我國微量元素肥料研究及應(yīng)用的歷程與展望

關(guān)鍵詞： 微量元素肥料；肥料劑型；生產(chǎn)現(xiàn)狀；增效載體；肥料監(jiān)管

在地球化學(xué)領(lǐng)域，“微量元素”是指在巖石和土壤中以較低含量（通常lt;1000 mg/kg） 存在的元素，而在生物學(xué)領(lǐng)域，“微量元素”指的是在植物體干物質(zhì)中濃度通常lt;100 mg/kg 的元素[1]。盡管微量元素在植物體內(nèi)含量較低，但其生理功能與氮、磷、鉀等大量元素同等重要。不同植物或基因型對微量元素的需求存在較大差異，目前通常被認(rèn)為是所有高等植物必需的微量元素有：硼（B）、氯（Cl）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、鉬（Mo） 和鎳（Ni）[2]。其中，硼在植物中主要起結(jié)構(gòu)組成作用，維持細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整[3]，氯以陰離子的形式參與滲透調(diào)節(jié)并維持植物體內(nèi)電性平衡[4]，其余6 種微量元素均為金屬元素，作為酶的輔因子參與酶活性調(diào)節(jié)，穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)，參與電子傳遞和氧化還原反應(yīng)等[5]。土壤中微量元素不能滿足植物生長需求時(shí)，可以通過施用微量元素肥料的方式進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)《中國大百科全書》中的定義，微量元素肥料是指含有一種或幾種植物生長發(fā)育必需的微量營養(yǎng)元素并標(biāo)明其含量的肥料，簡稱微肥。

肥料施用在我國具有悠久的歷史，早期主要以農(nóng)家肥為主，新中國成立以來特別是80 年代以后隨著高產(chǎn)品種推廣以及農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，我國氮、磷、鉀化肥施用量逐年增加，到2015 年達(dá)到歷史最高的6022.6 萬t[6]。過量施用化肥導(dǎo)致了土壤退化、大氣和水體污染以及生物多樣性降低等問題[7?8]。為此，“十三五”期間國家開展了化肥減量增效行動(dòng)計(jì)劃，取得了積極成效，2016—2022 年連續(xù)7 年實(shí)現(xiàn)了大量元素化肥消費(fèi)總量負(fù)增長[9]。高強(qiáng)度農(nóng)作物生產(chǎn)每年會(huì)從土壤中帶走大量養(yǎng)分，氮、磷、鉀元素通過化肥施用得到有效甚至過量補(bǔ)充，微肥施用不足的現(xiàn)象普遍，在有機(jī)肥施用比例偏低的地方，微量元素缺乏尤為突出[10]。越來越多的研究表明，微量元素缺乏已成為世界范圍內(nèi)農(nóng)作物生產(chǎn)的主要障礙[ 1 1 ]。據(jù)調(diào)查，世界上超過50% 的土壤缺乏微量元素，直接導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)下降，間接引發(fā)人類飲食中某些必需微量元素（如鐵、鋅等） 缺乏，導(dǎo)致貧血癥、心臟病或神經(jīng)系統(tǒng)損傷等身體和精神疾病的發(fā)生，從而帶來影響人類健康的“隱性饑餓”問題[12?13]。適當(dāng)減少大量元素肥料投入，增施微肥已被證實(shí)可以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[14]。因此，微量元素營養(yǎng)調(diào)控正逐漸成為現(xiàn)代高效集約化農(nóng)業(yè)必不可少的技術(shù)措施之一 [15?16]。本文就我國微肥研究及應(yīng)用歷程、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述，并對其未來發(fā)展方向進(jìn)行探討，以期為今后我國微肥研究、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供借鑒。

1 微肥研究與應(yīng)用的發(fā)展回顧

我國微量元素研究始于20 世紀(jì)40 年代，開始系統(tǒng)研究微量元素（如錳和鋅） 對植物生長和碳水化合物代謝的影響[17]。50 年代開始研究土壤微量元素含量及其形態(tài)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的恢復(fù)發(fā)展，此時(shí)人們也開始重視微量元素在具體作物上的應(yīng)用[18]。首先引起重視的是鉬肥，1954—1958 年中國科學(xué)院林業(yè)土壤研究所曾連續(xù)5 年在東北三省幾種主要土壤上進(jìn)行了一系列鉬肥對大豆生長影響的試驗(yàn)[19]。隨后繼續(xù)開展了不同微量元素對番茄[20]、大豆[21?22]、小麥[23]、水稻[24]、玉米[23]、棉花[23]、甘薯[23]等多種作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究，揭開了我國微肥應(yīng)用的序幕。進(jìn)入60 年代后，大量嚴(yán)格的微肥肥效試驗(yàn)廣泛開展，1962年12月10—15日中國科學(xué)院生物學(xué)部在南京召開了“中國科學(xué)院微量元素研究工作會(huì)議”，總結(jié)了這一階段的研究工作[19]。60年代中期，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所在湖北浠水、蘄春、廣濟(jì)等縣發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型油菜“萎縮不實(shí)病”（即現(xiàn)在的“花而不實(shí)”現(xiàn)象），試驗(yàn)證實(shí)是由缺硼引起的，施用硼肥取得了明顯的防治效果，推動(dòng)了硼肥的研究與應(yīng)用[25?26]。

