含腐植酸水溶肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果

李 雙 成紹鑫 曾憲成

1 中國腐植酸工業(yè)協(xié)會(huì) 北京 100120

2 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 太原 030001

含腐植酸水溶肥料是腐植酸（含黃腐酸）與大量元素和（或）微量元素，按照植物生長個(gè)性化需求，通過一定的配比制成的液體或固體水溶性肥料，主要以溶液形式為農(nóng)田灌施、沖施或噴施。近十多年來的研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，含腐植酸水溶肥除增強(qiáng)肥效外，還兼具“育化土壤+增強(qiáng)作物抗逆性+改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)”等效果。隨著國家“水肥一體化”技術(shù)的推廣和發(fā)展，越來越多的土肥專家、農(nóng)技工作者、肥料生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)資經(jīng)銷商和農(nóng)民用戶紛紛將目光聚焦到含腐植酸水溶肥料上來。如今，含腐植酸水溶肥料已經(jīng)成為水溶肥料家族中的重要組成部分，代表著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更加經(jīng)濟(jì)、更加環(huán)保的肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ袌銮熬皬V闊。

1 含腐植酸水溶肥料的起源

早在上世紀(jì)70年代初，發(fā)達(dá)國家就大力研發(fā)水溶肥料（國外統(tǒng)稱“液體肥料”），80年代中期，美國和歐洲一些國家水溶肥技術(shù)和市場已非常成熟。我國80年代中期水溶肥（主要是葉面肥）剛剛興起。含腐植酸水溶肥料是中國水溶肥料發(fā)展的引領(lǐng)者，后來成為馳名品牌的“葉面寶”和“噴施寶”率先進(jìn)入市場，影響遍及全國[1]。

1989年，國家開啟第一批水溶肥料登記，含腐植酸水溶肥料獲登記產(chǎn)品3個(gè)，占水溶肥料總數(shù)7個(gè)產(chǎn)品的43%[2]，在水溶肥料發(fā)展初期便居主導(dǎo)地位，之后始終穩(wěn)定性增長。截至2018年8月31日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記34類肥料產(chǎn)品中，含腐植酸水溶肥料登記產(chǎn)品數(shù)量達(dá)2576個(gè)，僅次于大量元素水溶肥料，位居第二位，主導(dǎo)地位十分突出。這樣巨大的發(fā)展規(guī)模和矚目成就，在全球肥料界是獨(dú)一無二的，也是中國對世界水溶肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)。

2 含腐植酸水溶肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果

2.1 基本生產(chǎn)工藝

2.1.1 生產(chǎn)原料

生產(chǎn)含腐植酸水溶肥料的原料主要包括腐植酸鹽、大量元素化合物和微量元素化合物三大部分。（1）腐植酸鹽：主要有腐植酸鉀、黃腐酸、黃腐酸鉀等。（2）大量元素化合物：主要是化肥，包括尿素、磷酸二氫鉀、磷銨、硝酸鉀、硫酸鉀等。（3）微量元素化合物：主要有硫酸亞鐵、硫酸鋅、硼砂、硫酸錳、硫酸銅、鉬酸銨等。

2.1.2 生產(chǎn)設(shè)備

生產(chǎn)含腐植酸水溶肥料的工藝設(shè)備主要有粉磨機(jī)、乳化機(jī)、反應(yīng)器、離心機(jī)、過濾機(jī)、蒸發(fā)器、干燥機(jī)、造粒機(jī)等。一般來講，大多數(shù)通用設(shè)備即可滿足生產(chǎn)需求，但個(gè)別產(chǎn)品對反應(yīng)器和造粒機(jī)兩種設(shè)備需特殊考慮。反應(yīng)器：對于很粘稠的水溶肥料，需采用高剪切、強(qiáng)混合型的特殊攪拌機(jī)。造粒機(jī)：對液體產(chǎn)品要求干燥并造粒，需采用噴漿造粒或流化床噴霧造粒。以上兩類設(shè)備市場上已有銷售，但用于含腐植酸水溶肥料生產(chǎn)還要結(jié)合實(shí)際情況，認(rèn)真考察，慎重選擇。

