我國肥料的使用現(xiàn)狀及新型肥料的發(fā)展

夏循峰，胡 宏

（1．貴州大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽550003；2．甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 福泉550501）

我國肥料的使用現(xiàn)狀及新型肥料的發(fā)展

夏循峰1，胡 宏2

（1．貴州大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽550003；2．甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 福泉550501）

基于我國肥料的使用現(xiàn)狀，對(duì)我國肥料使用存在的問題進(jìn)行了分析，介紹了新型肥料的定義和分類，重點(diǎn)闡述了緩控釋肥的概念，國內(nèi)外研究進(jìn)展，并展望了我國緩釋／控釋肥料的研究方向。

肥料；新型肥料；現(xiàn)狀；發(fā)展

1 普通肥料的使用現(xiàn)狀

化肥是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保證，是糧食增產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，化肥的施用對(duì)我國糧食的增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率約為46．3%［1］，肥料的施用極大地促進(jìn)了我國糧食的生產(chǎn)，但到20世紀(jì)90年代，在化肥投入直線增長的同時(shí)，糧食產(chǎn)量卻徘徊不前，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996～2009年間，我國化肥使用量增長了41．2%，而糧食總產(chǎn)量卻只增長了5．1%，不斷增加的化肥投入并沒有持續(xù)增加糧食的產(chǎn)量。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的一個(gè)重要原因是化肥利用率降低導(dǎo)致增產(chǎn)效應(yīng)下降。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)以低投入、高產(chǎn)出、高效率和可持續(xù)發(fā)展為特征。而與此密切相關(guān)的化肥工業(yè)更是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。研究表明，我國當(dāng)季氮肥利用率僅為30%～35%，磷肥約為10%～25%，鉀肥為35%～50%［2～4］。我國化肥當(dāng)季利用率平均為30%，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家水平60%～70%的水平，且近年來還有下降的趨勢(shì)，以氮肥為例，20世紀(jì)90年代利用率平均約為35%，現(xiàn)今已降至27%左右。

化肥有效成分的流失，一是造成的損失驚人，每年折合人民幣高達(dá)1000多億元，相當(dāng)于全年1000多家化肥的產(chǎn)量白白倒進(jìn)地里［5］；二是嚴(yán)重污染環(huán)境，主要包括水體面源污染、土壤污染、大氣污染以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。農(nóng)田當(dāng)季未回收的氮素50%～60%進(jìn)入水體、大氣，據(jù)估計(jì)，流入河、湖中的氮素約有60%來自化肥，直接導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引起藻類瘋長、水質(zhì)惡化、水生生物的死亡；殘留在農(nóng)田中，致使土壤板結(jié)變硬，有害物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)；滲入地下，造成地下水大面積硝態(tài)氮超標(biāo)。2010年農(nóng)業(yè)源總氮排放2704．6kt，占排放總量的57．2%；農(nóng)業(yè)源總磷排放284．7kt，占排放總磷的67．3%（第一次全國污染源普查公報(bào)，2010年）。我國化肥利用率及變化情況見表1。

表1 我國化肥利用率及變化情況

2 我國化肥工業(yè)近況

我國肥料工業(yè)特別是改革開放30年以來，發(fā)展十分迅速。國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2010年，我國化肥總產(chǎn)量達(dá)到66．198Mt（折純），同比增長2．52%， 其中 氮 肥45．211Mt（N）、 磷肥17．014Mt（P2O5）、鉀肥3．960Mt（K2O）。 氮肥、磷肥均已自給有余，鉀肥由于國內(nèi)鉀源匱乏，依賴進(jìn)口使供給率達(dá)到60%左右。據(jù)“十二五”鉀肥規(guī)劃，通過5年努力，到2015年國內(nèi)加境外生產(chǎn)的自給率達(dá)到80%以上。

我國已經(jīng)成為化肥大國，但不是化肥強(qiáng)國。雖然在傳統(tǒng)化肥品種方面與世界無大差距，但化肥利用率低，特別是氮肥，比國際水平低30%，每年造成上百億元的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境的嚴(yán)重污染［7］。

