新型肥料国内外研究现状

新型肥料國內外研究現狀

世界化肥的生產和使用歷經３次變革。２０世紀６０年代之前，生產的化肥多為單質低濃度肥料；６０至８０年代，發達國家發展高濃度化肥和復合肥；最近２０年，發達國家開始重點研究緩／控釋肥料、生物肥料、有機復合肥料、功能性肥料，成為新型肥料研究與發展的熱點。

1、緩／控釋肥料

緩／控釋肥料最大的特點是養分釋放與作物吸收同步，簡化施肥技術，實現一次性施肥滿足作物整個生長期的需要，肥料損失少，利用率高，環境友好。世界各國都逐步認識到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型緩／控釋肥料。20世紀80年代以來，美國、日本、歐洲、以色列等發達國家都將研究重點有科學施肥技術轉向新型緩／控釋肥料的研制，力求從改變化肥自身的特性來大幅度提高肥料的利用率。緩／控釋肥料被譽為21世紀肥料產業的重要發展方向。目前，緩／控釋肥料主要有以下４種類型。

（１）、包膜型緩／控釋肥料；包膜型緩／控釋肥料主要是在肥料顆粒表層包被上控制養分釋放的包膜材料，調節養分釋放。1957年，美國首先研究硫包尿素，1961年ＴＶＡ在１～7kg／h裝置上進行了包硫尿素（ＳＣＵ）小試，1978年在美建成10t／h ＳＣＵ的示范生產廠。此間，又進行了包硫氯化鉀（ＳＣＫ）、包硫磷酸二胺（ＳＣＰ）的研究。硫包尿素仍是當前美國主導產品。

美國也是第一個商品化生產樹脂包膜肥料的國家。１９６７年在加利弗尼亞生產出醇酸樹脂包膜肥料Osmocote，成為當今世界著名控釋肥料品牌。日本從20世紀60年代開始研究包膜控釋肥料，70年代后，以研究熱塑料型樹脂聚稀烴包膜肥料為重點，簡稱ＰＯＣＦ工藝，通過調節ＰＥ與ＥＶＡ的比例，并以無機填料為開孔劑，可制得40天至360天釋放期的薄膜控釋肥料。開發可降解的聚合物包膜材料及研究之具有不同養分釋放模式的肥料代表了包膜肥的研究方向。

２０世紀８０年代以來，以色列、德國、英國、加拿大、意大利、印度等國也相繼進行了包膜型緩／控釋肥料的研究，嘗試用聚合物、草炭、木質素、石蠟、無機營養材料等包裹尿素等，制成緩／控釋肥料。1991年7月在美國阿拉馬州的SHefferld召開了第一屆環／控釋肥料專題研討會；1993年在以色列還發市召開料緩／釋肥料國際研討會。目前，世界上年緩釋／控釋肥料消費總量１００萬噸（實物），以包膜型肥料為主，占到一半以上，有些國家達９０％以上。

合成型微榕態緩釋肥料，一類是微溶于水的合成有機氮化合物，如脲醛肥料（Ｕｒｅａｆｏｒｍ）、異丁叉二脲（ＩＤＢＵ）、丁稀叉二脲（ＣＤＵ）等；另一類是微水溶性或檸檬酸榮性合成無機肥料，如部分酸化磷礦（ＰＡＰＲ）、二價金屬磷酸銨鉀鹽等。

脲醛類和釋肥料是尿素與醛類的縮合，最常見的是脲甲醛（ＵＦ）。德國１９２４年ＢａｄｉｓｈｅＡｎｉｌｉｎ和Ｓｓｏｄａ～Ｆａｂｒｅｋ區得了第一個制造脲醛肥料的專利，１９５５年投入工業化生產。德國１９２４年發表廖永乙醛和尿素制備流程。日本三菱株式會社與１９６１—１９６２年提出了尿素和異丁醛反應制備異丁叉二脲（ＩＢＤＵ）的專利，１９６４年開始，在日本市場有少量銷售。

２０世紀９０年代初期，世紀緩／控釋肥料仍以為溶性尿素反應物為主，占到５０％以上。歐洲傳統使用微溶性寒尿素化合物緩釋肥料。其比例占到緩釋肥銷量的７０％以上。還累肥料因養分釋放速度受土壤水分、ＰＨ、微生物等因素的較大影響，且售價高，此類肥料的需求量有下降的趨勢。

