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8505次实验后的成功
  日期:2020-1-11   作者:劳大霄   来源: 南方农村报

2020年1月10日上午,中共中央、国务院在北京隆重举行2019年度国家科学技术奖励大会。华南农业大学作为第一完成单位,由樊小林教授带领科研团队完成的成果“植物源油脂包膜肥控释关键技术创建与应用”荣获国家科学技术进步奖二等奖。

樊小林教授在北京领奖。 来源:华南农业大学微信公众号樊小林教授在北京领奖。 来源:华南农业大学微信公众号

都说十年磨一剑,但这个项目却磨了20年。项目团队从攻克包膜材料、包膜控释技术的核心出发,坚持不懈、反复试验,最终筛选出控释性能优、成本低、取材广、易降解、可再生的植物油为包膜材料,创建无溶剂包膜工艺、包膜控释技术、同步营养肥及其施用模式,为解决我国包膜肥产业的“卡脖子”问题又迈进了一大步。该成果的获奖人还有王学江、解永军、高强、谢江辉、刘芳、张立丹、孟远夺、鲁剑巍、刘海林。

樊小林指导学生做实验。樊小林指导学生做实验。

三大创新

引领世界包膜缓控释肥料研究前沿

化肥过量施用的问题越来越受公众关注,并引发担忧。据世界粮农组织(FAO,2017)报道,我国在用世界9%的耕地解决20%人口粮食安全问题的过程中,施用了全球1/3的化肥。粮食高产稳产依赖化肥的投入,然而高投入高产出已导致化肥利用率低、环境污染、耕地质量退化等现象的出现。

长期以来,围绕如何提高肥料利用率来解决上述问题受到国内外研究学者的广泛关注,其中对常规化肥进行改性制备包膜肥成为研究的热点。所谓包膜肥,顾名思义就是在水溶性肥料颗粒表面包一层半透性或难溶性膜,养分通过膜层缓慢释放,这是一种公认利用率高、损失少、环境友好的新型肥料。

自20世纪80年代以来,我国对包膜控释肥进行了大量研究,虽取得了显著的成就,但由于膜材难降解、养分释放不可控、包膜工艺落后、包膜成本高,包膜肥的推广应用始终难以在农业生产中发挥应有作用。

我国主流的包膜肥料大多膜材难降解,还易造成二次污染。创制植物源油脂包膜材料,创建致孔和复式包膜控释技术,实现膜材易降解、养分释放可调控是该项目的创新之一。樊小林带领团队筛选出蓖麻油和大豆油等为原料,创制无毒、可降解的植物油包膜材料。上海化工研究院等权威机构认定该膜材环境友好,可降解。

“找到膜材后,就要在膜层上打孔,制造养分输送通道。”樊小林介绍,应用物理、化学相结合的方式,团队研制了有机、无机两大类致孔剂,可制造微米级至纳米级直径的通道,达到致孔剂每增减1%,养分释放率增减6%~28%的效果。

樊小林教授团队研制出的以植物源油脂为包膜材料的包膜肥。樊小林教授团队研制出的以植物源油脂为包膜材料的包膜肥。

值得注意的是,不同的作物所需养分并不一样,项目团队通过改变膜的层数,改变通道的数量、曲折程度、长短,来控制养分释放的速度和数量,实现有的放矢释放肥料养分。

为了将膜材与肥料很好地结合在一起,项目团队创制自动化和连续化包膜设备和工艺,不仅节约了能耗、缩短了包膜时间,还提高了包膜效率。此外,团队还创建肥料表面修饰、膜材增韧、无溶剂表面反应包膜新工艺,实现了肥料表面光滑、包膜完整、包膜无污染、膜材用量少、包膜成本降低。这是项目的第二个创新点。

“包膜肥生产出来之后,我就思考,如何使包膜肥的养分供应与不同作物生长所需养分规律相吻合,使包膜肥‘智能化’。”樊小林解释,不同作物所需养分数量、种类、比例、形态各不相同,同一作物从苗期到采收期所需养分也有较大差异。因此,他以作物为靶标,根据其营养特性,分别确定适于不同作物各个生长阶段的包膜肥种类,研制出不同配方的同步营养肥,实现供求吻合,达到减肥增效的作用。这是项目的第三个创新点。

