缓释多功能肥在水稻高产栽培中的应用

点击次数:   更新时间:2020-12-14 22:44     来源:威廉亚洲

  摘 要:水稻涂层缓释多功能肥有崭新的缓释高效机理,即膜反应与团絮结构理论;涂层材料是营养物质,绿色环保,含有多种水稻高产营养需要的大、中、微量元素,特别是科学配置了硅、锌等营养成分,有显著的增产提质增强抗性效能;技术经济性好,是中国农民买得起的大田作物缓释肥料。

  当前,我国的化肥生产总量和消费量均占世界第一位。但是,我国化肥在应用中的有效成分利用率低,而且许多地区往往会过量投入,给农副产品、土壤和环境带来诸多负面效应,甚至达到了土壤、环境难以承受的极限。我国肥料产业未来发展的方向就是有效成分利用率高的中国特色缓释肥料[1]。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将研发新型环保型肥料、缓释控释肥料等列为优先发展的任务,充分说明了研发新型环保型缓释控释肥料是我国未来肥料发展的一个重要方向。

  (1) 缓控释肥料产品繁多。但是,我国缓释控释肥料主流产品大多数都是效仿国外技术,例如树脂包膜、硫包膜以及稳定型肥料等,除Luxacote包裹缓释肥料等外,很少有独立的知识产权,而且包膜等缓释控释肥料大多工艺复杂、二次加工成本高,其中不少包膜材料难降解,会给土壤带来二次污染。

  (2) 现有的缓控释肥料产品多数因成本和价格较高,限制了这些新型肥料进入市场和应用于大田作物,大多数只能在棚室蔬菜、花卉园艺或其他高效益作物上应用。

  (3) 新型增值肥料的内涵应该包括肥料本体、施肥方法和施肥机械[2]。许秀成指出,日本聚合物包膜控释肥料在水稻田的大面积推广,与“不耕起移植栽培的育苗箱全量施肥技术”及“侧条施肥田植机”的使用是分不开的。

  针对这些问题,中科院石家庄农业现代化研究所闫宗彪及其团队历经二十余年的研发攻关及大面积试验示范和推广,成功的推出了具有独立知识产权、能够大面积应用于大田作物的新型缓释肥料,并不断完善与之配套的施肥机械作业,走出了一条具有中国特色的适应低碳经济时代的新型缓释肥料之路。

  水稻涂层缓释多功能肥改变了过去主要应用非亲水性物理阻挡材料包膜、或应用低水溶性有机无机物质包膜以及生物抑制剂等手段控制(限制)肥料产品中有效养分(主要又是氮养分)的溶出释放,创造出“膜反应与团絮结构”的崭新缓释理论[3],这种理论实现了缓控释技术的纵向创新,主要包括延迟溶解、扩散控制和溶出控制三个要素。“膜反应”是指利用与肥料颗粒表面有较强亲和力并具有成膜特性的新型涂层材料,涂布在氮肥、磷肥和钾肥颗粒的表面,使之形成单层或多层半渗透膜层。“团絮结构”是指肥料施入土壤中后,涂布材料有强大的持续吸水性能,促使包膜(涂层)吸水膨胀,并迅速与土壤周围的有机物质结合,形成一种大分子三维网络结构,使每个肥料粒子都变成一个开放式的“养分储备库”,极大的增强了土壤颗粒对有效养分的吸附作用,从而大大减少肥料中有效营养成分的淋溶、渗透或挥发损失。由于该网络结构内外离子浓度的动态差异,在浓度梯度的作用下,肥料中的有效养分可以逐步释放出来供作物吸收利用,达到缓释保肥增效目的。

  本项技术中的涂层材料是“膜反应”的主要物质,取自国内,由特定的有机物与无机物在特定的工艺下合成。其中极少用量的氮涂液即可均匀涂布于尿素颗粒表面,在少量催化剂作用下,与尿素反应形成尿基络合金属盐,使成膜物质牢牢包裹于尿素颗粒表面,有效改善尿素的理化性质,在抑制脲酶活性、减少氨挥发、反硝化作用、防止流失方面,有明显的缓释增效作用。而磷涂液中含有磷促释剂,钾涂液中含有8%的腐植酸原料,能够“促磷增效、防钾流失”。此外,涂层涂液能够完全降解,降解后变成水稻可以吸收利用的养分,无残留,无污染,安全环保,属于绿色生产资料。

  在涂层缓释多功能肥的生产过程中,通过涂层工艺及钾肥造粒工艺,科学的配置了水稻生长需要的大量氮磷钾养分及硅、锌、硼等大、中、微量营养元素。其中,硅(二氧化硅含量8%~9%)和锌(有效锌1%~1.5%)对水稻高产栽培具有极重要的作用。

