我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

陳 清，張 強(qiáng)，常瑞雪，陳宏坤，陳 麗，梁 斌，李俊良

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2 金正大生態(tài)工程股份有限公司，山東臨沂 267000；3 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東臨沂 267000；4 中國(guó)化工信息中心，北京 100029；5 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島 266109）

我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

陳 清1,3，張 強(qiáng)2,3，常瑞雪1，陳宏坤2,3，陳 麗4，梁 斌5，李俊良5

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2 金正大生態(tài)工程股份有限公司，山東臨沂 267000；3 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東臨沂 267000；4 中國(guó)化工信息中心，北京 100029；5 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島 266109）

水溶性肥料是隨水肥一體化技術(shù)普及而發(fā)展的一類新型肥料，由于管道和微孔滴水器對(duì)肥料濃度、溶解速率和水不溶物含量等方面的特殊要求，水溶性肥料有其特定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。最近幾年我國(guó)水溶性肥料行業(yè)發(fā)展迅速，但出現(xiàn)了技術(shù)研發(fā)滯后、產(chǎn)品種類繁雜、質(zhì)量參差不齊等問題，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來一定的影響。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研，并結(jié)合對(duì)行業(yè)發(fā)展的過程分析，綜述了水溶性肥料的概念和產(chǎn)品特點(diǎn)，回顧了水溶性肥料在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、配方、工藝、功能和施用等方面的發(fā)展變化，從作物營(yíng)養(yǎng)理論角度分析根區(qū)施用水溶性肥料產(chǎn)品的養(yǎng)分高效利用理論基礎(chǔ)，明確根區(qū)環(huán)境和水肥調(diào)控是實(shí)現(xiàn)作物健康及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的關(guān)鍵，而保證合適的養(yǎng)分供應(yīng)配比、施用量、施用時(shí)間、施肥位置和良好的土壤環(huán)境是綜合調(diào)控的主要內(nèi)容。根系健康與土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度、容量及溶液中的離子平衡和土壤緩沖性等存在相互影響。本文根據(jù)上述理論分析指出了肥料產(chǎn)品和灌溉設(shè)備結(jié)合及農(nóng)化服務(wù)保障的必要性，而基于當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，提升水溶性肥料產(chǎn)業(yè)需要開展原料創(chuàng)新和功能挖掘，加快推動(dòng)產(chǎn)品的農(nóng)化服務(wù)，創(chuàng)新技術(shù)營(yíng)銷和服務(wù)模式，進(jìn)一步完善相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。文章預(yù)測(cè)功能型液體水溶性肥料 (氨基酸類、腐植酸類和有機(jī)類) 是未來最具有競(jìng)爭(zhēng)性的水溶性肥料產(chǎn)品，而規(guī)?；?jīng)營(yíng)會(huì)引導(dǎo)大量元素水溶性肥料產(chǎn)品低成本化，并逐步實(shí)現(xiàn)套餐施肥產(chǎn)品組合與技術(shù)服務(wù)的結(jié)合， 這些都可能刺激功能性水溶性肥料產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。

水溶性肥料；養(yǎng)分利用；功能性水溶性肥料；水肥一體化；發(fā)展趨勢(shì)；挑戰(zhàn)

1 水溶性肥料的概念與特點(diǎn)

1.1 概念

水溶性肥料 (Water soluble fertilizer，WSF) 的概念有廣義和狹義之分，廣義的概念是指完全、迅速溶于水的大量元素單質(zhì)水溶性肥料 (如尿素、氯化鉀等)，水溶性復(fù)合肥料 (磷酸一銨、磷酸二銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等)，農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水溶性肥料 (大量元素水溶肥料NY1107-2010、中量元素水溶肥料NY2266-2012、微量元素水溶肥料NY1428-2010、氨基酸水溶肥料NY1429-2010、腐植酸水溶肥料NY1106-2010) 和一些水溶性液體 (復(fù)合) 微生物肥料等；狹義的概念僅指農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水溶性肥料產(chǎn)品和一些專門的水溶性液體 (復(fù)合) 微生物肥料等產(chǎn)品，其特征是配方針對(duì)性強(qiáng)，復(fù)合化程度高，具有生物或者非生物 (改土促根、抗逆促生、抑菌提質(zhì)等) 特殊性功能的液體或固體水溶性肥料，屬于專門應(yīng)用于灌溉施肥 (滴灌、噴灌、微噴灌等)和葉面施肥的高端產(chǎn)品，對(duì)原料選擇和生產(chǎn)工藝等方面要求較高[1]。

最近十多年來，受水肥一體化技術(shù)大力普及、傳統(tǒng)化肥產(chǎn)能過剩和市場(chǎng)對(duì)新型肥料需求旺盛等共同作用的影響，我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速。2015年農(nóng)業(yè)部下發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》的指導(dǎo)性文件，進(jìn)一步奠定了水溶性肥料在未來化肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的地位，水溶性肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為推進(jìn)精準(zhǔn)施肥、調(diào)整化肥施用結(jié)構(gòu)、改進(jìn)施肥方式等減肥增效措施提供了重要的支持。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 水不溶物含量低 水不溶物含量是水溶性肥料區(qū)別于普通的顆粒復(fù)混肥料和傳統(tǒng)單質(zhì)肥料的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水溶性肥料產(chǎn)品的水不溶物含量 ＜ 5%或50 g/L，其檢測(cè)方法是用孔徑為50～70 μm的1號(hào)坩堝進(jìn)行測(cè)定[2]。隨著水肥一體化的推廣應(yīng)用，尤其是滴灌施肥的推廣，對(duì)水溶性肥料中的水不溶物要求更加嚴(yán)格，2013年工信部出臺(tái)了水溶性肥料新標(biāo)準(zhǔn)，將固、液水溶性肥料的水不溶物比例由農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的5%下調(diào)到0.5%。濫用水溶性不達(dá)標(biāo)產(chǎn)品會(huì)堵塞滴頭而破壞滴灌、噴灌等微灌施肥設(shè)備[3]，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)灌溉施肥的功能。