化學抑制型緩效肥料通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等，調節土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對氨態氮的硝化作用，從而達到肥料氮素緩慢釋放；６０年代人們開始重視篩選土壤脲酶抑制劑的工作。ＨＱ（氫醌）、ＮＢ－ＰＴ（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（Ｔ－磷酸三環已胺）等是篩選研究的重要土壤脲酶抑制劑。

自２０世紀５０年代國外開始研制硝化抑制劑，研究的主要產品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物，以及爹氮化鉀、氯苯異硫氰酸鹽、六氯乙烷、五氯酚鈉等。雙氰胺（ＤＣＤ）是應用較為廣泛用于已高氮肥利用率的硝化抑制劑。

基質復合肥與膠粘緩釋控釋肥料，將肥料養分與可降低其溶解性的物質混合，通過健合、膠結等作用，制成養分緩慢釋放的肥料。尤其是有機高分子聚合物、改性草炭和風化煤類、有機只等于化肥健合、膠結，改變養分的釋放速率，制成緩釋肥料。目前該領域的研究工作開展緩釋肥料研究方向，前景看好。

另外，將不同類型、不同釋放速率的緩釋肥料通過“異粒變速”，使肥料的養分釋放節律最大限度與作物吸收同步，在緩釋肥料研究和應用中受到普偏重視。

目前，世界緩／控釋肥料年消費總量約１００萬噸，其中美國、加拿大月６０萬噸（約占６０％），日本２０萬噸（月至２０％），西歐、以色列１５萬噸（約占１５），其他國家月５萬噸以上，明顯高于季節普通化肥增長率。當前，影響緩／控釋肥料發展的最主要問題是價格問題。由于售價高，除日本外，美國、西歐９０—的控釋肥料用于草坪、苗圃等非農業市場。降低生產成本、走向大田，是緩／控釋肥料研制和生產的重要方向。

我國對緩／控釋肥料的研究起步較晚，２０世紀７０年代中國科學院南京土壤研究所曾進行過長效碳銨的研制。進入８０年代，特別是近年來隨著化肥用量大、利用率低，化肥污染農產品和環境問題的加劇，國內緩／控釋肥料的研究步伐加快。１９８３年開始，鄭州工學院等在國內率先系統展開料利用營養猜猜研制包裹型控釋肥料，先后研制出鈣鎂磷肥包裹尿素（１９８３）、磷礦粉部分酸化包裹尿素（１９９１）、二價金屬磷酸銨鉀鹽包國尿素（１９９５）３類不斷升級換代產品，養分控制釋放時間超過了９５天，突破了國內外營養材料包膜養分釋放控制難度大的關鍵技術。研制出年產萬噸生產能力的產業化生產線，產品注冊品牌為Ｌｕｘａｃｏｔｅ，以出口美國、澳大利亞、新加坡、日本等國家，與Ｏｓｍｏｃｏｔｅ、ＭＥＩＳＴＥＲ、Ｎｕｔｒｉ－ｃｏｔｅ齊名。目前在國家８６３計劃的資助下，正在研究進一步降低成本，重點研制適用于大田作物的專用控釋肥料，產品在河南、山東等地的玉米天上大面積示范，增產幅度都在１０％以上，肥料利用率提高１０個百分點以上。

樹脂包膜控釋肥研制，我國主要借鑒日本經驗。1992年開始，北京市農林科學院率先系統開展料樹脂包膜尿素的研究。在借鑒日本技術的基礎上，在溶劑，包衣材料、設備等方面，均有較大的改進和突破。研究篩選出低毒溶劑，回收率98%以上；研制出連續型生產設備，以申請國家發明專利。包衣材料選用廉價的聚丙烯酰胺，并進行降解改性。目前已建成年生產能力3000噸以上的樹脂包以尿素生產線，生產出養分控釋30至200天或更長時間的系列包衣尿素，產品分為線型和S型釋放模型。并以包衣尿素為母料，通過異粒變速技術，配制N、P、K復合型控釋肥料，在北京、東北、山東、廣東等地的水稻、玉米等作物上進行了大面積示范，收到良好效果。產品與2002年獲得國家重點新產品證書。