進(jìn)入70年代后，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所張乃鳳等[27]在山東首先開展了田間鋅肥試驗(yàn)示范和技術(shù)推廣，取得了增產(chǎn)效果。而后隨著水稻缺鋅“坐蔸”和玉米“花白苗”的大面積發(fā)生，鋅肥首先在水稻和玉米生產(chǎn)中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，并逐步擴(kuò)展到花生、大豆、甘蔗、果樹和蔬菜等作物[28?29]。1975 年，華中農(nóng)學(xué)院王運(yùn)華等[30?31]在湖北新洲發(fā)現(xiàn)缺硼導(dǎo)致棉花“蕾而不花”癥狀，施硼防治效果極為顯著，隨后開展了系統(tǒng)性的棉花施硼技術(shù)研究。此后，科研人員通過大量田間試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了硼肥在油菜、棉花、甜菜、果樹等作物上的增產(chǎn)效果[28]。1977年11月中國科學(xué)院召開了第二次微量元素學(xué)術(shù)交流會(huì)，全面總結(jié)了微量元素的生理及生物化學(xué)、微量元素施肥與地區(qū)土壤類型的關(guān)系、微量元素的土壤化學(xué)和幾種主要微量元素在我國農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用效果等方面的階段性成果，并于1980 年由科學(xué)出版社出版了《中國科學(xué)院微量元素學(xué)術(shù)交流會(huì)匯刊》[19， 32]。

1981年，在當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)局和化工部化肥司領(lǐng)導(dǎo)下聯(lián)合多家科研單位組建了“全國微肥科研協(xié)作組”，于1982—1986年期間在全國范圍內(nèi)進(jìn)行了系統(tǒng)地微肥施用技術(shù)研究和試驗(yàn)示范工作[33]。在此工作基礎(chǔ)上，協(xié)作組1986年出版了《微量元素肥料研究與應(yīng)用》一書，并首次制定了水稻和玉米鋅肥以及棉花和油菜硼肥施用技術(shù)規(guī)范，在微肥的研究與應(yīng)用方面取得了大量突破性成就，開創(chuàng)了我國微肥研究與應(yīng)用新局面[34]。掌握了油菜、棉花、麥類缺硼以及玉米、水稻缺鋅的大田典型癥狀，初步表征了大豆、小麥缺鉬，芝麻、向日葵缺硼以及其他作物缺乏微量元素典型癥狀，首次出版了《主要作物營養(yǎng)失調(diào)癥狀圖譜》[35?36]。設(shè)置了作物微量元素的長期定位試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行土壤微量元素殘留及土壤?作物?大氣生態(tài)系統(tǒng)中微量元素的循環(huán)及施用微肥的去向等研究[12， 37]。

進(jìn)入90年代后，我國微量元素的研究更加深入和廣泛，已基本完成了各省、市、自治區(qū)級微量元素含量分布研究[38]，主要開展了微量元素營養(yǎng)生理、微量元素與其他元素的關(guān)系、不同作物微量元素的敏感性和適宜用量、土壤微量元素的豐缺指標(biāo)等方面研究，提出了主要農(nóng)作物微量元素含量缺乏與中毒的臨界值，促進(jìn)了植物微量元素營養(yǎng)診斷技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用[38?39]。各種作物的微肥施用取得顯著成效，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1990年全國微肥施用面積已達(dá)1000 萬hm²左右，微肥用量達(dá)3.4 萬t，取得了良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[28]。此階段（80—90年代）出版了大量關(guān)于微肥的專著或論文集（表1），達(dá)到了微肥研究工作的一次高峰。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著學(xué)科交叉融合以及對環(huán)境問題的不斷重視，研究人員開始重點(diǎn)關(guān)注微量元素營養(yǎng)遺傳[40]、微肥影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[41]及緩解重金屬毒害的生理機(jī)制[42?43]、微量元素與大量元素配施[44]以及新型微肥的研制和推廣應(yīng)用等方面研究[45?46]。不同微肥在各種作物類型中的施用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，研究與應(yīng)用幾乎涵蓋了所有類型作物，包括谷類作物[47]、薯類作物[48]、豆類作物[49]、纖維作物[50]、油料作物[26]、糖料作物[51]、飲料作物[52]、嗜好作物[53]、藥用植物[54]、飼草作物[55]、園藝作物[56]等。微肥施用在提高作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)以及提高作物抗逆性等方面的研究報(bào)道也越來越多。對我國主要糧食作物施用鋅肥增產(chǎn)效果進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)施用鋅肥能有效提高小麥、玉米和水稻的產(chǎn)量（增產(chǎn)范圍在9.7%～15.0%），但是其增產(chǎn)效果受鋅肥施用方式、施用量、年代的影響[57?58]。不同種類微肥在部分作物中的施肥方式與推薦用量見表2。隨著研究的不斷深入，目前我國微肥發(fā)展現(xiàn)狀呈現(xiàn)出微肥種類及外延產(chǎn)品日益增多、微肥施用技術(shù)不斷發(fā)展以及微肥施用范圍逐漸擴(kuò)大等特點(diǎn)。

