我国新型肥料产业发展战略研究.pdf

我国新型肥料产业发展战略研究 丁文成 何 萍 周 卫 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室 农业农村部植物营养与肥料重点实验室 北京100081 摘要 肥料产业服务于农业生产 尿素 磷铵 氯化钾和复合肥等传统化肥产品的大量投入对保障粮食安全发 挥了至关重要的作用 随着我国农业发展方式从资源消耗型向绿色可持续型转变 发展新型高效肥料产业 提 升肥料产品对粮食安全与生态环境安全的协同保障作用 是现阶段国家农业绿色发展的一个关键举措 新型肥 料类型主要有缓 控释肥料 增值肥料 水溶肥料 商品有机肥 微生物肥料等 相比于常规施肥 施用新型肥 料普遍能够提高作物产量和养分利用效率 增产率范围为4 6 17 5 氮肥利用率提高16 8 52 3 农田 土壤氨挥发损失量可降低7 2 50 7 N2O排放降低8 1 40 8 氮淋溶损失降低16 5 43 8 氮径流 损失降低22 1 45 4 经过几十年的跟踪和创新 我国新型肥料形成了产业化 新型肥料总产量已位居世界 前列 但由于新型肥料产业起步晚 几乎所有类型的新型肥料生产均存在原创核心技术缺乏 产品特性与农业 需求匹配性不高 施肥技术和装备发展滞后 以及监管体系薄弱等问题 为推动新阶段新型肥料产业结构绿色 高效转型升级 未来我国的新型肥料产业发展战略核心包括以下4个方面 1 以农业需求为导向 提升肥料产 品与生产需求的匹配度 2 肥料增效技术由注重养分供给向土壤环境 作物吸收和有效供给综合调控发展 肥 料增效材料向高效 环保和价廉方向发展 肥料产品向营养 土壤改良和抗逆等多功能发展 3 注重最大限度 地利用资源 降低能耗 通过大型肥料生产设备的优化和改造 力争实现新型肥料由二次加工到一次生产的突 破 实现新型肥料生产的绿色低碳转型 4 建立健全肥料生产 销售和使用全链条监管体系 保障新型肥料产 业的高质量健康发展 关键词 新型肥料 养分增效技术 产业短板 发展战略 Development strategies of the new type fertilizer industry in China DING Wen cheng HE Ping ZHOU Wei Institute of Agricultural Resources and Regional Planning Chinese Academy of Agricultural Sciences State Key Laboratory of Efficient Utilization of Arid and Semi arid Arable Land in Northern China Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer Ministry of Agriculture and Rural Affairs Beijing 100081 Abstract The fertilizer industry is the backbone of agriculture Traditional fertilizers like urea ammonium phosphate potassium chloride and compound fertilizers are heavily invested and play a key role in making sure China has enough food As China s agricultural development shifts away from resource consumption and toward green and sustainable development new type and high efficiency fertilizers capable of achieving food security and environmental security become a major demand for green agricultural development New type fertilizers in China include slow controlled release fertilizer value added