關(guān)鍵詞：化肥
面對(duì)資源、能源、環(huán)境保護(hù)和糧食安全的巨大壓力，在不增加或少量增加化肥用量的前提下，發(fā)展增效肥料，推動(dòng)傳統(tǒng)化肥全面增值改性，是我國肥料產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量替代數(shù)量”發(fā)展提供重要保障，對(duì)我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)提供強(qiáng)有力的科技支撐，是中國肥料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的道路。
一、傳統(tǒng)化肥增效改性的內(nèi)涵與必要性
1.傳統(tǒng)化肥增效改性技術(shù)途徑
對(duì)傳統(tǒng)肥料（常規(guī)肥料）進(jìn)行再加工，使其營養(yǎng)功能得到提高或使之具有新的特性和功能，是新型肥料研究的重要內(nèi)容。對(duì)傳統(tǒng)化肥進(jìn)行增效改性的主要技術(shù)途徑包括：一是緩釋法增效改性。通過發(fā)展緩釋肥料，調(diào)控肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放過程，最大限度地使土壤的供肥性與作物需肥節(jié)律相一致，從而提高肥料的利用率。緩釋法增效改性的肥料產(chǎn)品通常稱作緩釋肥料。二是穩(wěn)定法增效改性。通過添加脲酶抑制劑或/和硝化抑制劑，以降低土壤脲酶和硝化細(xì)菌活性，減緩尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化速度，從而減少揮發(fā)、淋洗等損失，提高氮肥的利用率。穩(wěn)定法增效改性的肥料產(chǎn)品通常稱作穩(wěn)定性肥料。三是增效劑法增效改性。專指在肥料生產(chǎn)過程中加入海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等天然活性物質(zhì)所生產(chǎn)的肥料改性增效產(chǎn)品。海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等增效劑都是天然物質(zhì)或是植物源的，可以提高肥料肥利用率，且環(huán)保安全。通過向肥料中添加生物活性物質(zhì)類肥料增效劑所生產(chǎn)的改性增效產(chǎn)品，通常稱作增值肥料。四是有機(jī)物料與化學(xué)肥料復(fù)合（混）優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用，生產(chǎn)的肥料產(chǎn)品多為有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥或有機(jī)質(zhì)型（炭基）復(fù)混肥料。
2.傳統(tǒng)化肥增效改性的必要性
（1）我國大田作物氮肥當(dāng)季利用率僅為30%左右
我國傳統(tǒng)氮肥主要包括尿素（占氮肥總產(chǎn)量的65%左右）、硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨及硝酸銨等品種類型。由于氮肥活性高，損失途徑多，并且未被作物利用的氮肥又不容易在土壤中殘留被后續(xù)利用，加之我國氮肥用量大（單位面積用量約為世界平均的3倍），因此，我國農(nóng)田氮肥的利用效率一直處在較低水平，全國大田作物氮肥當(dāng)季利用率平均只有30%左右，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家50%-60%的水平。2012年，我國氮肥產(chǎn)量4313萬噸，占世界產(chǎn)量的40%左右；農(nóng)業(yè)消費(fèi)氮肥3337萬噸，占氮肥產(chǎn)量的77%。我國每年農(nóng)業(yè)施用的氮肥通過揮發(fā)、淋洗和徑流等途徑損失超過1000萬噸，相當(dāng)于2000多萬噸尿素，直接經(jīng)濟(jì)損失400多億元人民幣，不僅造成能源與資源的巨大浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成極大威脅。第一次全國污染源普查公報(bào)，農(nóng)業(yè)源總氮排放量為270.46萬噸，占排放總量（含農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活源）的57.2%。因此，對(duì)傳統(tǒng)氮肥進(jìn)行增效改性，減少損失、提高利用率，對(duì)保護(hù)資源與環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益等，均具有重要意義。
（2）我國三大作物磷肥當(dāng)季利用率只有24%