2 微肥種類及外延產(chǎn)品日益增多

20世紀(jì)70—80年代期間，我國微肥產(chǎn)業(yè)剛剛興起，研發(fā)力量較為薄弱，國內(nèi)生產(chǎn)的微肥產(chǎn)品以固體無機(jī)成分為主，定型產(chǎn)品極少[93]。此時(shí)農(nóng)業(yè)應(yīng)用以土壤施用方法為主，根外施用方法為輔。無機(jī)鹽微量元素肥料是把植物所需微量元素以無機(jī)鹽形式復(fù)混而成，但由于微量元素以金屬離子形式存在，易被土壤所固定，使微量元素的肥效得不到正常發(fā)揮[94]。當(dāng)時(shí)，在國家科技部和農(nóng)業(yè)部設(shè)立的“六五”科研計(jì)劃資助下，國內(nèi)科研單位和高校進(jìn)行了大量攻關(guān)研究，為微肥的生產(chǎn)和施用提供了科學(xué)依據(jù)[93]。

20世紀(jì)90年代以后，微肥產(chǎn)業(yè)開始迅速發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)和總產(chǎn)量逐年增加，產(chǎn)品類型以液態(tài)葉面肥為主，具有多元素與復(fù)合型的特點(diǎn)，但企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模小，工藝技術(shù)不精，養(yǎng)分形態(tài)仍以無機(jī)鹽為主，微肥生產(chǎn)成本低[93]。在微量元素肥料產(chǎn)品的研制方面，水溶性金屬螯合物開始作為微量元素肥料被利用，取得了明顯增產(chǎn)效果。此時(shí)的螯合劑以化學(xué)合成為主，主要是亞胺多羧型螯合劑，包括乙二胺四乙酸（EDTA）、乙二醇二乙醚二胺四乙酸（EGTA）、二乙三胺五乙酸（DTPA） 和羥乙基乙二胺三乙酸（HEDTA） 等，但由于價(jià)格較高，其大面積推廣受到一定的限制[95]。除此之外，微肥的一些外延產(chǎn)品如鈦微肥和光合微肥在此階段研制成功并在試驗(yàn)過程中取得了明顯增產(chǎn)效果[38]。鈦微肥是以活性鈦為主要成分的多元微量元素肥，可以提高作物對養(yǎng)分的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)能力，促進(jìn)光合作用和碳水化合物合成[96]。光合微肥除含有作物生長發(fā)育所必需的鐵、錳、硼、鋅、鉬和銅等微量元素外，還添加了光呼吸抑制劑，具有多元微肥和光合肥的雙重功能[97]。

21世紀(jì)以來，我國微肥發(fā)展進(jìn)入快速階段，各種新型微肥不斷推出。新型螯合微肥進(jìn)一步發(fā)展，開始由化學(xué)合成螯合劑轉(zhuǎn)向植物生理活性物質(zhì)等天然螯合劑的開發(fā)與應(yīng)用。目前常見的天然螯合（絡(luò)合） 劑包括氨基酸類、小分子有機(jī)酸類、腐植酸類、糖醇類、海藻提取物、木質(zhì)素磺酸鹽等，也被稱為微肥助劑或增效載體[98]。上述天然有機(jī)物質(zhì)來源廣泛且螯合能力適中，適宜作為微量元素螯合劑[99?100]。利用動(dòng)物有機(jī)廢棄物（蹄甲、毛發(fā)等） 經(jīng)水解制得氨基酸后制備氨基酸螯合微肥，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的再利用，大大降低了氨基酸螯合肥料的生產(chǎn)成本[101]。以城市污水處理廠污泥為原料，提取其中的菌體蛋白，采用多種化學(xué)方法制備氨基酸螯合微量元素肥料，技術(shù)更加環(huán)保可行[102]。利用植物材料獲得木質(zhì)素進(jìn)行改性處理后，制備改性木質(zhì)素等天然高分子螯合微肥研究與應(yīng)用也獲得了成功[103]。林輝東等[104]以廢堿錳電池和木質(zhì)素為原料，采用“焙燒—酸解—螯合”工藝制成（Mn+Zn）-LS螯合微肥，盆栽試驗(yàn)證實(shí)其效果良好。此外，新型生物源螯合劑的開發(fā)與應(yīng)用也在持續(xù)探索中，如利用微生物分泌物開發(fā)微生物鐵載體等微量元素螯合劑，顯著提高了植物對鐵的吸收利用能力[105]。

