赵其国团队：包膜型缓/控释肥料研究现状及其在功能农业中的应用展望
当前，我国农业发展进入了继高产农业、绿色农业之后的第三个发展阶段——功能农业阶段，即通过科学技术手段生产出具有健康改善功能的农产品。
施用缓/控释功能肥料，实现对作物的“精准给肥”是功能农业的关键科学问题之一。缓/控释肥料凭借其可显著提高肥料利用率、减轻因养分流失造成的环境污染、提高作物产量及品质等优点受到国内外研究人员的广泛关注。其中包膜型缓/控释肥料通过包膜材料的设计，可更好地实现对养分的控释。
功能农业是中国科学院院士赵其国先生于2008年在《中国至2050年农业科技发展路线图》中提出的未来农业新概念，是指通过生物营养强化技术或其他生物技术手段生产出具有健康改善功能的农产品，简单地说，就是要种植出具有保健功能的农产品。功能农业是我国农业发展的新方向，是继高产农业、绿色农业之后的第三个发展阶段，功能农业的兴起对缓/控释肥料的控释效果提出了较高的要求,其中使用的微量元素肥料等需要“精准给肥”技术的支持，而研发包膜型缓/控释功能肥料是实现微量元素“精准给肥”的重要途径，开发营养元素的缓/控释技术对于功能农业的发展大有裨益。
本文引用格式：
陈冠霖, 赵其国, Ofori D P, etal. 包膜型缓/控释肥料研究现状及其在功能农业中的应用展望[J]. 肥料与健康, 2021, 47(3):1-6.
本文节选自《包膜型缓/控释肥料研究现状及其在功能农业中的应用展望》，原文可扫描以下二维码 点击“网刊”——“当期目录”阅读。
缓/控释肥料的概念、分类和标准
缓/控释肥料的概念
缓/控释肥料的概念分为广义概念与狭义概念。广义上，缓/控释肥料是指以各种调控机制使其养分最初释放延缓，延长植物对其有效养分吸收利用的有效期，实现养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释放的肥料。狭义上，缓释肥料与控释肥料的概念有所不同。缓释肥料又称长效肥料，国家标准《缓释肥料》（GB/T 23348—2009）中对其定义：通过养分的化学复合或物理作用，使其对作物的有效态养分随着时间而缓慢释放的化学肥料。
控释肥料在化工行业标准《控释肥料》（HG/T 4215—2011）中的定义：能按照设定的释放率和释放期来控制养分释放的肥料。控释肥料是缓释肥料的高级形式，理想中的控释肥料是在不同时期的养分释放量与作物在不同生长阶段的养分需求量完美匹配的新型肥料。
张民等把生物或化学作用下可分解的有机氮化合物（如脲甲醛）肥料称为缓释肥料，把对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料称为控释肥料。
缓/控释肥料的分类
对于缓/控释肥料的分类存在一定的争议，本文按照养分控释方式、制备原理和工艺以及物质种类的不同将缓/控释肥料分为物理阻碍控释型肥料、微溶有机化合物肥料、微溶无机化合物肥料和稳定性氮肥四大类。
缓/控释肥料的标准
2007年，我国化工行业标准《缓控释肥料》（HG/T 3931—2007）发布并实施。该标准规定了作为缓/控释肥料应同时符合以下3个要求：在25 ℃时，24 h养分释放率不超过15%，28 d累积养分释放率不超过75%，在养分释放期的累积养分释放率不低于80%。
包膜型缓/控释肥料的类别
包膜型缓/控释肥料是缓/控释肥料中发展最为迅速的，根据包膜材料的不同可分为无机包膜肥料和有机包膜肥料两大类。
无机包膜肥料
硫包衣尿素是无机包膜肥料中的标志性产品，也是包膜肥料中开发时间最早、工艺最成熟、用量最大的品种；硫包衣尿素在实现氮素缓释的同时，还提供了作物生长所需的中量营养元素硫。由于硫包膜硬且脆，硫包膜肥料在使用过程中易破损而失去缓控释效果，因此常采用石蜡作为密封剂，或采用聚合物材料进行二次包膜以提高其缓控释性能。硫包衣尿素价格低廉、工艺成熟，适合于在大田中推广应用，也是美国、欧洲、日本等国家化肥市场中重要的品种，但长期使用可能导致土壤酸化。
另一种典型的无机包膜肥料是钙镁磷肥包裹型肥料。许秀成等先后研制出以钙镁磷肥、部分酸化磷矿、金属磷酸铵钾盐为包裹层，以氮肥等为核心的肥包肥型缓释肥料，在控制氮素释放的同时，包裹层含有的钙、镁、硅等元素也起到促进作物生长、改善土壤结构的作用。包裹型肥料是以肥料包裹肥料，包裹层质量占肥料总质量的30%～80%。
有机包膜肥料
常见的有机包膜肥料可分为天然高分子包膜肥料和合成高分子包膜肥料两大类。
天然高分子包膜肥料所用的包膜材料主要包括木质素、淀粉、壳聚糖、腐殖酸、纤维素、天然橡胶、植物油脂、海藻酸钠等。天然高分子材料具有来源广泛、成本低廉、易于降解、环境友好等优点，但受自身结构的限制，若直接用于肥料的包膜则其缓/控释性能较差，因此常需经过物理、化学改性后使用。
合成高分子包膜肥料所用的包膜材料通常为聚烯烃类、树脂类等，如聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇、醇酸树脂、脲醛树脂等，此类材料的优点是易于成膜，受外界土壤环境影响较小，隔水能力强，缓控释效果较好。其缺点在于生产成本较高，且大多难以降解，包膜材料易残留于土壤中而造成污染。因此，开发缓控释性能好、对环境友好、可降解的包膜材料仍为研究的热点。
包膜型缓/控释肥料存在的问题及发展方向
包膜材料生产成本较高
包膜工艺不成熟
评价方法及标准不完善
缺少环境效应评价
包膜型缓/控释肥料在功能农业
中的应用展望
微量元素的缓/控释技术是功能农业的关键科学技术之一。研发具备良好控释效果的包膜材料，对于降低功能肥料成本、节约资源具有重要意义；发展具备优良控释能力，能够适时、适量地释放作物所需特定营养元素的“智慧功能肥料（Smart Functional Fertilizer）”是缓/控释肥料在功能农业领域的发展趋势，未来可实现对于多种微量元素的控释，在节约资源、减轻污染的同时，大幅提高功能农产品的品质。
缓/控释功能肥料未来的研究重点：①加强对不同种类、不同形态的微量元素释放规律的研究，建立相关的养分释放数学模型，做到微量元素的释放与作物的吸收规律相匹配，实现作物对于微量营养元素的“随需随取”；②加强对各微量元素之间协同作用、拮抗作用等方面的研究，并以此作为理论基础发展多功能微量元素肥料；③优化包膜工艺，发展智能化、自动化生产工艺以提高包膜的精密程度与完整性；④制定微量元素肥料的缓控释标准，探究适用于评价功能肥料微量元素释放性能的评价方法。
2021年是我国“十四五”化肥使用量零增长行动的关键之年，虽然我国缓/控释肥料方面的研究起步较晚，存在的问题还很多，但依靠众多科研工作者的不懈努力，我国缓/控释肥料研发正向着实现精准控释、成本低廉、种类多样、环境友好的目标稳步迈进。