fertilizer water soluble fertilizer commercial organic fertilizer and bio fertilizer Compared to traditional fertilization applying new type fertilizers increases crop yields and nitrogen N use efficiency by 4 6 17 5 and 16 8 52 3 and reduces ammonia volatilization N2O emission N leaching and N runoff by 7 2 50 7 8 1 40 8 16 5 43 8 and 22 1 45 4 respectively After decades of research and development China s new type fertilizer achieves 植物营养与肥料学报 2023 29 2 201 219 doi 10 11674 zwyf 2022669 Journal of Plant Nutrition and Fertilizers http www plantnutrifert org 收稿日期 2022 12 07 接受日期 2023 01 07 基金项目 中国工程院战略研究与咨询项目 2022 XY 98 国家自然科学基金青年科学基金项目 32102492 农田智慧施肥项目 国 家水稻产业技术体系 联系方式 丁文成 E mail dingwencheng 通信作者 周卫 E mail zhouwei02 industrialization and global leadership in production However this innovation was met with some limitations including the short development period of the new type fertilizer industry the lack of original core technologies the low match between fertilizer product characteristics and agricultural requirements the lagging development of fertilizer application technology and equipment and the need to improve administrative systems policies and laws The following strategies should be focused on to achieve the transation and upgrading of the new type fertilizer industry towards the overall goal of green and high efficiency in the new stage 1 bridging the gap between fertilizer properties and agricultural practices 2 increasing fertilizer efficiency by shifting focus from nutrient supply to soil environment and crop absorption This can be achieved by developing environmentally friendly and cost effective additives containing plant growth stimulants and soil remediation materials 3 maximizing resource use and reducing energy consumption during fertilizer processing and preventing new type fertilizer production from secondary processing 4 