新型肥料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    世界化肥的生產(chǎn)和使用歷經(jīng)３次變革。２０世紀(jì)６０年代之前，生產(chǎn)的化肥多為單質(zhì)低濃度肥料；６０至８０年代，發(fā)達(dá)國家發(fā)展高濃度化肥和復(fù)合肥；最近２０年，發(fā)達(dá)國家開始重點(diǎn)研究緩／控釋肥料、生物肥料、有機(jī)復(fù)合肥料、功能性肥料，成為新型肥料研究與發(fā)展的熱點(diǎn)。

1、緩／控釋肥料

    緩／控釋肥料最大的特點(diǎn)是養(yǎng)分釋放與作物吸收同步，簡化施肥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次性施肥滿足作物整個(gè)生長期的需要，肥料損失少，利用率高，環(huán)境友好。世界各國都逐步認(rèn)識到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型緩／控釋肥料。20世紀(jì)80年代以來，美國、日本、歐洲、以色列等發(fā)達(dá)國家都將研究重點(diǎn)有科學(xué)施肥技術(shù)轉(zhuǎn)向新型緩／控釋肥料的研制，力求從改變化肥自身的特性來大幅度提高肥料的利用率。緩／控釋肥料被譽(yù)為21世紀(jì)肥料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。目前，緩／控釋肥料主要有以下４種類型。

    包膜型緩／控釋肥料；包膜型緩／控釋肥料主要是在肥料顆粒表層包被上控制養(yǎng)分釋放的包膜材料，調(diào)節(jié)養(yǎng)分釋放。1957年，美國首先研究硫包尿素，1961年ＴＶＡ在１～7kg／h裝置上進(jìn)行了包硫尿素（ＳＣＵ）小試，1978年在美建成10t／h ＳＣＵ的示范生產(chǎn)廠。此間，又進(jìn)行了包硫氯化鉀（ＳＣＫ）、包硫磷酸二胺（ＳＣＰ）的研究。硫包尿素仍是當(dāng)前美國主導(dǎo)產(chǎn)品。

    美國也是第一個(gè)商品化生產(chǎn)樹脂包膜肥料的國家。１９６７年在加利弗尼亞生產(chǎn)出醇酸樹脂包膜肥料Osmocote，成為當(dāng)今世界著名控釋肥料品牌。日本從20世紀(jì)60年代開始研究包膜控釋肥料，70年代后，以研究熱塑料型樹脂聚稀烴包膜肥料為重點(diǎn)，簡稱ＰＯＣＦ工藝，通過調(diào)節(jié)ＰＥ與ＥＶＡ的比例，并以無機(jī)填料為開孔劑，可制得40天至360天釋放期的薄膜控釋肥料。開發(fā)可降解的聚合物包膜材料及研究之具有不同養(yǎng)分釋放模式的肥料代表了包膜肥的研究方向。

     ２０世紀(jì)８０年代以來，以色列、德國、英國、加拿大、意大利、印度等國也相繼進(jìn)行了包膜型緩／控釋肥料的研究，嘗試用聚合物、草炭、木質(zhì)素、石蠟、無機(jī)營養(yǎng)材料等包裹尿素等，制成緩／控釋肥料。1991年7月在美國阿拉馬州的SHefferld召開了第一屆環(huán)／控釋肥料專題研討會；1993年在以色列還發(fā)市召開料緩／釋肥料國際研討會。目前，世界上年緩釋／控釋肥料消費(fèi)總量１００萬噸（實(shí)物），以包膜型肥料為主，占到一半以上，有些國家達(dá)９０％以上。

    合成型微榕態(tài)緩釋肥料，一類是微溶于水的合成有機(jī)氮化合物，如脲醛肥料（Ｕｒｅａｆｏｒｍ）、異丁叉二脲（ＩＤＢＵ）、丁稀叉二脲（ＣＤＵ）等；另一類是微水溶性或檸檬酸榮性合成無機(jī)肥料，如部分酸化磷礦（ＰＡＰＲ）、二價(jià)金屬磷酸銨鉀鹽等。

    脲醛類和釋肥料是尿素與醛類的縮合，最常見的是脲甲醛（ＵＦ）。德國１９２４年ＢａｄｉｓｈｅＡｎｉｌｉｎ和Ｓｓｏｄａ～Ｆａｂｒｅｋ?yún)^(qū)得了第一個(gè)制造脲醛肥料的專利，１９５５年投入工業(yè)化生產(chǎn)。德國１９２４年發(fā)表廖永乙醛和尿素制備流程。日本三菱株式會社與１９６１—１９６２年提出了尿素和異丁醛反應(yīng)制備異丁叉二脲（ＩＢＤＵ）的專利，１９６４年開始，在日本市場有少量銷售。

