控释肥技术.docx

国内生产厂家及相关科研单位工艺技术中国科学院南京土壤研究所，60年代末至70年代初，先后研制成功硫包碳酸氢铵粒肥和用钙镁磷肥包裹的长效碳铵和长效尿素，但未形成规模化生产。中国科学院石家庄农业现代化研究所研制成功“涂层尿素”生产技术，其关键技术是涂层液的配制和涂复工艺。涂层液是十烷基苯磺酸和高岭土等无机矿物混合成的胶质物质，根据不同农业生态条件确定各类物质的组成比例，在特定的工艺条件下制成。涂复工艺采用造料塔内喷涂的的新工艺，并借助尿素本身的热量，使包膜干固一次完成。中国农业科学院土壤肥料研究所科技人员，采用化学、物理的微乳化和高剪切技术，研制生产了具有缓释性能的纳米肥料。纳米肥料的胶结包膜剂胶团直径均在100纳米以内。纳米材料的小尺寸效应，可使肥料粒子带有磁效应，从而使肥料养分更容易被植物吸收，有效刺激植物生长。北京市农林科学院植物营养与资源研究所的专家经过多年潜心研究，采用各种废弃塑料作为包膜材料，溶剂采用松节油，包膜设备采用流化床喷动塔制备包膜化肥。通过调解包衣材料，肥料在土壤中的缓释速度达到可控，不烧苗，不伤根。山东农业大学研制成功控释时间长达70400天不等的系列包膜控释肥产品，通过调整配方可以设定膜上孔的数量、大小等控制养分的释放。控释肥的养分释放主要受温度、水分等条件的限制，根据作物的需要可进行释放时间和释放高峰期的调整。包膜材料主要是苯乙烯等热塑性树脂和无机添加剂高岭土、滑石粉等。广东省农科院土肥所从上个世纪九十年代起就开始缓释肥料的研究，特别是在近年来取得可喜的突破性进展。利用自研的植物性复合控释包膜材料，应用混合展着包膜新工艺，率先在国内研发出廉价、高效、长效肥料产品。该复合控释包膜材料采用造纸黑液中提取的磺化木质素，所制备的包膜肥料在大田中可以使肥料养分缓慢水解与释放，保持土壤对养分离子具有较高的吸附量，并抑制氮素养分的淋失、挥发和损失，从而达到保持肥料氮素养分较长时间缓慢供应的目标。湖南省农科院土肥所以热塑性树脂材料为主作包膜，研制新型肥料，成功解决了30至330天内肥料可控养分释放的核心技术问题，研制出可降解膜控释肥料和水稻专用控释肥料。郑州大学乐喜施磷复肥技术研究推广中心开发的乐喜施(LUXEC- OTE），是以尿素等水溶性氮肥为核心，以多种不同溶解度的无机植物营养物质(如磷酸铵镁)为包裹层，整个包裹肥所有成分均为植物营养物质，施入土壤后不会造成任何残留物污染，对环境友好。其缓释程度可通过调节包裹层的组成及结构而改变。中国科学院山西煤炭科学研究所研制开发的腐植酸包裹尿素(UH A)，是将廉价的天然风化煤腐植酸经活化后混入缩合淀粉及一些微量元素，再将其包裹在尿素颗粒上，包裹层占产品总量的15-25。这样不仅发挥了腐植酸本身的增进肥效、促进抗逆、改良土壤、抑制土壤脲酶和硝化菌活性的化学生物效应，而且有效地控制了尿素的释放和分解速度，还为农作物提供了必需的微量营养元素，是一种多功能性的生态氮肥。中国研究与开发缓释肥料的单位还有北京市园林科研所与北京市化工研究院(酚醛树脂包膜复合肥料)、华南农业大学(废弃物包裹缓释肥)、兰州石化公司研究院(高强度缓释尿素)等。中国缓释肥料的生产虽然已经多年，但到目前推广应用比较成功的只有郑州大学工学院的肥包肥型缓释肥料、广东农科院士肥所的缓释水稻肥、上海汉枫缓释肥料有限公司的缓释BB肥。下面介绍几家中国目前生产规模比较大的缓释肥料生产企业：山东金正大公司生产的控释肥料外层的包膜材料采用热塑性树脂、滑石粉和玉米粉，包膜工艺采用流化床喷动塔。上海汉枫缓释肥料用硫磺包膜技术主要生产农业缓释肥、林业缓释肥与高档缓释肥。首创集团复合肥缓控释研究中心以热塑性树脂松节油为原料，年产3000吨包膜肥料。天津康龙生态农业有限公司年产5万吨包膜肥料，天津武清区撒尔特公司年产10万吨控释肥料，湖南益阳康利泰实业公司年产5万吨包膜肥料，深圳芭田生态工程公司年产10万吨控释肥料，新沂蒙复合肥有限公司设计年产30万吨包膜控释肥料，以上几个公司主要采用水溶性高分子材料如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等与高岭土、缩合淀粉等制备包膜材料。国外包膜技术发展状况1961年美国TVA公司研究硫磺包膜尿素，并于1971年投产。这一工艺被世界上许多公司采用如英国ICI公司、美国ADM公司等。由于硫膜存在残缺孔洞及易被微生物分解致使养分控释不稳定，20世纪80年代其改进工艺采用有机聚合物和硫双层膜改进硫包尿素控释性能，即在硫包尿素外层再包一层有机聚合物成为硫-聚合物包膜尿素（PS CU）。聚合物包膜材料是目前发展最快、效果最好的一类控释包膜材料。1964年美国ADM公司开发了以热固性树脂为原料的包膜技术并率先实现了工业化生产。此后德国、日本、加拿大等国陆续开发了各类聚合物树脂包膜材料。目前在生产中常用的树脂有下面几类：1）醇酸树脂1967年美国生产的Osmocote所用的包膜材料就是醇酸树脂，使双环戊二烯和甘油酯的共聚物。醇酸树脂可以很好的控制成膜厚度，控释性能较好，可以应用到各类颗粒肥料。