水溶肥料的研究現(xiàn)狀及展望

彭賢輝 ， 郭 巍 ， 朱基琛 ， 侯翠紅 * ， 張保林

(1.鄭州大學 化工與能源學院 ， 河南 鄭州 450001 ； 2.洛陽瑞澤石化工程有限公司 ， 河南 洛陽 471003)

?綜述與述評?

水溶肥料的研究現(xiàn)狀及展望

彭賢輝1， 郭 巍2， 朱基琛1， 侯翠紅1 *， 張保林1

(1.鄭州大學 化工與能源學院 ， 河南 鄭州 450001 ； 2.洛陽瑞澤石化工程有限公司 ， 河南 洛陽 471003)

綜述了國內(nèi)外水溶肥料的研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝，功能型水溶肥料(包括含氨基酸、含腐植酸及含海藻提取物水溶肥料)的研究、生產(chǎn)及應用現(xiàn)狀，并介紹了水溶肥料存在的問題和發(fā)展前景。

水溶性肥料 ； 功能型肥料 ； 生產(chǎn)工藝 ； 水肥一體化

水溶肥料是經(jīng)過水溶解或稀釋，用于灌溉施肥、葉面施肥、無土栽培、浸種蘸根等用途的液體或固體肥料[1]。它不僅含有作物所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，還可以含有腐植酸、氨基酸、海藻酸、植物生長調(diào)節(jié)劑等營養(yǎng)成分，不但生產(chǎn)成本低，而且其利用效率比傳統(tǒng)肥料高一倍左右[2-3]。水溶肥料與灌溉設施相結合，施肥方式簡單，具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、環(huán)保等優(yōu)點，是環(huán)保型、可持續(xù)發(fā)展的新型肥料。

1 水溶肥料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國水溶肥料起步于20世紀，早期的發(fā)展較慢。1995年，水溶性肥料開始進入中國，水溶肥料主要從代理進口，價格很高，只有經(jīng)濟價值很高的花卉才能用得起。21世紀初，一些潛在的消費市場開始顯現(xiàn)，國內(nèi)的一些企業(yè)開始開發(fā)和生產(chǎn)水溶肥料。2007年，伴隨著農(nóng)業(yè)、環(huán)保政策的重視及水肥一體化的推廣，水溶肥料在我國的推廣快速增加，很多傳統(tǒng)的肥料公司都開始涉足水溶肥料的生產(chǎn)，如芭田股份、新都化工等。隨著國家節(jié)水農(nóng)業(yè)、環(huán)保農(nóng)業(yè)政策的出臺，傳統(tǒng)肥料產(chǎn)能過剩的刺激及水肥一體化技術的推廣，推動了水溶肥料的發(fā)展。我國水溶肥料產(chǎn)量的逐年增長情況見表1[4]。

表1 國內(nèi)近年來水溶肥料產(chǎn)量變化

近年來，國內(nèi)水溶肥料的研發(fā)大多是在大、中、微量營養(yǎng)元素中添加腐植酸、氨基酸、甲殼素、海藻提取物等營養(yǎng)物質(zhì)[5-8]。還有很多企業(yè)利用需要排放的工業(yè)廢料酵母液、糠醛渣、木醋酸、殼聚糖等，經(jīng)過發(fā)酵、漚制、濃縮等過程轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C營養(yǎng)物質(zhì)，再混配大量元素、螯合中微量營養(yǎng)元素生產(chǎn)水溶肥料[9]。在實現(xiàn)廢物利用，減少污染的同時，也創(chuàng)造了經(jīng)濟價值。

從國內(nèi)申請專利的情況來看，含腐植酸水溶肥料和含氨基酸水溶肥料的專利較多。僅2014-2015年間，國內(nèi)相繼公布了多項水溶肥料的專利：張承林等[10]公布了一種高磷高鋅液體肥的制備專利；孫小剛等[11]開發(fā)了一種含黃腐酸的高氮型水溶肥料，其中營養(yǎng)除了氮、磷、鉀之外，還包含中微量元素鋅、硼、鎂、錳、鐵，且各含量均高于行業(yè)標準中的最低要求；Wang[12]通過大豆豆粕固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)出富含氨基酸的水溶肥料，并對其在油菜上的施用效果進行實驗，得出豆粕中氮回收率高達99.07%，并且能夠增強油菜根系生長，根長、根重都相應增加；李小杏等[13]利用膨化羽毛粉漚制、加熱生產(chǎn)含氨基酸水溶肥料；豆亞妮等[14]利用糠醛渣制備含腐植酸螯合態(tài)水溶肥料，以糠醛行業(yè)廢渣為原料，生產(chǎn)經(jīng)濟價值很高的水溶肥料。從申請的專利來看，很多都是利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，提取生物活性物質(zhì)，來生產(chǎn)水溶肥料。

