新型肥料的種類與應用

一、發展新型肥料的必要性

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

我國是一個人口眾多，資源緊缺的泱泱大國，這樣的基本國情決定了我國的農業尤其是糧食生產，在經濟發展的任何階段，都不能削弱而只能加強。要高度重視農業生產，始終保持糧食及其他農產品產量的穩定增長。而肥料，特別是化肥，在農業增產中起著舉足輕重的作用。

但我國肥料生產與應用中仍存在著一系列問題，如化肥利用率低，養分高效利用的新型肥料品種缺乏，復混肥料養分形態、數量配比不能滿足作物營養需求，平衡施肥理論和技術的推廣與應用缺乏系列專用復合肥，非水溶性鉀礦資源沒有得到充分利用，有機肥料發酵周期長、有毒有害物質含量超標嚴重等。上述問題已成為制約中國食物安全的根本性問題之一。

環保高效新型肥料能提高肥料利用率，保證糧食安全，減少環境污染，一次施用就能滿足作物的需要，可大大減輕農民的勞動強度，降低肥料施用成本，成為未來農業的發展方向。因此，發展新型高效肥料，對于實現我國農業現代化、確保我國糧食安全具有十分重要的意義。

二、新型肥料的種類及特點

近六十年來，隨著科學技術突飛猛進的發展，肥料科學領域的新知識、新理論、新技術不斷涌現，肥料向復合高效、緩釋控釋（ 長效） 和環境友好等多方向發展。因而，我們把利用新方法、新工藝生產的具有上述特征的肥料稱為新型肥料，以區別于傳統化肥工業生產的化學單質肥料和復合肥料，以及未經深加工的有機肥料。它是針對傳統肥料的利用率低、易污染環境、施用不便等缺點，對其進行的物理、化學或生物化學改性后生產出的一類新產品。主要包括穩定性肥料、緩釋和控釋肥料、聚氨酸類肥料、多功能肥料、商品化有機肥、生物肥料等。為適應農業生產的新要求，新型肥料作為一種有助于改善環境質量和農產品質量、提高農作物產量的農用生產資料發展迅速。

近幾年，在新型肥料行業中，穩定性、緩釋、控釋和聚氨酸類肥的發展是最快的，其次是商品有機肥，多功能肥料則因為涵蓋面太廣、針對性較強、市場比較混亂而發展相對緩慢。因此，我們主要介紹穩定性、緩釋、控釋肥和聚氨酸類肥料的特點及施用效果。

1. 穩定性肥料

穩定性肥料是指經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氮的硝化，使肥效期得到延長的一類含氮肥料（包括含氮的二元或三元肥料和單質氮肥），是在傳統肥料中加入氮肥增效劑來延長肥效期這樣一類產品的統稱。

穩定性肥料技術具有肥效期長（一次施肥，養分有效期可達120天）、養分利用率高（氮利用率提高8.7個百分點，減少氮淋失48.2%，降排N2O（一氧化二氮）64.7%；磷提高4個百分點，土壤磷活化率13%，肥料磷有效率提高28%）、平穩供給養分，增產效果明顯（作物后期不缺肥，活稈成熟，作物平均增產幅度10%～18%）；環境友好，降低面源污染（本產品對環境安全，無殘留。當年降解率達75%）、成本低（成本增加只有普通復合肥的2%～3%，可以廣泛用于糧食作物）。

穩定性肥料已在東北、中原、西南、西北及長江流域等22個省進行了應用，生產的穩定性專用肥有60多個品種，應用作物涉及玉米、水稻、大豆、小麥、棉花等30多種，平均每畝增產165.25公斤，增產率達14.7%，農民每畝增收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，從而達到控制養分的釋放特性，包膜材料是此類肥料的核心。目前我國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量將會決定該產品緩釋氮的釋放特性。我國的SCU技術由國外直接引進，在引進的基礎上，又增加了工藝控制程序，調節養分釋放。含高濃度氮30%～40%，可以減少氮淋溶或以氨的形態揮發，硫價格低廉，硫本身也是一種中量的植物營養元素。目前市場有售的包硫尿素（7天內）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。主要技術是包膜材料的選擇和添加包膜的實用技術。與傳統肥料相比，由于更為復雜的生產過程和較高成本的包膜材料，使生產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。鄭州大學許秀成等研制的包裹肥料是以水不溶性無機肥料（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合肥料，通過調節包裹層組成及厚度來制得不同養分配比的緩效增值復合肥料。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、以二價金屬磷酸銨鉀鹽為包裹層。

（4）涂層緩釋尿素。中國科學院石家莊農業現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、微量補充”功能，粒度均勻、色彩各異的單質改性肥料顆粒，再采用摻混工藝根據測土施肥需要科學組配與作物全生育期養分需求變化相協調。

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或離子鍵連接到預先形成的聚合物上，構成一種新型組合物。其所含養分的釋放速度取決于聚合物鍵的性質、立體化學結構、疏水性、降解難易度和交聯程度等。分為三種類型：難溶性有機化合物，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；低溶解性無機鹽，如磷酸鎂銨等。

這三類肥料主要應用于專業性的草皮、苗圃、溫室、草坪以及庭院和景觀梅花，脲甲醛類肥料應用最廣，被廣泛應用于較溫暖的氣候區（歐洲地中海地區、美國南部和西南部地區），由于受到生產成本過高的限制，應用不那么廣泛。在日本和歐洲，丁烯叉二脲主要應用于草皮和特色農業中，典型應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分損失和固定，促進作物對養分的吸收，并提高養分吸收和運轉速率，起到離子泵作用，提升離子養分與作物根系的親和力，可使作物產量增加7%～30%。能有效提高肥料養分利用率（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%），減輕農民負擔。產品無殘留，對人、畜、植物無毒害，符合綠色農業生產的要求，具有廣譜性，適用于各種土壤及農作物。