2）聚氨酯类 这类包膜材料是在肥料表面直接以聚异氰基和多元醇反应生成的树脂包膜，形成了抗磨损的包膜材料。3）热塑性树脂包膜材料 最常用的技术是将热塑性树脂如聚乙烯溶于有机溶剂如氯仿中，通过流化床反应器喷涂到肥料表面上；或者将聚烯烃与辅料的熔融液直接喷涂到肥料表面。日本首先开创了热塑性树脂包膜研究。90年代初，日本研制出聚烯烃包膜肥料技术。具体做法是在聚烯烃熔融体内加入滑石粉和金属氧化物从而改善聚烯烃的通透性和降解性，达到控制肥料释放速度的目的。还有一些热塑性聚合物包膜技术和产品，如加拿大的一种乳胶包膜尿素产品，选用聚偏二氯乙烯水乳液喷涂在肥料表面，不需回收溶剂；英国的研究技术是将天然橡胶经过改性涂敷在肥料表面。波兰的研究集中在聚砜包膜材料上，利用反相技术在肥料表面生成聚砜树脂、醋酸纤维素和聚丙烯氰包膜，研究表明可以达到控释目的，并改善了肥料表面的抗磨损性。进一步的研究表明，在聚砜中加入改性淀粉可以调节聚砜的降解性和核心肥料的释放量。4）由于人们意识到塑胶薄膜对环境的污染破坏，可以生物降解的高分子材料成为了包膜研究的焦点。日本、德国、以色列等国相继开发了光降解塑料和生物降解塑料的包膜技术。其中光降解聚乙烯树脂包膜材料的使用已经占到日本包膜肥料的50%。此外，目前国际上研究热点集中在具有多功能的包膜材料上，例如保水功能、改善土壤环境、防止水土流失。缓控释肥料的发展历程与前瞻(2011-06-08 10:59:56)标签：杂谈控释肥料是以包膜、包裹的方式达到延长水溶性肥料的肥效期，提高肥料利用率，减轻施肥过量对环境的污染，日益受到各国专家的重视。氮肥因受到脱氮(denitrification)、挥散(volatilization)、淋溶(leaching)、土壤固定(soil fixation)以及土壤表面径流(surface runoff)等作用之影响，氮素损失高达50%以上，尤其在高温多雨气候下，施用方法不当如表土施肥不覆盖，以及排水不良或水田不排水等情况下施肥，氮肥利用率可能更低。钾肥亦同样因淋溶、表面径流、土壤固定等作用而容易损失。以提高作物对营养要素回收的立场观之，控释肥有下列三个主要的优点：1. 减少要素因淋溶与表面径流所造成之损失；2. 减少土壤中之化学性与微生物性的固定作用；3. 对氮素而言，减慢硝化作用及减少因氨挥散与脱氮之损失；另外尚有下列各项优点：4. 减少因局部聚积高浓度之盐分与大量施肥所造成之种子与幼苗之肥伤与叶面灼伤；5. 以稳定的速率供应营养成分，可以改善作物之质量；6. 对饲料作物而言，施用控释肥可以获致较佳的生长，使其季节性之分配较佳，配合牲畜之需求；7. 获得较高的经济效益及节省施肥次数。控释肥的研究已有多年历史先后研制的有尿素甲醛(Ureaform, UF)、尿素乙醛(Crotonylidene diurea, CDU)、异丁醛二尿素(Isobutylidene diurea, IBDU或 IB)、胍脲盐(Guanylurea salt)、乙二酰二胺(Oxamide)、被覆肥料(Coated fertilizers)与浆状肥料(Paste fertilizer)等。一、控释肥料的基本概念、测定标准及制程简介1、基本概念包膜肥料：根据中国农业百科全书定义，包膜肥料为在肥料颗粒表面涂覆其它物质制成的一类缓释肥料，用于成膜的物质有天然产品和人工合成的多聚体如聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯、石蜡、油脂、沥青和硫磺等，它们成膜后具有减少肥料与外界的直接接触、控制水溶性肥料粒子中养分的释放速率、改善肥料理化性能等作用。基本上包膜材料除硫磺外，大多为非植物营养物质，因此，包膜层不允许太厚。但为了形成完整的密封层，也不能太薄(因肥料颗粒表面并非完全圆润光滑，而是存在凹陷与凸起)。通常包膜层重量为肥料总重量的10%一30。包裹肥料(肥包肥)：包裹肥料是包裹型复合肥料的简称。据中国包裹型肥料制造联合体技术数据定义:包裹型复合肥料是一种或多种植物营养物质包裹另一种植物营养物质，而形成的植物营养复合体，虽然符合此定义的肥料早已发明如美国的裹硫尿素(sulfur-coated urea, SCU)，但是此定义是郑州工业大学许秀成等1987年的发明专利中提出的。包裹肥料与包膜肥料的共同点均为通过包覆，使肥料达到缓释的目的，而其主要区别在于，包裹肥料是以肥料包裹肥料，因此，包裹层的重量可占肥料总重量的30-80。此外还有涂层肥料等等能够控制核心肥料不会在短时间内释放的肥料。2、控释肥料测定标准对于控释肥料的测定标准，目前还没有国际标准，世界各地有主导的几种测定方法：（1）目前在美国生产与销售的缓释/控释肥料中的缓释氮均由AOAC970.04 (1990)方法测定。该条目包括两种方法：方法一为水浸出法，在室温下，以去离子水按1:20比例浸泡肥料8小时后，测定未溶解的氮；方法二为淋洗法，在专门设计的装置内测定所淋洗出的氮，从而计算“修正控制释放氮”，这种方法测得的未被淋出的氮，可认为是控释氮。