1.2.2 速溶性和高濃度 固體水溶性肥料的溶解速率會(huì)影響施肥效率，為了提高施肥效率，防止滴灌灌水器發(fā)生堵塞，要求水溶性肥料溶解迅速。水溶性肥料的速溶性與產(chǎn)品原料和生產(chǎn)工藝有關(guān)。在速溶性方面，目前行業(yè)上普遍關(guān)注硫酸鉀，其溶解性特點(diǎn)決定了在施用過程中不能與其他肥料混合[4]，否則其溶解速率會(huì)迅速下降。水溶性肥料的高濃度特點(diǎn)主要是為了滿足節(jié)水灌溉過程中每次很短的灌溉施肥時(shí)間內(nèi)要提供足夠的作物養(yǎng)分的需求。

1.2.3 復(fù)合化程度高，養(yǎng)分形態(tài)多樣 除傳統(tǒng)的單質(zhì)水溶性肥料以外，大多數(shù)水溶性肥料為高濃度復(fù)混肥料產(chǎn)品，其復(fù)合化主要表現(xiàn)為大量元素與中、微量元素復(fù)合，養(yǎng)分元素與腐植酸、氨基酸、海藻提取物、甲殼素等生物刺激素類物質(zhì)復(fù)合，養(yǎng)分元素與改良土壤、活化養(yǎng)分等功能載體復(fù)合。水溶性肥料中養(yǎng)分形態(tài)會(huì)對(duì)水溶性和施用效果產(chǎn)生影響。近年來，水溶性較好的聚磷酸鹽越來越多地用于水溶肥生產(chǎn)，其溶解性和吸收效果較好，對(duì)于鈣、鎂等中量元素也能避免形成沉淀[1]。由于不同作物對(duì)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的偏好不同，在進(jìn)行作物專用肥配方設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮，因此市場(chǎng)上出現(xiàn)的尿素硝銨溶液也成為新的水溶性肥料產(chǎn)品或氮素原料。

1.2.4 功能多樣化，針對(duì)性強(qiáng) 通過水肥一體化的管道系統(tǒng)將水溶性肥料施用到作物根區(qū)，為作物根區(qū)的微生態(tài)調(diào)控、挖掘作物生物學(xué)潛力提供了條件。因此，采用向水溶性肥料中添加一些植物源、動(dòng)物源、礦物源等功能性活性物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)提高作物抵抗逆境和吸收養(yǎng)分的能力，改良土壤微生態(tài)環(huán)境，使之適合作物生長(zhǎng)且有利于養(yǎng)分的保持與供應(yīng)。

1.2.5 產(chǎn)品生產(chǎn)與施用技術(shù)一體化特征明顯 與常規(guī)復(fù)合肥相比，水溶性肥料在產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、原料選擇、市場(chǎng)、營(yíng)銷策略與農(nóng)化服務(wù)等方面均有差異 (表1)。

2 水溶性肥料高效利用的理論基礎(chǔ)

水溶性肥料主要通過產(chǎn)品開發(fā)和施用技術(shù)兩個(gè)方面促進(jìn)作物對(duì)其養(yǎng)分的高效利用。在產(chǎn)品開發(fā)方面主要包括配方合理、養(yǎng)分形態(tài)配伍和功能拓展，在施用技術(shù)方面主要通過根層調(diào)控、水肥耦合、供需匹配等方式實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的高效利用。

2.1 水肥耦合保障了根層養(yǎng)分的實(shí)時(shí)性

肥料中的養(yǎng)分必須溶于水才能被作物吸收利用。隨著作物的生長(zhǎng)，根系從土壤溶液中直接吸收養(yǎng)分[5]，導(dǎo)致土壤溶液中養(yǎng)分濃度逐漸降低，要維持根層適宜的養(yǎng)分濃度以滿足作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，就要不斷地補(bǔ)給根層養(yǎng)分，增加土壤活性養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度。土壤中養(yǎng)分達(dá)到根表的途徑有截獲、擴(kuò)散和質(zhì)流三種方式。其中擴(kuò)散是指由于養(yǎng)分離子的濃度梯度，導(dǎo)致養(yǎng)分由高濃度向低濃度擴(kuò)散的過程，該過程運(yùn)輸距離短，主要集中在根系周圍，如鉀素主要是以擴(kuò)散為主的方式被吸收。質(zhì)流是指由于水勢(shì)能差引起的養(yǎng)分向植物根系表面的遷移，決定于植物的蒸騰率和土壤溶液的養(yǎng)分濃度，氮、鈣、鎂、硫等的吸收主要靠養(yǎng)分的質(zhì)流方式[6]。上述兩個(gè)過程必須有水的參與才能完成，可見水分對(duì)于養(yǎng)分的運(yùn)移、吸收至關(guān)重要。