將微量高效生物活性增效載體與化學(xué)肥料科學(xué)配伍，通過綜合調(diào)控“肥料?作物?土壤”系統(tǒng)改善微量元素肥效的增值肥料的研發(fā)和推廣應(yīng)用愈發(fā)受到重視[106]。而針對速效肥料利用率低且易導(dǎo)致環(huán)境污染等問題，近年來以緩控釋微肥為代表的環(huán)境友好型微肥也開始受到關(guān)注[107]。根據(jù)制造工藝和性質(zhì)差異，緩控釋微肥一般包括低溶解度微肥、外涂層/包膜微肥和生物基吸附微肥等，均表現(xiàn)出微量元素釋放可控的特性[108]。由山西省高分子復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心研發(fā)的不同溶解度高分子緩釋微肥，能夠較好的控制微量元素在土壤中的釋放[109]，應(yīng)用較多的天然高分子材料包括纖維素、淀粉和殼聚糖等[110]。湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)所研發(fā)了一款多元長效微肥，其由硼砂、硫酸鋅和鉬酸鈉加上養(yǎng)分穩(wěn)定劑和控失劑以及其他一些輔助成分，經(jīng)過配方、混合、造粒而成，在水稻上施用效果顯著[111]。以丙烯酸單體接枝無定形高分子堿木質(zhì)素制備了具有保水、緩釋功能的聚丙烯酸接枝堿木質(zhì)素基鐵肥，為高效施用鐵肥和堿木質(zhì)素在農(nóng)業(yè)可降解緩/控釋載體領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考[112]。生物基吸附微肥以炭基緩釋微肥為代表，因其在土壤質(zhì)量提升與養(yǎng)分供應(yīng)方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注[113]。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在肥料領(lǐng)域納米微肥也開始研發(fā)并在生產(chǎn)上應(yīng)用，主要包括納米結(jié)構(gòu)肥料、納米材料膠結(jié)包膜型緩/控釋肥料、納米碳增效肥料、納米生物復(fù)合肥料等[114]。盡管納米微肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)提升的報(bào)道較多[115?116]，但納米顆粒的植物毒性效應(yīng)尚需持續(xù)關(guān)注[117]。其他微肥外延產(chǎn)品如稀土微肥、含硒微肥等也有大量報(bào)道[118]。研發(fā)了提質(zhì)增效型、土壤改良型和重金屬污染土壤修復(fù)型稀土微量元素螯合有機(jī)肥，證實(shí)其對水稻增產(chǎn)提質(zhì)、節(jié)本增效具有明顯效果[119]。探討了不同配方含硒微肥在水稻、玉米等多種作物上的施用效果，結(jié)果表明含硒微肥不僅能提高產(chǎn)量，也能生產(chǎn)出富硒農(nóng)產(chǎn)品[120]。隨著水肥一體化灌溉施肥技術(shù)在我國大面積推廣應(yīng)用，（含） 微量元素水溶肥也逐漸成為市場上的主要微肥品種，近些年發(fā)展迅猛[121]。除此之外，含有微量元素的種衣劑也表現(xiàn)出了較好效果，陸艷等[122]以0.2% 黃腐酸、0.02% 胺鮮酯和0.15% 微肥包衣處理，提高了苜蓿種子發(fā)芽勢和出苗率，并促進(jìn)了苜蓿分枝。根據(jù)微量元素形態(tài)及制作工藝的不同，總結(jié)了微肥發(fā)展過程中主要的種類或形態(tài)（圖1）。綜上，我國微肥產(chǎn)品體系的不斷完善經(jīng)歷了由單一的無機(jī)鹽類到多元化的新型微肥、由單質(zhì)微肥到微肥復(fù)合化等發(fā)展過程。

3 微肥施用技術(shù)不斷發(fā)展

微肥對植物的生長發(fā)育起著重要作用，但微肥的肥效易受作物種類、土壤性質(zhì)、施用量、施用時(shí)期以及施用方式等多方面因素的影響[123]。微肥施用方式伴隨微肥產(chǎn)品的創(chuàng)新而不斷發(fā)展，土壤施肥、葉面施肥、種子處理、灌溉施肥和樹干輸液是最常用的微量元素施用技術(shù)。

土壤施肥是將微肥作為基肥施入土壤中，一般是在播種前翻土均勻施入，也可與氮、磷、鉀等大量元素肥料混合一起均勻施入土中[124]。這種施用方式不需要額外增加設(shè)備或勞動(dòng)力，因此比較實(shí)用和經(jīng)濟(jì)，也是最古老和傳統(tǒng)的一種施肥方法，適用于大部分作物。向土壤直接施用微量元素是向植物提供充足營養(yǎng)的有效方式，優(yōu)點(diǎn)是可以解決土壤長期缺乏微量元素的問題，其缺點(diǎn)是養(yǎng)分的生物有效性受土壤特性（如酸堿性、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量等） 和根系吸收能力的影響較大[125]。在微量元素嚴(yán)重缺乏的土壤上或?qū)δ撤N微量元素需求較多的作物上，常采用土壤施肥的方式。我國南方柑橘產(chǎn)區(qū)土壤普遍缺硼嚴(yán)重，采用土壤施硼的方式明顯改善了臍橙的生長發(fā)育和硼營養(yǎng)狀況，和不施硼的對照相比產(chǎn)量提高20% 以上，經(jīng)濟(jì)效益良好[62]。油菜等雙子葉植物對硼的需求量較高，采用土壤施肥的方式能顯著增加直播油菜產(chǎn)量并提高油菜籽的含油率、油酸和亞油酸含量[126]。無機(jī)鹽類微肥和緩控釋微肥是土壤施肥常選用的微肥種類，金屬螯合微肥由于可以避免離子在土壤中的固定，在石灰性土壤上施用則是較優(yōu)的選擇[59， 73]。