（2）日本的包膜肥料中的养分溶出率，是以水中恒温静置法测得，分为初期溶出率(12.5g试样，在30 250ml水中，静置7天)，这种方法是由美国田那西流域管理局(Tennessee Valley Authority,TVA)的伦特(Rindt)等人，于1968年提出，用以评价裹硫尿素的氮素溶出率。1971年为日本采用，1977年作为法定方法。日本对包膜肥料采用初期溶出率与微分溶出率来测定肥料缓释率。所谓初期溶出率为称取试样12.5g，加入250ml水，在30的恒温箱中放置25小时后，测定养分溶出率；而微分溶出率是由测定在30下恒温7天后的溶出率通过计算求出第2天至第7天之间的每天平均溶出率。初期溶出率是反映那些包膜不完整的肥料粒子数量，显然，包膜不完善的粒子越多，初期溶出率越大，而初期溶出率高的包膜肥料，有可能引起作物烧苗或初期徒长。通常要求初期溶出率不大于40；微分溶出率是评判包衣完整的肥料粒子，平均每天释放总养分百分率，大多数包膜的缓释肥料微分溶出率为每天0.25-2.5。（3）欧洲标准委员会（European Committee for Standardization, CEN），对评判缓释肥料(TC 260/WG 4/TFsrf)作了如下说明:若营养释放在25,能满足下列三条件，则该料肥可称为缓释肥料，24小时释放不大于15；28天释放不超过75；在规定的时间内，至少有75被释放。通常以肥料在水中的溶出率来评价肥料的缓释性。另一类测定包膜肥料养分释放速率的方法为土壤溶出率，此方法操作较复杂，但是测定结果比较接近肥料在土壤中的释放规律，此方法多用于研究机构进行控释肥料的研究工作。一般，控释肥料在土壤中的溶出率会比在水中的溶出率小。所以，常用的测定方法还是利用去离子水溶出率法评价控释肥料。3、各种缓释/控释肥料的制程简介聚合物包膜肥料，将聚合物溶于水或有机易挥发溶剂中，然后喷涂于流化的颗粒肥料中，在热空气流的作用下，溶剂迅速挥发，在肥料颗粒外表形成均匀的外膜壳。目前主要有沥青、石蜡、聚烯烃类树脂及其衍生物、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、聚氨酯类树脂和醇酸类树脂等，该类肥料具有控释功能。包裹肥料，采用盘式造粒(pan granulator)或滚桶造粒(drum granulator)制程，在添加一定量固体物质的同时喷洒黏结剂(binder)滚动包裹而成，所采用的固体物质可以是有机物料、黏土矿物和矿质肥料。SCU 是用熔融的硫磺包裹被预先加热的尿素颗粒制成。尿素包膜后，用密封剂(3%熔融蜡和2%煤焦油混合物)喷涂包住膜上的裂缝，以减少硫包膜的生物降解(bio-degradation)。最后用硅藻土作为调节剂，形成第三层膜。该产品含31%-38%的氮和17%的硫。尿素甲醛(Ureaform) 是尿素与甲醛缩合制成的缓释氮肥，是目前应用的主要缓释肥之一，有很长的研究应用和生产历史。尿素甲醛含氮量33%-38%，其中50%-60%以上溶于水。二、控释肥料的发展历史1、美国：1961年美国开展了裹硫尿素(SCU)试制，并将SCU称为控制释放肥料。1951年美国ADM公司以二聚环戊二烯和丙三醇酯共聚生产包膜复合物，商品名Osmocote。美国是世界包膜肥的发源地，目前SCU，Osmocote仍为世界上最有影响力的包膜肥料。1978年在美建成10吨/小时 SCU的示范生产厂，从试制到建厂历时17载，这是因为要使尿素成为控释肥并非易事。SCU的包膜层是由包硫层、密封层(石蜡煤焦油或聚乙烯重油)、扑粉层(硅藻土粉以防粘结)所组成。SCU典型组成为:尿素77.5%一79.5%、硫磺16%- 18%、密封剂2.0%-2.1%、抗结块剂2.3%-2.5%，总氮量36%,7天中尿素溶出率15%-25%。7天后微分溶出率0.5一1%/天。总体密度0.72一0.77 kg/L。在裹硫尿素方面，包硫层外再加聚合物层，以改善SCU的释放特性。这种改进了的SCU称为PolyS.在美国使用很普遍，售价比聚合物包膜肥料便宜。在聚合物包膜肥料方面，有用甲苯和硫酸处理松香树脂所得蜡状物质包膜，用乙烯甲基丙烯酸共聚物锌盐，用水分散的乙基纤维素，用醇酸树脂与不饱和油共聚包膜，以及对称、非对称聚脲氨基甲酸酯包膜，或异氰酸酯包膜等专利技术。2、日本日本从60年代开始研究包膜肥料研究初期学习美国技术。据报导,1965年昭和电工将复合肥料送给美国ADM公司(Osmocote制造商)包膜，1970年昭和电工注册了一种热固型树脂包膜肥CSR；三井东压在美国TVA公开SCU的技术基础上，1975年生产并注册了三井东压的SCU及裹硫复合肥料。随后，日本多家公司开发具有日本特色的热塑性树脂包膜肥料。窒素（氮）公司注册的热塑性树脂聚烯烃包膜肥料在国际市场称为Nutricote，与美国的Osmocote同为国际知名品牌。后来旭化成与窒素（氮）公司合并后，成为口本最有实力的包膜肥公司。80年代日本包膜肥呈现百花齐放的局面。3、欧洲欧洲传统使用微溶性含氮化合物缓释肥料。德国的巴斯夫 BASF AG公司是制造缓释肥料的先驱,1924年取得第一个制造尿素醛类肥料的专利，并于1955年工业化。