很多作物 (如設(shè)施蔬菜等) 根系比較淺，養(yǎng)分吸收能力較弱，因而需要土壤提供相對(duì)較高的養(yǎng)分濃度和強(qiáng)度，即可以通過頻繁的灌溉施肥措施來保證土壤的養(yǎng)分供應(yīng)。以水溶性肥料為基礎(chǔ)的水肥一體化技術(shù)可以針對(duì)不同作物水分和養(yǎng)分需求規(guī)律，結(jié)合測(cè)土施肥技術(shù)，制定全生育期的灌溉和施肥制度，及時(shí)通過“少量多次”灌溉施肥，達(dá)到水肥協(xié)調(diào)和供需匹配的目的。

表 1 常規(guī)復(fù)合肥與水溶性肥料的特點(diǎn)對(duì)比Table 1 Comparison in the characters of compound fertilizers and water soluble fertilizers (WSF)

2.2 近根施肥提高養(yǎng)分的空間有效性

實(shí)現(xiàn)水溶性肥料中的養(yǎng)分高效管理，不僅要管理來自于肥料、土壤和環(huán)境中的各種養(yǎng)分，還要考慮根層養(yǎng)分的遷移、轉(zhuǎn)化、吸收和利用等物理、化學(xué)和生物化學(xué)循環(huán)過程及其影響因素。這些過程和因素直接影響根系對(duì)養(yǎng)分的溶解、運(yùn)輸、吸收，并最終影響?zhàn)B分的有效性和作物吸收、利用[6–7]，同時(shí)，植物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收、利用又反饋影響?zhàn)B分、水分供應(yīng)的有效性[8]。根層調(diào)控原理的“6R (Right source，Right rate，Right time，Right place，Right water，Right soil environment)”管理原則是對(duì)作物種植全過程中肥料、土壤、水和根系進(jìn)行的綜合調(diào)控，可保證合適的養(yǎng)分配比、施肥量、施肥時(shí)間、施肥位置、灌溉和土壤環(huán)境。根層土壤養(yǎng)分的有效性不僅決定于土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度、容量，還決定于土壤溶液中的離子平衡和土壤緩沖性 (圖1)。根系與根層養(yǎng)分供應(yīng)之間存在互饋機(jī)制[9]，適宜的根層養(yǎng)分濃度能夠促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，而根系的健康生長(zhǎng)又反過來促進(jìn)養(yǎng)分空間和生物有效性的提高[9–10]。

水肥一體化很容易實(shí)現(xiàn)近根施肥，如根際養(yǎng)分啟動(dòng)液技術(shù) (Starter solution technology，SST)，即在作物關(guān)鍵生育時(shí)期向根際灌根或注射高濃度養(yǎng)分溶液，提高根際養(yǎng)分有效性。目前應(yīng)用的滴灌施肥技術(shù)中，在作物苗期基本都會(huì)采用高濃度養(yǎng)分溶液或促根類配方產(chǎn)品，提高養(yǎng)分空間有效性和生物有效性[11]。

2.3 專門配方增加了養(yǎng)分供應(yīng)配比的科學(xué)性

大部分水溶性肥料含有作物生長(zhǎng)所需的全部營(yíng)養(yǎng)元素，其配方一般是根據(jù)作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求特點(diǎn)并結(jié)合土壤供肥情況來設(shè)計(jì)，以滿足作物對(duì)養(yǎng)分的均衡需求。另外，在有條件的情況下可根據(jù)作物不同長(zhǎng)勢(shì)，結(jié)合配肥站等農(nóng)化服務(wù)建設(shè)，對(duì)肥料配方做出實(shí)時(shí)調(diào)整，有利于養(yǎng)分資源的高效利用。

一般地，水溶性肥料的配方選擇符合追肥推薦的原則[1]：

1) 提供能適應(yīng)特定作物營(yíng)養(yǎng)要求的養(yǎng)分形態(tài)、比例、含量和特殊的養(yǎng)分需求；

2) 充分考慮施用地區(qū)的有機(jī)肥水平、土壤養(yǎng)分水平和施肥時(shí)期的要求；

3) 選定的配方應(yīng)與同時(shí)推薦的施肥技術(shù) (施肥量、施肥時(shí)期和施肥條件等) 相適應(yīng)；

4) 考慮該作物生長(zhǎng)環(huán)境條件下可能存在的中微量元素缺乏問題。

2.4 養(yǎng)分的形態(tài)配伍增加了產(chǎn)品有效性

離子間的協(xié)同作用是指一種離子的存在可以促進(jìn)另一種離子的吸收量增加，反之兩種離子之間存在作物吸收的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系就為拮抗作用。以銨態(tài)氮為氮源供應(yīng)比以硝態(tài)氮為氮源供應(yīng)的植物根際土壤的pH低，因此供應(yīng)不同形態(tài)氮素的水溶性肥料會(huì)影響磷素和微量元素 (如鐵、錳和鋅) 的有效性[6]。

采用螯合態(tài)微量元素肥料可以減少其在石灰性土壤中的固定[12]，而水溶性肥料中常用的螯合劑如有機(jī)酸會(huì)將被吸附在鐵鋁氧化物或者碳酸鹽上的磷酸鹽解吸下來為作物所利用，從而提高磷素的利用率。在一些高鉀配方的水溶性肥料產(chǎn)品中需要考慮與Ca2+、Mg2+等陽離子之間可能產(chǎn)生的拮抗作用，誘導(dǎo)鈣、鎂等養(yǎng)分的缺乏[13]。

