發(fā)展配伍增值型復混肥料*

劉 榮，韓效釗，沈 浩，鄭之銀，張 旭，劉 昆，王 海

(1.安徽六國化工股份有限公司 安徽銅陵 244000；2.合肥工業(yè)大學化學與化工學院 安徽合肥 230009)

根據(jù)李比希的最小養(yǎng)分律，植物為了生長發(fā)育需要吸收各種養(yǎng)分，但是決定植物產(chǎn)量的卻是土壤中那個相對含量最小的有效植物生長因素，產(chǎn)量也在一定限度內(nèi)隨著這個因素的增減而相對地變化。如果無視這個限制因素的存在，即使繼續(xù)增加其他營養(yǎng)成分也難以再提高植物的產(chǎn)量[1]，施肥應該優(yōu)先補充這個最小養(yǎng)分元素以維持土壤養(yǎng)分的平衡。多年來，隨著氮、磷、鉀肥及其復混肥施用量的不斷增加，帶來了單位面積土壤作物產(chǎn)量的提升以及糧食復種指數(shù)的提高，但是產(chǎn)量增長幅度卻出現(xiàn)下降，甚至單位肥料的產(chǎn)量貢獻率出現(xiàn)遞減，其主要原因之一是作物在生長過程中從土壤帶走的中微量元素養(yǎng)分沒有得到補給，土壤內(nèi)中微量元素已經(jīng)失衡，導致肥料的產(chǎn)量貢獻率下降，并影響到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[2]。農(nóng)業(yè)部耕地質(zhì)量監(jiān)測中心的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示：我國耕地土壤中鈣、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬含量在臨界值以下的土壤面積分別占耕地總面積的64%、53%、38%、31%、48%、25%、41%、84%、59%[3]。土壤和作物中微量元素缺乏，不僅影響作物生長發(fā)育，而且可以通過食物鏈影響禽畜和人類健康，造成“隱形饑餓”[4]。

近年來，農(nóng)業(yè)部、工信部明確提出了調(diào)整化肥使用結(jié)構、優(yōu)化氮磷鉀肥的配比與施用、增加中微量元素肥和有機質(zhì)肥比重的要求。隨著國家測土配方施肥項目的穩(wěn)步推進、化肥“零增長”行動進入完成期和國家農(nóng)業(yè)投入品減量使用制度的健全，減肥(氮和磷)增效行動將必然進入議事日程，中微量元素肥料也將迎來重大的發(fā)展機遇。如何實現(xiàn)中微量元素肥料與大量元素肥料的完美“配伍”，提升傳統(tǒng)復混肥的價值，成為傳統(tǒng)肥料生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的突破口。

1 復混肥料現(xiàn)狀與存在的問題

我國存在化肥利用率低、化肥回報率不斷下降、面源污染嚴重等問題，其主要原因之一是我國雖然重視復混肥料的發(fā)展，但沒有重視16種養(yǎng)分元素的平衡供給和施用，只重視大量元素肥料，而對中微量元素肥料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應用明顯不足和落后。在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，中微量元素肥料的研究、生產(chǎn)和使用將成為提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、保障人體健康、保護人類環(huán)境的主要瓶頸[5]。

我國復混肥產(chǎn)品中，等養(yǎng)分配比(15-15-15、16-16-16等)的通用型產(chǎn)品仍是主流，其市場占有率達到54%，大型企業(yè)仍以生產(chǎn)養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)大于40%的高濃度產(chǎn)品為主。我國復混肥配方已不能適應農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求和土壤肥力條件的變化，需進一步發(fā)展精細型復混肥產(chǎn)品，應加大復混肥配方的調(diào)整力度，逐步減少等養(yǎng)分配比的產(chǎn)品，開發(fā)不同作物、不同時期施用的系列配方肥料[6]。農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《配方肥料》(NY/T 1112—2006)對配方肥料的定義是根據(jù)不同作物的營養(yǎng)需要、土壤養(yǎng)分含量及供肥特點，以各種化肥為主要原料，有針對性地添加適量中微量元素或有機肥料，采用摻混或造粒等工藝加工而成的，具有作物針對性和地域性的專用肥料[7]。安徽農(nóng)業(yè)大學研究表明[8]，含鈣、鎂、硫、硅、鋅、鐵、錳、硼中微量元素，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為20%的13-4-8有機無機復混肥料可使水稻穎殼不閉合發(fā)生率降低26.9%～39.4%，增產(chǎn)率為43.8%～66.6%。國家鈣鎂磷復合肥技術研究推廣中心在復合肥生產(chǎn)工藝中添加中微量元素，以鈣鎂磷肥為原料生產(chǎn)無機包裹型復合肥料，同樣具有良好的減肥增效效果[9]。