在早期的德国专利中，有用草炭包裹无机肥料制得具有腐植酸效应的控释肥料，它们代表了缓释/控释肥料的初级阶段。1990年以前，德国的包膜控释肥大多是由设在荷兰的Scotts Europe供应(Scotts为美国公司)。1990年德国Aglukon以自己的专利技术生产包膜肥Plantcote以及Plantcote mix，后者是聚合物包膜肥与甲叉脲缓释肥的混合物；德国BASF AG公司的子公司COMPO，近年来积极实施新发明的制程，1998年将一系列新的包膜肥以Nitrophoska Top, Basatop Sport以及Basacote plus的商品名在欧洲销售。据称这是一类以弹性聚合物包膜的肥料，它可控制释放或适时释放养分，因此，与作物对养分的需求有较好的匹配。西班牙的控释肥料主要还是进行研究工作，没有生产。英国、法国情况也类似，都有进行控释肥料包膜材料的研究，但是没有进行工业化的生产。在西欧国家中，最主要的就是设在荷兰的Scotts Europe公司，是西欧聚合物包膜肥的最重要供货商。欧洲各国的缓释/控释肥料研究呈现多样性，都是根据不同国家的特点，研发适合本国的肥料品种。以色列海法(Haifa)化学品公司最早以金属脂肪酸盐及石蜡包膜KNO3,1988年取得欧州专利。1990年输入美国，商品名Multicote。1993年改为聚合物包膜，由美国田纳西州Cedar化学公司代理在美销售。现在Haifa公司已发展成为品种齐全的聚合物包膜尿素、NPK及KNO3的控释肥料世界供货商，大量出口美国、西欧及日本市场。以色列Haifa工业大学还不断进行控释肥料的研究，包括减少环境污染的生物性包膜材料研究以及建立环境友善的施肥技术等等。4、其他国家印度开发控释肥注意结合本国资源特点。提斯浦尔大学的Karak介绍了利用印度栋树仁提取物及虫胶包膜尿素。圣雄甘地大学在实验室用丙烯酰胺共聚物包膜尿素制取控释肥。还有用硝化抑制剂硫醇包膜尿素，并申请专利。大部分的印度控释肥料都是用尿素作为包膜的核心，因为印度的尿素生产消费是世界第二位仅次于中国，而且尿素的流失造成了严重的环境污染。“韩肥”是韩国唯一生产控释肥的公司。泰国Mahidol大学的Tangboriboonrat等人开发了尿素用天然橡胶乳液包囊制备控释肥。综览各国发展缓释/控释肥料的历程，无不体现本国的特色。美国以包膜尿素为主；日本以聚合物包膜居多；欧洲则以发展含氮微溶性化合物为先；以色列利用死海钾盐生产硝酸钾，所以优先发展聚合物包膜硝酸钾；埃及氮肥以硝酸铵为主，所以用丁苯橡胶包囊硝酸铵；印度以本国特产印度栋树仁提取物及南亚虫胶包膜尿素；泰国盛产橡胶，以天然橡胶乳液包囊肥料。因此，中国发展控释肥充分考虑了价廉，发展中国的控释肥不必刻求向那个国家学习，而应走自己的道路。三、控释肥料发展现状在21世纪，世界人口增长对粮食需求的压力仍很大。可以预见，在整个21世纪化学肥料的使用仍将是不可替代的农作物增产的重要措施之一。当前，发达国家普通化肥的消费已呈现零增长甚至负增长的趋势，但包膜化肥的消费仍以9-10的年增长率得到高速发展，每年的包膜肥料美国消费量最大，约占70，多用于高尔夫球场、花卉、苗圃及园艺和大型农场的现代化耕作系统。2005年用量达495,000吨。日本的消费量约占世界总消费量的20，主要用于农业市场，其中70用于水稻，20用于西红柿、胡萝卜、莲藕等蔬菜。2005年消费92,600吨。西欧则消费140,900吨，也是大部分用在园艺作物和草坪上。总计全世界消费量为728,600吨，占全体肥料量的0.5%。520世纪90年代后期，缓释/控释肥料的消费总量为56万吨左右，仅占世界无机矿质肥料消费总量的0.15左右。业内人士认为没有明显的技术性突破，缓释/控释肥料不会大量应用于粮食作物。日本的缓释/控释肥料产品(聚合物包膜肥料)由于得到政府补贴政策和专用侧施插秧技术的配合，才应用于水稻种植，可使氮素利用率提高到61-82。但是国际上由于缓释/控释肥料的生产成本和销售成本明显高于传统肥料，使得这种肥料还是大部分用于专业园艺、苗圃、温室、高尔夫球场、家居庭院、观景园林和公园等高价作物和非农业领域。以下为各国目前的控释肥料生产商情况：1、美国：(1)Pursell公司该公司在亚拉巴马州的锡拉科加(Sylacauga)Pursell技术公司生产的缓释/控释肥料是包膜型，在生产中采用了“反应层(RLCTM)包膜制程”，使二种反应单体于滚筒中在肥料颗粒表面产生聚合。大量的产品是以“POLYON”商标在市场销售，其品种有POLYON包膜尿素(PCU),POLYON包膜硫酸钾、POLYON 包膜硝酸钾、POLYON包膜磷酸一铵、POLYON包膜NPK颗粒肥料。其它的控释肥料以“TriKote”为商标投放市场的品种有TriKote聚合物/裹硫尿素、TriKote聚合物/裹硫硫酸钾、TriKote聚合物/裹硫磷酸一铵。(2) Scotts公司该公司有4种树脂/聚合物包膜技术，设有生产不同商标产品的生产线。 