constructing a whole chain supervision system covering production marketing and application of new type fertilizer to ensure green production quality retracing and efficient use Key words new type fertilizer value adding technology limitation in new type fertilizer industry upgrading of procession green development strategy 肥料是作物生产的物质基础 全球每年化肥农 用消费量在2亿t N P2O5 K2O养分量 左右 1 对粮 食增产的贡献率达40 以上 2 在保障全球粮食安 全方面发挥着不可替代的作用 尤其是近年来食品 短缺人口比例大幅度提高 据联合国粮农组织估 算 全球食品短缺人口总数为7 2 8 1亿 3 全球粮 食安全正面临严峻挑战 更亟需依赖肥料的高效施 用以支撑作物高产 我国是世界最大的化肥生产国 和消费国 氮肥 磷肥和钾肥的生产量分别占全球 总量的26 30 和14 消费量分别占23 21 和26 1 其中氮肥和磷肥产业不仅满足国内需 求 而且为全球肥料供应提供了重要支撑 1980年 至2020年 我国粮食单产和总产分别从2734 kg hm2 和3 2亿t增长到5734 kg hm2和6 7亿t 而农用化 肥用量从1269万t增长到5251万t 4 化肥的投入在 粮食增产中发挥着巨大的作用 全国化肥试验网开 展的5000多个肥效试验证明 我国化肥的增产率在 50 左右 5 然而 传统肥料养分利用率低 过量施 肥导致土壤退化 大气和水体污染以及生物多样性 降低等问题 6 11 对生态环境安全产生了巨大威胁 因此 传统化肥产品和施肥技术难以实现粮食安全 与生态环境安全的协同 发展新型肥料产业是农业 绿色可持续发展的必然选择 新型肥料研发是运用有效养分高效化产品创新 的理论与技术 将传统氮肥 磷肥 钾肥 复合肥 等产品转型升级 使其营养功能得到提高或使之具 有新的特性和功能 或通过开发新资源 利用新理 论 新方法和新技术等 开发肥料新产品类型 以 实现稳定高效 绿色增产 环境友好等目标 12 当 前 新型增效肥料主要包括缓 控释肥料 增值肥 料 水溶肥料 商品有机肥 微生物肥料等产品类 型 近年来 在全球尺度开展的多项Meta分析研究 表明 相比于传统化肥施用 不同类型的新型肥料 可以在增加作物产量的同时 提高肥料利用率 减 少养分损失 13 16 尽管如此 目前市售各类新型肥料 产品的施用效果仍存在较大不确定性 这主要是由 于很多新型肥料产品的农艺原理研究不足 其养分 高效化程度依然有待提高 加之产品研发技术和养 分配方未与不同类型农作物 土壤或气候的差异化 需求实现精准匹配 制约了新型肥料产业的快速发 展 新型肥料相对于传统肥料而言是相对的概念 是长期处于发展过程之中的肥料 因此亟需调研 新形势下我国农业发展的需求和新型肥料产业的发 展水平 为新型肥料的研发应用和产业发展提供 方向 近年来 我国化肥产业转型升级取得了积极进 展 新型肥料产品研发水平有了明显提高 但仍存 在技术创新不足 资源消耗和环境排放较高 产品 结构与农业需求匹配度不高 产品发展方向不够明 确等问题 本文立足农业绿色发展的国家重大需求 和国际肥料科技前沿 通过对我国新型肥料产业现 状 总体水平和最新进展进行总结和分析 重点阐 述缓 控释肥料 增值肥料 水溶肥料 商品有机 肥 微生物肥料等主要新型肥料技术的创新与突 破 阐明制约我国肥料产品高效应用的技术瓶颈和 肥料产业高质量发展的关键问题 提出适应我国养 202植 物 营 养 与 肥 料 学 报29 卷 分资源禀赋特征和农业生产现实需求的肥料产业高 质量发展的技术途径与对策建议 1 新型肥料发展的必要性 1 1 传统肥料过量施用造成资源浪费和环境污染 我国大宗化肥消费结构的90 以上依然是传统 化肥产品 如尿素 磷铵 氯化钾和复合肥等 12 其 中氮和磷养分利用率相对较低 且易损失到大气和 水体中造成环境污染 酰胺态氮肥 尿素 在氮肥消 费中占比达64 氮素易氨挥发损失 导致我国主 要粮食作物 小麦 玉米和水稻 的氮肥利用率仅有 26 37 17 我国磷肥利用率仅有10 