三、新型肥料的產業化現狀

經過20多年的探索發展，新型肥料在國際上已成為一個成熟的產業，這也進一步推動了我國新型肥料產業的發展。

中國的緩控釋肥從上世紀70 年代初開始起步。到目前為止，中國陸續研制成功了樹脂包衣、硫包衣、脲醛類、生化抑制劑穩定性肥料等緩控釋肥，并實現了產業化。全球緩控釋肥消費量的三分之一由中國生產，品種涉及包裹肥料、樹脂包衣、硫包衣肥料、脲醛和穩定性肥料。

2009年我國緩控釋肥料產能到達250萬噸，其中，穩定性肥料由于成本較低、技術相對簡單、投資較小，發展比較迅猛，占總產量的絕大部分，而樹脂包膜類、脲醛肥料等由于成本相對較高、投資較大，發展速度相對緩慢，市場的推廣難度大，產量較少。

我國從事包硫尿素的企業主要有漢楓、金正大、山西豐喜等。總產量30萬噸，出口占一大部分，國內只在BB肥上有應用。

山東農業大學的聚合物包膜控釋肥在山東金正大集團實現產業化，目前年生產能力達到60萬噸，2009年產量達到50～60萬噸。華南農業大學水溶性樹脂合成技術已經在圃樂特控釋肥料公司實現了產業化生產，產能約10萬噸，研制開發的異粒變速控釋肥技術在山東施可豐年產10萬噸項目早已投產。北京農林科學院與北京首創集團新型肥料公司合作，生產聚烯烴包衣控釋肥料，年產能達到20萬噸。

濟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企業，現有年產能10萬噸的生產線3條，產品主要供應農業市場。

脲醛類緩釋肥目前國內生產的主要廠家上海大洋年產、武漢綠茵、青島住商等，生產規模較小，產品多用于出口。

穩定性肥料技術的產品已占全國長效肥市場的85%以上，年總產量已達世界產量的三分之一，居世界第一。市場遍及東北、中原、西南、西北及長江流域等22個省、50余家企業。包括施可豐化工股份有限公司、黑龍江倍豐農資集團有限公司、錦西天然氣化工股份有限公司、山東魯西化工集團、江蘇華昌化工集團、云南農家樂復合肥有限公司、河北中嘉復合肥有限公司、內蒙古遼中京化工有限責任公司和廣西新勝利農業生產資料有限責任公司等在全國復合肥行業中具有一定影響力的企業。2011年全國穩定性肥料銷售量累計生產122.5萬噸。中國科學院與全國22家科研、推廣機構建立了密切的合作關系，成立了“全國緩控釋肥試驗示范協作網”，投入600萬元，用于穩定性肥料的全國示范推廣，示范協作網覆蓋了全國22個省份，涉及試驗示范作物包括水稻、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，為穩定性肥料的推廣起到了積極的作用。

2010年12月由中國科學院沈陽應用生態研究所牽頭，聯合全國68家企業和科研院所聯合成立了穩定性肥料產業技術聯盟，集中多家之力進行穩定性肥料技術的宣傳和市場開拓，實現資源共享，規范穩定性肥料經營，集中攻克穩定性肥料中的成本及新材料的問題，為穩定性肥料產業的持續穩定發展奠定基礎。

2011年3月1日，世界首部《穩定性肥料》行業標準正式頒布實施，規范了此類產品的生產、銷售、使用和質量監督，保證了市場的健康發展。

聚氨酸類肥料產地主要集中在山東、河北。其中，山東2011年聚氨酸尿素總產量超過70萬噸，華北地區占據5成以上產量。2008至2011年，中科院沈陽應用生態研究所、遼寧中科生物工程有限公司利用生物工程技術合成的一種含氨基酸的聚合物，經過精致提純后獲得具有活性的有機高分子聚合物，是一種新型、環保的生物合成的有機型化肥增效劑，目前生產聚氨酸肥料的廠家有山東三方化工股份有限公司、玉溪云海工貿有限公司、廣西新方向化學工業有限公司、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）化工股份有限公司、吉林頌禾合作社等。

四、新型肥料的發展方向

新型肥料的發展趨勢與農業發展趨勢密切相關，隨著人口的增長，人類對糧食和農產品需求量增多，只有加快新型肥料的發展速度，才能保證農業生產沿著高產、優質、低耗和高效的方向發展。

1. 高效化

隨著農業生產的進一步發展，對新型肥料的養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、省工，提高工作效率。

2. 復合化

農業生產要求新型肥料要具有多種功效，來滿足作物生長的需要。目前，含有微量元素的復合肥料，以及含有農藥、激素、除草劑等新型肥料在市場上日趨增多。

3. 長效化

隨著現代農業的發展，對肥料的效能和有效時期都提出了更高的要求，肥料要根據作物的不同需求來滿足作物的需要。穩定性肥料具有肥效期長，一次性施肥免追肥等特點，技術可節約用肥量15%～20%左右，養分平均利用率提高8.7個百分點。養分淋失率降低48.2%，N2O（一氧化二氮）排放減少46%～74%，肥料利用率達到45%～54% ；土壤磷平均活化率為13%，肥料磷有效率提高28%。等產量節肥15%～20%；同肥量可增產10%～15%；一次性施肥，使氮肥肥效期達120～130 天。穩定性肥料符合我國農業的特點，是今后肥料的發展方向。