新型肥料国内外研究现状

新型肥料国内外研究现状

世界化肥的生产和使用历经３次变革。２０世纪６０年代之前，生产的化肥多为单质低浓度肥料；６０至８０年代，发达国家发展高浓度化肥和复合肥；最近２０年，发达国家开始重点研究缓／控释肥料、生物肥料、有机复合肥料、功能性肥料，成为新型肥料研究与发展的热点。

1、缓／控释肥料

缓／控释肥料最大的特点是养分释放与作物吸收同步，简化施肥技术，实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，肥料损失少，利用率高，环境友好。世界各国都逐步认识到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型缓／控释肥料。20世纪80年代以来，美国、日本、欧洲、以色列等发达国家都将研究重点有科学施肥技术转向新型缓／控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性来大幅度提高肥料的利用率。缓／控释肥料被誉为21世纪肥料产业的重要发展方向。目前，缓／控释肥料主要有以下４种类型。

（１）、包膜型缓／控释肥料；包膜型缓／控释肥料主要是在肥料颗粒表层包被上控制养分释放的包膜材料，调节养分释放。1957年，美国首先研究硫包尿素，1961年ＴＶＡ在１～7kg／h装置上进行了包硫尿素（ＳＣＵ）小试，1978年在美建成10t／h ＳＣＵ的示范生产厂。此间，又进行了包硫氯化钾（ＳＣＫ）、包硫磷酸二胺（ＳＣＰ）的研究。硫包尿素仍是当前美国主导产品。

美国也是第一个商品化生产树脂包膜肥料的国家。１９６７年在加利弗尼亚生产出醇酸树脂包膜肥料Osmocote，成为当今世界著名控释肥料品牌。日本从20世纪60年代开始研究包膜控释肥料，70年代后，以研究热塑料型树脂聚稀烃包膜肥料为重点，简称ＰＯＣＦ工艺，通过调节ＰＥ与ＥＶＡ的比例，并以无机填料为开孔剂，可制得40天至360天释放期的薄膜控释肥料。开发可降解的聚合物包膜材料及研究之具有不同养分释放模式的肥料代表了包膜肥的研究方向。

２０世纪８０年代以来，以色列、德国、英国、加拿大、意大利、印度等国也相继进行了包膜型缓／控释肥料的研究，尝试用聚合物、草炭、木质素、石蜡、无机营养材料等包裹尿素等，制成缓／控释肥料。1991年7月在美国阿拉马州的SHefferld召开了第一届环／控释肥料专题研讨会；1993年在以色列还发市召开料缓／释肥料国际研讨会。目前，世界上年缓释／控释肥料消费总量１００万吨（实物），以包膜型肥料为主，占到一半以上，有些国家达９０％以上。

合成型微榕态缓释肥料，一类是微溶于水的合成有机氮化合物，如脲醛肥料（Ｕｒｅａｆｏｒｍ）、异丁叉二脲（ＩＤＢＵ）、丁稀叉二脲（ＣＤＵ）等；另一类是微水溶性或柠檬酸荣性合成无机肥料，如部分酸化磷矿（ＰＡＰＲ）、二价金属磷酸铵钾盐等。

脲醛类和释肥料是尿素与醛类的缩合，最常见的是脲甲醛（ＵＦ）。德国１９２４年ＢａｄｉｓｈｅＡｎｉｌｉｎ和Ｓｓｏｄａ～Ｆａｂｒｅｋ区得了第一个制造脲醛肥料的专利，１９５５年投入工业化生产。德国１９２４年发表廖永乙醛和尿素制备流程。日本三菱株式会社与１９６１—１９６２年提出了尿素和异丁醛反应制备异丁叉二脲（ＩＢＤＵ）的专利，１９６４年开始，在日本市场有少量销售。

２０世纪９０年代初期，世纪缓／控释肥料仍以为溶性尿素反应物为主，占到５０％以上。欧洲传统使用微溶性寒尿素化合物缓释肥料。其比例占到缓释肥销量的７０％以上。还累肥料因养分释放速度受土壤水分、ＰＨ、微生物等因素的较大影响，且售价高，此类肥料的需求量有下降的趋势。