現(xiàn)在的化肥市場主要以全溶、速溶、速散的化肥品種為主，加劇了肥料的浪費(fèi)和流失。常用的速效肥料肥效期短，在生產(chǎn)上必須通過多次追肥，才能滿足作物整個(gè)發(fā)育期對(duì)養(yǎng)分的需求，這不僅費(fèi)工，增加施肥成本，而且追肥時(shí)，表施肥料損失量大，明顯降低肥效，難以發(fā)揮肥料的增產(chǎn)效應(yīng)。

3 新型肥料的定義

新型肥料是指選用新材料、采用新方法或新工藝制備的具有新功能的肥料［6］。目前新型肥料還沒有完善的分類體系，按照新型肥料的組成和性質(zhì)，新型肥料可分為4大類，分別為：緩／控釋肥料、商品有機(jī)肥料、生物肥料、多功能肥料。我國新型肥料的發(fā)展進(jìn)程見圖1。

圖1 我國新型肥料的發(fā)展進(jìn)程

4 緩控釋肥的研究進(jìn)展

4．1 緩控釋肥的定義

國際肥料協(xié)會(huì)對(duì)緩釋和控釋的定義為：緩釋和控釋肥料是那些所含養(yǎng)分形式在施肥后能緩慢被作物吸收與利用的肥料；所含養(yǎng)分比速效肥（例如硝銨、尿素、氯化鉀）更長效的肥料。美國作物營養(yǎng)協(xié)會(huì)（AAPFCO）對(duì)緩釋和控制釋放肥料的定義為：所含養(yǎng)分比速效肥具有更長肥效的肥料［8］。

4．2 緩控釋肥評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CEN）對(duì)緩／控釋肥料所作的規(guī)定為：在25℃水浸提的條件下，肥料養(yǎng)分的釋放要符合以下條件：肥料中的養(yǎng)分在24h內(nèi)的釋放率不超過15%，在28d之內(nèi)的養(yǎng)分釋放率不超過75%；在標(biāo)明的釋放期內(nèi)，至少有75%的養(yǎng)分釋放出來［9~11］。

2007 年，由國家化肥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）與亞洲最大的緩控釋肥生產(chǎn)企業(yè)山東金正大集團(tuán)共同起草、國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)的《緩控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式施行。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在溫度25℃時(shí)，（1）肥料中的有效養(yǎng)分在24h內(nèi)的釋放率不大于15%：（2）在28d內(nèi)的養(yǎng)分釋放率不超過75%；（3）在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，養(yǎng)分釋放率不低于80%。

