新型肥料的種類與應(yīng)用

一、發(fā)展新型肥料的必要性

肥料是糧食豐產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的決定性因素之一。過去150年來，化肥的施用對(duì)全球糧食的增產(chǎn)和食物短缺的緩解作出了巨大的貢獻(xiàn)。在20世紀(jì)，世界人口從16億增至60億（增長(zhǎng)275%），而世界耕地面積僅由9億公頃增至13.7億公頃（增長(zhǎng)52%），但全球谷物產(chǎn)量卻由5億噸增至20億噸（增長(zhǎng)300%），化學(xué)肥料的施用起了非常關(guān)鍵的作用。

我國(guó)是一個(gè)人口眾多，資源緊缺的泱泱大國(guó)，這樣的基本國(guó)情決定了我國(guó)的農(nóng)業(yè)尤其是糧食生產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的任何階段，都不能削弱而只能加強(qiáng)。要高度重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，始終保持糧食及其他農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的穩(wěn)定增長(zhǎng)。而肥料，特別是化肥，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。

但我國(guó)肥料生產(chǎn)與應(yīng)用中仍存在著一系列問題，如化肥利用率低，養(yǎng)分高效利用的新型肥料品種缺乏，復(fù)混肥料養(yǎng)分形態(tài)、數(shù)量配比不能滿足作物營(yíng)養(yǎng)需求，平衡施肥理論和技術(shù)的推廣與應(yīng)用缺乏系列專用復(fù)合肥，非水溶性鉀礦資源沒有得到充分利用，有機(jī)肥料發(fā)酵周期長(zhǎng)、有毒有害物質(zhì)含量超標(biāo)嚴(yán)重等。上述問題已成為制約中國(guó)食物安全的根本性問題之一。

環(huán)保高效新型肥料能提高肥料利用率，保證糧食安全，減少環(huán)境污染，一次施用就能滿足作物的需要，可大大減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低肥料施用成本，成為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。因此，發(fā)展新型高效肥料，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、確保我國(guó)糧食安全具有十分重要的意義。

二、新型肥料的種類及特點(diǎn)

近六十年來，隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，肥料科學(xué)領(lǐng)域的新知識(shí)、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，肥料向復(fù)合高效、緩釋控釋（ 長(zhǎng)效） 和環(huán)境友好等多方向發(fā)展。因而，我們把利用新方法、新工藝生產(chǎn)的具有上述特征的肥料稱為新型肥料，以區(qū)別于傳統(tǒng)化肥工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)單質(zhì)肥料和復(fù)合肥料，以及未經(jīng)深加工的有機(jī)肥料。它是針對(duì)傳統(tǒng)肥料的利用率低、易污染環(huán)境、施用不便等缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行的物理、化學(xué)或生物化學(xué)改性后生產(chǎn)出的一類新產(chǎn)品。主要包括穩(wěn)定性肥料、緩釋和控釋肥料、聚氨酸類肥料、多功能肥料、商品化有機(jī)肥、生物肥料等。為適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新要求，新型肥料作為一種有助于改善環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的農(nóng)用生產(chǎn)資料發(fā)展迅速。

近幾年，在新型肥料行業(yè)中，穩(wěn)定性、緩釋、控釋和聚氨酸類肥的發(fā)展是最快的，其次是商品有機(jī)肥，多功能肥料則因?yàn)楹w面太廣、針對(duì)性較強(qiáng)、市場(chǎng)比較混亂而發(fā)展相對(duì)緩慢。因此，我們主要介紹穩(wěn)定性、緩釋、控釋肥和聚氨酸類肥料的特點(diǎn)及施用效果。

1. 穩(wěn)定性肥料

穩(wěn)定性肥料是指經(jīng)過一定工藝加入脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑，施入土壤后能通過脲酶抑制劑抑制尿素的水解，和（或）通過硝化抑制劑抑制銨態(tài)氮的硝化，使肥效期得到延長(zhǎng)的一類含氮肥料（包括含氮的二元或三元肥料和單質(zhì)氮肥），是在傳統(tǒng)肥料中加入氮肥增效劑來延長(zhǎng)肥效期這樣一類產(chǎn)品的統(tǒng)稱。