圖1 根層養(yǎng)分調(diào)控的“6R”原則和土壤養(yǎng)分有效性的四個(gè)影響因素Fig. 1 The “6R” principles for nutrient management and four key factors of affecting nutrient availability in rhizosphere

2.5 功能拓展提高了根系的養(yǎng)分保持與吸收性能

功能型水溶性肥料是無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素和生物活性物質(zhì)或其他有益物質(zhì)混配而成的，具有促進(jìn)根系發(fā)育，優(yōu)化根系結(jié)構(gòu)；改善土壤物理、化學(xué)和生物性能；提高土壤水分與養(yǎng)分資源利用效率；提高作物抗鹽、抗旱、抗寒等抗逆性；改善作物品質(zhì)，提高作物產(chǎn)量等作用 (圖2)，可因添加的功能性物質(zhì)不同而呈現(xiàn)出不同功能。

圖2 功能性水溶性肥料促根作用示意圖Fig. 2 The promoting effects on root system withfunctional WSF application

根系會(huì)通過分泌物影響土壤的物理和生物過程，發(fā)育良好的根系影響土壤物理結(jié)構(gòu)以及微生物組成和養(yǎng)分有效性。氨基酸、根際促生菌 (PGPRs)等功能性物質(zhì)可以通過促進(jìn)根系生長(zhǎng)和生長(zhǎng)激素分泌、改善土壤氮磷循環(huán)，提高氮磷養(yǎng)分利用效率[14]。

3 我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 發(fā)展過程

我國(guó)水溶性肥料的歷史可以追溯到20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的葉面肥產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)上主要為水溶性單質(zhì)肥料。到70年代末，隨著國(guó)外一些葉面肥料產(chǎn)品在市場(chǎng)上的出現(xiàn)，一些小型企業(yè)開始仿制葉面肥料。到上個(gè)世紀(jì)80～90年代，產(chǎn)品由單一無機(jī)鹽的簡(jiǎn)單混溶體系發(fā)展為養(yǎng)分、助劑等組分的復(fù)合體系。90年代以后，生產(chǎn)商開始將葉面肥與農(nóng)藥配施，產(chǎn)品具有刺激作物生長(zhǎng)、改善養(yǎng)分吸收或防治病蟲害等功能，市場(chǎng)需求加大，一些國(guó)外產(chǎn)品逐漸大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，作為葉面肥產(chǎn)品為主的水溶性肥料在發(fā)展與應(yīng)用上取得了很大進(jìn)展。但這期間灌溉施肥技術(shù)沒有得到大力推廣，因此沒有出現(xiàn)以灌溉為主要目的的水溶性肥料產(chǎn)業(yè)。

進(jìn)入2000年以后，農(nóng)業(yè)部每年新登記的水溶性肥料產(chǎn)品開始增加，產(chǎn)品種類也逐漸豐富。在登記的產(chǎn)品中，近九成是含腐植酸水溶性肥料、微量元素水溶性肥料、含氨基酸水溶性肥料和大量元素水溶性肥料。2007年以后，國(guó)內(nèi)一些知名的肥料企業(yè)開始有了初步的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)，從事水溶性肥料生產(chǎn)和銷售的肥料公司也迅速增加。

2009年農(nóng)業(yè)部頒布了水溶性肥料登記標(biāo)準(zhǔn)，之后我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。1990年我國(guó)葉面肥登記僅有含氨基酸葉面肥料、含腐植酸葉面肥料和微量元素葉面肥料三大類，到2009年登記產(chǎn)品類型已更改為大量元素水溶性肥料、微量元素水溶性肥料、中量元素水溶性肥料、含氨基酸水溶性肥料、含腐植酸水溶性肥料、含海藻酸水溶性肥料以及有機(jī)水溶性肥料等。隨著水溶性肥料登記標(biāo)準(zhǔn)的完善，水溶性肥料的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)日益規(guī)范，產(chǎn)品逐漸向復(fù)合化、多樣化與差異化方向發(fā)展。越來越多的企業(yè)開始從事基礎(chǔ)性營(yíng)養(yǎng)配方研發(fā)，產(chǎn)品以物理混配的固體水溶性肥料為主，企業(yè)更多開始關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量 (吸潮與結(jié)塊等)、外觀等問題，原料的選擇也日趨規(guī)范化。傳統(tǒng)大企業(yè)開始躋身于水溶性肥料行業(yè)，投資水溶性肥料的原料生產(chǎn)，增加原料供給。大部分企業(yè)技術(shù)研發(fā)開始走自主創(chuàng)新的道路，隨著水肥一體化技術(shù)快速推進(jìn)，我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)達(dá)到鼎盛時(shí)期。