傳統(tǒng)磷肥品種主要包括磷銨、普通過磷酸鈣、重鈣、硝酸磷肥、鈣鎂磷肥以及氮磷鉀復(fù)合（混）肥等，除鈣鎂磷肥外，多數(shù)磷肥品種中的磷是水溶性磷。但是，磷肥施入土壤中通常被大量固定是影響其提高效率的重要限制因素。我國2012年磷肥產(chǎn)量達(dá)到1693萬噸，占世界磷肥產(chǎn)量的40%，2012年我國磷肥農(nóng)業(yè)用量達(dá)到1167萬噸。根據(jù)2013年農(nóng)業(yè)部研究的結(jié)果（2013年10月），我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物磷肥的當(dāng)季利用率只有24%，比發(fā)達(dá)國家低十幾個(gè)百分點(diǎn)。我國大量施用磷肥也導(dǎo)致面源污染嚴(yán)重發(fā)生。第一次全國污染源普查公報(bào)，農(nóng)業(yè)源總磷排放量為28.47萬噸，占排放總量（含農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活源）的67.4%。因此，對(duì)傳統(tǒng)磷肥進(jìn)行增效改性的主要方向，是減少固定、促進(jìn)吸收，提高效率。
�。�3）我國三大作物鉀肥利用率為42%
傳統(tǒng)鉀肥主要包括氯化鉀、硫酸鉀等品種。我國水溶性鉀肥資源嚴(yán)重不足，只占世界水溶性鉀肥資源的5%左右，長期以來我國鉀肥產(chǎn)量不能滿足自給需要，50%以上依賴進(jìn)口，需要大量外匯。2012年我國農(nóng)業(yè)鉀肥用量525萬噸，一半來自進(jìn)口。鉀肥在土壤中的活躍程度介于氮肥和磷肥之間。但是，鉀離子也相對(duì)較為活躍，施入土壤后受徑流、淋溶及土壤固定等影響，當(dāng)季利用率也不高，約為35%～50%（2013年10月農(nóng)業(yè)部研究結(jié)果，我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物鉀肥平均利用率為42%）。對(duì)傳統(tǒng)鉀肥增效改性的方向，也主要是提高有效性、促進(jìn)吸收，提高效率。
另外，我國農(nóng)業(yè)大量依靠投入氮磷鉀化肥獲得高產(chǎn)的同時(shí)，大量中微量元素也隨作物收獲而帶出農(nóng)田，我國農(nóng)田土壤中微量元素缺乏現(xiàn)象越來越普遍。因此，發(fā)展高效中微量元素肥料，也是提高肥效和增加產(chǎn)量的有效途徑。
二、緩釋肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術(shù)趨勢(shì)
緩釋肥料是我國肥料質(zhì)量替代數(shù)量發(fā)展的重要產(chǎn)品類型。從20世紀(jì)70年代開始，到今天我國緩釋肥料經(jīng)歷了探索起步（20世紀(jì)80年代）、初步發(fā)展（20世紀(jì)90年代）和快速發(fā)展（2000年以來）三個(gè)階段。2000年以前，我國緩釋肥料用量很少，在國際上沒有地位；之后經(jīng)過10多年的快速發(fā)展，到2010年全世界緩釋肥消費(fèi)量170萬噸，其中中國的消費(fèi)量占到70萬噸，占世界總消費(fèi)量的1/3以上，中國已經(jīng)超過美國（60萬噸）成為世界上緩釋肥料第一生產(chǎn)和消費(fèi)大國。中國緩釋肥料進(jìn)行了兩次大的技術(shù)引進(jìn)和集成創(chuàng)新。2005年以前，以引進(jìn)日本溶劑型樹脂包衣緩釋肥料技術(shù)為主要特征，通過消化吸收和集成創(chuàng)新，形成了產(chǎn)業(yè)化。2005年-至今，以吸收和引進(jìn)美國、加拿大無溶劑反應(yīng)成膜樹脂包衣緩釋肥料技術(shù)為主要特征，通過消化吸收和集成創(chuàng)新，形成產(chǎn)業(yè)化，整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。當(dāng)前我國緩釋肥料正面臨第三次創(chuàng)業(yè)和科技創(chuàng)新，需要從材料、工業(yè)設(shè)備、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面全面自主創(chuàng)新，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。
中國緩釋肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展中亟待解決的問題：一是從理論上明確大田作物需要什么樣的緩釋肥料。國外緩釋肥料主要用在草坪、園藝等非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，在大田作物上應(yīng)用不多，沒有太多經(jīng)驗(yàn)可供我們借鑒。我國緩釋肥料發(fā)展的主戰(zhàn)場是大田作物，大田作物需要什么樣的緩釋肥料？大田作物對(duì)肥料養(yǎng)分緩釋性的要求如何，這是必須加強(qiáng)研究和明確回答的問題。二是我國緩釋肥料還需在工藝和材料領(lǐng)域進(jìn)行再創(chuàng)新，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。要回答大田作物需要什么樣的緩釋肥料，也即大田作物對(duì)肥料養(yǎng)分緩釋性要求如何？首先不能將肥料的緩釋性和供肥性混為一談。