    ２０世紀(jì)９０年代初期，世紀(jì)緩／控釋肥料仍以為溶性尿素反應(yīng)物為主，占到５０％以上。歐洲傳統(tǒng)使用微溶性寒尿素化合物緩釋肥料。其比例占到緩釋肥銷量的７０％以上。還累肥料因養(yǎng)分釋放速度受土壤水分、ＰＨ、微生物等因素的較大影響，且售價(jià)高，此類肥料的需求量有下降的趨勢。

    化學(xué)抑制型緩效肥料通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等，調(diào)節(jié)土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對氨態(tài)氮的硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢釋放；６０年代人們開始重視篩選土壤脲酶抑制劑的工作。ＨＱ（氫醌）、ＮＢ－ＰＴ（Ｎ－丁基硫代磷酰三胺）、ＰＰＤ（鄰－苯基磷酰二胺）、ＴＰＴＡ（硫代磷酰三胺）、ＣＨＰＴ（Ｔ－磷酸三環(huán)已胺）等是篩選研究的重要土壤脲酶抑制劑。

    自２０世紀(jì)５０年代國外開始研制硝化抑制劑，研究的主要產(chǎn)品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物，以及爹氮化鉀、氯苯異硫氰酸鹽、六氯乙烷、五氯酚鈉等。雙氰胺（ＤＣＤ）是應(yīng)用較為廣泛用于已高氮肥利用率的硝化抑制劑。

    基質(zhì)復(fù)合肥與膠粘緩釋控釋肥料，將肥料養(yǎng)分與可降低其溶解性的物質(zhì)混合，通過健合、膠結(jié)等作用，制成養(yǎng)分緩慢釋放的肥料。尤其是有機(jī)高分子聚合物、改性草炭和風(fēng)化煤類、有機(jī)只等于化肥健合、膠結(jié)，改變養(yǎng)分的釋放速率，制成緩釋肥料。目前該領(lǐng)域的研究工作開展緩釋肥料研究方向，前景看好。

    另外，將不同類型、不同釋放速率的緩釋肥料通過“異粒變速”，使肥料的養(yǎng)分釋放節(jié)律最大限度與作物吸收同步，在緩釋肥料研究和應(yīng)用中受到普偏重視。

目前，世界緩／控釋肥料年消費(fèi)總量約１００萬噸，其中美國、加拿大月６０萬噸（約占６０％），日本２０萬噸（月至２０％），西歐、以色列１５萬噸（約占１５），其他國家月５萬噸以上，明顯高于季節(jié)普通化肥增長率。當(dāng)前，影響緩／控釋肥料發(fā)展的最主要問題是價(jià)格問題。由于售價(jià)高，除日本外，美國、西歐９０—的控釋肥料用于草坪、苗圃等非農(nóng)業(yè)市場。降低生產(chǎn)成本、走向大田，是緩／控釋肥料研制和生產(chǎn)的重要方向。

    我國對緩／控釋肥料的研究起步較晚，２０世紀(jì)７０年代中國科學(xué)院南京土壤研究所曾進(jìn)行過長效碳銨的研制。進(jìn)入８０年代，特別是近年來隨著化肥用量大、利用率低，化肥污染農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境問題的加劇，國內(nèi)緩／控釋肥料的研究步伐加快。１９８３年開始，鄭州工學(xué)院等在國內(nèi)率先系統(tǒng)展開料利用營養(yǎng)猜猜研制包裹型控釋肥料，先后研制出鈣鎂磷肥包裹尿素（１９８３）、磷礦粉部分酸化包裹尿素（１９９１）、二價(jià)金屬磷酸銨鉀鹽包國尿素（１９９５）３類不斷升級換代產(chǎn)品，養(yǎng)分控制釋放時(shí)間超過了９５天，突破了國內(nèi)外營養(yǎng)材料包膜養(yǎng)分釋放控制難度大的關(guān)鍵技術(shù)。研制出年產(chǎn)萬噸生產(chǎn)能力的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，產(chǎn)品注冊品牌為Ｌｕｘａｃｏｔｅ，以出口美國、澳大利亞、新加坡、日本等國家，與Ｏｓｍｏｃｏｔｅ、ＭＥＩＳＴＥＲ、Ｎｕｔｒｉ－ｃｏｔｅ齊名。目前在國家８６３計(jì)劃的資助下，正在研究進(jìn)一步降低成本，重點(diǎn)研制適用于大田作物的專用控釋肥料，產(chǎn)品在河南、山東等地的玉米天上大面積示范，增產(chǎn)幅度都在１０％以上，肥料利用率提高１０個(gè)百分點(diǎn)以上。