醇酸树脂包膜技术应用于下列商标产品的生产线:Osmocote, Osmocote PlusTM, Osmocote Exact, Osmocote Mini, High-N、 Sierra ,Sierrablen； 聚合物包膜技术应用于下列商标产品的生产线:Prokote ,ScotKote； 聚合物包囊硫衣技术应用于下列商标产品的生产线:ProTurf ,ProGrow； 亚甲基脲(MU)技术应用于下列商标产品的生产线:ProTurf ,ProGrow。2、德国：(1) Aglukon Spezialdunger公司生产树脂包膜技术的肥料，其主要产品有: PLANTACOTE DEPOT养分14-9-15，其肥效期为4个月、6个月或8个月；养分13-8-15，其肥效期为12个月、18个月。 PLANTACOTE MIX养分15-10-15十2MgO +TE微量元素)，肥效期为4个月、6个月或8个月;养分14-9-15+2MgO十TE，肥效期为12个月和18个月。压缩型NPK Mg-TE肥料，肥效期为4-14个月。PLANTOSAN 是以尿素甲醛为基础的NPK肥料，其中含有镁和微量元素，具有控释效果。NUTRALENE,AZOLON和NITROFORM是亚甲脲和NPK的配方肥料，肥效期3-16个月。(2) BASF Aktiengesellschaft公司生产和销售的控释和稳定肥料有: Basacote 商标的包囊NPK复合肥； 以Isodur商标的IBDU基础上的多种控释肥料，是以Floranid商标投入市场； 以Crotodur商标的CDU基础上的控释肥料，是以Triabon商标投入市场； 以 Nitrophoska,Nitrophos商标的稳定肥料是掺有双氰胺(DCD)的NPK和NP复混肥料； 以 Basammon商标的稳定肥料是掺有双氰胺(DCD)的硝硫酸铵肥料。3、以色列：海法(Haifa)化学品有限公司设有一条树脂包膜肥料生产线，其制程是:颗粒肥料在加热的旋转盘式机上，用脂肪酸和金属氧化物进行表面包膜处理，其产品有包膜NPK复合肥、包膜尿素、包膜硝酸钾，以商标Multicote投入市场。4、日本：Chisso -Asahi肥料有限公司该公司以热塑树脂，如聚烯烃等为包膜材料，其产品有包膜尿素、包膜氯化钾、包膜硫酸钾等，具有各自不同的肥效期，以商标MEISTER投入市场。另外，还有以聚烯烃包膜的NP,NK和NPK复合肥料，肥效期从40天到360天，以商标Nutricote投入市场。5、中国：当前，中国境内众多的科研院所、高校均在开展缓控释肥料研制。北京农林科学院、山东农业大学的聚合物包膜控释肥分别由北京首创集团新型肥料公司、山东金正大集团实现产业化；大连汉枫集团引进加拿大裹硫尿素技术在江苏设厂生产；中科院石家庄现代化农业研究所的涂层肥料，广东农科院土肥所、湖南农科院土肥所、中国农科院土肥所、华南农业大学开发的包膜、包囊肥料也正在或已经实现产业化，郑州乐喜施磷复肥技术研究推广中心长期致力于开发以枸溶性磷肥包裹水溶性氮肥的缓释、控释肥料，产品已经在国内和国外申请发明专利同时注册了产品商标Luxecote/Luxacote，并大规模生产应用在高尔夫球场、景观草坪等，在国内产品商品名为乐喜施。进入21世纪，我国正在形成缓释、控释肥的生产与使用高潮。四、控释肥料的问题及展望面向21世纪的化学肥料应该是高效(高利用率)、节能(节约资源)、复合化多功能复合的肥料。高利用率肥料是国际公认的21世纪肥料发展方向之一。由于用肥过多而造成的土壤污染问题，以及其他的一些土壤理化性状的改变从而使低污染高效率的肥料成为肥料发展的必然趋势。节能不仅意味着降低成本，增强产品竞争力，更重要的是降低资源消耗，有利于待续发展。传统氮肥、磷肥生产工艺在节能及节约资源方面均存在严重的弊端。为了21世纪工农业的可持续发展，应研究用生态学制程代替传统制程。生态肥料制程以能耗最低，对环境排放量最小为目标。为此，低浓度、低能耗肥料制程的开发；低排放、零排放肥料制程的开发；在土壤中的行为接近自然肥料的缓释/控释肥料的开发；以及工农业废弃物、污水、污泥的无害化处理并转化为缓释肥料等均符合生态肥料制程。关于复合化问题。20世纪90年代，中国农民接受氮磷钾复混肥的程度逐渐增加。化肥企业还力图表明复混肥中除NPK外，还含次量、微量营养元素。进入21世纪，有机-无机复混肥、有机-无机-生物肥在中国许多展览会、双交会上成为“新秀”，且有压倒氮磷钾复混肥之势。在有机-无机复混肥中，21世纪可能得到大规模发展的是以处理过的畜禽粪为主，配以少量化学肥料的有机-无机复混肥。但是由于检疫问题，外国的含有动物粪便成分的有机肥料目前很难通过海关进入中国，因此所有含有动物成分有机成分的肥料，大部分为国产肥料，中国的有机肥料资源也是非常大，而且有机肥料更有利于土壤的持续耕作，因此以后的发展趋势可能是有机-无机肥料发展速度加快，甚至可能过渡到有机肥料为主，无机肥为辅的局面。中国中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)安排了8个重点领域的27项前沿技术及18个基础科学问题。作为重点领域的农业，安排了9个优先主题，其中:第6个优先主题为环保型肥料创制和生态农业。