中國農科院土壤肥料研究所，華南農業大學等在基質復合、膠結控釋、包膜材料研制，尤其是利用工農業廢棄物研制包膜材料，以及在成膜工藝、機理，有機復合、保水、防病等多功能控釋肥研制方面做了大量工作。發明了反應成膜技術，使用常溫設備生產包膜控釋材料，研制的基質復合、保水型控釋肥料在山東的玉米，廣東、新疆的蔬菜與棉花等作物上大面積示范。沈陽應用生態研究所利用脲酶抑制劑、硝化抑制劑研制緩釋肥料方面也做了大量的工作，產品已經在大田作物上示范。

另外，中國農業大學在控釋肥料的控釋機理、評價等方面進行了大量研究。中國農科院土壤肥料研究所“國家褐潮土土壤肥力與肥料效益長期監測基地”在國內率先開展了緩釋肥料長期定位研究，這是繼普通化肥長期定位試驗，將對開展緩釋肥料肥效演化、環境評價等基礎研究具有重要價值。

我國的緩/控釋肥料研究雖然起步較晚，但研究特色明顯，樹脂包衣、營養材料包裹、基質復合、膠結控釋、酶學抑制等產品和工藝百花齊放。特別是近幾年，國家和地方政府非常重視緩/控釋新型肥料的研究與產業化。中國農科院土壤肥料研究所、中農業大學、華南農業大學、鄭州大學、北京農林科學院等5家單位聯合承擔的國家“十五”863計劃“環境友好型肥料研制與產業化”課題（2001AA246023），以控釋肥料走向大田作物為目標，目前已獲得和申報相關發明專利10余項，研制出產業化、中試、小試不同層面上的產品50多個，并建成可實現生產營養材料包裹、樹脂包衣、基質復合登年生產能力超萬噸控釋肥料生產線3條。產品成本只有國外同類產品的1/4或更低，在東北、北京、山東、河南、新疆、廣東等地的水稻、玉米、蔬菜、棉花等作物上進行了廣泛示范，部分產品已出口美國、日本、新加坡、澳大利亞等。

我國的控釋肥料技術總體不及發達國家水平，尤其在產業化方面差距較大。目前我國每年緩/控釋肥料的消費量2萬噸（實物）左右，市面上主要品牌為美國的Osmocote，Osmocoteplus,日本的MESTER、Nutricote，以色列的Multicote等包膜控釋肥料，市場售價都在每噸萬元以上。我國目前的緩/控釋肥料產業化生產能力已經超過10萬噸，但開工率較低。

生物肥料

生物肥料是異類亦微生物生命活動及其產物導致農作物得到特定肥料效應的微生物活體制品，具有生產成本低、效果好、不無讓環境，施后不僅增產，而且能提高農產品品質和減少化肥用量，在農業可持續發展中占有重要地位。

世界上最早的微生物肥料是1895年德國推出的“Nitragin”根瘤菌接種劑。到20世紀30、40年代美國、澳大利亞、英國等國家都有了根瘤菌接種劑產業，之后發展很快。目前至少有70多個國家有自己的微生物肥料生產企業，產品技術標準和質量監督體系。

微生物肥料在過去較長時間里主要品種是根瘤菌肥料，直到現在，根瘤菌肥依然是重要的品種。歐、美等發達國家研究的重點主要主要是如何克服土壤中低效根瘤菌的強競爭，以及進行高效固氮菌株和豆科寄主的選擇，目前已獲得改造了競爭結瘤性的基因工程菌，并大規模地應用于田間。隨著化肥環境問題的出現，以及無公害農業的發展，生物肥料在最近20多年里發展較快，，研究領域不斷拓寬，溶磷、解鉀等微生物肥料新產品不斷問世。尤其PGPR的促聲防病研究成為近10年研究熱點，其研究主要集中在假單胞菌類，該類群能夠抑制多種植物病害特別是土傳病害。研究范圍主要包括有效跟不定殖、抗生作用、根際營養競爭、有導致吳康星和分泌降解病原微生物的酶等。PGPR制劑和復合微生物制劑應用方面，加拿大研制出“根瘤菌+PG-PR”復合菌肥，巴西的PGPR制劑以是小麥、玉米等作物的重要肥料。隨著分子生物學的滲入，對促聲防病遺傳性狀分析，采用遺傳工程手段加以改良，英、美等國家已經成功構建表達Prn基因的菌株，并成功導入HCN基因簇，獲得提高生防活性的菌株。另外，新型秸稈腐熟菌劑、土壤與環境污染修復菌劑等的研發業發展很快。估計，全世界目前微生物肥料產量超過1000萬噸，除了在豆科作物上被廣泛應用外，在蔬菜、糧食作物上應用面積也不斷擴大。