穩(wěn)定性肥料技術(shù)具有肥效期長(zhǎng)（一次施肥，養(yǎng)分有效期可達(dá)120天）、養(yǎng)分利用率高（氮利用率提高8.7個(gè)百分點(diǎn)，減少氮淋失48.2%，降排N2O（一氧化二氮）64.7%；磷提高4個(gè)百分點(diǎn)，土壤磷活化率13%，肥料磷有效率提高28%）、平穩(wěn)供給養(yǎng)分，增產(chǎn)效果明顯（作物后期不缺肥，活稈成熟，作物平均增產(chǎn)幅度10%～18%）；環(huán)境友好，降低面源污染（本產(chǎn)品對(duì)環(huán)境安全，無殘留。當(dāng)年降解率達(dá)75%）、成本低（成本增加只有普通復(fù)合肥的2%～3%，可以廣泛用于糧食作物）。

穩(wěn)定性肥料已在東北、中原、西南、西北及長(zhǎng)江流域等22個(gè)省進(jìn)行了應(yīng)用，生產(chǎn)的穩(wěn)定性專用肥有60多個(gè)品種，應(yīng)用作物涉及玉米、水稻、大豆、小麥、棉花等30多種，平均每畝增產(chǎn)165.25公斤，增產(chǎn)率達(dá)14.7%，農(nóng)民每畝增收188.35元。

2. 包膜或包囊控釋肥料

這類肥料主要是指在肥料外層包裹一層材料，從而達(dá)到控制養(yǎng)分的釋放特性，包膜材料是此類肥料的核心。目前我國(guó)包衣類控釋肥料主要有以下幾種：

（1）硫包衣。硫包衣尿素（Sulfur Coated Urea）是通過在尿素外面包裹硫磺、微晶蠟密封劑而制成的，硫磺與微晶蠟密封劑的數(shù)量將會(huì)決定該產(chǎn)品緩釋氮的釋放特性。我國(guó)的SCU技術(shù)由國(guó)外直接引進(jìn)，在引進(jìn)的基礎(chǔ)上，又增加了工藝控制程序，調(diào)節(jié)養(yǎng)分釋放。含高濃度氮30%～40%，可以減少氮淋溶或以氨的形態(tài)揮發(fā)，硫價(jià)格低廉，硫本身也是一種中量的植物營(yíng)養(yǎng)元素。目前市場(chǎng)有售的包硫尿素（7天內(nèi)）其溶解率為40%～60%。

（2）聚合物包膜肥料。聚合物包膜尿素是通過在尿素外面包裹熱塑性包裹材料而制成的。主要技術(shù)是包膜材料的選擇和添加包膜的實(shí)用技術(shù)。與傳統(tǒng)肥料相比，由于更為復(fù)雜的生產(chǎn)過程和較高成本的包膜材料，使生產(chǎn)的聚合物包膜肥料成本明顯增加（也高于包硫尿素）。

（3）肥包肥。鄭州大學(xué)許秀成等研制的包裹肥料是以水不溶性無機(jī)肥料（通常為親水性材料）逐層包裹水溶性肥料核芯，在包裹過程中形成了緩效復(fù)合肥料，通過調(diào)節(jié)包裹層組成及厚度來制得不同養(yǎng)分配比的緩效增值復(fù)合肥料。該系列增值肥料包括以鈣鎂磷肥為包裹層、以磷礦部分酸化為包裹層、以二價(jià)金屬磷酸銨鉀鹽為包裹層。

（4）涂層緩釋尿素。中國(guó)科學(xué)院石家莊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所閻宗彪等研制的涂層緩釋一次肥采用與氮、磷、鉀肥料顆粒表面具有較強(qiáng)的親和能力和成膜特性的涂層材料，分別涂在不同肥料顆粒表面，形成一層或多層包膜，成為具有“控氮緩釋、促磷增效、防鉀淋失、微量補(bǔ)充”功能，粒度均勻、色彩各異的單質(zhì)改性肥料顆粒，再采用摻混工藝根據(jù)測(cè)土施肥需要科學(xué)組配與作物全生育期養(yǎng)分需求變化相協(xié)調(diào)。

3. 脲甲醛肥料、異丁叉二脲、丁烯叉二脲

將肥料直接或間接地通過共價(jià)或離子鍵連接到預(yù)先形成的聚合物上，構(gòu)成一種新型組合物。其所含養(yǎng)分的釋放速度取決于聚合物鍵的性質(zhì)、立體化學(xué)結(jié)構(gòu)、疏水性、降解難易度和交聯(lián)程度等。分為三種類型：難溶性有機(jī)化合物，包括脲甲醛、丁烯叉二脲和草酰胺等；水溶性難降解化合物，如異丁叉二脲等；低溶解性無機(jī)鹽，如磷酸鎂銨等。