化学抑制型缓效肥料通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂等，调节土壤微生物的活性，减缓尿素的水解和对氨态氮的硝化作用，从而达到肥料氮素缓慢释放；６０年代人们开始重视筛选土壤脲酶抑制剂的工作。ＨＱ（氢醌）、ＮＢ－ＰＴ（Ｎ－丁基硫代磷酰三胺）、ＰＰＤ（邻－苯基磷酰二胺）、ＴＰＴＡ（硫代磷酰三胺）、ＣＨＰＴ（Ｔ－磷酸三环已胺）等是筛选研究的重要土壤脲酶抑制剂。

自２０世纪５０年代国外开始研制硝化抑制剂，研究的主要产品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物，以及爹氮化钾、氯苯异硫氰酸盐、六氯乙烷、五氯酚钠等。双氰胺（ＤＣＤ）是应用较为广泛用于已高氮肥利用率的硝化抑制剂。

基质复合肥与胶粘缓释控释肥料，将肥料养分与可降低其溶解性的物质混合，通过健合、胶结等作用，制成养分缓慢释放的肥料。尤其是有机高分子聚合物、改性草炭和风化煤类、有机只等于化肥健合、胶结，改变养分的释放速率，制成缓释肥料。目前该领域的研究工作开展缓释肥料研究方向，前景看好。

另外，将不同类型、不同释放速率的缓释肥料通过“异粒变速”，使肥料的养分释放节律最大限度与作物吸收同步，在缓释肥料研究和应用中受到普偏重视。

目前，世界缓／控释肥料年消费总量约１００万吨，其中美国、加拿大月６０万吨（约占６０％），日本２０万吨（月至２０％），西欧、以色列１５万吨（约占１５），其他国家月５万吨以上，明显高于季节普通化肥增长率。当前，影响缓／控释肥料发展的最主要问题是价格问题。由于售价高，除日本外，美国、西欧９０—的控释肥料用于草坪、苗圃等非农业市场。降低生产成本、走向大田，是缓／控释肥料研制和生产的重要方向。

我国对缓／控释肥料的研究起步较晚，２０世纪７０年代中国科学院南京土壤研究所曾进行过长效碳铵的研制。进入８０年代，特别是近年来随着化肥用量大、利用率低，化肥污染农产品和环境问题的加剧，国内缓／控释肥料的研究步伐加快。１９８３年开始，郑州工学院等在国内率先系统展开料利用营养猜猜研制包裹型控释肥料，先后研制出钙镁磷肥包裹尿素（１９８３）、磷矿粉部分酸化包裹尿素（１９９１）、二价金属磷酸铵钾盐包国尿素（１９９５）３类不断升级换代产品，养分控制释放时间超过了９５天，突破了国内外营养材料包膜养分释放控制难度大的关键技术。研制出年产万吨生产能力的产业化生产线，产品注册品牌为Ｌｕｘａｃｏｔｅ，以出口美国、澳大利亚、新加坡、日本等国家，与Ｏｓｍｏｃｏｔｅ、ＭＥＩＳＴＥＲ、Ｎｕｔｒｉ－ｃｏｔｅ齐名。目前在国家８６３计划的资助下，正在研究进一步降低成本，重点研制适用于大田作物的专用控释肥料，产品在河南、山东等地的玉米天上大面积示范，增产幅度都在１０％以上，肥料利用率提高１０个百分点以上。

树脂包膜控释肥研制，我国主要借鉴日本经验。1992年开始，北京市农林科学院率先系统开展料树脂包膜尿素的研究。在借鉴日本技术的基础上，在溶剂，包衣材料、设备等方面，均有较大的改进和突破。研究筛选出低毒溶剂，回收率98%以上；研制出连续型生产设备，以申请国家发明专利。包衣材料选用廉价的聚丙烯酰胺，并进行降解改性。目前已建成年生产能力3000吨以上的树脂包以尿素生产线，生产出养分控释30至200天或更长时间的系列包衣尿素，产品分为线型和S型释放模型。并以包衣尿素为母料，通过异粒变速技术，配制N、P、K复合型控释肥料，在北京、东北、山东、广东等地的水稻、玉米等作物上进行了大面积示范，收到良好效果。产品与2002年获得国家重点新产品证书。