我國微生物肥料的研究、生產和應用已有近50年的歷史，發展曾幾起幾落。20世紀60、70年代微生物肥料的研究與生產發展較快，60年代“5406”抗生菌肥是具有抗病、促聲、營養等復合功能的微生物肥料。1975年統計，全國使用“5406”抗生菌肥面積達上億畝，在糧豆、果蔬等作物上都有應用。根瘤菌接種劑在70年代曾對我國農業生產起到過非常重要的作用，但之后發展不快。80年代前后，由于受夸大宣傳、認識上誤導、技術原因以及市場混亂等不利因素的影響，我國的微生物肥料的研究與發展受到很大的影響，在群眾中造成了不良影響。最近10年來，我國微生物肥料的研究與發展出現了新局面（表3）。在利用生物技術構建高效工程菌、PGPR制劑等方面的研究取得了重要進展。國內改良了一批固氮特性的工程根瘤菌；研制和篩選一批已經進入應用或經改良可應用于豆科作物的高效根瘤菌和促生、促結瘤PGPR菌株，在大豆、花生等豆科作物取得良好示范效果；PGPR制劑應用在小麥、玉米等作物上也取得了增產和抗病效果。我國微生物肥料研究與應用的總體現狀：1）基本形成廖微生物肥料產業，在國家農業部登記的產品種類有11個。全國目前約有450個微生物肥料企業，年產量超過200萬噸，已逐漸成為肥料家族中的重要成員。2）微生物肥料食用菌種種類不斷擴大，所用菌種已不限于根瘤菌，目前是用菌種達到80多種。3）微生物肥料的應用效果再增產、改善品質、減少化肥用量、防病等廢料效果逐漸被農民認識，應用面積不斷擴大，累計近500多萬公頃。4）質量意識提高，質檢體系初步形成。國家農業部在1996年將微生物肥料納入國家檢驗登記管理范疇，對微生物肥料的生產、銷售、應用、宣傳等方面進行監管。5）少數產品開始進入國際市場。

我國微生物肥料研究除了在工程菌構建技術，關鍵發酵設備與技術等方面不及發達國家外，總體水平并不低。國家目前在產業政策對微生物肥料行業的發展給予了一定的支持，科研投資力度和產業化示范項目建設不斷加強。我國微生物肥料產業正在步入良性循環，并向健康、有序方向發展。

工廠化商品有機肥

有機肥料在培肥地力與改善作物品質，特別是改善風味食品品質上具有化學肥料不可比擬的作用。國內外發展有機農業和無公害農業，十分強調有機肥的應用，國內在制定綠色食品標準中規定AA及綠色食品只準施用有機肥料和微生物肥料。然而，傳統有機肥料因體積大、養分濃度低、臟臭等缺點，隨著化肥的出現，在肥料中地位逐漸下降。我國有機肥提供養分量的比例由1949年的99.9%下降到1980年的49.0%，直到目前的30%。但是，由及廢棄物資源良費和污染環境的問題卻與愈來愈越突出，秸稈焚燒、規模化畜禽場糞污大量進入水體等造成環境嚴重污染。對傳統有機肥料產品進行升級改造，開發替代產品，提高有機物廢棄物資源化利用水平，是國內外新型肥料研究的重要方向。