重点研究开发环保型肥料，农药创制关键技术，专用复合(混)型缓释、控释肥料及施肥技术与相关设备。在世界范围内，缓控释肥料生产与消费的制约条件是产品价格。1996年美国肥料市场价格:尿素300美元/吨，尿醛肥料(38-0-0)600美元/吨，IBDU(30-0-0)900-1000美元/吨，聚合物包膜尿素600-1000美元/吨、聚合物包膜复合肥料1500-2000美元/吨。1999年郑州乐喜施公司在美国协助建厂时，散装尿素批发价140美元/吨，聚合物包膜尿素批发价700美元/吨，包膜控释肥料的价格为普通尿素价格的5-6倍。价格高的原因有:包膜材料比被包膜肥料的价格高几倍；为实现包膜完整，对被包膜肥料的外形及粒度有一定要求；加工制程比普通肥料复杂及生产能力相对较小；新产品宣传、营销费用高。因此，降低生产成本是促进缓释、控释肥料发展的首要任务。人们对包膜控释肥料的研究和开发越来越重视，控释肥料也越来越受到消费者的认可。虽然控释肥料已经商品化，但是由于成本较高，价格还不能被广泛接受，因此目前仅占世界肥料总消费量的0.5以下。要拓宽控释肥料的应用，在不断提高控释肥料的可控性和减少环境污染问题的同时，还必须不断寻求更廉价的包膜材料，不断改进包膜工艺，才能实质性降低控释肥料的价格，更好地推广应用。控释肥料需要逐步从园艺市场发展到大田作物，主要取决于控释肥料的成本问题。此外，控释肥料另外一个发展方向是要提高肥料的利用率，使控释肥料的养分释放能够符合作物生长的需肥状况，在提高利用率的同时，增加产量，提高质量，还可以节省劳动力，从而得到实际的经济效益。此外，控释肥料的发展也需要注重环境的友好，这样才符合农业永续发展的要求。在发展肥料的同时，也需要注重施肥的其他配套设施和方法，例如了解植物的需肥特性，制定相应的施肥方案等等，这样才能综合提高肥料的利用率，真正发挥控释肥料的作用。核心要点：1.了解控释肥的国内外研究与应用现状；2.了解控释肥的控释特性及其释放机理；3.掌握控释肥的类型及其控释材料与制取途径；4.把握控释肥未来研究的重点、热点问题及发展趋势。主体内容一、研究控释肥料的必要性我国是农业大国，在很长的历史时期，农业生产只使用农家肥料。直至20世纪30年代，首次从英国进口硫酸铵（当时称为“肥田粉”），中国才开始使用化肥。1937年，由我国自行投资建设的化肥厂在江苏省南京市正式投产，从此中国开始有了国产硫酸铵肥料。农业实践证明，在粮食增产诸多因素中，使用化肥占有40%左右的作用，是优化作物品种、改善灌溉条件和栽培技术等所不能替代的。我国现有耕作制度和施肥方法，化肥的当季利用率一般为30%左右，其中氮肥为30%35%，磷肥为10%20%，钾肥为50%60%，而磷肥和钾肥有后效，其多季累计利用率分别可达到70%75%和75%80%。因此，提高化肥利用率的重点是提高氮肥利用率；另外在施肥中，氮肥的使用量最大，而目氮肥易流失。挥发以及硝化，造成环境污染。发达国家的氮肥利用率为50%60%，比我国高2025个百分点。若把我国的氮肥利用率提高10个百分点，以1996年国产氮肥2000万吨计，即增加了200万吨有效氮，按现有氮肥利用率35%计是570万吨使用氮，折合实物尿素1240万吨。这些尿素相当于24套年产52万吨尿素装置的产量。若建设这些装置要花720亿人民币，进口则要花外汇12.4亿美元；若按每吨氮增产8吨粮食计算，可增产粮食4560万吨；按每吨粮食1000元计算，可增收456亿人民币，还能减少污染、保护环境。以上这些数字只是一些计算，但却显示了提高养分利用率的重要性。19841994年，我国化肥使用量增加近1倍，然而粮食产量仅增长了9.1%。肥料产品的低质性及使用不合理已使我国水体受到不同程度的污染。19521996年，我国的肥粮比（单位肥料增加的粮食量）已由16.1下降为2.4。农田氮素损失率达30%50%，每年通过淋溶、挥发等途径损失氮素约900万吨，价值约400亿元，并造成严重的环境污染。其原因主要为，我国化肥生产品种单一，以低浓度单质速溶化肥为主，氮肥中碳酸氢铵仍占48%左右，高浓度尿素约占43%，效果较好的复混肥只占化肥总产量的10%左右。而且这些肥料的养分，释放速度太快，作物来不及吸收，损失严重。由于化学肥料溶解过快，加快了土壤微生物对肥料的分解。也加快了养分的转化、挥发、淋失及物理化固定。因此，减缓、控制肥料的溶解和释放速度，已成为提高作物肥料利用率的有效途径之一。二、控释肥料的有关概念区分缓释肥控释肥（slowrelease fertilizerscontrolled release fertilizers简称SRFsCRFs）是控释肥料研究初期所采用的名称。缓效肥（slow release fertilizers 缩写为 SRFs）又称缓释肥料、长效肥料、迟效肥料，通常由于肥料化学成分改变或表面包涂半透水性或不透水性物质而使其中的有效成分缓慢释放。它的优点是比常规肥料养分释放慢，损失相对较少；其缺点是肥料释放养分的速度与作物需要不一定吻合，作物大量需要时供应不上，作物需要少量时肥料养分依然释放，造成养分流失。