中国农科院土壤肥料研究所，华南农业大学等在基质复合、胶结控释、包膜材料研制，尤其是利用工农业废弃物研制包膜材料，以及在成膜工艺、机理，有机复合、保水、防病等多功能控释肥研制方面做了大量工作。发明了反应成膜技术，使用常温设备生产包膜控释材料，研制的基质复合、保水型控释肥料在山东的玉米，广东、新疆的蔬菜与棉花等作物上大面积示范。沈阳应用生态研究所利用脲酶抑制剂、硝化抑制剂研制缓释肥料方面也做了大量的工作，产品已经在大田作物上示范。

另外，中国农业大学在控释肥料的控释机理、评价等方面进行了大量研究。中国农科院土壤肥料研究所“国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地”在国内率先开展了缓释肥料长期定位研究，这是继普通化肥长期定位试验，将对开展缓释肥料肥效演化、环境评价等基础研究具有重要价值。

我国的缓/控释肥料研究虽然起步较晚，但研究特色明显，树脂包衣、营养材料包裹、基质复合、胶结控释、酶学抑制等产品和工艺百花齐放。特别是近几年，国家和地方政府非常重视缓/控释新型肥料的研究与产业化。中国农科院土壤肥料研究所、中农业大学、华南农业大学、郑州大学、北京农林科学院等5家单位联合承担的国家“十五”863计划“环境友好型肥料研制与产业化”课题（2001AA246023），以控释肥料走向大田作物为目标，目前已获得和申报相关发明专利10余项，研制出产业化、中试、小试不同层面上的产品50多个，并建成可实现生产营养材料包裹、树脂包衣、基质复合登年生产能力超万吨控释肥料生产线3条。产品成本只有国外同类产品的1/4或更低，在东北、北京、山东、河南、新疆、广东等地的水稻、玉米、蔬菜、棉花等作物上进行了广泛示范，部分产品已出口美国、日本、新加坡、澳大利亚等。

我国的控释肥料技术总体不及发达国家水平，尤其在产业化方面差距较大。目前我国每年缓/控释肥料的消费量2万吨（实物）左右，市面上主要品牌为美国的Osmocote，Osmocoteplus,日本的MESTER、Nutricote，以色列的Multicote等包膜控释肥料，市场售价都在每吨万元以上。我国目前的缓/控释肥料产业化生产能力已经超过10万吨，但开工率较低。

生物肥料

生物肥料是异类亦微生物生命活动及其产物导致农作物得到特定肥料效应的微生物活体制品，具有生产成本低、效果好、不无让环境，施后不仅增产，而且能提高农产品品质和减少化肥用量，在农业可持续发展中占有重要地位。

世界上最早的微生物肥料是1895年德国推出的“Nitragin”根瘤菌接种剂。到20世纪30、40年代美国、澳大利亚、英国等国家都有了根瘤菌接种剂产业，之后发展很快。目前至少有70多个国家有自己的微生物肥料生产企业，产品技术标准和质量监督体系。

微生物肥料在过去较长时间里主要品种是根瘤菌肥料，直到现在，根瘤菌肥依然是重要的品种。欧、美等发达国家研究的重点主要主要是如何克服土壤中低效根瘤菌的强竞争，以及进行高效固氮菌株和豆科寄主的选择，目前已获得改造了竞争结瘤性的基因工程菌，并大规模地应用于田间。随着化肥环境问题的出现，以及无公害农业的发展，生物肥料在最近20多年里发展较快，，研究领域不断拓宽，溶磷、解钾等微生物肥料新产品不断问世。尤其PGPR的促声防病研究成为近10年研究热点，其研究主要集中在假单胞菌类，该类群能够抑制多种植物病害特别是土传病害。研究范围主要包括有效跟不定殖、抗生作用、根际营养竞争、有导致吴康星和分泌降解病原微生物的酶等。PGPR制剂和复合微生物制剂应用方面，加拿大研制出“根瘤菌+PG-PR”复合菌肥，巴西的PGPR制剂以是小麦、玉米等作物的重要肥料。随着分子生物学的渗入，对促声防病遗传性状分析，采用遗传工程手段加以改良，英、美等国家已经成功构建表达Prn基因的菌株，并成功导入HCN基因簇，获得提高生防活性的菌株。另外，新型秸秆腐熟菌剂、土壤与环境污染修复菌剂等的研发业发展很快。估计，全世界目前微生物肥料产量超过1000万吨，除了在豆科作物上被广泛应用外，在蔬菜、粮食作物上应用面积也不断扩大。