    樹脂包膜控釋肥研制，我國主要借鑒日本經(jīng)驗(yàn)。1992年開始，北京市農(nóng)林科學(xué)院率先系統(tǒng)開展料樹脂包膜尿素的研究。在借鑒日本技術(shù)的基礎(chǔ)上，在溶劑，包衣材料、設(shè)備等方面，均有較大的改進(jìn)和突破。研究篩選出低毒溶劑，回收率98%以上；研制出連續(xù)型生產(chǎn)設(shè)備，以申請國家發(fā)明專利。包衣材料選用廉價(jià)的聚丙烯酰胺，并進(jìn)行降解改性。目前已建成年生產(chǎn)能力3000噸以上的樹脂包以尿素生產(chǎn)線，生產(chǎn)出養(yǎng)分控釋30至200天或更長時(shí)間的系列包衣尿素，產(chǎn)品分為線型和S型釋放模型。并以包衣尿素為母料，通過異粒變速技術(shù)，配制N、P、K復(fù)合型控釋肥料，在北京、東北、山東、廣東等地的水稻、玉米等作物上進(jìn)行了大面積示范，收到良好效果。產(chǎn)品與2002年獲得國家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書。

    中國農(nóng)科院土壤肥料研究所，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等在基質(zhì)復(fù)合、膠結(jié)控釋、包膜材料研制，尤其是利用工農(nóng)業(yè)廢棄物研制包膜材料，以及在成膜工藝、機(jī)理，有機(jī)復(fù)合、保水、防病等多功能控釋肥研制方面做了大量工作。發(fā)明了反應(yīng)成膜技術(shù)，使用常溫設(shè)備生產(chǎn)包膜控釋材料，研制的基質(zhì)復(fù)合、保水型控釋肥料在山東的玉米，廣東、新疆的蔬菜與棉花等作物上大面積示范。沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所利用脲酶抑制劑、硝化抑制劑研制緩釋肥料方面也做了大量的工作，產(chǎn)品已經(jīng)在大田作物上示范。

    另外，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在控釋肥料的控釋機(jī)理、評價(jià)等方面進(jìn)行了大量研究。中國農(nóng)科院土壤肥料研究所“國家褐潮土土壤肥力與肥料效益長期監(jiān)測基地”在國內(nèi)率先開展了緩釋肥料長期定位研究，這是繼普通化肥長期定位試驗(yàn)，將對開展緩釋肥料肥效演化、環(huán)境評價(jià)等基礎(chǔ)研究具有重要價(jià)值。

    我國的緩/控釋肥料研究雖然起步較晚，但研究特色明顯，樹脂包衣、營養(yǎng)材料包裹、基質(zhì)復(fù)合、膠結(jié)控釋、酶學(xué)抑制等產(chǎn)品和工藝百花齊放。特別是近幾年，國家和地方政府非常重視緩/控釋新型肥料的研究與產(chǎn)業(yè)化。中國農(nóng)科院土壤肥料研究所、中農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、鄭州大學(xué)、北京農(nóng)林科學(xué)院等5家單位聯(lián)合承擔(dān)的國家“十五”863計(jì)劃“環(huán)境友好型肥料研制與產(chǎn)業(yè)化”課題（2001AA246023），以控釋肥料走向大田作物為目標(biāo)，目前已獲得和申報(bào)相關(guān)發(fā)明專利10余項(xiàng)，研制出產(chǎn)業(yè)化、中試、小試不同層面上的產(chǎn)品50多個(gè)，并建成可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)營養(yǎng)材料包裹、樹脂包衣、基質(zhì)復(fù)合登年生產(chǎn)能力超萬噸控釋肥料生產(chǎn)線3條。產(chǎn)品成本只有國外同類產(chǎn)品的1/4或更低，在東北、北京、山東、河南、新疆、廣東等地的水稻、玉米、蔬菜、棉花等作物上進(jìn)行了廣泛示范，部分產(chǎn)品已出口美國、日本、新加坡、澳大利亞等。

    我國的控釋肥料技術(shù)總體不及發(fā)達(dá)國家水平，尤其在產(chǎn)業(yè)化方面差距較大。目前我國每年緩/控釋肥料的消費(fèi)量2萬噸（實(shí)物）左右，市面上主要品牌為美國的Osmocote，Osmocoteplus,日本的MESTER、Nutricote，以色列的Multicote等包膜控釋肥料，市場售價(jià)都在每噸萬元以上。我國目前的緩/控釋肥料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力已經(jīng)超過10萬噸，但開工率較低。