20年攻关

567个配方,8505次实验

“植物源油脂包膜肥控释关键技术创建与应用”项目斩获国家科学技术进步二等奖并非一朝一夕之功,其先后历经了20年的科研攻关,而项目主持人樊小林走上缓控释肥研究之路也是机缘巧合。

大学时期的樊小林虽然读的是土壤农化专业,但并没有爱上农业。毕业后他留校任职,在一次下乡实习时遇到小麦晚熟,他用所学知识为当地农民解决了这一问题。这次经历,让樊小林强烈感受到农业技术的价值,他立志要扎根农业,为农民服务。

1992年,樊小林参加了一场国际性的植物营养与肥料的会议,会上关于缓控释肥的介绍让他觉得非常有前景,会上他还买了一本《肥料加工手册》,从书上第一次系统地了解到缓控释肥,“原来可以通过改造肥料来提升肥料利用率”,这也成为他日后研究的启蒙。这本书至今还珍藏在樊小林办公室书柜的显眼位置,他有空就会拿出来翻看。

樊小林教授珍藏多年的《肥料加工手册》。樊小林教授珍藏多年的《肥料加工手册》。

1997年,为了更好地开展应用研究以解决农业生产中的问题,樊小林毅然南下,跨进了华南农业大学的校门。“那时候科研条件比较艰苦,人、财、物资源都很有限,第一窝包膜肥是在宿舍的小房间里‘炒’出来的。”樊小林回忆,一套简陋的设备,尝试不同材质包裹肥料,手摇生产,第一次产出了几十公斤,然后拿到附近的农场做实验。虽然产品有各种缺陷,但却增加了樊小林的信心。

华南农业大学樊小林教授实验室所在的实验楼。华南农业大学樊小林教授实验室所在的实验楼。

之后,樊小林尝试了很多不同的包裹材料,有的效果不理想被直接否决,有的效果好但污染大,还有的就是生产成本极高。他曾和一家企业试建了两条脂溶性包膜材料的生产线,最后也以失败告终。这次经历让樊小林明白,做肥料还必须懂工业。

在这场反复寻找理想包膜材料的过程中,项目团队尝试了 567个配方,经过8505次实验,最终筛选出蓖麻油和大豆油作为原料,确定了两者配比。说起当年一个个实验的场景,樊小林依旧历历在目,但他也说这是必然,“科研的道路就是一次次失败,再一次次尝试的过程,但不管有多曲折,坚持低头干活就是了” 。

多年推广

农业节支增收39.82亿元

“要埋头研究,也要抬头看天”是樊小林一直坚持的信念。他认为,要不断了解市场的需求,把科研成果进行转化,为农民服务。

樊小林介绍,目前该技术已先后被9家企业转化应用,转化率居全国同类第一,包膜肥远销国外。此外,玉米、香蕉等作物专用同步营养肥已纳入农业农村部测土配方施肥和国家香蕉产业技术体系主推产品,覆盖我国玉米主产区和香蕉主产区,实现了包膜控释肥大面积应用,增产5%~31%,氮肥利用率平均提高10个百分点。同步营养肥还在水稻等大田作物以及苹果、梨、菠萝、荔枝、芒果、柑橘、蔬菜等经济作物上推广。

香蕉是一种需肥量较大的作物,生长期一般要施肥十多次。海南有一个大农场种植香蕉一季要施肥超过20次,但使用包膜肥后,施肥次数减少到4次。原来,海南土壤以沙质地为主,肥料流失比较严重,而包膜肥恰恰很好地解决了这一问题。经测算,一年下来,该农场香蕉平均增产10%~13%,还节省了大量的施肥人工,肥料利用率也大大提高,而成本却没有增加。

该农场发现,包膜肥更为突出的优势在于促进农场增收。在香蕉整形、疏果、砍蕾、套袋等蕉园管理时,农户一般较少施肥,这导致部分香蕉由于营养没跟上而出现抽蕾不整齐、抽蕾晚等现象,占比大约在五分之一到四分之一。但使用包膜肥后,养分能源源不断地供应,且与香蕉不同生长期的营养需求吻合。最后的结果让农场主意想不到:香蕉不仅抽蕾整齐,抽蕾期也提前了20~30天,抢先上市卖价提升。

据统计,包膜肥自2010年以来在我国累计推广1.2亿亩,农业节支增收39.82亿元,经济效益和社会效益明显。

【采写】徐岩 李力嘉

【来源】南方农村报


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