2.1.3 生產(chǎn)工藝

含腐植酸水溶肥料的生產(chǎn)工藝主要有兩條，即粉體混合路線和溶液反應(yīng)路線。

（1）固體混合工藝路線。

固體混合工藝是將腐植酸鹽與各種大量元素或微量元素化合物，按作物對養(yǎng)分的一般需求或特殊需求進(jìn)行復(fù)配，機(jī)械混合即可（粉體）；也可對粉體進(jìn)一步加工造粒（顆粒）。

該工藝過程大致為：大量元素（或微量元素）+水溶性腐植酸鹽+助劑→機(jī)械混合→造粒（或不造粒）→固體成品（Ⅰ）。

優(yōu)點(diǎn)：工藝過程簡單，成本低。

缺點(diǎn)：產(chǎn)品容易混合不太均勻；有些產(chǎn)品中腐植酸與營養(yǎng)元素沒有經(jīng)過離子交換或絡(luò)合/螯合反應(yīng)，使產(chǎn)品效果打折扣。

（2）溶液反應(yīng)工藝路線。

溶液反應(yīng)工藝是將腐植酸鹽與各種大量元素或微量元素化合物，按作物對養(yǎng)分的一般需求或特殊需求進(jìn)行復(fù)配，添加適量助劑和水，加熱攪拌，對液體物料進(jìn)行離心或過濾，再將稀液進(jìn)行濃縮，灌裝即可作為“液體產(chǎn)品”；如果對產(chǎn)品的不溶物要求不嚴(yán)（如沖施肥），而且液體物料水分少，粘度較高，可以直接作為“膏狀產(chǎn)品”；也可將濃縮液干燥，制成粉劑或顆粒產(chǎn)品。

優(yōu)點(diǎn)：物料反應(yīng)充分，產(chǎn)品不溶物少，使用效果好，穩(wěn)定性高。

缺點(diǎn)：成本相對較高；需根據(jù)不同物料間的化學(xué)反應(yīng)，調(diào)整反應(yīng)溫度和攪拌時(shí)間。

（3）其他工藝。

在前兩項(xiàng)工藝基礎(chǔ)上，增加光輻射等工藝。

2.1.4 技術(shù)關(guān)鍵

絮凝沉淀問題是所有含腐植酸水溶肥料生產(chǎn)企業(yè)需要面對和解決的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。特別是作為噴施和滴灌使用時(shí)，要求產(chǎn)品在硬度較高的自來水中溶解不出現(xiàn)絮凝沉淀，并且在溶解≥20%的營養(yǎng)元素情況下仍不粘稠。對此，常用的方法有以下5種。

（1）高速剪切粉磨。采用超微氣流粉碎、超聲波處理、乳化等措施，目的是使粉體充分分散，避免堵孔。

（2）添加化學(xué)助劑。例如，木質(zhì)素磺酸鹽、合成表面活性劑（十二烷基磺酸鈉等）、助溶劑（例如，甲基纖維素、海藻酸鈉、黃原膠、聚丙烯酸鈉等）。

（3）添加絡(luò)合/螯合劑。如EDTA、檸檬酸、酒石酸、聚磷酸鹽等。

（4）用螯合態(tài)元素替代普通元素。如用螯合硫酸鋅代替硫酸鋅、螯合硫酸錳代替硫酸錳等。

（5）添加其他分散和潤濕滲透劑。如吐溫、脂肪酸聚氧乙烯醚、羥乙基纖維素、丁香酚、乙二醇等。

以上技術(shù)措施實(shí)際可能是“治標(biāo)不治本”，關(guān)鍵措施是引用高活性的腐植酸、黃腐酸類產(chǎn)品，采用定向控制氧化和磺化技術(shù)，使腐植酸最大限度地降低分子量、增加活性官能團(tuán)。