葉面施肥是根外追肥最常用的方式，通常指將微肥懸液或微肥配成一定濃度的水溶液，在合適的時(shí)期對作物葉片進(jìn)行噴施，通過氣孔和表皮細(xì)胞的滲透作用直接進(jìn)入葉肉細(xì)胞。相較于土壤施肥，葉面施肥具有更高和更快的吸收效率，避免養(yǎng)分在土壤中的固定和淋失[127]。由于植物對微量元素的需求量較少，葉面施用能夠滿足植物需求，因此葉面噴施矯正微量元素缺乏的效果優(yōu)于氮、磷等大量營養(yǎng)元素[12]。在小麥生長后期噴施鋅肥是提高潛在性缺鋅土壤上小麥籽粒鋅含量和生物有效性較為經(jīng)濟(jì)的方式，對改善小麥鋅營養(yǎng)品質(zhì)有較好作用[128]。在旱地低鋅區(qū)，與土施鋅相比，葉面噴施是更加經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好的鋅肥施用方式，是提高小麥鋅營養(yǎng)品質(zhì)切實(shí)可行的措施[65]。而在遼東南地區(qū)種植的玉米鋅肥施用效果表現(xiàn)為土施優(yōu)于葉面噴施[67]。因此，葉面噴施的效果與作物種類及作物生長過程中噴施時(shí)期有關(guān)。另外，無機(jī)鹽類微肥、螯合微肥、水溶性微肥和納米類微肥常被用做葉面施肥，對微量元素潛在性缺乏土壤上種植的作物進(jìn)行葉面噴施是比較經(jīng)濟(jì)有效的方式。

灌溉施肥則是利用灌溉系統(tǒng)提供微量元素，將養(yǎng)分直接輸送到根區(qū)[129]。灌溉施肥技術(shù)的發(fā)展與水溶肥的大力推廣密切相關(guān)。灌溉施肥可以實(shí)現(xiàn)相對精準(zhǔn)施肥，并且可以有效維持根際土壤適宜的水分含量和養(yǎng)分濃度，減小養(yǎng)分向下遷移的速率，提高水分和養(yǎng)分的利用效率[130]。但是需要注意施肥管道的維護(hù)和管理，同時(shí)也需要注意微量元素與大量元素之間的相互作用。灌溉施肥方式特別適用于干旱區(qū)和果樹等經(jīng)濟(jì)作物。例如，寧夏引黃灌區(qū)春小麥在滴灌條件下增施鋅肥和錳肥均提高了春小麥籽粒中鋅、錳含量，顯著提高了千粒重和產(chǎn)量[47]。在葡萄轉(zhuǎn)色期，滴施7.5 kg/hm² Fe-EDTA 并配合葉面噴施0.075% 的Fe-EDTA 可以顯著提升葉片葉綠素含量和光合速率并改善葡萄品質(zhì)[131]。

種子處理包括兩類不同的方式，一種是播種前用微肥進(jìn)行浸種或拌種，另一種則是用微量元素對種子進(jìn)行包衣，種子處理可以節(jié)省用肥量，因此它是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用方法[132]。浸種也稱種子引發(fā)，是一項(xiàng)控制種子緩慢吸水和逐步回干的種子處理技術(shù)，可以提高萌發(fā)時(shí)間的穩(wěn)定率和萌發(fā)整齊率，為植物早期發(fā)育提供必需的微量元素，但是浸種時(shí)間和濃度需要精確控制；拌種則需要保證微量元素與種子混合均勻[133?134]。種子包衣需要一定的技術(shù)和設(shè)備支撐，微量元素種子包衣的成功和有效性取決于選用的養(yǎng)分種類、包衣材料、土壤類型、水分和肥力狀況以及養(yǎng)分與種子的比例[135]。用微量元素進(jìn)行浸種、拌種或種子包衣，特別適用于播種的糧食作物。例如，錳肥、鐵肥和鉬肥處理種子后的大田小麥增產(chǎn)幅度可達(dá)8.5%～21.1%，高于拔節(jié)期噴施的增產(chǎn)幅度4.3%～12.0%[136]。錳肥和鋅肥對花生種子進(jìn)行包衣增加了花生籽粒干重并降低了籽粒鎘含量[137]。因此，微肥種子處理技術(shù)是提高大田作物籽粒微量元素含量和產(chǎn)量的重要措施之一。

