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新型肥料国内外研究现状
  日期:2006-5-7   作者:佚名   来源: 中国控释肥网编辑整理

世界化肥的生产和使用历经3次变革。20世纪60年代之前,生产的化肥多为单质低浓度肥料;60至80年代,发达国家发展高浓度化肥和复合肥;最近20年,发达国家开始重点研究缓/控释肥料、生物肥料、有机复合肥料、功能性肥料,成为新型肥料研究与发展的热点。

1、缓/控释肥

缓/控释肥料最大的特点是养分释放与作物吸收同步,简化施肥技术,实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要,肥料损失少,利用率高,环境友好。世界各国都逐步认识到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型缓/控释肥料。20世纪80年代以来,美国、日本、欧洲、以色列等发达国家都将研究重点有科学施肥技术转向新型缓/控释肥料的研制,力求从改变化肥自身的特性来大幅度提高肥料的利用率。缓/控释肥料被誉为21世纪肥料产业的重要发展方向。目前,缓/控释肥料主要有以下4种类型。

(1)、包膜型缓/控释肥料;包膜型缓/控释肥料主要是在肥料颗粒表层包被上控制养分释放的包膜材料,调节养分释放。1957年,美国首先研究硫包尿素,1961年TVA在1~7kg/h装置上进行了包硫尿素(SCU)小试,1978年在美建成10t/h SCU的示范生产厂。此间,又进行了包硫氯化钾(SCK)、包硫磷酸二胺(SCP)的研究。硫包尿素仍是当前美国主导产品。

美国也是第一个商品化生产树脂包膜肥料的国家。1967年在加利弗尼亚生产出醇酸树脂包膜肥料Osmocote,成为当今世界著名控释肥料品牌。日本从20世纪60年代开始研究包膜控释肥料,70年代后,以研究热塑料型树脂聚稀烃包膜肥料为重点,简称POCF工艺,通过调节PE与EVA的比例,并以无机填料为开孔剂,可制得40天至360天释放期的薄膜控释肥料。开发可降解的聚合物包膜材料及研究之具有不同养分释放模式的肥料代表了包膜肥的研究方向。

20世纪80年代以来,以色列、德国、英国、加拿大、意大利、印度等国也相继进行了包膜型缓/控释肥料的研究,尝试用聚合物、草炭、木质素、石蜡、无机营养材料等包裹尿素等,制成缓/控释肥料。1991年7月在美国阿拉马州的SHefferld召开了第一届环/控释肥料专题研讨会;1993年在以色列还发市召开料缓/释肥料国际研讨会。目前,世界上年缓释/控释肥料消费总量100万吨(实物),以包膜型肥料为主,占到一半以上,有些国家达90%以上。

合成型微榕态缓释肥料,一类是微溶于水的合成有机氮化合物,如脲醛肥料(Ureaform)、异丁叉二脲(IDBU)、丁稀叉二脲(CDU)等;另一类是微水溶性或柠檬酸荣性合成无机肥料,如部分酸化磷矿(PAPR)、二价金属磷酸铵钾盐等。

脲醛类和释肥料是尿素与醛类的缩合,最常见的是脲甲醛(UF)。德国1924年BadisheAnilin和Ssoda~Fabrek区得了第一个制造脲醛肥料的专利,1955年投入工业化生产。德国1924年发表廖永乙醛和尿素制备流程。日本三菱株式会社与1961—1962年提出了尿素和异丁醛反应制备异丁叉二脲(IBDU)的专利,1964年开始,在日本市场有少量销售。

20世纪90年代初期,世纪缓/控释肥料仍以为溶性尿素反应物为主,占到50%以上。欧洲传统使用微溶性寒尿素化合物缓释肥料。其比例占到缓释肥销量的70%以上。还累肥料因养分释放速度受土壤水分、PH、微生物等因素的较大影响,且售价高,此类肥料的需求量有下降的趋势。

化学抑制型缓效肥料通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂等,调节土壤微生物的活性,减缓尿素的水解和对氨态氮的硝化作用,从而达到肥料氮素缓慢释放;60年代人们开始重视筛选土壤脲酶抑制剂的工作。HQ(氢醌)、NB-PT(N-丁基硫代磷酰三胺)、PPD(邻-苯基磷酰二胺)、TPTA(硫代磷酰三胺)、CHPT(T-磷酸三环已胺)等是筛选研究的重要土壤脲酶抑制剂。

自20世纪50年代国外开始研制硝化抑制剂,研究的主要产品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物,以及爹氮化钾、氯苯异硫氰酸盐、六氯乙烷、五氯酚钠等。双氰胺(DCD)是应用较为广泛用于已高氮肥利用率的硝化抑制剂。

基质复合肥与胶粘缓释控释肥料,将肥料养分与可降低其溶解性的物质混合,通过健合、胶结等作用,制成养分缓慢释放的肥料。尤其是有机高分子聚合物、改性草炭和风化煤类、有机只等于化肥健合、胶结,改变养分的释放速率,制成缓释肥料。目前该领域的研究工作开展缓释肥料研究方向,前景看好。