20 18 19 磷酸二铵 磷酸一铵在磷肥中占比分别为44 和 41 由于其水溶性磷含量较高 施入土壤后易与 钙 镁 铁等结合形成难溶性盐 导致磷素的有效 性降低 钾肥品种以氯化钾和硫酸钾为主 占比达 83 钾肥利用率也仅有40 50 19 传统化肥施 用模式下肥料养分利用率低 作物高产建立在肥料 高投入的基础上 通过过量施肥以保证作物养分充 足供应的现象普遍存在 我国农田氮肥和磷肥的平 均施用量分别为N 191 kg hm2和P2O5 73 kg hm2 是 世界平均水平的2 6和2 4倍 1 因此大量化肥养分 积累在土壤中或损失到环境中 造成了资源浪费和 环境污染 我国农田每年约有760万t活性氮 21 万t磷以及1 3亿t温室气体 以CO2计 排放到大气 和水体环境中 图1 20 25 成为地表水体富营养化 地下水硝酸盐超标 PM2 5形成以及全球变暖的重 要来源 高产施肥的环境矛盾突显 传统肥料的局 限性越来越突出 全面建立新型高效肥料产品体 系 推动传统肥料产业的转型升级 是农业绿色可 持续发展的必然要求 1 2 新型肥料是实现化肥减量增效的有效途径 新型肥料的研制生产不仅包括养分增效技术和 生产工艺创新 还充分考虑与农艺措施发展匹配融 合 因而是更加优质 高效和环保的肥料产品 当 前我国新型肥料产品类型主要包括缓 控释肥料 增 值肥料 水溶肥料 商品有机肥 微生物肥料等 其通过优化养分供应 强化根系吸收 增强作物抗 逆 调节体内代谢等过程 获得更高的肥料养分效 率 协调作物高产与环境保护的矛盾 依据生产工 艺和用途 新型肥料产品养分的高效机理不尽相 同 缓 控释肥通过减缓或控制养分释放速率 最大 限度的实现养分供应与作物不同生长阶段养分需求 协同 从而提高肥料的利用率并降低各种途径的养 分损失 26 根据养分缓释原理的不同 可将缓 控释 肥细分为包膜肥料 稳定性肥料 脲醛类肥料等 增值肥料是将腐殖酸 海藻酸 氨基酸等生物活性 增效载体与传统化学肥料科学配伍 通过综合调控 肥料 作物 土壤 系统改善肥效 27 水溶肥的特点 是不论固态还是液态产品 其所有成分必须完全水 溶 以满足喷灌 滴灌 无土栽培 叶面施肥的需 求 通过水肥一体化 实现少量多次施肥 获得高 肥料利用率 28 水溶肥产品分为大量元素水溶肥 中 量元素水溶肥 微量元素水溶肥 含腐殖酸水溶 肥 含氨基酸水溶肥 有机水溶肥料等 商品有机 肥是将畜禽粪便 动植物残体 农产品或食品加工 的废弃物通过工厂化加工 无害化处理制成的肥料 产品 商品有机肥解决了传统有机肥养分含量低 运输困难 就地消纳需要很高的环境容量等问题 施 用商品有机肥可为作物提供稳定的养分供应 减 少养分的环境损失 不同程度地改善土壤理化性 质 增加土壤肥力 提高作物品质 29 微生物肥料的 主要特征是添加了具有固氮 溶磷 解钾等功能微 生物菌剂 或添加了能够通过代谢活动产生刺激素 的有益微生物 具有促进作物利用土壤中的低有效 态养分 或拮抗病原微生物减少作物病害发生等 功能 30 国内外学者对各类新型肥料产品的农学和环境 效应开展了大量田间试验和Meta分析 初步明确了 新型肥料在降低肥料投入 提高作物产量和肥料利 0 30 60 90 120 150 0 1 2 3 4 5 氨挥发 NH 3 volatilization 氧化亚氮排放 N 2 O emission 氮淋溶 N leaching 氮径流 N runof f 磷损失 P loss 温室气体排放GHG emission 活性氮损失 Reactive N loss 10 6 t a 磷损失 P loss 10 4 t a 温室气体排放 GHG emission CO 2 C 10 6 t a 图 1 我国农田每年氮 磷损失量及温室气体排放量估算 Fig 1 The estimation of annual nitrogen and phosphorus losses and greenhouse gas GHG emissions from Chinese farmlands 2 期丁文成 等 我国新型肥料产业发展战略研究203 用率 减少养分损失等方面的潜力 表1 相比于等 养分常规施肥处理 施用新型肥料能够普遍提高作 物产量和养分利用效率 增产率范围为4 6 17 5 氮肥利用率提高16 8 52 3 农田土壤氨挥发损 失量可降低7 2 50 7 N2O排放降低8 1 40 8 