3.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)水溶性肥料行業(yè)在最近5年迅速發(fā)展，截止到2017年，我國(guó)水溶性肥料企業(yè)登記數(shù)量超過3000家，特種肥料產(chǎn)品超過11000個(gè)，其中海外公司109家，產(chǎn)品集中度高，如Yara、ICL、SQM、HAIFA、COMPO等，國(guó)內(nèi)的水溶性肥料產(chǎn)業(yè)早期處于大行業(yè)小龍頭的發(fā)展階段，生產(chǎn)企業(yè)眾多，經(jīng)營(yíng)分散。最近幾年隨著金正大集團(tuán)等一批企業(yè)在水溶性肥料的原料供應(yīng)發(fā)展和產(chǎn)品生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)品牌水溶肥在市場(chǎng)的占有率也逐年提高，推動(dòng)了我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前國(guó)內(nèi)的水溶性肥料企業(yè)主要有小型專業(yè)水溶性肥料企業(yè)、大化肥企業(yè)和國(guó)際知名水溶性肥料企業(yè)，三者各有利弊。小型專業(yè)水溶性肥料企業(yè)的功能性產(chǎn)品特色明顯，農(nóng)化服務(wù)的針對(duì)性強(qiáng)，有較高的毛利率，但規(guī)模小、銷售渠道窄；大化肥企業(yè)擁有相對(duì)更高的原料優(yōu)勢(shì)和營(yíng)銷優(yōu)勢(shì)，覆蓋面寬，市場(chǎng)份額增長(zhǎng)快；國(guó)際知名水溶性肥料企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量好，但成本高，渠道依賴性強(qiáng)，增長(zhǎng)勢(shì)頭有限。

中國(guó)化工信息中心統(tǒng)計(jì)資料顯示，2016年狹義的水溶性肥料產(chǎn)量為350萬噸，同比增長(zhǎng)10%，產(chǎn)品登記數(shù)量超過7500個(gè)，占肥料產(chǎn)品登記總數(shù)的74.3%。進(jìn)口水溶性肥料產(chǎn)品登記數(shù)為278個(gè)，占水溶性產(chǎn)品登記總數(shù)的3.7%，表明國(guó)外進(jìn)口的水溶性肥料產(chǎn)品登記數(shù)量相對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品依舊較少。據(jù)中國(guó)化肥信息中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)登記在冊(cè)的水溶性肥料中，微量元素水溶性肥料、含氨基酸水溶性肥料、含腐植酸水溶性肥料和大量元素水溶性肥料占總登記數(shù)的90%以上，而中量元素水溶性肥料登記數(shù)僅占總數(shù)的4.7%，有機(jī)水溶性肥料也僅占1.5%(圖3)。市場(chǎng)中的產(chǎn)品以粉劑和水劑為主，僅有1%為顆粒狀肥料。

圖3 水溶性肥料行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)和施用現(xiàn)狀Fig. 3 Current situation of product and its utilization in WSF industry

水溶性肥料生產(chǎn)過程主要分為物理混配型和化學(xué)合成型兩種。目前我國(guó)水溶性肥料生產(chǎn)中多以物理混配工藝為主。該工藝簡(jiǎn)單，在保障原料的純度和原料之間相互兼容的情況下，水溶性肥料產(chǎn)品中雜質(zhì)或水不溶物少，養(yǎng)分含量穩(wěn)定。但在混配過程中，由于原料形狀、粒度、色澤等參差不齊，因此要嚴(yán)格控制其產(chǎn)品外觀性狀。在施用過程中，若灌溉水硬度較大，鈣、鎂含量較多時(shí)，可能會(huì)生成鈣、鎂沉淀?；瘜W(xué)合成型水溶性肥料難點(diǎn)在于合成反應(yīng)過程，兩相、三相甚至更多相的循環(huán)溶液在低溫冷卻結(jié)晶過程中會(huì)出現(xiàn)共結(jié)晶現(xiàn)象，易形成較為復(fù)雜的復(fù)鹽，導(dǎo)致產(chǎn)品氮、磷、鉀養(yǎng)分含量出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而使得通過化學(xué)反應(yīng)析出的產(chǎn)品配比與配方差異很大。目前我國(guó)研發(fā)單位也正在積極組織力量進(jìn)行化學(xué)合成型水溶肥的研制，但這類產(chǎn)品并未表現(xiàn)出更好的農(nóng)學(xué)效應(yīng)。

設(shè)施蔬菜和果樹水溶性肥料施用最多，占水溶性肥料總消費(fèi)量的89%。沖施、噴灌和滴灌是水溶性肥料產(chǎn)品的主要施用方式，其中沖施對(duì)設(shè)備的依賴性低，主要選擇應(yīng)用中低端的水溶性肥料，應(yīng)用對(duì)象包括大田作物和蔬菜作物等。高端水溶性肥料則通過噴灌、滴灌和葉面噴施等方式應(yīng)用到高附加值的經(jīng)濟(jì)作物上。由此可見，經(jīng)濟(jì)因素和灌溉條件是影響水溶性肥料市場(chǎng)應(yīng)用的重要因素。

目前我國(guó)功能型水溶性肥料的開發(fā)與生產(chǎn)僅限于生產(chǎn)基礎(chǔ)較好的腐植酸、氨基酸和海藻酸類功能型水溶性肥料，對(duì)于其它改土、抗逆、促生和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型的功能性物質(zhì)開發(fā)較少。筆者在十三五項(xiàng)目的工作中已將篩選的一些功能性物質(zhì) (如抑菌類有機(jī)酸) 與水溶性肥料產(chǎn)品相結(jié)合。在功能型水溶性肥料產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝方面，我國(guó)目前尚停留在礦質(zhì)元素與殺蟲劑、殺菌劑，助劑 (如防凍劑、防結(jié)塊劑、乳化劑等)，或功能性物質(zhì)簡(jiǎn)單摻混或溶解混合，對(duì)助劑篩選與作用機(jī)理，合理混配及生產(chǎn)工藝技術(shù)的集成等方面的研究相對(duì)滯后。篩選和開發(fā)具有抗逆、促生、改土的功能性物質(zhì)，并采用常規(guī)試驗(yàn)或分子生態(tài)學(xué)方面研究揭示其作用機(jī)理，通過優(yōu)化與創(chuàng)新功能性物質(zhì)與水溶性肥料的混配工藝，保證產(chǎn)品穩(wěn)定，可用于滴灌系統(tǒng)，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用，對(duì)于維持土壤健康、促進(jìn)作物高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)減肥增效意義重大。