另外,将不同类型、不同释放速率的缓释肥料通过“异粒变速”,使肥料的养分释放节律最大限度与作物吸收同步,在缓释肥料研究和应用中受到普偏重视。

目前,世界缓/控释肥料年消费总量约100万吨,其中美国、加拿大月60万吨(约占60%),日本20万吨(月至20%),西欧、以色列15万吨(约占15),其他国家月5万吨以上,明显高于季节普通化肥增长率。当前,影响缓/控释肥料发展的最主要问题是价格问题。由于售价高,除日本外,美国、西欧90—的控释肥料用于草坪、苗圃等非农业市场。降低生产成本、走向大田,是缓/控释肥料研制和生产的重要方向。

我国对缓/控释肥料的研究起步较晚,20世纪70年代中国科学院南京土壤研究所曾进行过长效碳铵的研制。进入80年代,特别是近年来随着化肥用量大、利用率低,化肥污染农产品和环境问题的加剧,国内缓/控释肥料的研究步伐加快。1983年开始,郑州工学院等在国内率先系统展开料利用营养猜猜研制包裹型控释肥料,先后研制出钙镁磷肥包裹尿素(1983)、磷矿粉部分酸化包裹尿素(1991)、二价金属磷酸铵钾盐包国尿素(1995)3类不断升级换代产品,养分控制释放时间超过了95天,突破了国内外营养材料包膜养分释放控制难度大的关键技术。研制出年产万吨生产能力的产业化生产线,产品注册品牌为Luxacote,以出口美国、澳大利亚、新加坡、日本等国家,与Osmocote、MEISTER、Nutri-cote齐名。目前在国家863计划的资助下,正在研究进一步降低成本,重点研制适用于大田作物的专用控释肥料,产品在河南、山东等地的玉米天上大面积示范,增产幅度都在10%以上,肥料利用率提高10个百分点以上。

树脂包膜控释肥研制,我国主要借鉴日本经验。1992年开始,北京市农林科学院率先系统开展料树脂包膜尿素的研究。在借鉴日本技术的基础上,在溶剂,包衣材料、设备等方面,均有较大的改进和突破。研究筛选出低毒溶剂,回收率98%以上;研制出连续型生产设备,以申请国家发明专利。包衣材料选用廉价的聚丙烯酰胺,并进行降解改性。目前已建成年生产能力3000吨以上的树脂包以尿素生产线,生产出养分控释30至200天或更长时间的系列包衣尿素,产品分为线型和S型释放模型。并以包衣尿素为母料,通过异粒变速技术,配制N、P、K复合型控释肥料,在北京、东北、山东、广东等地的水稻、玉米等作物上进行了大面积示范,收到良好效果。产品与2002年获得国家重点新产品证书。

中国农科院土壤肥料研究所,华南农业大学等在基质复合、胶结控释、包膜材料研制,尤其是利用工农业废弃物研制包膜材料,以及在成膜工艺、机理,有机复合、保水、防病等多功能控释肥研制方面做了大量工作。发明了反应成膜技术,使用常温设备生产包膜控释材料,研制的基质复合、保水型控释肥料在山东的玉米,广东、新疆的蔬菜与棉花等作物上大面积示范。沈阳应用生态研究所利用脲酶抑制剂、硝化抑制剂研制缓释肥料方面也做了大量的工作,产品已经在大田作物上示范。

另外,中国农业大学在控释肥料的控释机理、评价等方面进行了大量研究。中国农科院土壤肥料研究所“国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地”在国内率先开展了缓释肥料长期定位研究,这是继普通化肥长期定位试验,将对开展缓释肥料肥效演化、环境评价等基础研究具有重要价值。

我国的缓/控释肥料研究虽然起步较晚,但研究特色明显,树脂包衣、营养材料包裹、基质复合、胶结控释、酶学抑制等产品和工艺百花齐放。特别是近几年,国家和地方政府非常重视缓/控释新型肥料的研究与产业化。中国农科院土壤肥料研究所、中农业大学、华南农业大学、郑州大学、北京农林科学院等5家单位联合承担的国家“十五”863计划“环境友好型肥料研制与产业化”课题(2001AA246023),以控释肥料走向大田作物为目标,目前已获得和申报相关发明专利10余项,研制出产业化、中试、小试不同层面上的产品50多个,并建成可实现生产营养材料包裹、树脂包衣、基质复合登年生产能力超万吨控释肥料生产线3条。产品成本只有国外同类产品的1/4或更低,在东北、北京、山东、河南、新疆、广东等地的水稻、玉米、蔬菜、棉花等作物上进行了广泛示范,部分产品已出口美国、日本、新加坡、澳大利亚等。

我国的控释肥料技术总体不及发达国家水平,尤其在产业化方面差距较大。目前我国每年缓/控释肥料的消费量2万吨(实物)左右,市面上主要品牌为美国的Osmocote,Osmocoteplus,日本的MESTER、Nutricote,以色列的Multicote等包膜控释肥料,市场售价都在每吨万元以上。我国目前的缓/控释肥料产业化生产能力已经超过10万吨,但开工率较低。


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