氮淋溶损失降低16 5 43 8 氮径流损 失降低22 1 45 4 值得注意的是 新型肥料实现其最佳增产减排 效应依赖合理的施用方法 例如 抑制剂型缓释肥 料能够减少氮素的氨挥发和氧化亚氮排放损失 但 Fan等 41 Li等 13 和Xia等 31 研究认为 添加硝化抑 制剂的肥料促进了9 29 的氨挥发 因此 新型 肥料施用不当也存在降低作物产量或促进土壤养分 环境损失的风险 因此 需要研究不同作物 土 壤 气候条件下新型肥料适宜的产品 有针对性地 进行肥料增效技术的改良创新 2 我国新型肥料产业发展现状 肥料产业始终伴随着肥料产品的创新转型升 级 依据肥料产品的性状 肥料产业的发展大致分 为4个发展阶段 1 初始阶段 养分浓度低且有效 性较差 主要产品有草木灰 骨粉或磷矿粉等 2 低 浓度阶段 生产技术简单且养分含量仅在14 25 主要产品有氨水 碳铵 过磷酸钙等 3 高 浓度阶段 养分浓度一般在40 以上 但存在养分 易损失等缺点 主要产品有尿素 磷铵 氯化钾和 高浓度复合肥等 4 绿色高效阶段 肥料产品具有 养分高效 功能多元 环境友好等特点 代表性产 品包括缓 控释肥料 水溶肥料 微生物肥料等 12 自20世纪50年代起 肥料产业逐渐从传统肥料品 种向新型肥料过渡 53 欧美等发达国家率先开展了新 型肥料产品的研发和在农业生产中的应用 美国最 早研制硫包膜和聚合物包膜肥料 随后日本 德国 等相继研发出生物易降解材料包膜 混合物包膜肥 料 54 57 德国的硝化抑制剂产品DMPP 美国的脲酶 抑制剂产品NBPT等已在全球农业中广泛应用 58 59 水肥一体技术最成熟 应用面积最大的是美国 以 色列水溶肥市场占有率最高 达到90 60 全世界 有70多个国家生产和推广使用微生物肥料 欧美发 达国家农业生产中微生物肥料的使用率在20 以上 美国和巴西大豆根瘤菌接种率达到95 以上 61 62 我国新型肥料研发较晚 2000年以后 肥料新产品 研究被列入国家863计划 科技支撑计划 重点研 发计划 成果转化基金项目等给予重点支持 农业 农村部2015年印发的 到2020年化肥使用量零增 长行动方案 指出 通过调整化肥使用结构 大力 推广高效环保的新型肥料 使化肥利用率达到40 以上 同年 工业和信息化部印发的 关于推进化 肥行业转型发展的指导意见 中指出要大力发展新 型肥料 提出 到2020年我国新型肥料使用量占化 肥总使用量的比重从不到10 提升到30 这些 政策的实施有效促进了新型肥料技术的研发和产业 化发展 我国已成为全球新型高效肥料研发的热点 国家 据赵秉强等 12 研究 我国当前正处于由高浓度 化肥阶段向绿色高效肥料阶段转变的关键时期 特 别是随着我国 双碳 和农业绿色发展战略的实施 推动了绿色肥料产业体系建设和快速发展的过程 笔者基于中国知网 CNKI 数据库 以 新型肥 料 缓控释肥 稳定性肥料 增值肥料 水溶肥 商品有机肥 微生物肥料 及其它相 关的24个变种主题词进行检索 以年代范围2000 2022年精炼获得24502篇相关文献 并将所有文献 记录导入VOSviewer软件中进行研究领域关键词聚 类分析 从所有新型肥料相关研究的关键词 关键词 共现频次 30 聚类网络 图2 中可以看出 我国缓 控释肥的研究起步较早且研究较多 商品有机肥和 微生物肥料研究侧重于生物有机肥的研究 水溶肥 的研究主要与水肥一体化技术结合较多 而增值肥 料的研究相对较少 在新型肥料整体研究领域中尚 未形成明显的聚类 新型肥料的应用作物研究涵盖 了粮食作物 蔬菜 果树和经济作物 水稻 玉米 和小麦等主粮作物是主要研究对象 新型肥料肥效研究主要集中在作物产量 经济 效益和品质指标3个方面 近年来 研究人员利用 Meta分析方法对缓 控释肥料和有机肥料的农学和环 境效应的大量研究结果开展了系统的整合分析 基 本肯定了其作物增产 养分增效和环境减排的潜 力 而对水溶肥 微生物肥料 增值肥料等的增效 机理和环境效应尚缺乏系统研究 国内科研机构和 肥料企业在低成本 环保型缓 控释肥膜材和增效肥 料载体研发 微生物高效菌株筛选 水溶肥核心磷 原料生产技术等方面开展了大量基础性和前瞻性的 工作 为我国新型肥料产业的快速发展奠定了基 础 目前 我国已初步建立了新型增效肥料的理 论 技术和产品体系 缓 控释肥料 稳定性肥料 脲醛类肥料 增值肥料等绿色高效肥料产品已经初 步实现产业化 204植 物 营 养 与 肥 料 学 