肥料的緩釋性是指“肥料進(jìn)入介質(zhì)后養(yǎng)分向介質(zhì)（水或土壤）中擴(kuò)散的速度快慢”；而肥料的供肥性是指“肥料進(jìn)入土體后持續(xù)供應(yīng)作物養(yǎng)分的能力”。根據(jù)水肥高效利用的水-肥-根耦合理論，肥料養(yǎng)分緩釋性的設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)是實(shí)現(xiàn)“肥料養(yǎng)分在土壤中按一定規(guī)律釋放后，使其在土體中的供肥性與作物需肥規(guī)律相匹配（S型供應(yīng)）”，而不僅僅只限于0-20cm根層,只考慮肥料養(yǎng)分在0-20cm土層中的釋放與作物需肥規(guī)律相匹配（“S”型釋放）。
我國樹脂包膜緩釋肥料的工藝、設(shè)備創(chuàng)新主要包括：（1）生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；（2）提高單套設(shè)備產(chǎn)能，年生產(chǎn)能力力求超過萬噸以上，甚至超過5萬噸；（3）提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，省工、高效、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。另外，大田作物緩釋肥料需要多樣化的產(chǎn)品，因此，我國緩釋肥料在重視發(fā)展樹脂包膜緩釋肥料（多以BB緩釋肥料的形式進(jìn)入農(nóng)田）的同時(shí)，還應(yīng)重視發(fā)展其他緩釋機(jī)理的肥料產(chǎn)品，如非樹脂包膜型、內(nèi)置緩釋型、有機(jī)無機(jī)緩釋型等肥料品種。這些非樹脂包膜型緩釋肥料用普通設(shè)備即可生產(chǎn)，無需特殊設(shè)備、無需溶劑，工藝簡單、能耗小、產(chǎn)量高、成本低，大田作物應(yīng)用效果好。另外，緩釋肥料需要不斷完善標(biāo)準(zhǔn)。我國當(dāng)前的緩釋肥料標(biāo)準(zhǔn)主要是在參考國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制定的，國外緩釋肥標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)淺根草坪和園藝花卉等植物需肥規(guī)律制定的，可能并不適合大田深根作物。我國發(fā)展大田作物緩釋肥料，需要依據(jù)大田作物對(duì)緩釋肥的要求，制定和完善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
三、穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術(shù)趨勢(shì)
穩(wěn)定性肥料是指通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等，調(diào)節(jié)土壤酶或微生物的活性，減緩尿素的水解和對(duì)銨態(tài)氮的硝化-反硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢轉(zhuǎn)化和減少損失的目的。1935年Rotini首先發(fā)現(xiàn)土壤中存在脲酶；40年代Conrad等發(fā)現(xiàn)向土壤中加入某些抑制脲酶活性的物質(zhì)可以延緩尿素的水解；60年代人們開始重視篩選土壤脲酶抑制劑的工作。HQ（氫醌）、NBPT（N-丁基硫代磷酰三胺）、PPD（鄰-苯基磷酰二胺）、TPTA（硫代磷酰三胺）、CHPT（N-磷酸三環(huán)己胺）等是篩選研究的重要土壤脲酶抑制劑。國外自20世紀(jì)50年代開始研制硝化抑制劑，研究的主要產(chǎn)品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物，以及疊氮化鉀、氯苯異硫氰酸鹽、六氯乙烷、五氯酚鈉等。雙氰胺（DCD）是應(yīng)用較為廣泛用于提高氮肥利用率的硝化抑制劑。
我國從20世紀(jì)60年代開始重視研究穩(wěn)定性肥料，中科院南京土壤研究所率先開始了硝化抑制劑的研究。之后，中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所在上個(gè)世紀(jì)70年代開始研究氫醌作為脲酶抑制劑如何提高氮肥利用率，在盤錦化肥廠、大慶化肥廠等通過添加脲酶抑制劑生產(chǎn)緩釋尿素，并且應(yīng)用到大田作物上。特別是進(jìn)入2000年以來，中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所開發(fā)出一批新型脲酶抑制劑和硝化抑制劑，應(yīng)用在尿素、復(fù)合（混）肥中，生產(chǎn)穩(wěn)定性肥料，大面積實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,并且牽頭制定了《穩(wěn)定性肥料》（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：HG/T4135-2010）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2011年3月1日正式實(shí)施，規(guī)范了相關(guān)定義術(shù)語，統(tǒng)一了檢驗(yàn)方法，從而規(guī)范了穩(wěn)定性肥料市場，標(biāo)志著穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步入了一個(gè)新的階段。目前全國已有50余家化肥企業(yè)從事穩(wěn)定性肥料生產(chǎn)和推廣，年產(chǎn)量超過80萬噸。