樹干輸液是木本植物常用的一種微量元素補(bǔ)充方式，在果樹生產(chǎn)中較早采用了該方法，具體操作方式是在樹干基部進(jìn)行鉆孔，將肥料通過輸液管從鉆孔注入樹體內(nèi)，使樹體快速補(bǔ)充營養(yǎng)，并極大提高肥料利用效率[138]。目前樹干注射主要有兩種方式，一種是利用壓力泵進(jìn)行強(qiáng)力高壓注射，另一種則是利用虹吸原理進(jìn)行虹吸輸液或自流式滴輸[139]。果樹采用樹干輸液方式補(bǔ)充肥料不污染土壤、水源、空氣和樹體表面，不存在土壤吸附、固定和拋灑浪費(fèi)的問題，是生產(chǎn)綠色食品理想的環(huán)保型高科技施肥方法，也被認(rèn)為是一種極有應(yīng)用前景的果樹施肥方式[140]。樹干輸液方式是生產(chǎn)上解決果樹缺鐵黃化經(jīng)常采用的一種補(bǔ)鐵技術(shù)，已在蘋果[141]、黃花梨[70]、新疆灰棗[71]和柑橘[72]等果樹上應(yīng)用并取得了良好效果。

4 當(dāng)前我國微量元素肥料產(chǎn)品市場狀況

在實(shí)施化肥減量增效的大背景下，人們開始更加關(guān)注微量元素對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要作用，以達(dá)到“以微促大”的效果，這給微肥產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)良好的發(fā)展空間。許多企業(yè)開始規(guī)模化生產(chǎn)以水溶肥為主的微肥，同時(shí)也在大量元素化肥中添加多種微量元素，生產(chǎn)含有微量元素的復(fù)混肥等。通過文獻(xiàn)調(diào)研并對農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的（含） 微量元素肥料產(chǎn)品登記或備案信息進(jìn)行檢索，分析了截至2024年4月中旬含微量元素肥料產(chǎn)品種類、劑型、生產(chǎn)區(qū)域分布等情況，初步了解我國微量元素肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。由于國家規(guī)定經(jīng)農(nóng)田長期使用、有國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的單一微量元素肥料無需登記，以及市場關(guān)于微量元素肥料推廣情況資料的限制等情況，從肥料登記與備案分析只是反映了微量元素肥料在我國市場的主流銷售類型，尚不能判斷其推廣應(yīng)用情況[142]。本文統(tǒng)計(jì)的含微量元素肥料僅指在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記和備案的微量元素肥料以及含微量元素的其他肥料。

4.1 含微量元素肥料產(chǎn)品登記概況

以產(chǎn)品通用名稱為微量元素肥料獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部肥料登記證并且在有效期內(nèi)的微量元素肥料產(chǎn)品共有14個(gè)，其中產(chǎn)品形態(tài)為水劑的5個(gè)，形態(tài)為粉劑的9個(gè)，多為外國企業(yè)登記產(chǎn)品。微量元素水溶肥料共登記有723個(gè)產(chǎn)品，其中產(chǎn)品形態(tài)為水劑341個(gè)、粉劑378個(gè)、顆粒4個(gè)，表明登記的微量元素水溶肥以水劑和粉劑為主，顆粒形態(tài)產(chǎn)品所占比例極低。截至2024年4月中旬登記的723個(gè)產(chǎn)品中，單一微量元素水溶肥料共有45種，其中單質(zhì)硼肥有29 種，單質(zhì)鋅肥有13 種，其他元素單質(zhì)肥各1 種。大部分微量元素水溶肥是含有多種微量元素的復(fù)合型產(chǎn)品，其中標(biāo)注含有Cu+Fe+Mn+Zn+B+Mo6 元素的復(fù)合型產(chǎn)品83 個(gè)。

除了直接以微量元素肥料登記的產(chǎn)品以外，其他含有微量元素的產(chǎn)品還包括以下幾類，含腐植酸水溶肥料產(chǎn)品登記有3414個(gè)，其中添加微量元素的共有120個(gè)產(chǎn)品。登記含氨基酸水溶肥料產(chǎn)品3236個(gè)，其中添加微量元素的產(chǎn)品有1590個(gè)。有機(jī)水溶肥料產(chǎn)品登記有949個(gè)，標(biāo)注含有微量元素的產(chǎn)品161個(gè)。以大量元素水溶肥料作為通用名稱登記的產(chǎn)品有984個(gè)，其中標(biāo)注含有微量元素的產(chǎn)品達(dá)到937個(gè)，說明目前大量元素肥料生產(chǎn)中絕大部分均會(huì)添加微量元素，以提升肥料效果。其中，大量元素水溶肥中添加最多的微量元素組合為Zn+B，基本符合我國土壤與作物微量元素鋅和硼較缺乏的現(xiàn)狀。

4.2 微量元素水溶肥料備案現(xiàn)