报29 卷 表 1 与传统肥料相比新型肥料的农学和环境效应 Table 1 Agronomic and environmental effects of new type fertilizers compared with conventional fertilizers 新型肥料类型New type fertilizer 增效机制 Ways of high efficiency 作物产量Crop yield 氮肥利用率N use efficiency 氨挥发 NH 3 volatilization N2 O排放 N2 O emission 氮淋溶N leaching 氮径流N runoff 检验方法Test 参考文献References 缓 控释肥料 Slow controlled release fertilizer 包膜型养分控释Coated fertilizer controlled release 6 0 2 9 22 7 18 5 50 7 19 3 40 8 23 1 43 8 33 8 31 7 Meta 分析 Meta analysis 13 31 34 脲醛类养分缓释Urea aldehyde fertilizer slow release 11 0 5 8 52 3 9 1 46 8 17 8 田间试验Field experiment 35 40 硝化 脲酶抑制 Nitrification urease inhibitor 6 3 3 0 19 4 12 1 18 8 43 8 40 3 15 8 16 5 50 6 45 4 Meta 分析 Meta analysis 13 31 33 34 41 42 增值肥料Value added fertilizer 腐殖酸增效Humic acid synergy 11 2 7 6 30 7 26 3 7 2 田间试验Field experiment 14 43 45 海藻酸增效Alginic acid synergy 8 6 5 9 42 5 26 1 25 8 田间试验Field experiment 45 47 水溶肥料Water soluble fertilizer 水肥协同增效Synergy of water and fertilizer 17 5 15 4 28 7 22 9 田间试验Field experiment 48 商品有机肥Commercial organic fertilizer 有机替代Organic substitution 4 6 1 4 16 8 7 8 46 7 19 1 8 1 6 5 23 2 8 3 22 1 5 8 Meta 分析 Meta analysis 15 49 51 微生物肥料Bio fertilizer 微生物固氮 溶磷 N fixing P solubilizing microorganism 13 7 4 6 39 8 Meta 分析 Meta analysis 16 33 52 注 表中数据以等量传统肥料试验结果为对照计算的增幅 数据为平均值 SD Note The data were expressed as mean SD calculated using equivalent amounts of conventional fertilizers as control 2 期丁文成 等 我国新型肥料产业发展战略研究205 2 1 缓 控释肥料 缓 控释肥可根据作物需求规律缓慢释放养分 实现一次性施肥满足整个生长期的需求 是轻简化 施肥技术的重要载体 63 已成为我国新型肥料发展的 主导方向 我国缓 控释肥技术发展主要历经了3个 阶段 第一阶段是始于20世纪70年代 开始探索 研究长效肥料 脲甲醛肥料等缓释肥料 第二阶段 是1980 2000年期间 小规模量产包裹型缓释肥和 热塑型树脂包衣 第三阶段是2000年至今 实现了 多种缓 控释肥产品的产业化 并出口海外 64 65 目 前我国包膜缓释肥料技术经过引进 集成和创新 整体上已达到国际先进水平 在大田作物的应用技 术领域达到国际领先水平 从缓 控释肥相关研究的 关键词聚类网络图 附图1 来看 缓 控释肥的研究 主要集中在控释肥料包膜材料的研究和稳定性肥料 的抑制剂研究上 而脲醛类缓释肥料的研究相对较 少 高效环保包膜材料研发取得了突破性进展 许 秀成等 66 研制出以钙镁磷肥 酸化磷矿粉 磷酸铵钾 为包裹层的肥包肥型复合缓 