從生產(chǎn)狀況來看，2015年我國水溶肥料產(chǎn)量為370萬t，主要生產(chǎn)企業(yè)有山東金正大、深圳芭田、湖北喜施利及山東史丹利等，其產(chǎn)量都超過30萬t/a。截止到2015年6月1日，在農(nóng)業(yè)部登記的水溶肥料品種有6 545個，其中大量元素水溶肥料1 383個，微量元素水溶肥料1 668個，含氨基酸的水溶肥料1 630個，含腐植酸水溶肥料1 527個，中量元素水溶肥料240個，有機水溶肥料97個[15]。國內(nèi)各種水溶肥料的產(chǎn)量相差較大，其中大量元素水溶肥料占68%，中量元素的占10%，腐植酸水溶肥料占12%，其他類型的占10%。

國外對水溶肥料的研究，起步較早，現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟。據(jù)美聯(lián)社統(tǒng)計，2014年水溶肥料市場主要被加拿大、美國、以色列、挪威這些國家主導。美國有液體肥料工廠近300家，液體肥料占總肥料量的38%[16]。以色列液體肥料工廠生產(chǎn)逾400種配方，滿足全國各種作物不同生產(chǎn)階段需要，“水肥一體化”應用比例達90%以上[17]。預計到2020年，水溶肥料產(chǎn)量將以年5.6%的速率增長，其產(chǎn)值將達到153億美元[18]。

國外比較著名的水溶肥料有挪威海德魯光合有限公司的翠康系列產(chǎn)品，德國康樸(COMPO)公司的獅馬牌、康樸牌系列產(chǎn)品，其產(chǎn)品在國內(nèi)銷售遍布新疆、甘肅、黑龍江等十余個省份，在深圳成立子公司深圳市德華肥料有限公司。美國施可得(Scotts)公司的花多多、奧綠、愛果利豐系列產(chǎn)品，智利化學礦業(yè)公司(SQM)的優(yōu)聰素、多聚硼、瑞恩系列產(chǎn)品等，其中很多品牌都已進入我國。

2 水溶肥料的生產(chǎn)工藝

水溶肥料的生產(chǎn)過程主要包括配料、混合、出料、包裝,產(chǎn)品為液體或固體，液體包括清液型和懸浮型，固體有顆粒狀、粉狀及膏狀。

原料選擇對水溶肥料的影響至關重要，直接影響水溶肥料的水溶性和穩(wěn)定性。原料選擇有兩個指標：原料的水不溶物含量與原料的鹽度指數(shù)。通常大量元素原料有尿素、硝銨、磷酸鹽、聚磷酸銨、磷酸脲、硝酸鉀等，中微量元素原料通常為元素的鹽類，如硫酸鹽、硝酸鹽等。

混合工藝直接影響水溶肥料的質(zhì)量，包括原料的加料順序、混合系統(tǒng)的酸堿度、體系的溫度等因素，都對最終的產(chǎn)品品質(zhì)有直接的影響?；旌线^程中涉及到溶解、結晶等物理過程及螯合等化學過程，是整個生產(chǎn)工藝的關鍵步驟。

營養(yǎng)元素之間的混合溶解存在拮抗作用，不同原料在同一溶液體系中溶解存在拮抗作用，原料之間形成新的難溶物質(zhì)，都會影響水溶肥料的溶解性，導致結晶、沉淀、分層等問題。合肥工業(yè)大學王亮亮[19]采用相圖研究不同水溶肥料原料的溶解平衡來指導混配水溶肥料，通過相圖，可以劃定溶解平衡區(qū)，便于設定全水溶的配方。物理混配的水溶肥料中水不溶物的含量比較高，用于滴灌、噴灌系統(tǒng)，很容易造成管路堵塞現(xiàn)象[20]。當磷酸鹽作為磷源時，磷酸根離子易與微量元素的鹽離子發(fā)生沉淀，嚴重影響水溶肥料的質(zhì)量。因此采用物理混配生產(chǎn)水溶肥料時，可以采用水溶性聚磷酸銨作為磷源，聚磷酸銨不但磷含量高，還能與金屬離子螯合而共存[21-22]?；瘜W合成的方法是將原料在一定的條件下化學反應生成新的穩(wěn)定物質(zhì)，最終得到全水溶的產(chǎn)品。