這三類肥料主要應(yīng)用于專業(yè)性的草皮、苗圃、溫室、草坪以及庭院和景觀梅花，脲甲醛類肥料應(yīng)用最廣，被廣泛應(yīng)用于較溫暖的氣候區(qū)（歐洲地中海地區(qū)、美國(guó)南部和西南部地區(qū)），由于受到生產(chǎn)成本過高的限制，應(yīng)用不那么廣泛。在日本和歐洲，丁烯叉二脲主要應(yīng)用于草皮和特色農(nóng)業(yè)中，典型應(yīng)用是配入氮磷鉀顆粒肥料中。

4. 聚氨酸類肥料

聚氨酸類肥料能夠防止養(yǎng)分損失和固定，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，并提高養(yǎng)分吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)速率，起到離子泵作用，提升離子養(yǎng)分與作物根系的親和力，可使作物產(chǎn)量增加7%～30%。能有效提高肥料養(yǎng)分利用率（氮利用率提高24%～32%，磷利用率提高25%～30%，鉀的利用率提高30%～35%），可降低肥料投入（減少肥料投入15%～20%），減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)。產(chǎn)品無殘留，對(duì)人、畜、植物無毒害，符合綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，具有廣譜性，適用于各種土壤及農(nóng)作物。

三、新型肥料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

經(jīng)過20多年的探索發(fā)展，新型肥料在國(guó)際上已成為一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)，這也進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)新型肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

中國(guó)的緩控釋肥從上世紀(jì)70 年代初開始起步。到目前為止，中國(guó)陸續(xù)研制成功了樹脂包衣、硫包衣、脲醛類、生化抑制劑穩(wěn)定性肥料等緩控釋肥，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。全球緩控釋肥消費(fèi)量的三分之一由中國(guó)生產(chǎn)，品種涉及包裹肥料、樹脂包衣、硫包衣肥料、脲醛和穩(wěn)定性肥料。

2009年我國(guó)緩控釋肥料產(chǎn)能到達(dá)250萬噸，其中，穩(wěn)定性肥料由于成本較低、技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、投資較小，發(fā)展比較迅猛，占總產(chǎn)量的絕大部分，而樹脂包膜類、脲醛肥料等由于成本相對(duì)較高、投資較大，發(fā)展速度相對(duì)緩慢，市場(chǎng)的推廣難度大，產(chǎn)量較少。

我國(guó)從事包硫尿素的企業(yè)主要有漢楓、金正大、山西豐喜等。總產(chǎn)量30萬噸，出口占一大部分，國(guó)內(nèi)只在BB肥上有應(yīng)用。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的聚合物包膜控釋肥在山東金正大集團(tuán)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前年生產(chǎn)能力達(dá)到60萬噸，2009年產(chǎn)量達(dá)到50～60萬噸。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水溶性樹脂合成技術(shù)已經(jīng)在圃樂特控釋肥料公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)能約10萬噸，研制開發(fā)的異粒變速控釋肥技術(shù)在山東施可豐年產(chǎn)10萬噸項(xiàng)目早已投產(chǎn)。北京農(nóng)林科學(xué)院與北京首創(chuàng)集團(tuán)新型肥料公司合作，生產(chǎn)聚烯烴包衣控釋肥料，年產(chǎn)能達(dá)到20萬噸。

濟(jì)南樂喜施肥料有限公司是目前最大的包裹型緩控釋肥料生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)有年產(chǎn)能10萬噸的生產(chǎn)線3條，產(chǎn)品主要供應(yīng)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)。

脲醛類緩釋肥目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的主要廠家上海大洋年產(chǎn)、武漢綠茵、青島住商等，生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品多用于出口。