國外相對人少地多，作物多為一年一熟，生產規模大，大型機械化操作，作物秸稈的處理除作為飼草外，主要是直接換田，田間焚燒現象較少。

發達國家十分重視研究工廠化處理畜禽糞便技術，包括快速發酵技術、除臭技術、發酵養分保全技術、發酵設備、有機肥制作工藝設備與技術等。在日本畜禽糞編堆肥化已實現工廠化，研制的臥式磚筒式和立式多層式快速堆肥裝置，發酵時間1~2周，具有占地少發酵快、質地優等特點。俄羅斯研制的有機肥發酵裝置，生產率達到每天生產100噸有機肥。美國BIOTEC2120高溫堆肥系統，由10個大型旋轉生物反應器組成，通過微生物飛腳在72小時內可以處理1000噸畜禽糞便或垃圾，使之成為優質有機肥料，這種方法對高濕物料具有特殊的作用，該系統1993年獲得專利，受到聯合國國際環保組織的認可。美國BEARD——ABT動態高溫堆肥是在密閉大型發酵塔中進行，并且具有組裝功能，分布在發酵塔的空氣噴槍可根據堆肥進程的需要自動進行通氣和引風轉換，達到整體最佳的生物反應效果。韓國研制的槽式螺旋攪拌發酵系統，具有造價低少、運行成本低、連續性發酵等特點，屬于較先進的實用性有機物料發膠系統。另外，國外微生物除臭技術取得了很大的進展，但還是以水洗，酸吸收，堿中和等傳統控制方法居多。發酵過程中養分的揮發損失較大，發達國家在控制氮素損失減少氮氣揮發方面采用多種方法，但這些方法主要用于畜禽糞便儲存和運輸過程中，而在堆肥過程中較少采用控制氮素損失的工藝和技術。

總的來說，國外在有機肥發酵工藝、技術和設備上已日趨完善，基本上達到了規模化和產業化水平，但是設備造價昂貴，運行成本高，難以在國內直接推廣應用。必須在引進、消化吸收基礎上，形成適合我國特點的商品化有機肥生產工藝、設備和成套技術。

中國是傳統有機肥生產和使用大國。但真正對有機肥進行系統研究始于20世紀30年代。50、60年代，技術特點是總結農民傳統經驗，完善有機肥積、制、保、用技術。研究重點，一是高溫堆肥的發酵條件，二是廄肥的積制方法，三是漚制和草塘泥制有機肥。70、80年代，研究重點一是沼氣發酵，二是對有機肥與無機肥相結合施用的肥料效應進行了大量應用基礎研究，肯定了有機肥配合是我國施肥技術的基本方針。80年代末以來，我國農業生產形勢和方式發生料很大的變化。每年有2億噸作物秸稈剩余難以處理，規模化畜禽養殖發展異常迅猛，有機肥研究開始探索走規模化、產業化、商品化的道路。研究的重點，一是秸稈直接還田技術；二是工廠化處理畜禽糞便生產商品化有機無機復合肥技術。

目前我國部分復混肥廠家開始生產有機復肥，原料主要是草炭和風化煤類，真正實行的工廠化處理秸稈畜禽糞便廢棄物生產商品化有機肥的廠家還較少，生產規模小，效率低，污染較嚴重。我國商品有機肥生產技術還處于起步階段，發酵技術、出丑技術、關鍵設備等還有待完善。

多功能肥料

21世紀新型肥料的重要方向之一是研究開發將作物營養與其他限制作物高產的因素相結合的多功能性肥料，他們的生產符合生態肥料工藝學的要求，其施肥技術將凝聚農學、土壤學、信息學等領域的相關先進技術。這些功能性肥料主要包括：具有改善水分利用率的肥料，高利用率的肥料，改善土壤結構的肥料，適應優良品種特性的肥料，改善作物抗倒伏性的肥料，具有防治雜草的肥料，以及具有抗病蟲害功能的肥料等。

有關功能性肥料的研究與開發，國內外做的工作還不多。。隨著保水劑研究和應用的不斷發展，人們開始研究保水型功能肥料。華南農業大學等率先開展了保水型控釋肥研究，利用高吸水樹脂（HWAR）包被尿素和包膜性控釋肥料，制成保水型控釋肥料，產品在新疆干旱地區試驗，取得良好效果。目前研究產品進入中試階段。其他方面的功能肥料研究，只有零星報道，離產業化要求相差還甚遠。

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