狀自2020年9月起，包括微量元素水溶肥料在內(nèi)的一部分肥料產(chǎn)品由登記改為備案制，備案系統(tǒng)于2020年12月15日上線運(yùn)行。自備案制實(shí)施以來，微量元素水溶肥料呈爆發(fā)式增長，截至2024年4月中旬，微量元素水溶肥料國內(nèi)產(chǎn)品共備案114500個(gè)，境外產(chǎn)品共備案11582個(gè)（表3）。從產(chǎn)品形態(tài)來看，微量元素水溶肥料仍然以水劑和粉劑為主，水劑所占比例稍高于粉劑。與前期實(shí)行登記制時(shí)產(chǎn)品相比，近年來備案的微量元素水溶肥料（包括國內(nèi)和境外） 中顆粒形態(tài)產(chǎn)品所占比例明顯增高，約占全部備案產(chǎn)品的21.3%。與2001—2011年調(diào)查粉劑所占比例最高的結(jié)果不同，近年來水劑和顆粒形態(tài)產(chǎn)品比例有所增加，可能與粉劑存在容易潮解、結(jié)塊等問題有關(guān)[142]。

從國內(nèi)微量元素水溶肥料備案區(qū)域分布情況來看，大陸地區(qū)31個(gè)省級行政區(qū)除了西藏外均有微量元素水溶肥料生產(chǎn)，我國微量元素肥料產(chǎn)品生產(chǎn)地區(qū)仍然主要集中在山東和河南等老牌肥料主產(chǎn)省份，備案數(shù)量分別為33956和30021個(gè)，分別占全國的29.7% 和26.2%，兩省微量元素水溶肥料備案數(shù)量占全國的55% 以上。貴州、青海、寧夏、甘肅和重慶等省份微量元素水溶肥料備案數(shù)量較少，一共僅占全國的1.1%。

4.3 新型微肥研發(fā)情況

知識產(chǎn)權(quán)的申請情況可以在一定程度上反映微肥的研發(fā)情況，通過中國知網(wǎng)平臺，以專利名稱“微量元素肥料”或“微肥”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索（未進(jìn)行單質(zhì)微肥檢索），然后篩選微肥及制備方法相關(guān)專利，截至2024 年5 月，包括公開和授權(quán)專利共篩選到462 個(gè)。以專利公開日期能查詢到微肥相關(guān)專利的最早時(shí)間為1990年，一直到2010年20多年的時(shí)間僅公布了微肥相關(guān)專利82個(gè)。從2011年開始，新型微肥每年的研發(fā)數(shù)量快速增加，2016年達(dá)到最高數(shù)量67 項(xiàng)，此后逐漸有所下降（圖2）。從各省的微肥專利公布數(shù)量來看，排名前十位的省份依次是山東、江蘇、安徽、遼寧、廣東、廣西、湖北、河南、四川和北京，占據(jù)了總量的71.4%。

5 微量元素與微肥研究展望

化肥被稱為糧食的“糧食”，在保障我國糧食安全和人類營養(yǎng)健康等方面發(fā)揮了重要作用。然而，持續(xù)大量施用氮、磷等化肥導(dǎo)致土壤養(yǎng)分嚴(yán)重失衡，目前我國大多數(shù)土壤中的氮和磷養(yǎng)分處于盈余狀態(tài)，而中微量元素缺乏現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重[143?144]。因此，協(xié)調(diào)微量元素與大量元素之間的均衡配比，并與植物生長需求相匹配，是實(shí)現(xiàn)新階段化肥減量增效戰(zhàn)略的基本要求。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，基層科技人員和農(nóng)民對微肥的認(rèn)知依然不夠，施用微肥后不能馬上觀察到肉眼可見的效果就懷疑微肥的功效，市場上微肥劑型單一，針對性不強(qiáng)，影響著微肥的研究應(yīng)用與推廣。從我國農(nóng)業(yè)實(shí)際出發(fā)，未來微肥研究重點(diǎn)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。

5.1 基于養(yǎng)分平衡原則建立適應(yīng)“區(qū)域?土壤?作物”的微肥綜合管理體系

鑒于目前生產(chǎn)上微量元素單一缺乏向復(fù)合缺乏及養(yǎng)分失衡方向發(fā)展，亟需建立田間作物養(yǎng)分實(shí)時(shí)診斷及調(diào)控新技術(shù)及指標(biāo)體系，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田養(yǎng)分的精準(zhǔn)管理；探索微量元素與其他營養(yǎng)元素的相互作用對作物養(yǎng)分吸收和利用的影響，明確不同微量元素之間及微量元素與大量元素配合施用技術(shù)；開展長期定位研究，跟蹤觀察微量元素肥料對土壤肥力和作物生產(chǎn)力的長期影響，為制定科學(xué)的施肥策略提供依據(jù)；基于“區(qū)域+土壤類型+作物種類”體系差異以及生產(chǎn)實(shí)際需求，需要系統(tǒng)化研究不同區(qū)域需要的基礎(chǔ)肥料種類、大中微量元素肥料科學(xué)配伍方案以及作物整個(gè)生育期全程管理服務(wù)套餐等，為完善以需求為導(dǎo)向的肥料生產(chǎn)和供應(yīng)體系提供支撐。同時(shí)，系統(tǒng)探索如何實(shí)現(xiàn)微量元素在“土壤—植物—食品—人體”全鏈條協(xié)同強(qiáng)化的技術(shù)途徑，助力健康中國，消除“隱性饑餓”。