控释肥料 在控制核心 氮素释放的同时 包裹层含有的钾 钙 镁 硅等 元素也起到促进作物生长 改善土壤结构的作用 Xie等 67 模仿荷叶特有的超疏水微纳米级凸起结构 利用磁性自组装方法制备包覆 空气外衣 的超疏水 生物基控释肥料 液态水不能直接浸润其膜壳 只 能以水蒸气扩散的方式缓慢进入 其养分控释期延 长了约1倍 极大地增强了养分的全生育期供应能 力 此外纤维素改性包膜材料 油脂改性包膜材 料 改性水基聚合物包膜材料等的研发大幅度降低 了缓 控释肥的成本 并提高了环保性 在稳定性肥 料技术方面 研制开发出同时含有多种脲酶抑制剂 和硝化抑制剂的尿素 解决了单一抑制剂作用时间 短 氮肥转化释放过快的问题 68 在植物源新型抑制 剂的开发上取得进展 发现芳香植物水浸提液和水 稻根系分泌物等具有良好的脲酶或硝化抑制效果 对安全 高效 环境友好 来源充足的新型抑制剂 研发具有重要意义 69 70 在生产工艺上 建立了无溶 剂原位表面反应包衣控释技术工艺 水基树脂控释 等技术工艺 实现控释肥生产过程的无溶剂 零排 放 大大减少了环境污染 根据Orbit全球专利数据 库获取的不同国家专利统计结果 我国获得的缓 控 生物有机肥 腐殖酸 增产 番茄 黄腐酸 缓控释肥聚类 Slow release fertilizer cluster 微生物肥聚类 Bio fertilizer cluster 有机肥聚类 Organic fertilizer cluster 水溶肥聚类 Water soluble fertilizer cluster 肥效指标聚类 Indicator cluster 图 2 我国新型肥料相关研究领域聚类网络图 Fig 2 The clusters and network of research fields related to new type fertilizers in China 206植 物 营 养 与 肥 料 学 报29 卷 释肥产品研发和生产工艺相关专利达3135项 远超 其它国家 在自动化连续化生产设备方面取得重大 进展 创建了树脂包膜 硫包膜 复合材料多层包 膜工艺的控释肥料大规模生产线 产能大幅度提 升 我国已成为世界最大缓 控释肥生产和消费国 树脂包膜尿素 硫包膜尿素 包裹型肥料 有机质 包膜缓释肥料年产量分别达50万 10万 15万和 10万t 各类脲醛肥料年产量20万t 每年应用面积 约330万hm2 0 5亿亩 增产8 10亿kg 节氮 3 5万t 2 2 增值肥料 增值肥料利用有机生物活性增效载体 腐殖酸 海藻酸 氨基酸等 与氮 磷 钾传统化肥科学配伍 后 通过调控肥料养分在土壤中的释放 转化 移 动 固定等过程 优化肥料的供肥性 从而提高肥 料利用率 27 传统腐殖酸或海藻酸肥料 以腐殖酸或 海藻酸为主要原料 通过掺入无机肥料制成 但载 体活性相对较低 用量大 难以与化肥大型生产装 置结合 存在产能低 成本高和产业化推广难度大 等问题 71 72 赵秉强 73 74 通过腐殖酸结构性优化 海 藻浓缩提取 氨基酸组合加工等技术 开发高活 性 专用型增效载体 将增效载体添加量控制在 5 以内 尿素 磷铵 复合肥等大型生产装置的生 产与增效载体添加一次完成 突破了增值肥料生产 普遍存在的二次加工 产能低 成本高的技术短板 27 研发的增值尿素 增值磷铵和增值复合肥等产品 具有显著促进根系生长 抑制土壤脲酶活性 降低 氨挥发损失 改善磷 钾养分供应等效应 75 77 已发 展成为全球产量最大的绿色肥料产品类型 年产量 1500万t 应用面积约3000万hm2 4 5亿亩 增产 100亿kg 推动了我国绿色肥料发展由长期跟踪国 外转向自主创新引领 为尿素 磷铵等大宗化肥产 品绿色转型升级提供科技支撑 27 2 3 水溶肥料 水溶肥泛指全部成分可溶于水的复合肥 可以 全部是氮磷钾化肥或中微量元素肥料 也可以是含 水溶性有机小分子的肥料 水溶肥是水肥一体化技 术不可或缺的肥料类型 全球水溶性肥料总消费量 约为800万t 在发达国家主要用于大田作物 园林 景观绿化植物和高尔夫球场的灌溉施肥及叶面施肥 等 78 水肥一体技术最成熟 应用面积最大的是美 国 水溶肥达到化肥市场总量的40 美国25 的 玉米 60 的马铃薯 33 的果树均应用了水肥一 体化技术 而以色列由于缺水是水溶肥和水肥一体 技术利用率最高的国家 90 以上的农田采用灌溉 施肥 温室作物全部采用灌溉施肥系统 28 