我国微生物肥料的研究、生产和应用已有近50年的历史，发展曾几起几落。20世纪60、70年代微生物肥料的研究与生产发展较快，60年代“5406”抗生菌肥是具有抗病、促声、营养等复合功能的微生物肥料。1975年统计，全国使用“5406”抗生菌肥面积达上亿亩，在粮豆、果蔬等作物上都有应用。根瘤菌接种剂在70年代曾对我国农业生产起到过非常重要的作用，但之后发展不快。80年代前后，由于受夸大宣传、认识上误导、技术原因以及市场混乱等不利因素的影响，我国的微生物肥料的研究与发展受到很大的影响，在群众中造成了不良影响。最近10年来，我国微生物肥料的研究与发展出现了新局面（表3）。在利用生物技术构建高效工程菌、PGPR制剂等方面的研究取得了重要进展。国内改良了一批固氮特性的工程根瘤菌；研制和筛选一批已经进入应用或经改良可应用于豆科作物的高效根瘤菌和促生、促结瘤PGPR菌株，在大豆、花生等豆科作物取得良好示范效果；PGPR制剂应用在小麦、玉米等作物上也取得了增产和抗病效果。我国微生物肥料研究与应用的总体现状：1）基本形成廖微生物肥料产业，在国家农业部登记的产品种类有11个。全国目前约有450个微生物肥料企业，年产量超过200万吨，已逐渐成为肥料家族中的重要成员。2）微生物肥料食用菌种种类不断扩大，所用菌种已不限于根瘤菌，目前是用菌种达到80多种。3）微生物肥料的应用效果再增产、改善品质、减少化肥用量、防病等废料效果逐渐被农民认识，应用面积不断扩大，累计近500多万公顷。4）质量意识提高，质检体系初步形成。国家农业部在1996年将微生物肥料纳入国家检验登记管理范畴，对微生物肥料的生产、销售、应用、宣传等方面进行监管。5）少数产品开始进入国际市场。

我国微生物肥料研究除了在工程菌构建技术，关键发酵设备与技术等方面不及发达国家外，总体水平并不低。国家目前在产业政策对微生物肥料行业的发展给予了一定的支持，科研投资力度和产业化示范项目建设不断加强。我国微生物肥料产业正在步入良性循环，并向健康、有序方向发展。

工厂化商品有机肥

有机肥料在培肥地力与改善作物品质，特别是改善风味食品品质上具有化学肥料不可比拟的作用。国内外发展有机农业和无公害农业，十分强调有机肥的应用，国内在制定绿色食品标准中规定AA及绿色食品只准施用有机肥料和微生物肥料。然而，传统有机肥料因体积大、养分浓度低、脏臭等缺点，随着化肥的出现，在肥料中地位逐渐下降。我国有机肥提供养分量的比例由1949年的99.9%下降到1980年的49.0%，直到目前的30%。但是，由及废弃物资源良费和污染环境的问题却与愈来愈越突出，秸秆焚烧、规模化畜禽场粪污大量进入水体等造成环境严重污染。对传统有机肥料产品进行升级改造，开发替代产品，提高有机物废弃物资源化利用水平，是国内外新型肥料研究的重要方向。