配方肥料的生產(chǎn)途徑主要有化成復合肥料、混成復合肥料和摻合肥料[10]。傳統(tǒng)配方肥料很少在大量元素中配伍中微量元素，市場上銷售的少量含中微量元素配方肥料產(chǎn)品大多是在復混肥中簡單混合加入中微量元素(如硫酸鋅)，雖然是一種比較方便的補充方式，但1 t復混肥料中加入幾千克含結(jié)晶水的硫酸鋅，在攪拌混合過程中又易脫水，故鋅在產(chǎn)品中很難均勻分布。同時，在復混肥中加入微量元素(如硫酸鋅)會與磷形成難溶態(tài)養(yǎng)分，不僅作物不能吸收利用，而且還會降低磷的有效性[11]。我國缺硼土壤面積占耕地總面積的80%以上，但傳統(tǒng)硼肥主要是硼砂，其在土壤中溶解度很小、溶解速率非常慢，難以充分發(fā)揮肥效。

2 配伍增值型復混肥及技術創(chuàng)新

施肥不能單純追求提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)更有利于人類健康；肥料的生產(chǎn)與施用還應有利于環(huán)境保護，有利于資源合理利用，有利于社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，因此需要發(fā)展增值肥料。

增值肥料通常是指能提高肥料利用率的產(chǎn)品，具有抗倒伏、抗病害等附加功能的肥料和能合理利用中微量元素等資源的肥料也屬于增值肥料[12]。中國工程院院士張福鎖教授一直在呼吁我國未來肥料應該總量控制，生產(chǎn)適合的氮磷鉀肥料，增加中微量元素，通過形態(tài)配伍和元素之間的相互增效來實現(xiàn)綠色增產(chǎn)增效[13]?？梢?，應加強發(fā)展配伍增值型復混肥料。

傳統(tǒng)配伍增值型復混肥料存在中微量元素難以均勻分布且易與磷形成難溶態(tài)養(yǎng)分、硼砂在土壤中溶解度小和溶解速率慢等問題。為抑制中微量元素與磷發(fā)生拮抗作用，可采用中微量元素螯合物(如EDTA-Zn)與氮磷鉀肥料混合，但這些螯合物添加量少且易吸潮，仍解決不了中微量元素分布不均勻的問題；此外，螯合物價格昂貴，如含鋅質(zhì)量分數(shù)≥14.5% EDTA-Zn在2.2萬元/t左右。安徽六國化工股份有限公司與合肥工業(yè)大學協(xié)同創(chuàng)新的硼砂助溶技術和金屬類營養(yǎng)元素在線螯合技術，很好地解決了上述問題。

(1) 硼砂助溶技術

先將硼砂溶解于濕法磷酸中并與磷酸反應生成硼酸，然后進入管式反應器與氨反應生成硼酸銨，再經(jīng)造粒、干燥、篩分、冷卻制得氮磷鉀硼復合肥料，產(chǎn)品中硼不僅分布均勻，而且具有良好的溶解性能。

(2) 在線螯合技術

在混合造粒機前增設1臺螯合反應釜，采用價格低廉的羥基羧酸類酸性螯合劑與硫酸鋅等金屬類營養(yǎng)元素進行螯合反應，以濃縮液的形態(tài)噴入混合造粒機內(nèi)，經(jīng)造粒、干燥、篩分、冷卻制備氮磷鉀鋅等復合肥料，產(chǎn)品中鋅不僅分布均勻，而且不會與磷形成難溶態(tài)養(yǎng)分。按照N-P2O5-K2O-Zn=16-16-16-0.05計，該工藝生產(chǎn)成本比摻混EDTA-Zn低50元/t左右。

3 結(jié)語

《到2020年化肥使用量零增長行動方案》的實施，使復混肥料制造成本競爭加劇，而《中國制造2025》戰(zhàn)略和未來的“化肥減施增效行動方案”的實施，必將帶來肥料制造技術的競爭，高技術含量的配伍增值型復混肥料將是復混肥料的主流發(fā)展方向。