  硅肥对水稻有显著的促根壮杆、抗倒作用(表1~表3、图1),可以提高水稻同化CO2的能力,提高水稻单位面积产量(表4、表5),还能增强水稻抗病虫害能力和提高稻米品质(表6~表8)[4]。

  注:(1) 1为第一伸长节间;2为第二伸长节间;(2) 烟台众德集团新型肥料研发中心2009。

  锌是水稻多种生理过程不可或缺的元素,其中包括细胞膜功能、光合作用、蛋白质合成(主要是生长素)、糖分合成、抵御非生物逆境(如干旱)以及抵抗病害等。水稻缺锌时,细胞的正常生长受阻,叶片短窄,节间距缩短,使上、下叶鞘重叠,叶枕并列,农民称为“叶平摆”。大田缺锌,会“僵而不发”,分蘖丛生,老叶下垂附在水面上,抽穗推迟,甚至不抽穗,或抽畸形穗。给水稻补足锌营养,可促进水稻生长,增加每亩穗数、每穗实粒数,降低空壳率,提高千粒重,提升籽粒品质,增加产量[5]。

  技术经济性,是新型肥料能否尽快进入我国大田作物用肥市场并不断增加市场占有率的最重要的前提条件。国内外的新型控缓释肥料难以进入大田作物用肥市场的瓶颈因素就是其技术经济性差,成本太高,价格太贵,被业界称为“贵族”肥,农民消费者买不起,用不起,只能“望”肥兴叹。

  单位纯养分成本是衡量新型肥料产品技术经济性的一个重要量化指标[6]。按2007年上半年的市场价格计算,氮养分的单位成本价格:碳铵为26~29元;长效碳铵为30~34元;尿素为34~43元;硫包衣尿素为56~64元。根据烟台众德集团2008年5月做的一项市场调查,单位纯养分价格:稳定性肥料比同类项普通复合肥成本高30%左右;包膜型缓控释肥料比同类项复合肥成本高25%~33%;涂层缓释BB肥仅高出3.7%~3.9%。因此,水稻涂层缓释多功能肥具有优良的技术经济性,是中国农民用得起的稻田新型肥料。

  我们从2007年开始推广应用水稻涂层缓释肥。参与研发实施的单位先后有中科院石家庄农业现代化研究所、石家庄中科涂层肥料研究所、烟台众德集团、北京澳佳肥业集团、江西省余江县农业局农技土肥站、江西省邓家埠水稻原种场、山东省鱼台县土肥站等单位的专家教授、科技人员、农化服务人员等近300人,其中资深教授、研究员10人,大中专毕业生150余人,编印出版了6万册套餐施肥星火丛书和2000册水稻套餐施肥技术书籍,配置了二十多辆农业技术下乡宣传服务车,办起了几十所流动农民技术学校。同时按照“讲给农民听、做给农民看、带着农民干”的普及推广模式,在长江流域稻区、华北平源稻区和东北黑土稻区开展了大面积的试验示范活动。“点燃一盏灯,照亮一大片”使水稻涂层缓释多功能肥从小面积试验到大面积示范,逐步推广开来,让稻农们尝到了甜头,收到了节本、增产、提质的显著效果,促进了现代农业的发展。据不完全统计,四年来,水稻涂层缓释多功能肥示范推广近万吨,施用面积约20万亩,深受当地稻农欢迎。

  江西省余江县农业局农技土肥站吴金发、陈思文等试验表明,与常规配方施肥相比较,水稻涂层缓释肥有效穗增加4.2万/亩,实粒数增加8.1粒/穗,单位面积产量亩增83.33kg,增产19.23%,增产效果显著。

  近两年在东北稻区、华北稻区的九个示范点测产结果表明,施用水稻涂层缓释多功能肥平均增产率分别为24.01%和26.2%,增产效果极为显著。

  [ 1 ]赵秉强,许秀成.加快建设有中国特色缓释肥料技术体系,推动缓释肥料产业健康发展[J].磷肥与复肥,2010,25(4):11~13

  [ 2 ]许秀成.试论“增值肥料”的内涵及其评价[J].磷肥与复肥,2010,25(1):1~5

  [ 3 ]陈绍荣,乔生,孙玲丽,等.涂层缓释BB肥的缓释高效机理及其在大田作物上的应用[J].磷肥与复肥,2009,24(3):77~78

  [ 4 ]陈绍荣,孙玲丽,史炎良,等.硅肥在水稻超高产栽培中的作用及其施用技术[J].磷肥与复肥,2010,25(4):75~76

  [ 5 ]李淑玲,熊思健,吴金发,等.水稻营养套餐施肥技术[M].北京:农业科技出版社,2010:30~31

  [ 6 ]李淑玲,熊思健,孙玲丽,等.涂层缓释BB肥与某些新型肥料的技术经济性对比[J].磷肥与复肥2009,24(2):55~56

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