4．3 緩控釋肥的研究進(jìn)展

4．3．1 國外研究進(jìn)展

在20世紀(jì)30～40年代，各種含氮有機(jī)化合物（化合成緩釋氮素產(chǎn)品，如CDU、IBDU、UF）在歐洲和美國得到了長足發(fā)展，之后的60、70年代，對(duì)顆粒肥料進(jìn)行包裹形成包囊肥料 （包膜肥料）的技術(shù)開始廣泛興起，一般認(rèn)為1961年美國的TVA研制成功的硫衣尿素是包膜肥料研究的開端，但由于硫磺抗水性不夠，緩釋效果不是十分理想，采用瀝青或石蠟進(jìn)行二次包膜，增強(qiáng)了膜的抗水性，提高了緩釋性能，經(jīng)過近30年的研究于20世紀(jì)60年代才形成具有一定規(guī)模的生產(chǎn)能力。Boller和Graver在1961年申請(qǐng)了主張使用環(huán)氧／聚酯系統(tǒng)樹脂包膜復(fù)合肥料的專利，專利申請(qǐng)者是美國的ADM公司，Sierra Chemical Company采用這些專利，注冊(cè)商標(biāo)名稱為“OsmocoteTM”并很快變?yōu)?“The Foundation for Plant NutritionTM”的控釋肥料，“OsmocoteTM”的商標(biāo)于1993年被美國The Scotts Miracle-Gro Company購買。Stansbury等人在1964年申請(qǐng)的專利中描述了使用瀝青和微晶石蠟（23wt%）和CaCO3包裹（NH4）2SO4而成的緩釋肥料。1966年美國杜邦公司提出用甲醛氣體與尿素在酸性催化劑的作用下縮合，制備脲甲醛包膜尿素。1967年美國在加利福尼亞生產(chǎn)的醇酸樹脂包膜肥料（Osmocote），醇酸樹脂包膜肥料是雙環(huán)戊二烯和甘油酯的共聚物，養(yǎng)分的釋放可以通過改變膜的成分或膜的厚度來控制。1974年日本窒素公司在美國申請(qǐng)的專利中詳細(xì)介紹了生產(chǎn)聚烯烴包衣肥料的方法，并開發(fā)了商品名稱為 “MeisterTM”的控釋肥料，1987年Moor發(fā)明了“耐磨控釋肥料”的方法，他們利用水溶性的含氨基的肥料作為核心，利用氨基的親核作用和一些含親電基團(tuán)的化合物反應(yīng)結(jié)合，形成聚合物包膜層。1988年以色列的Blank使用一些高粘性不飽和油和低粘性不飽和油，用轉(zhuǎn)動(dòng)盤設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)交接成膜。隨后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纖維素為主要材料開發(fā)可降解膜；1992年美國的Thompson等人使用氯化聚偏二乙烯橡膠作為主要包膜材料，并開發(fā)為現(xiàn)在的“OsmocateTM”的控釋肥料。Detrick于1993年、1994年和1999年開發(fā)了使用聚合二甘醇3，4-三乙酸胺多元等聚合物或化合物包裹硫衣尿素的方法和設(shè)備，使用這些技術(shù)生產(chǎn)的控釋肥料包括 “PolyonTM”和“TriKoteTM”等品牌。Goertz等人2000年的專利中描述了二環(huán)戊二烯同一些醇酸樹脂 （比如亞麻油、大豆油）聚合成膜生產(chǎn)樹脂包膜肥料的方法。2001年日本Hirano等人通過在聚乙烯材料中添加填充劑的辦法，發(fā)明了具有“S”型釋放特性的熱塑性聚烯烴包膜尿素的生產(chǎn)方法，該研究成果標(biāo)志著聚合物包膜肥料技術(shù)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。2000年Geiger等人利用多元醇與肥料氮素中的氨基結(jié)合，然后用異氰酸鹽與多元醇反應(yīng)成膜，之后包裹有機(jī)蠟，這樣的方法使包膜肥料的生產(chǎn)成本大大降低，使得包膜肥料的大量應(yīng)用成為可能，該專利由Agrium所有，該公司開發(fā)的“ESNTM”是使用這項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的。

4．3．2 國內(nèi)研究進(jìn)展

我國緩控釋肥料的探索階段處于20世紀(jì)60年代至“十五”計(jì)劃以前。我國在1971年研制出脲甲醛肥料UF。1974年由中國科學(xué)院南京土壤研究所和南京化工研究所合作率先以鈣鎂磷肥、石蠟、瀝青包膜碳銨為原料研制成長效包膜碳酸氫銨，研究表明，施用長效包膜碳酸氫銨可使水稻氮素利用率達(dá)74%，小麥達(dá)63%，分別優(yōu)于日本的硫衣尿素（SCU）和異丁叉二脲（IBDu）。1985年鄭州大學(xué)工學(xué)院許秀成等人利用鈣鎂磷肥包裹尿素，以氮磷泥漿為粘結(jié)劑，制得具有適度緩效的包裹型復(fù)合肥料。1985年北京市園科所與化工所共同開發(fā)酚醛樹脂包膜顆粒復(fù)合肥料。1991年孫以中提出了用部分酸化的磷礦粉作為包裹材料的新思路。1993年北京化工大學(xué)研制出將廢舊泡沫塑料溶解在有機(jī)苯溶劑中，再加入無機(jī)填充物，制成有機(jī)高分子聚合物包膜復(fù)合肥料。2004年，蘭州大學(xué)研究了吸水保水性緩釋肥料的制備，以丙烯酸、丙烯酰胺為主要原料，凹凸棒土、高嶺土和腐植酸為添加材料合成而成。我國緩釋肥料的發(fā)展概況見表2。