3.3 水溶性肥料產(chǎn)業(yè)存在問題

3.3.1 配方制定盲目 國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠家過度關(guān)注肥料的包裝與宣傳，而在確定產(chǎn)品配方時(shí)，并沒有根據(jù)作物的基肥施用特征、作物種類以及作物各生長(zhǎng)時(shí)期的養(yǎng)分需求差異有針對(duì)性配置配方，從而導(dǎo)致產(chǎn)品施用時(shí)并不能達(dá)到預(yù)期的效果。

3.3.2 生產(chǎn)技術(shù)落后，研發(fā)基礎(chǔ)薄弱 一些水溶性肥料生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后，生產(chǎn)設(shè)備極其簡(jiǎn)陋，在研發(fā)資金和技術(shù)人員的投入上嚴(yán)重不足，且技術(shù)研發(fā)與市場(chǎng)需求脫節(jié)。對(duì)改善生產(chǎn)工藝及技術(shù)、促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提高有效成分濃度、增加體系穩(wěn)定性、提高不同原料的混配技術(shù)等的研究不夠，缺乏對(duì)螯合劑、表面活性劑、新型化合物原料、功能性物質(zhì)的開發(fā)研究與應(yīng)用。

3.3.3 灌溉設(shè)備不完善，水肥一體化技術(shù)應(yīng)用困難灌溉行業(yè)與肥料行業(yè)存在溝通障礙，肥料企業(yè)和灌溉企業(yè)在產(chǎn)品和設(shè)備的結(jié)合方面存在問題，導(dǎo)致盲目采用高端水溶性肥料產(chǎn)品，此外灌溉設(shè)施存在一些設(shè)計(jì)不合理、安裝粗放、缺乏技術(shù)服務(wù)等問題，導(dǎo)致水溶肥應(yīng)用效果下降。

3.3.4 缺乏水肥耦合效果和集成技術(shù)反饋的試驗(yàn)及示范 國(guó)內(nèi)水溶性肥料企業(yè)在新產(chǎn)品肥料的研發(fā)過程中，普遍缺乏水肥耦合和新產(chǎn)品技術(shù)集成的示范環(huán)節(jié)，而直接將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，可能在施用環(huán)節(jié)上出現(xiàn)很多技術(shù)問題，沒有達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的真正目的。

3.3.5 水溶性肥料市場(chǎng)混亂 相比普通復(fù)合肥料，水溶性肥料的利潤(rùn)空間較大，造成目前市面上水溶性肥料產(chǎn)品良莠不齊，產(chǎn)品不符合規(guī)范的企業(yè)很多，市場(chǎng)上缺乏主導(dǎo)品牌，高檔產(chǎn)品只能依賴進(jìn)口。

3.3.6 價(jià)格居高不下，消費(fèi)需求受限 水溶性肥料的價(jià)格遠(yuǎn)高于普通復(fù)合肥料的價(jià)格，一方面是因?yàn)樯a(chǎn)原料價(jià)格較貴，生產(chǎn)、包裝和物流成本偏高；另一方面是水溶性肥料銷售量較小，仍處于推廣階段，推廣服務(wù)費(fèi)用較高，這就限制了水溶性肥料行業(yè)的發(fā)展和推廣，應(yīng)用范圍嚴(yán)重受限。

3.3.7 大量元素水溶性肥料的配方比較透明，價(jià)位也受到挑戰(zhàn) 大量元素水溶性肥料的生產(chǎn)配方透明，企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，大量元素水溶性肥料的價(jià)格呈逐漸下降趨勢(shì)。在沒有更好的營(yíng)銷策略和創(chuàng)新技術(shù)的條件下，企業(yè)之間只能通過大打價(jià)格戰(zhàn)來促進(jìn)產(chǎn)品銷售、利潤(rùn)受損、產(chǎn)品滯銷。

4 我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 大量元素水溶性肥料呈原料化發(fā)展

我國(guó)大量元素固體水溶性肥料大多采用物理混配制備而成，目前其市場(chǎng)受到水溶性原料肥料價(jià)格高和規(guī)模化種植戶要求節(jié)約成本的雙重挑戰(zhàn)。種植大戶開始理性對(duì)待大量元素水溶性肥料，側(cè)重于采購(gòu)性價(jià)比高的產(chǎn)品或者直接采購(gòu)水溶性肥料原料，按照特定比例混配施用。因此未來市場(chǎng)中以供應(yīng)氮素為主的尿素、尿素硝銨溶液 (UAN)、硝酸銨鈣和供應(yīng)磷、鉀為主的磷酸二氫鉀、硝酸鉀以及硝基肥料產(chǎn)品或?qū)⒊蔀槭袌?chǎng)熱點(diǎn)。