缓释肥的高级形式为控释肥（controlled availability fertilizers缩写CAFs），通过各种机制措施预先设定肥料在作物生长季节的释放模式（释放期与释放量 rate and duration/pattern and duration），使其养分释放规律与作物养分吸收相同步，使肥料释放养分的速度与作物需要养分的量一致，使肥料利用率达到最高。其中具有代表性的Nutri-cote包膜复合物（NPK 131313）控制氮素释放速度在 100360天，氮素释放量为80%，还有 20%未释放，氮素利用率60%70%。控释肥通过肥料颗粒表面包膜厚度和空隙大小调节养分的释放速度，最初选用非亲水性高分子化合物，但中于包膜价格昂贵和其在土壤中分解缓慢而带来环境污染问题，科学家们正试图用亲水性高分子聚合物作为肥料粘结剂或包膜材料，如果该项研究能够有所突破，将可大大提高肥料利用率，特别是提高氮肥利用率。而缓效肥或长效肥则是缓释肥或控释肥的通俗译法，它并不能准确反映控释肥的真正含义。通过30多年的研究，人们发现缓释肥、养分释放远远慢于常规肥料，其养分释放显著地取决于温度、水分、生物活性及干湿等因素。而且，缓释肥养分释放与作物养分吸收需求不一定同步，因此，其相当数量的养分也被固定、淋失、挥发而损失。因而，人们逐渐偏向采用控释肥这一相对较新的提法，其养分释放对温度、水分、生物活性、干湿等因素依赖较弱。控释肥则是20世纪90年代以来出现的最新提法，具有养分释放与作物吸收规律相同步的功能，因此，其肥效有很大的提高。这一功能也成为决定与衡量控释肥肥效（利用率）高低的重要指标。它也反映了控释肥研究的最新方向。缓释肥料、包膜肥料、包裹肥料、涂层肥料、控释肥料、肥效调节肥料等名词出现在不同文献中，它们的概念相近，但内涵有所区别。1包膜肥料包膜肥料为肥料颗粒表面涂覆其它物质而成的一类缓释肥料。2包裹肥料据中国包裹型肥料制造联合体资料定义：包裹型复合肥料是一种或多种植物营养物质包裹另一种植物营养物质而形成的植物营养复合体。3涂层肥料涂层肥料是在肥料颗粒表面涂覆某种物质以改善肥料的物性或肥料功效。4缓释（缓效）肥料缓释（缓效）肥料是施入土壤中的能缓慢释放其养分的肥料。5控释（肥效调节）肥料控制释放肥料是指那些养分释放速率能与植物需肥规律相一致或基本一本致。这类肥料能最大限度地提高肥料利用率，防止多余养分对环境的污染。被认为是21世纪肥料的发展方向。三、国内外研究与应用现状控释肥料研究始于20世纪60年代中期的美国。随后，一些国家也相继开展研究。之后，美国、加拿大、英国、日本、以色列等国家有产品相继问世，且其肥料生产量呈上升趋势。当前，美国、日本居于控释肥研究前列。中国于20世纪70年代初期研究，应用以碳铵和磷酸铵镁制成的包膜粒状碳铵缓释肥，但未形成规模生产。中国再度重视、研究控释肥始于20世纪80年代末期，现国内已有3个研究所具有研制试验用控释肥料的实验设备。同时，也有一些化肥厂试产硫包膜尿素肥料。但是，国内尚无真正意义的控释肥生产厂家。产品全部是试验品，还没有真正的商品控释肥。我国控释肥研究水平、生产及应用规模与日、美等发达国差距甚大。在控释肥应用方面，日本主要用在蔬菜、水稻、玉米等作物上；美国主要用在优质观赏植物方面，并有向其他作物发展的趋势。我国主要在水稻、甜菜、棉花等作物上有试验研究；其他国家一般用在经济价值高的作物上。随着控释肥生产成本的降低及产量的增加，控释肥在各类作物生产中的广泛应用是化学肥料发展的必然方向。四、控释肥料的类型（一）按其控制溶解方式一般划分为四类：1物理障碍因素控制的水溶性肥料，如包膜、基质复合；2微溶的无机物质，如金属磷酸氨。3化学或生物降解微溶有机物质，如脲醛缩合物、草酰胺、异丁烯环二脲；4在土壤中逐渐分解的物质，如烷基化尿素、胍基化尿素等。（二）从工艺学的角度，根据释放控制方式也可划分为四类：扩散型、侵蚀型或化学反应型、膨胀型、渗透型。（三）通常制取控释肥料的主要途径以不溶或难溶于水的物质作为包膜材料，把水溶性养分的肥料包裹起来，通过膜孔、被溶的养分透过包膜向外扩散，达到养分缓慢释放，以利作物及时吸收利用。这种肥料称为包膜肥料（Coated Fertilizer），也称包衣肥料、包裹肥料、涂层肥料、涂膜肥料，这是控释肥料中较为普遍采用的方法。在控释肥研究，以包膜包被可溶性肥料的包膜肥料、化学或生物降解的微溶物质控释肥为主。以有机聚合物包裹尿素颗粒形成的“Osmocote”是最初研制和工业生产的控释肥料；硫包膜尿素是美国田纳西管理局随后研制出来的控释肥。20世纪80年代以来，新出现的包膜控释肥有Nutricote（加拿大）， Meister（日本）， ProkotePlus，Multicote；脲醛缩合物，草酰胺为包膜的化学或生物降解的微溶肥料；而烷基化尿素为正在研究中的生物降解微溶物质类肥料。由于包膜控释肥的包膜材料具有土壤结构改良剂和控制养分释放的双重功能，包膜控释肥在控释肥（尤其是氮肥）研究与应用方面占有重要地位。