5.2 持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展環(huán)境友好且高效的微肥產(chǎn)品及配套技術(shù)

傳統(tǒng)的無機(jī)鹽類微肥容易被土壤固定或發(fā)生淋洗等損失，導(dǎo)致肥效短且利用率較低。而化學(xué)合成螯合劑類螯合微肥盡管提高了微量元素有效性，但由于價(jià)格高，加上螯合劑本身不易降解，對土壤存在潛在不良影響。因此，持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展環(huán)境友好且高效的微肥產(chǎn)品，符合我國綠色肥料或綠色智能肥料發(fā)展的要求[145]。包膜緩控釋肥可以減少施肥次數(shù)、提高肥料利用率，但存在產(chǎn)品的養(yǎng)分供給與作物需求的匹配度不夠等問題，未來應(yīng)設(shè)計(jì)和開發(fā)具有超疏水性的新型可生物降解和可再生包膜材料，以使養(yǎng)分釋放與作物對養(yǎng)分的需求同步。對具有緩釋性能的材料，如天然高分子聚合物淀粉、纖維素和殼聚糖等，以及最近國內(nèi)外研究較多的生物炭和層狀雙氫氧化物（LDHs） 等進(jìn)行篩選和改性，不斷提升緩釋微肥性能。關(guān)注納米技術(shù)在微肥產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用，如生物炭基納米肥料、納米微量元素長效葉面肥等，評估其對作物生長影響的同時(shí)也需要關(guān)注納米顆粒的實(shí)際環(huán)境行為和生態(tài)毒性。水肥一體化是灌溉與施肥結(jié)合的最佳方式，也意味著研制能夠應(yīng)用于滴噴灌系統(tǒng)的全水溶微肥或兼容大量元素的微肥是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。除此之外，成本低、可生物降解、對環(huán)境友好的微肥增效載體也是未來的重點(diǎn)。新型微肥的效果取決于外界環(huán)境條件與施用方式，因此還需要針對每一種新產(chǎn)品開展配套施用技術(shù)研究，同時(shí)研發(fā)與輕減化施肥技術(shù)相適應(yīng)的微量元素肥料劑型及其施用技術(shù)體系，不斷推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“綠色增產(chǎn)增效提質(zhì)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。總之，綠色新型微肥產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)該向著施用簡便化、肥料高效化、環(huán)境無害化方向發(fā)展，突出核心技術(shù)原創(chuàng)性。

5.3 建立和完善微肥市場監(jiān)管和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系新型肥料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系

不夠完善。面對市場上不斷推出的新產(chǎn)品，由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系存在滯后性，導(dǎo)致有的新產(chǎn)品無標(biāo)準(zhǔn)可依[146]。水肥一體化技術(shù)在全國的大力推廣促進(jìn)了水溶肥料市場的繁榮，我國水溶肥料產(chǎn)量從2010年的60萬t 增長到2020年的560萬t，占化肥年產(chǎn)量的比例由0.95% 升至10.19%，呈逐年上升趨勢[147]。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳關(guān)于全國肥料質(zhì)量監(jiān)督抽查情況的通報(bào)數(shù)據(jù)，2018和2019年抽查的大量元素水溶肥料合格率分別為75% 和79.2%，而不合格的主要原因是微量元素含量與標(biāo)識值不符和砷元素含量超標(biāo)。另據(jù)江蘇省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心對52個(gè)批次水溶肥檢測結(jié)果顯示，產(chǎn)品的整體合格率只有40.4%，而檢測的6個(gè)批次微量元素水溶肥中僅有1個(gè)批次合格，說明微肥質(zhì)量需要進(jìn)一步完善監(jiān)管[147]。因此，建議對微肥生產(chǎn)企業(yè)和銷售商進(jìn)行嚴(yán)格的市場準(zhǔn)入管理，對微肥產(chǎn)品進(jìn)行定期或不定期的抽檢和檢測，建立微肥市場信息公示和追溯系統(tǒng)，向消費(fèi)者公開產(chǎn)品信息、質(zhì)量檢測報(bào)告等。同時(shí)，通過追溯系統(tǒng)迅速定位問題產(chǎn)品的來源，保證流入市場的微肥質(zhì)量。需要進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及微量元素的作用及微肥施用相關(guān)知識，分區(qū)域分作物做好微肥肥效試驗(yàn)示范，引導(dǎo)農(nóng)民重視并合理施用微肥，做到“產(chǎn)?學(xué)?研?管?用”各環(huán)節(jié)同頻共振，促進(jìn)我國微肥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。