復(fù)合水溶性肥料趨于功能化發(fā)展。目前復(fù)合水溶性肥料除了本身提供大量、中微量元素之外，還在功能上進(jìn)行擴(kuò)展，譬如在改良鹽堿土方面，可以考慮在肥料中添加pH較低的肥料，如磷酸脲，液體水溶性肥料中可以考慮酸性介質(zhì)配方；如果土壤含有害菌類、蟲類，在不影響肥料效果的前提下，可以考慮添加一些具有殺菌或殺蟲效果的生物農(nóng)藥類活性物質(zhì)。

4.2 液體水溶性肥料的發(fā)展

液體肥料又稱流體肥料，是含有一種或一種以上農(nóng)作物所需要營(yíng)養(yǎng)元素的液體產(chǎn)品。這些營(yíng)養(yǎng)元素作為溶質(zhì)溶解于水中成為溶液，或借助于懸浮劑的作用懸浮于水中成為懸浮液。液體肥料可分為液體氮肥和液體復(fù)混肥兩種。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展的液體水溶性肥料，主要包括大量元素型、微量元素型、含氨基酸型、含腐植酸型、含海藻酸型、含糖醇型等。液體肥料中一般含有2種或3種氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，還可以添加微量元素或除草劑、殺蟲劑、植物激素、生物活性物質(zhì)等物質(zhì)。

相比固體水溶性肥料來講，液體水溶性肥料主要有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)過程中不需要蒸發(fā)、干燥和造粒等加工工序，生產(chǎn)成本低，投資少；生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中無粉塵、無煙霧，減少了對(duì)環(huán)境造成的污染，噪聲污染程度也會(huì)相應(yīng)降低。但其也有一些局限性，如儲(chǔ)存及運(yùn)輸成本較高，施肥時(shí)還需要配置專門的施用工具；液體肥料產(chǎn)品生產(chǎn)及儲(chǔ)存過程中容易出現(xiàn)結(jié)晶、沉淀、分層、流動(dòng)性差、脹氣等問題，需要解決的技術(shù)難題多。

液體肥料是未來水溶性肥料發(fā)展的趨勢(shì)之一，美國(guó)市場(chǎng)出售的全部化肥中，有40%以上是液體肥料，隨著葉面施肥、滴灌施肥等施肥技術(shù)的發(fā)展，液體肥料的應(yīng)用比重會(huì)越來越大。但當(dāng)前我國(guó)液體水溶性肥料產(chǎn)品的發(fā)展較慢，受液體肥料儲(chǔ)運(yùn)和施肥設(shè)備等的限制，液體肥料產(chǎn)品通常以小包裝的形式出現(xiàn)在市場(chǎng)。隨著規(guī)?；r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的比例提高，大包裝液體肥料所占的比例將逐漸提高。

4.3 功能型水溶性肥料的發(fā)展

針對(duì)化肥過量供給和長(zhǎng)年連作導(dǎo)致的土壤鹽漬化、土壤酸化、土傳病害嚴(yán)重、養(yǎng)分供給失衡、植物抗性降低等問題，功能型水溶性肥料的發(fā)展是今后市場(chǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)。一些功能性物質(zhì)如生物刺激素類物質(zhì)目前在市場(chǎng)上已經(jīng)得到很好的認(rèn)識(shí)和發(fā)展。

普遍應(yīng)用于水溶性肥料的生物刺激素物質(zhì)主要有腐植酸類、海藻提取物、氨基酸類似物、酚類化合物、甲殼素等抗逆促生型生物刺激素和保水、減少蒸騰、提高固氮、抗鹽等復(fù)雜有機(jī)高分子助劑等。歐洲是生物刺激素等功能性產(chǎn)品最大的市場(chǎng)，2015年歐洲以生物刺激素等為主的功能性物質(zhì)的使用面積達(dá)300萬公頃。從2015年和2017年在意大利和美國(guó)舉行的國(guó)際生物刺激劑大會(huì)上交流的大會(huì)報(bào)告來看，國(guó)外的研究已經(jīng)不僅局限于田間的效果、評(píng)價(jià)，更多的是關(guān)于功能性物質(zhì)的原料開發(fā)、提取、純化以及生物作用機(jī)制等方面的研究，特別是深入到影響作物激素調(diào)控，抗逆基因的調(diào)控和表達(dá)等方面的研究越來越多。

4.4 藥肥功能結(jié)合的一體化發(fā)展

藥肥是將農(nóng)藥和化肥合二為一的一種新產(chǎn)品，它是一種功能性肥料，既可以為農(nóng)作物提供營(yíng)養(yǎng)，又可以抑制農(nóng)作物病蟲害或調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)發(fā)育，農(nóng)藥和化肥的“合二為一”是農(nóng)資行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。受登記標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)因素等限制，我國(guó)藥肥一體化起步較晚，處于發(fā)展初期。對(duì)藥肥行業(yè)來說，應(yīng)該把肥料和農(nóng)藥有機(jī)結(jié)合起來，除了加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)市場(chǎng)研究，找到合適的銷路之外，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)登記標(biāo)準(zhǔn)和政策，相關(guān)部門也要做好推廣應(yīng)用工作，為藥肥市場(chǎng)積極創(chuàng)造有利條件。