归结起来，通常制取控释肥料主要有4条途径：1合成缓溶有机氮肥，如脲甲醛（UF）、异丁叉十脲（IBDU）等；2合成缓溶无机氮肥，如磷酸铵镁（NH4MgPO4）等；3包膜(裹)缓释、控释肥料、如硫衣尿素、涂层尿索、 Nutricote CAFS、Luxuriance（乐喜施）；4生产抑制剂改良的缓释肥料，如长效碳铵（添加改良的DCD）、长效尿素（添加HQ）等。五、控释肥的控释材料目前，已应用和正研究的控释材料可分为无机物和有机物两大类。无机物有硅、硫、石膏、磷酸盐等。有机物为一些高分子亲水聚合物，其在土壤结构改良（保水剂）和胶囊药物方面已成功运用多年。高分子聚合物有天然、半合成和合成三大类数十种聚合物及共聚物，在天然聚合物中研究过的有瓜尔胶及其改性型和天然橡胶。由于天然聚合物是在自然条件下生成的，其易被生物分解控释特性较差，因此，研究者注重半合成和合成聚合物的研究和应用。半合成聚合物是对天然聚合物迸行改性或嫁接其它高分子形成的具有强大交换量的聚合物。包膜控释材料的种类很多，其选用的原则是：有缓释养分的功能；有可靠的包膜技术；不妨害肥料养分的性能，即肥料有效养分不受损夫或减少；不污染土壤和环境，符合可持续性发展的要求；适用于机械化施肥，保持肥料的强度和松散性；成本低廉，工厂有效益，农民能接受。六、控释肥控释特性及其释放机理研究提高控释肥料的肥效，除了寻找新化合物或新的更加有效的控释村料外，还有赖于评价控释肥控释性能的各种方法的完善，这不但包括实验室评价控释肥性能的简便测试法，而且还应包括预测田间控释规律的模型，更应有实验室测试法和田间控释规律的相关模型。这些是工业或实验室研究或设计控释肥的基础技术。这方面虽已有一些研究报道，但并不系统，也无统一的标准。包膜控释肥养分释放是水蒸气通过疏水膜向肥料颗粒内的扩散，及随后包膜的爆裂或膨胀，这两方面又促进包膜颗粒内饱和溶液外流的机理。对包膜硝酸钾肥料控释速率的单个颗粒和群体动态的研究认为，由于包膜颗粒群体中，单个颗粒的养分释放各不相同，其初始释放养分的颗粒控释速率显著不同于群体大部分颗粒控释速率，但群体颗粒的控释速率基本服从一级速率方程。表明单个肥料颗粒在不同时期可供给植株根系养分，但为了保持养分供应平衡则需要根区有足够量的颗粒群体，这依包膜肥料颗粒大小而定。七、控释肥料研究存在的问题尽管控释肥料研究取得一定进展，但仍存在许多问题：a)包膜控释材料或控释制作工艺复杂，致使成本昂贵，一般高于常规肥料23倍。目前绝大部分仅用于经济价值较高的花卉、蔬菜、草皮等生产，尚需开发价廉、优质、高效的控释肥料品种；b)控释肥肥效评价过于简单，严格的同位素示踪技术评价十分稀少。肥效评价仅限于简单的对比试验，对控释肥在田间的去向缺少系统定量评价，尤其是在不同农业生态条件下，控释肥在各种作物上的肥效也缺乏系统严格的定量评价。此外，关于控释肥应用而减少养分损失所带来的经济和环境效益缺乏定量评价，控释肥使用在保持土壤生产力方面的作用也急待研究。c)控释肥料的释放速率和模式与环境因素之间的关系，有待进一步的系统研究；d)控释肥控释性能的测试方法也有一些报道，但很零散，而且各种测试方法因采用的介质、仪器不同，预测控释肥控释性能的准确度大不相同，缺乏统一测试标准。此外实验室测定参数与田间控释肥控释期限和效果缺乏相关研究；e)控释肥料种类还比较单一，以缓释氮肥为主；f)只强调了缓释，忽略了促释，真正意义上与作物需肥规律同步释放的控释肥料很少。八、控释肥研究领域的重点、热点问题促进高产、高效、优质、低耗、无污染农业健康稳定发展，增强农业科技创新水平，研究和开发缓释、控释复合肥料技术和精确施肥技术，形成系统的肥料创新体系，21世纪我国肥料科学的主要研究方向和任务应该是：1大力推广平衡配套施肥技术，开展缓释、控释技术的研制与开发，研究不同土壤及作物的供肥及需肥规律、确定肥料配方；2进一步研制和开发新型、高效廉价控释材料重点研究环境友好控释材料、亲水性高分子材料性能，并研究其控释机制；3进一步研究开发控释肥料的简单生产工艺；4进一步系统、严格地评价控释肥田间应用肥效及控释肥在土壤中的去向，为控释肥在各种农业生态条件下最佳满足不同作物营养需求，改进控释肥设计，提供科学依据；5研究建立测试控释肥控释性能的标准测试方法；6研制环境友好控释尿素、控释复混肥及专用肥和控释胶粘复混肥；7开发稻田抑氨分子膜，重点开展稻田分子膜的自然物质和生物化学合成技术研究，深入探讨成膜物质分子结构、分子去向以及分子排列与抑制氨挥发效果的关系；8开发适合我国农户小规模生产的精确施肥技术；9缓释、控释技术与生物防治技术相结合的研究；10有机-无机复合肥料的配比及控释技术研究。国外缓控释肥研究现状(2011-06-08 11:52:24)标签：杂谈自1948年美国的K.G.C1art等人合成了世界上第一个缓释脲醛肥料后，缓控释肥料的研发经历了一个多元化的发展过程。20世纪80年代之前，研究方向主要为尿素-甲醛缩合物、聚烯类等作为包裹肥料膜，肥料中掺杂其它难溶物、添加剂、抑制剂等生产缓释肥料；20世纪80年代是缓控释氮肥研发突飞猛进的年代，缓控释氮肥开始走多元化道路，其研究方向也随之扩大，主要是对硫磺、聚乙烯、磷酸镁铵等作为包裹肥料膜材料