国外相对人少地多，作物多为一年一熟，生产规模大，大型机械化操作，作物秸秆的处理除作为饲草外，主要是直接换田，田间焚烧现象较少。

发达国家十分重视研究工厂化处理畜禽粪便技术，包括快速发酵技术、除臭技术、发酵养分保全技术、发酵设备、有机肥制作工艺设备与技术等。在日本畜禽粪编堆肥化已实现工厂化，研制的卧式砖筒式和立式多层式快速堆肥装置，发酵时间1~2周，具有占地少发酵快、质地优等特点。俄罗斯研制的有机肥发酵装置，生产率达到每天生产100吨有机肥。美国BIOTEC2120高温堆肥系统，由10个大型旋转生物反应器组成，通过微生物飞脚在72小时内可以处理1000吨畜禽粪便或垃圾，使之成为优质有机肥料，这种方法对高湿物料具有特殊的作用，该系统1993年获得专利，受到联合国国际环保组织的认可。美国BEARD——ABT动态高温堆肥是在密闭大型发酵塔中进行，并且具有组装功能，分布在发酵塔的空气喷枪可根据堆肥进程的需要自动进行通气和引风转换，达到整体最佳的生物反应效果。韩国研制的槽式螺旋搅拌发酵系统，具有造价低少、运行成本低、连续性发酵等特点，属于较先进的实用性有机物料发胶系统。另外，国外微生物除臭技术取得了很大的进展，但还是以水洗，酸吸收，碱中和等传统控制方法居多。发酵过程中养分的挥发损失较大，发达国家在控制氮素损失减少氮气挥发方面采用多种方法，但这些方法主要用于畜禽粪便储存和运输过程中，而在堆肥过程中较少采用控制氮素损失的工艺和技术。

总的来说，国外在有机肥发酵工艺、技术和设备上已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平，但是设备造价昂贵，运行成本高，难以在国内直接推广应用。必须在引进、消化吸收基础上，形成适合我国特点的商品化有机肥生产工艺、设备和成套技术。

中国是传统有机肥生产和使用大国。但真正对有机肥进行系统研究始于20世纪30年代。50、60年代，技术特点是总结农民传统经验，完善有机肥积、制、保、用技术。研究重点，一是高温堆肥的发酵条件，二是厩肥的积制方法，三是沤制和草塘泥制有机肥。70、80年代，研究重点一是沼气发酵，二是对有机肥与无机肥相结合施用的肥料效应进行了大量应用基础研究，肯定了有机肥配合是我国施肥技术的基本方针。80年代末以来，我国农业生产形势和方式发生料很大的变化。每年有2亿吨作物秸秆剩余难以处理，规模化畜禽养殖发展异常迅猛，有机肥研究开始探索走规模化、产业化、商品化的道路。研究的重点，一是秸秆直接还田技术；二是工厂化处理畜禽粪便生产商品化有机无机复合肥技术。

目前我国部分复混肥厂家开始生产有机复肥，原料主要是草炭和风化煤类，真正实行的工厂化处理秸秆畜禽粪便废弃物生产商品化有机肥的厂家还较少，生产规模小，效率低，污染较严重。我国商品有机肥生产技术还处于起步阶段，发酵技术、出丑技术、关键设备等还有待完善。

多功能肥料

21世纪新型肥料的重要方向之一是研究开发将作物营养与其他限制作物高产的因素相结合的多功能性肥料，他们的生产符合生态肥料工艺学的要求，其施肥技术将凝聚农学、土壤学、信息学等领域的相关先进技术。这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，改善土壤结构的肥料，适应优良品种特性的肥料，改善作物抗倒伏性的肥料，具有防治杂草的肥料，以及具有抗病虫害功能的肥料等。

有关功能性肥料的研究与开发，国内外做的工作还不多。。随着保水剂研究和应用的不断发展，人们开始研究保水型功能肥料。华南农业大学等率先开展了保水型控释肥研究，利用高吸水树脂（HWAR）包被尿素和包膜性控释肥料，制成保水型控释肥料，产品在新疆干旱地区试验，取得良好效果。目前研究产品进入中试阶段。其他方面的功能肥料研究，只有零星报道，离产业化要求相差还甚远。

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