穩(wěn)定性肥料技術(shù)的產(chǎn)品已占全國(guó)長(zhǎng)效肥市場(chǎng)的85%以上，年總產(chǎn)量已達(dá)世界產(chǎn)量的三分之一，居世界第一。市場(chǎng)遍及東北、中原、西南、西北及長(zhǎng)江流域等22個(gè)省、50余家企業(yè)。包括施可豐化工股份有限公司、黑龍江倍豐農(nóng)資集團(tuán)有限公司、錦西天然氣化工股份有限公司、山東魯西化工集團(tuán)、江蘇華昌化工集團(tuán)、云南農(nóng)家樂復(fù)合肥有限公司、河北中嘉復(fù)合肥有限公司、內(nèi)蒙古遼中京化工有限責(zé)任公司和廣西新勝利農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限責(zé)任公司等在全國(guó)復(fù)合肥行業(yè)中具有一定影響力的企業(yè)。2011年全國(guó)穩(wěn)定性肥料銷售量累計(jì)生產(chǎn)122.5萬噸。中國(guó)科學(xué)院與全國(guó)22家科研、推廣機(jī)構(gòu)建立了密切的合作關(guān)系，成立了“全國(guó)緩控釋肥試驗(yàn)示范協(xié)作網(wǎng)”，投入600萬元，用于穩(wěn)定性肥料的全國(guó)示范推廣，示范協(xié)作網(wǎng)覆蓋了全國(guó)22個(gè)省份，涉及試驗(yàn)示范作物包括水稻、玉米、小麥、大豆、棉花、甘薯、花生、油菜、胡蘿卜、大蔥、大蒜、姜、蘋果、菠蘿、甘蔗、荔枝、柑橘、橡膠、香蕉、龍眼、茶葉21種，涵蓋土壤類型、作物種類眾多，深度研究不同作物專用肥配方、施用技術(shù)，為穩(wěn)定性肥料的推廣起到了積極的作用。

2010年12月由中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所牽頭，聯(lián)合全國(guó)68家企業(yè)和科研院所聯(lián)合成立了穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，集中多家之力進(jìn)行穩(wěn)定性肥料技術(shù)的宣傳和市場(chǎng)開拓，實(shí)現(xiàn)資源共享，規(guī)范穩(wěn)定性肥料經(jīng)營(yíng)，集中攻克穩(wěn)定性肥料中的成本及新材料的問題，為穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2011年3月1日，世界首部《穩(wěn)定性肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式頒布實(shí)施，規(guī)范了此類產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售、使用和質(zhì)量監(jiān)督，保證了市場(chǎng)的健康發(fā)展。

聚氨酸類肥料產(chǎn)地主要集中在山東、河北。其中，山東2011年聚氨酸尿素總產(chǎn)量超過70萬噸，華北地區(qū)占據(jù)5成以上產(chǎn)量。2008至2011年，中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、遼寧中科生物工程有限公司利用生物工程技術(shù)合成的一種含氨基酸的聚合物，經(jīng)過精致提純后獲得具有活性的有機(jī)高分子聚合物，是一種新型、環(huán)保的生物合成的有機(jī)型化肥增效劑，目前生產(chǎn)聚氨酸肥料的廠家有山東三方化工股份有限公司、玉溪云海工貿(mào)有限公司、廣西新方向化學(xué)工業(yè)有限公司、遼寧元亨生物科技有限公司、河北藁城化肥總廠、湖北祥云（集團(tuán)）化工股份有限公司、吉林頌禾合作社等。

四、新型肥料的發(fā)展方向

新型肥料的發(fā)展趨勢(shì)與農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)密切相關(guān)，隨著人口的增長(zhǎng)，人類對(duì)糧食和農(nóng)產(chǎn)品需求量增多，只有加快新型肥料的發(fā)展速度，才能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)沿著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和高效的方向發(fā)展。

1. 高效化

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)新型肥料的養(yǎng)分含量提出了更高的要求，高濃度不僅有效地滿足作物需要，而且還可省時(shí)、省工，提高工作效率。

2. 復(fù)合化

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求新型肥料要具有多種功效，來滿足作物生長(zhǎng)的需要。目前，含有微量元素的復(fù)合肥料，以及含有農(nóng)藥、激素、除草劑等新型肥料在市場(chǎng)上日趨增多。

3. 長(zhǎng)效化

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)肥料的效能和有效時(shí)期都提出了更高的要求，肥料要根據(jù)作物的不同需求來滿足作物的需要。穩(wěn)定性肥料具有肥效期長(zhǎng)，一次性施肥免追肥等特點(diǎn)，技術(shù)可節(jié)約用肥量15%～20%左右，養(yǎng)分平均利用率提高8.7個(gè)百分點(diǎn)。養(yǎng)分淋失率降低48.2%，N2O（一氧化二氮）排放減少46%～74%，肥料利用率達(dá)到45%～54% ；土壤磷平均活化率為13%，肥料磷有效率提高28%。等產(chǎn)量節(jié)肥15%～20%；同肥量可增產(chǎn)10%～15%；一次性施肥，使氮肥肥效期達(dá)120～130 天。穩(wěn)定性肥料符合我國(guó)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，是今后肥料的發(fā)展方向。