穩(wěn)定性肥料未來技術(shù)趨勢(shì)，一是篩選更加廉價(jià)、高效、環(huán)保的脲酶抑制劑和硝化抑制劑，應(yīng)用到穩(wěn)定性肥料生產(chǎn)中；二是提高穩(wěn)定性肥料在不同土壤、氣候條件下的效果穩(wěn)定性；三是研究穩(wěn)定性肥料產(chǎn)品走向作物專用化。
四、增值肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術(shù)趨勢(shì)
增值肥料（Value-addedFertilizer）是增效肥料的一種，專指肥料生產(chǎn)過程中加入海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等天然活性物質(zhì)所生產(chǎn)的肥料改性增效產(chǎn)品。海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等增效劑都是天然物質(zhì)或是植物源的，可以提高肥料肥利用率，且環(huán)保安全。增值肥料發(fā)展的主要技術(shù)特點(diǎn)：增效劑微量高效，添加量在多在0.3‰-3‰之間；肥料養(yǎng)分含量基本不受影響，如增值尿素含氮量不低于46%；增效明顯，添加的增效劑具有常規(guī)的可檢測性；增效劑為植物源天然物質(zhì)及其提取物，對(duì)環(huán)境、作物和人體無害；工藝簡單，成本低。增值肥料主要通過促進(jìn)作物根系生長與活力；提高氮肥穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化及運(yùn)移模式，減少氨揮發(fā)和淋洗損失；減少土壤對(duì)磷鉀肥的固定，提高其有效性和供應(yīng)強(qiáng)度等。從而改善作物對(duì)肥料的吸收利用，提高肥料利用率。
中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所新型肥料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國家863計(jì)劃、國家科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過近10年的努力，研制出發(fā)酵海藻液、鋅腐酸、禾谷素等系列肥料增效劑；開發(fā)了海藻酸尿素、鋅腐酸尿素和禾谷素尿素等增值尿素新產(chǎn)品，以及相應(yīng)的增值復(fù)合肥、增值磷銨等新產(chǎn)品；在中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)的指導(dǎo)下，2012年成立《化肥增值產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟》，推動(dòng)我國傳統(tǒng)化肥增值改性。我國利用氨基酸、腐植酸、海藻酸等改性的增值尿素、復(fù)合肥、磷銨等，年產(chǎn)量超過300萬噸，推廣面積1.5億畝，增產(chǎn)糧食45億公斤，農(nóng)民增收80多億元，減少尿素?fù)p失超過60萬噸。增值尿素為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)我國肥料產(chǎn)品性能升級(jí)做出了貢獻(xiàn)。
增值肥料的關(guān)鍵技術(shù)是開發(fā)微量高效、環(huán)保安全的肥料增效劑。另外，增值肥料檢測方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，也需要亟待加強(qiáng)。
五、有機(jī)物料與化學(xué)肥料復(fù)合（混）優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用的產(chǎn)業(yè)發(fā)展及技術(shù)趨勢(shì)