2.2 含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品

2.2.1 產(chǎn)品種類

目前市場上的含腐植酸水溶肥料分為大量元素型和微量元素型，大量元素型產(chǎn)品分為固體或液體兩種劑型，微量元素型產(chǎn)品僅為固體劑型。此外，在含有大量元素和微量元素基礎(chǔ)上，產(chǎn)品中還復(fù)合添加中量元素、特種元素（硒、鈦、稀土元素等）、海藻酸、氨基酸、有益菌劑、酪蛋白磷酸肽、農(nóng)藥及其他有益物質(zhì)等營養(yǎng)成分，制成功能更全面的含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品，具有既土既肥、既肥既藥、既藥既養(yǎng)的效果，拓寬了含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

2.2.2 產(chǎn)品數(shù)量

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站公布含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品，1989—2018年8月31日累計(jì)登記產(chǎn)品數(shù)量2576個(gè)（表1），基本分為4個(gè)階段：初識(shí)期（1989—2008年）、緩慢增長期（2009—2011年）、穩(wěn)定增長期（2012—2015年）、快速增長期（2016—2018年）。其中，2018年1—8月登記產(chǎn)品數(shù)量最多，達(dá)823個(gè)，是前25年總和508個(gè)的1.62倍。

2.2.3 適用作物

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站公布含腐植酸水溶肥料登記產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)，適宜作物包括大田作物、茄果類、瓜類、根菜類、薯芋類、葉菜類、薹菜類、果樹類、核果類、仁果類等累計(jì)76種作物（表2），完全可以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣化需求。

2.3 含腐植酸水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)

目前，含腐植酸水溶肥料相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)（表3）。根據(jù)許多用戶反映，對NY 1106-2010《含腐植酸水溶肥料》標(biāo)準(zhǔn)中不溶物≤5%的要求顯得過寬，化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4365-2012《水溶性肥料》中對不溶物的要求為≤0.5%。兩個(gè)指標(biāo)之所以不同，與用途的限定范圍有關(guān)。《水溶性肥料》中用途的限定范圍只用于滴灌和噴灌，而《含腐植酸水溶肥料》標(biāo)準(zhǔn)中則可用于灌溉施肥、葉面施肥、無土栽培、浸種蘸根等，因此水不溶物的要求相對較低些。含腐植酸水溶肥料用于滴灌和噴灌時(shí)，水不溶物指標(biāo)一般也需要小于0.5%，以免堵塞噴頭。對此，中腐協(xié)將站在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度，組織專家進(jìn)行應(yīng)用調(diào)查和技術(shù)驗(yàn)證，制定更為科學(xué)和嚴(yán)格的協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 1989—2018年8月含腐植酸水溶肥料登記數(shù)量Tab.1 The number of registered water-soluble fertilizers containing humic acid from 1989 to August 2018

表2 含腐植酸水溶肥料適宜作物Tab.2 Suitable crops of water-soluble fertilizers containing humic acid

表3 含腐植酸水溶肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Industry standards of water-soluble fertilizers containing humic acid

2.4 含腐植酸水溶肥料專利

根據(jù)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站，檢索標(biāo)題和摘要中含有“腐植酸”“黃腐酸”“腐殖酸”“風(fēng)化煤”“褐煤”“泥炭”等關(guān)鍵詞的含腐植酸水溶肥料專利，經(jīng)篩選統(tǒng)計(jì)，2010—2018年8月31日申請受理含腐植酸水溶肥料專利共318項(xiàng)（表4），包括審中專利239項(xiàng)，有效專利42項(xiàng)，失效專利37項(xiàng)。年專利申請受理量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。這些專利中以生產(chǎn)及應(yīng)用類專利最多，達(dá)304項(xiàng)；設(shè)備裝置類專利8項(xiàng)；包裝類專利6項(xiàng)。

2.5 含腐植酸水溶肥料科研文獻(xiàn)