78 我国水 溶肥产业起步于20世纪80年代中后期 79 其发展历 程主要分为3个阶段 1 初步形成阶段 以溶解性 及配伍性好的无机盐类为原料配制叶面肥 养分种 类少 浓度低 应用效果不稳定 2 初步发展阶 段 随着对叶面营养机理研究深入 叶面肥产品中 开始添加中微量元素及螯合剂和表面活性剂等助 剂 养分种类 养分浓度和吸收效率得到较大提 升 由于节水灌溉施肥技术发展滞后 水溶肥产业 发展较为缓慢 3 快速发展阶段 随着喷灌 滴灌 和无土栽培等技术的快速发展 带动了水溶肥料的 生产 在水溶肥中加入氨基酸 腐殖酸 海藻酸等 有机活性物质 水溶肥功能走向多元化 从近20年 水溶肥相关研究的关键词聚类网络图 附图2 也可 以看出 我国的水溶肥研究中大量元素水溶肥 中 微量元素水溶肥 氨基酸水溶肥 腐殖酸水溶肥以 及有机水溶肥各领千秋 张从军等 80 利用粗磷酸螯合 处理形成的磷酸一铵溶液 与尿素 氯化钾 硫酸 镁溶液以及腐殖酸溶液等配伍 制备了含海藻酸提 取物的大量元素全水溶性液体肥料 豆亚妮等 81 利用 微生物发酵技术从糠醛渣中提取腐殖酸 通过与大 量 中量 微量元素化合物进行鳌合 制成螯合态 腐殖酸水溶肥 随着我国各类水溶肥料产品及其检 测标准陆续颁布 水溶肥料登记产品数量快速增 加 水溶肥相关专利申请达3148项 据中国化工信 息中心统计 我国水溶肥料年产量约410万t 水溶 肥及水肥一体技术的推广应用面积约1000万hm2 1 5亿亩 主要应用于西北的棉花 玉米和马铃 薯 华北的蔬菜 玉米和小麦 西南的马铃薯 蔬 菜和水果等作物上 在水溶肥生产工艺技术上 突 破了磷酸氨化过程复合螯合和固体肥料级聚磷酸铵 APP 聚合分布可控制备与工艺 创制了原位螯合水 溶性磷酸一铵和肥料级固体APP等产品 具有成本 低 溶解度高 螯合能力强 配伍性好等特点 虽 然在国内高端水溶肥市场中 来自以色列 美国等 国的进口产品仍占据较高的市场份额 但随着我国 水溶肥和水肥一体技术的持续推进 进口水溶肥市 场占有率正在逐步减少 28 2 4 商品有机肥 有机肥原料来源丰富 包括畜禽粪尿 农业废 弃物 沼液沼渣 海洋养殖业废弃物 泥炭 绿 2 期丁文成 等 我国新型肥料产业发展战略研究207 肥 工业废弃物 餐厨垃圾等 其替代化肥的潜力 巨大 以畜禽粪尿为例 我国畜禽粪尿总量达31 6 亿t 所含氮 N 磷 P2O5 钾 K2O 养分资源总量 分别达到1478万 901万和1454万t 如果按75 还田 考虑养分损失后 其养分输入量分别占氮 磷和钾肥用量的34 80 和57 82 新型商品有 机肥技术主要包括无害化处理技术 快速发酵技 术 除臭技术 有机无机肥配伍技术 造粒工艺 等 商品有机肥克服了有机肥原料养分含量低 运 输成本高 施用量大等缺点 提升了农民使用的意 愿 促进了商品有机肥的产业化发展 基于有机肥 相关研究的关键词聚类网络图 附图3 分析 近年 来商品有机肥研究主要聚焦生物有机肥 有机无机 复合 混肥等高效有机肥产品研发和应用 研究重点 关注了有机替代实现化肥减量增效 生物有机肥优 化土壤微生物群落结构缓解连作障碍的机理等 最 具代表性的当属沈其荣等提出的全元生物有机肥产 品 该产品具有满足当季作物养分需求 显著抑制 土壤酸化 有效调控土壤微生物区系 持久性提高 土壤肥力等功能 实现了作物当季高产优质 持续 保育土壤的双重目标 在生物有机肥与土壤熏蒸联 合防控土传病害综合技术方面取得突破 对防治黄 瓜 西瓜和香蕉等作物枯萎病效果显著 83 84 农业农 村部 开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案 畜 禽粪污资源化利用行动方案 2017 2020年 等相 关政策的出台 推动了我国有机肥产业的快速发 展 目前 全国有机肥生产企业约3700家 有机肥 相关专利数达到2万余项 商品有机肥施用量为 957万t 其中精制有机肥318万t 有机无机复混肥 料422万t 生物有机肥151万t 85 2 5 微生物肥料 微生物肥料不同于其他肥料类型 不以为作物 直接提供养分为目的 主要功效是促进养分吸收与 利用 调控作物生长 增强植株抗逆性和抗病性 改良和修复土壤功能 86 90 微生物肥料通常利用固氮 菌株加强土壤 作物体系的生物固氮能力 91 92 利用 溶磷菌株代谢产生的磷酸酶 核酸酶等生物酶或草 酸 琥珀酸 乳酸等有机酸 分解土壤中的难溶性 磷