4.5 套餐施肥模式的發(fā)展

基于水溶性肥料的產(chǎn)品配方是專門設(shè)計(jì)的，因此其配方特點(diǎn)也反映了作物基肥的施用影響、不同作物水分和養(yǎng)分需求規(guī)律等差異化。在肥料的施用過程必須圍繞根區(qū)水肥供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)滿足作物生長(zhǎng)的水肥同步供應(yīng)，結(jié)合灌溉施肥設(shè)備和技術(shù)特點(diǎn)，研究和集成不同區(qū)域和作物生產(chǎn)條件下的高效水肥協(xié)同供應(yīng)模式；水溶性肥料企業(yè)要開發(fā)相關(guān)配套的產(chǎn)品，結(jié)合個(gè)性化的農(nóng)化服務(wù)，開展套餐化施肥模式和對(duì)應(yīng)的農(nóng)化服務(wù)模式研究，推動(dòng)“基肥＋追肥＋葉面施肥”的多元化應(yīng)用，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)水溶性肥料的極大需求。

作物解決方案近幾年在農(nóng)資市場(chǎng)引起廣泛關(guān)注，它是以作物為對(duì)象，從整地、選種、播種開始到作物生長(zhǎng)管理、收獲、儲(chǔ)存，乃至產(chǎn)品鏈等，全程統(tǒng)籌采用綜合土肥水藥管理技術(shù)，預(yù)防和減少對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生的危害。其中具體包括植保解決方案、作物營(yíng)養(yǎng)解決方案、土地改良解決方案、農(nóng)業(yè)機(jī)械解決方案、綜合應(yīng)用解決方案等。植物營(yíng)養(yǎng)解決方案的推行是農(nóng)化行業(yè)的趨勢(shì)和未來，目前作物營(yíng)養(yǎng)解決方案理念已經(jīng)越來越被企業(yè)所接受，但是如何真正地將作物營(yíng)養(yǎng)解決方案從理念變成實(shí)踐，需要克服的困難和面臨的挑戰(zhàn)重重，農(nóng)化企業(yè)在發(fā)展的過程中任重而道遠(yuǎn)。這種把著眼點(diǎn)聚焦于作物和種植者而不是經(jīng)銷商和零售商的商業(yè)思維模式是大勢(shì)所趨，我國(guó)未來農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的大時(shí)代也許就由此開啟。

5 展望

我國(guó)水溶性肥料產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了過去十年的快速發(fā)展階段，除了葉面施肥產(chǎn)品豐富以外，最為引人注目的是水肥一體化技術(shù)的推廣與應(yīng)用。開展產(chǎn)學(xué)研合作，加快水溶性肥料的生產(chǎn)技術(shù)革新、試驗(yàn)示范和農(nóng)化服務(wù)，努力降低成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，提高產(chǎn)品性價(jià)比。完善相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)行業(yè)誠(chéng)信體系建設(shè)，并創(chuàng)新技術(shù)營(yíng)銷和服務(wù)模式，推進(jìn)水溶性肥料的科學(xué)應(yīng)用和市場(chǎng)開拓，保證水溶性肥料產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

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Developing trends and challenges of water soluble fertilizer industry in China

CHEN Qing1,3, ZHANG Qiang2,3, CHANG Rui-xue1, CHEN Hong-kun2,3, CHEN Li4, LIANG Bin5, LI Jun-liang5
( 1 College of Resource and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2 Kingenta Ecological Engineering Group Co. Ltd., Linyi, Shandong 276700, China; 3 State Key Laboratory of Efficient Development and Comprehensive Utilization of Nutrient Resources, Linyi, Shandong 276700, China; 4 China National Chemical Information Centre, Beijing 100029, China; 5 College of Resource and Environmental Sciences,Qingdao Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China )

Water soluble fertilizer (WSF) is a new-type of fertilizer with the extension of fertigation technology.Because of the special requirements by pipe or drip irrigation, some specific criteria are drawn up for WSF,mainly in the concentrations and dissolving rates of nutrients, and the water-insoluble solid contents. This paper summarized the concept and properties of WSF through literatures reviewing and the development of industry history, reviewed the development and changes of product standards, formula, processing, functions and applications, and analyzed the theoretical basis of nutrients efficiently synthetical utilization from the rootzone supply of water soluble fertilizer. Rootzone environment and supply of water and fertilizer are the keys to regulate soil health and high productivity. It is important to integrate the nutrient supply considering formulas, rates,timings, applied position and soil environment. While the healthy root system and adopted rootzone nutrientsupply, capacity, ion balance and buffering capacity are interacted each other. This paper pointed out the importance of combination of fertilizer product, irrigation equipment, and agro-chemical service based the theoretical analyses. On the basis of the market demand, the improvement of WSF factory should be achieved by the innovation of raw materials and their related functions, together with new technology and agro-chemical service. Modifying the product registering standards and smart application technique for healthy market development of WSF are necessary. The paper also predicted that functional fluid WSF, with amino acids, fulvic acids or other organic types, would be the most competitive WSF product. Large-scale farming will lead to the development of low-price WSF product with macroelements, and the packaged fertilizers and related agronomic services will stimulate the demand of enhanced functional WSF.

water soluble fertilizer (WSF); nutrients utilization; functional WSF; fertigation technology;developing trend; challenge

2017–08–21 接受日期：2017–09–20

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0200405）資助。

陳清（1968—），男，山東威海人，博士，教授，主要從事設(shè)施菜田養(yǎng)分管理、水溶性肥料研發(fā)與水肥一體化、設(shè)施土壤修復(fù)和面源污染防控等方面的研究。E-mail：qchen@cau.edu.cn