根據(jù)中國知網(wǎng)檢索主題中含有“腐植酸水溶肥”“腐殖酸水溶肥”“黃腐酸水溶肥”等關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)共107篇，主要涉及農(nóng)業(yè)科技、工程科技、經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)等領(lǐng)域（圖1）。這些科研文獻(xiàn)分別刊發(fā)于52種不同的期刊上，其中《腐植酸》雜志發(fā)文量最多，25篇，占比23.4%（圖2）。

表4 2010—2018年8月含腐植酸水溶肥料專利數(shù)量Tab.4 The number of water-soluble fertilizers containing humic acid patents from 2010 to August 2018

圖1 含腐植酸水溶肥料科研文獻(xiàn)領(lǐng)域分布Fig.1 Distribution of scientific literature on water-soluble fertilizers containing humic acid

圖2 含腐植酸水溶肥料科研文獻(xiàn)的主要期刊Fig.1 Main journal of scientific literature on water-soluble fertilizers containing humic acid

2.6 含腐植酸水溶肥料企業(yè)隊(duì)伍

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品，涉及企業(yè)數(shù)量累計(jì)達(dá)1738家。其中56.44%的企業(yè)只登記1個(gè)產(chǎn)品，39.57%的企業(yè)登記2個(gè)產(chǎn)品，3.34%的企業(yè)登記3個(gè)產(chǎn)品，登記4個(gè)以上產(chǎn)品的企業(yè)共11家（表5）。

表5 登記含腐植酸水溶肥料的企業(yè)數(shù)量Tab.5 The number of companies registering water-soluble fertilizers containing humic acid

3 含腐植酸水溶肥料發(fā)展前景

3.1 國家政策支持

近10年來，在大力發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、氣候智慧型農(nóng)業(yè)背景下，水肥一體化技術(shù)受到國家政策（表6）的大力支持，使得水溶肥料產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，在全國各地得到了廣泛的應(yīng)用，為含腐植酸水溶肥料發(fā)展提供了廣闊w的空間。

3.2 農(nóng)業(yè)發(fā)展必需

我國以僅占世界9%的耕地、6%的淡水資源生產(chǎn)出占世界25%的農(nóng)產(chǎn)品，養(yǎng)活占世界20%的人口，水土資源約束越來越大，缺水比缺地更加嚴(yán)峻。對此，必須從根本上轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，努力突破水肥資源約束，提高水肥資源利用效率，變資源消耗型農(nóng)業(yè)為資源高效型農(nóng)業(yè)，才能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3]。

與傳統(tǒng)的單元肥料、二元肥料和復(fù)合肥料相比，水溶性肥料的應(yīng)用效果優(yōu)勢更為突出：省水、省肥、省時(shí)[4]，肥料利用率高[5]，降低農(nóng)業(yè)成本；營養(yǎng)元素較全面[6]，降低病蟲害發(fā)生幾率，保證農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量[3，7]；改善土壤微環(huán)境、提高微量元素使用效率、減少環(huán)境污染、應(yīng)對氣候變化等，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康科學(xué)發(fā)展的必然要求。

表6 水溶肥料相關(guān)國家利好政策Tab.6 Relevant countries’ favorable policies for water-soluble fertilizers

3.3 比較優(yōu)勢突出

含腐植酸水溶肥料是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記6類水溶肥料之一，與其他5類水溶性肥料相比，在原料成本、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品數(shù)量、養(yǎng)分特點(diǎn)、作用效果等方面優(yōu)勢十分突出（表7），發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/p>

表7 6類水溶肥料比較Tab.7 Comparisons of six types of water-soluble fertilizers

4 含腐植酸水溶肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

腐植酸是土壤的生命力，既關(guān)土又關(guān)肥，構(gòu)筑“土肥和諧”離不開腐植酸。大力發(fā)展含腐植酸水溶肥料產(chǎn)業(yè)，是構(gòu)筑“土肥和諧”的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，也是推動(dòng)我國“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的水溶肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。