有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥是肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的新秀，具有中國特色，逐漸被產(chǎn)業(yè)界所重視。過去發(fā)展有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料的主要原因，一是消納有機(jī)廢棄物，保護(hù)環(huán)境；二是增加土壤有機(jī)質(zhì)，培肥土壤。然而，我們一系列的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料與化學(xué)肥料科學(xué)復(fù)合（混），具有調(diào)節(jié)化學(xué)肥料養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、釋放和供應(yīng)模式的作用；有機(jī)物料通過改善土壤的理化性狀、調(diào)節(jié)土壤酶活性等，減輕氮肥氨揮發(fā)損失，減緩磷鉀肥在土壤中的固定，土壤供肥能力得到改善，等養(yǎng)分投入條件下，有機(jī)無機(jī)復(fù)合（混）肥料具有較高的化肥養(yǎng)分利用率。如將味精廠發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物分別與化學(xué)氮肥、磷肥和鉀肥進(jìn)行復(fù)混造粒，等養(yǎng)分投入情況下，有機(jī)復(fù)混氮肥、有機(jī)復(fù)混磷肥、有機(jī)復(fù)混鉀肥比普通化肥供肥能力強(qiáng)，作物增產(chǎn)，肥料利用率提高5～10百分點(diǎn)，尤其是有機(jī)物料與氮、磷肥復(fù)合（混）的增產(chǎn)效果最好。有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥在經(jīng)濟(jì)作物，如棉花、花生、馬鈴薯、大蒜、油菜以及果樹等作物上使用的潛力較大。磷鉀含量較高的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥也可以替代普通復(fù)混肥料作冬小麥等作物的基肥施用；高氮型的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥也可以用作追肥，或用在東北春玉米或華北夏玉米上的一次性施肥。我國每年有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)量超過600萬噸，應(yīng)用面積達(dá)到1億畝以上，廣泛應(yīng)用在棉花、花生、馬鈴薯、大蒜、油菜以及果樹等大田經(jīng)濟(jì)作物上，在小麥、玉米等糧食作物上應(yīng)用也越來越廣泛，作物增產(chǎn)30億公斤以上。
有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中日益發(fā)揮重要的作用，增產(chǎn)效果明顯，受到用戶的廣泛歡迎。但是，有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍存在許多亟待解決的問題。目前，系統(tǒng)研究有機(jī)物料與化學(xué)肥料復(fù)合（混）優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用的原理，建立有機(jī)無機(jī)復(fù)合（混）肥優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用的理論與技術(shù)體系，是未來有機(jī)無機(jī)復(fù)合（混）肥料研究的重要任務(wù)。同時(shí)，有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥的生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小，多數(shù)企業(yè)均采用團(tuán)粒法工藝生產(chǎn)有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，產(chǎn)能相對(duì)較低，尚沒形成龍頭企業(yè)帶動(dòng)該行業(yè)的發(fā)展。開發(fā)產(chǎn)能高、養(yǎng)分含量高、效果好、品相優(yōu)的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥料生產(chǎn)新工藝，適應(yīng)我國機(jī)械化施肥發(fā)展的要求，是發(fā)展有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥行業(yè)發(fā)展需要解決的生產(chǎn)中的問題。系統(tǒng)研究有機(jī)物料與化學(xué)肥料復(fù)合（混）優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用的機(jī)理與原理，建立有機(jī)無機(jī)復(fù)合（混）肥優(yōu)化化肥養(yǎng)分高效利用的理論與技術(shù)體系，是未來有機(jī)無機(jī)復(fù)合（混）肥料研究的重要任務(wù)。另外，發(fā)展有機(jī)質(zhì)含量3-8%、養(yǎng)分濃度超過40%以上的有機(jī)質(zhì)型復(fù)合（混）肥料，不僅可以發(fā)揮有機(jī)物料優(yōu)化化學(xué)肥料養(yǎng)分利用的作用，而且可以滿足市場對(duì)高濃度復(fù)合（混）肥產(chǎn)品的需求，有較大的市場潛力。
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