3 功能型水溶肥料

功能型水溶肥料由大、中、微量營養(yǎng)元素肥料和生物活性物質(zhì)復配而成，使其具有特定的功能，其添加的生物活性物質(zhì)有腐植酸、氨基酸、海藻提取物等。功能型水溶肥料因其添加的功能型活性物質(zhì)不同，其具有的功能也不同，但總體上來說，由于加入了生物活性物質(zhì)和其他有益成分，其對作物的生長有良好的調(diào)節(jié)作用[23]。常見的功能型水溶肥料有促根型、抗逆型、改土型、除草型、抗病型等多種功能型水溶肥料。

腐植酸能釋放出活潑氫離子，使腐植酸表現(xiàn)出弱酸性和化學反應性，具有較強的離子交換性、吸附、絡(螯)合作用。在分散體系中可作為聚電解質(zhì)，有凝聚、膠溶、分散等作用[24]。因此含腐植酸的水溶肥料具有增加土壤團粒結構；提高土壤陽離子吸收性能，增加土壤保肥能力，對化學肥料具有調(diào)控和增效作用等功能[25-27]。氨基酸易被作物吸收進入植物體內(nèi)而被利用，對調(diào)節(jié)作物生長、增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強作物抗逆性、提高養(yǎng)分利用率等都有很大的作用[28]；氨基酸還能螯合微量元素，提高微量營養(yǎng)元素的利用效率[29]。氨基酸能與金屬離子按一定比例以共價鍵結合而成氨基端、羧基端與金屬離子按一定的配比形成環(huán)狀結構，具有良好的化學穩(wěn)定性[30]。海藻提取物中富含氨基酸、維生素、植物生長調(diào)節(jié)劑、海藻酸等營養(yǎng)成分，能夠促進種子發(fā)芽，提高作物品質(zhì)，增強作物抗逆性[31]。

功能型水溶肥料是相對于簡單物理混配的產(chǎn)品，不但具有外觀好、品相均勻等特點，速溶性和吸收率更好。大田試驗的結果表明，螯合態(tài)微量營養(yǎng)元素肥效通常是無機微肥的2～5倍[32]。研究表明，盆栽玉米施加了螯合態(tài)微量元素肥料后，作物鮮重增加了46.5%，干重增加了28.5%，同時作物的抗病能力和抗倒伏性能都顯著增強[33]。

4 水溶肥料存在問題及展望

目前，水溶肥料存在產(chǎn)品及規(guī)模參差不齊、監(jiān)管不嚴、價格偏高、與水溶肥料配套的水肥一體化灌溉設施落后、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)灌溉技術還不成熟等問題,嚴重影響了水溶肥料的推廣。

目前水溶肥料正從單純營養(yǎng)型向功能型發(fā)展,從常規(guī)營養(yǎng)釋放形態(tài)向緩、控釋形態(tài)發(fā)展，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集約化、規(guī)?；?、自動化的發(fā)展，節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)將進一步發(fā)展，水溶肥料的推廣與應用將不斷增加。

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Present Situation and Prospect of Water-soluble Fertilizer

PENG Xianhui1, GUO Wei2, ZHU Jichen1, HOU Cuihong1*, ZHANG Baolin1

(1.School of Chemical Engineering and Energy , Zhengzhou University , Zhengzhou 450001 , China ; 2.Luoyang Ruize Petrochemical Engineering Co. Ltd , Luoyang 471003 , China)

Research status and production process of water-solulle fertilizer at home and aboard are introduced,reseach and production,application of statis functional water-soluble fertilizer such as amino acid-containing,humic acid-containing and seaweed extract-containing water-soluble fertilizer are summarized,as well as existing problems and development prospect are introduced.

water-soluble fertilizer ; functional fertilizer ; production process ; integration of fertilizer

2016-09-21

“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0200401)

彭賢輝(1991-)，男，碩士研究生，從事腐植酸水溶肥的研究工作；聯(lián)系人：侯翠紅(1970-)，女，教授，從事磷復肥技術研發(fā)工作，E-mail:hch92@zzu.edu.cn。

TQ444

A

1003-3467(2016)12-0007-03