4.1 制定產(chǎn)業(yè)政策

腐植酸是土壤本源性物質(zhì)，通過肥料反哺腐植酸，可以一舉多得。建議一是從國家層面對含腐植酸水溶肥料給予一定技術(shù)性政策支持；像小麥“一噴三防”腐植酸肥料作為政府采購產(chǎn)品那樣，明確設(shè)立“土肥和諧肥料”政府采購產(chǎn)品。二是在全國范圍內(nèi)建立含腐植酸水溶肥料試驗(yàn)田，通過不同地區(qū)、不同作物的示范樣板，輻射帶動(dòng)其推廣應(yīng)用。

4.2 優(yōu)化技術(shù)體系

由于含腐植酸水溶肥料生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模偏小，技術(shù)質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致產(chǎn)品使用效果差異很大。對此，建議企業(yè)一是嚴(yán)格把好原料關(guān)，二是嚴(yán)格把好標(biāo)準(zhǔn)關(guān)，三是創(chuàng)新優(yōu)化破解絮凝沉淀的技術(shù)關(guān)，四是避免產(chǎn)品同質(zhì)化，五是逐步形成規(guī)模化，六是進(jìn)一步加強(qiáng)腐植酸成分的定性與定量、作用效果與機(jī)理等相關(guān)基礎(chǔ)性研究。

4.3 完善服務(wù)體系

目前，廣大農(nóng)民使用腐植酸肥料帶有很大的被動(dòng)性和盲目跟風(fēng)性，在一定程度上使得對腐植酸肥料效果的認(rèn)識(shí)大打折扣。對此，建議構(gòu)建以政府為主導(dǎo)，以行業(yè)協(xié)會(huì)為紐帶，以企業(yè)技術(shù)服務(wù)為主體，以基層農(nóng)技推廣機(jī)構(gòu)、農(nóng)村合作經(jīng)濟(jì)組織為基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)科研、教育單位等社會(huì)力量廣泛參與的服務(wù)體系，通過分工協(xié)作，搭建農(nóng)業(yè)全程化、社會(huì)化、多元化的信息和產(chǎn)品服務(wù)平臺(tái)，讓農(nóng)民不僅認(rèn)識(shí)和了解含腐植酸水溶肥料，而且喜歡用，自愿用。

4.4 打擊假冒偽劣產(chǎn)品

隨著國家開展化肥零增長行動(dòng)的持續(xù)深入，腐植酸肥料越來越“搶眼”，假冒偽劣產(chǎn)品也蜂擁而起。鑒別真假腐植酸肥料的專業(yè)性很強(qiáng)。打擊假冒偽劣的腐植酸肥料是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要?jiǎng)訂T社會(huì)各方力量統(tǒng)一行動(dòng)。首先，需進(jìn)一步完善“含腐植酸水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)”核心內(nèi)容；二是國家和地方執(zhí)法部門、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門需要提高專業(yè)水平和打假執(zhí)法水平；三是業(yè)界要互相監(jiān)督，互相促進(jìn)，共同提高；四是維護(hù)廣大農(nóng)民的合法權(quán)益，鼓勵(lì)用戶檢舉揭發(fā)造假者；五是通過媒體廣泛宣傳，提高鑒別真假腐植酸肥料的能力。為此，中腐協(xié)還設(shè)立了腐植酸肥料市場情報(bào)員，及時(shí)發(fā)布腐植酸肥料市場信息，提供專業(yè)科普知識(shí)，提高用戶識(shí)別真假腐植酸肥料的鑒別能力。

5 結(jié)語

含腐植酸水溶肥料已成為水溶肥料產(chǎn)業(yè)的一支必不可少的重要力量。我們必須下大力氣，通過管理創(chuàng)新、組織創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)含腐植酸水溶肥料產(chǎn)業(yè)朝著“集約化+精準(zhǔn)化+高效化+標(biāo)準(zhǔn)化+生態(tài)化”的方向快速發(fā)展，為推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“水肥一體化”技術(shù)發(fā)展、保障我國糧食安全生產(chǎn)做出精準(zhǔn)貢獻(xiàn)。