表2 我國緩釋肥料的發(fā)展概況

緩釋肥料從20世紀(jì)70年代開始，到今天經(jīng)歷了探索起步 （20世紀(jì)80年代）、初步發(fā)展（20世紀(jì)90年代）和快速發(fā)展（2000年以來）三個(gè)階段。

圖22009 年我國緩釋肥料的產(chǎn)能（萬t）

圖32009 年我國緩釋肥料的產(chǎn)量（70萬t）

4．4 緩控釋肥的發(fā)展方向

雖然緩控釋肥目前還存在著一些問題，但是其突出的優(yōu)點(diǎn)必將使其成為未來肥料發(fā)展的主流，今后緩控釋肥的發(fā)展研究方向主要有：

（1）緩控釋肥需要特殊的材料和制造工藝，故成本較高，一般相當(dāng)于普通化肥價(jià)格的2～8倍，使得大部分包膜肥料只應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的花卉、蔬菜、草莓、草坪等生產(chǎn)中。為降低成本促進(jìn)其推廣應(yīng)用［12~14］，研究開發(fā)廉價(jià)高效的包膜材料和簡單易行的生產(chǎn)工藝是未來的首要目標(biāo)。

（2）緩控釋肥目前所用的包膜材料在土壤中難以降解［15］，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的影響，開發(fā)出環(huán)保易降解的包膜材料是緩控釋肥未來需要重點(diǎn)研究的方向。

（3）目前已有很多人研究了緩控釋肥料的營養(yǎng)釋放機(jī)理，今后要把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到釋放機(jī)理和作物吸收的特性相互聯(lián)系及匹配上來。

（4）緩釋肥料是一種實(shí)用型的新型肥料技術(shù)，僅靠科研單位的研究是無法使之成熟的，政府可以加大對(duì)新型緩控釋肥料的宣傳推廣力度，通過鼓勵(lì)免費(fèi)試用，經(jīng)濟(jì)稅收等方法和手段，推動(dòng)緩控釋肥料的推廣應(yīng)用，加快我國肥料領(lǐng)域的快速變革。

5 結(jié)論

長期以來，我國肥料利用率低，養(yǎng)分流失嚴(yán)重，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失并對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，通過研究開發(fā)新型肥料，特別是緩控釋肥料，可以有效解決上述問題。雖然緩控釋肥目前還存在材料、制造工藝、產(chǎn)業(yè)化等方面的問題，但是由于其突出的優(yōu)勢(shì)，以及未來對(duì)資源利用更充分，對(duì)環(huán)境更友好的要求，以緩控釋肥為代表的新型肥料擁有廣闊的發(fā)展空間，也必將成為未來肥料的主流。

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Utilization Present Situation of Fertilizers in China and New Type of Fertilizers

XIA Xun-feng1，HU Hong2
（1．College of Chemistry and Chemical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China；2．Wengfu（Group）Co．，Ltd．，F(xiàn)uquan 550501 China）

In view of the present situation of utilization of fertilizers in China，the problems existing in utilization of fertilizers was analysed，the kinds of new fertilizers were introduced and the progress of dynamics of domestic and foreign research was focused on．Meanwhile，the prospects were given for the development of slow／controled release fertilizers in China．

fertilizer；new fertilizer；present situation；development

TQ 44

文章編號(hào):1671-9905（2011）11-0045-04

夏循峰（1986-），男，湖南岳陽人，在讀碩士研究生，主要從事精細(xì)化工和廢棄物資源化利用等方面的研究，聯(lián)系方式：15286042308，edward8689＠163．com

2011-07-08