新型肥料的国内外研究现状

1、新型肥料的国内外研究现状新型肥料的定义新型肥料是指选用新材料、采用新方法或新工艺制备的具有新功能的肥料（张夫道，2005）o目前新型肥料还没有完善的分类体系，按照新型肥料的组成 和性质，新型肥料可分为 4大类，分别为：缓/控释肥料、商品有机肥料、生物 肥料、多功能肥料。我国新型肥料的发展进程见图1 （夏循峰等，2011）。1850 年 1900 年 194(年T7O 年 2000 年 201()年图1 我国新取肥料的发展进程1缓/控释肥料1.1缓控释肥的定义国际肥料协会对缓释和控释的定义为：缓释和控释肥料是那些所含养分形式在施肥后能缓慢被作物吸收与利用的肥料；所含养分比速效肥（例如硝铵、尿素、

2、 氯化钾）更长效的肥料。美国作物营养陇会（AAPFCO）对缓释和控制释放肥料的定 义为：所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料（翟军海等，2002）。1.2缓控释肥评判标准欧洲标准委员会（LEN）对缓/控释肥料所作的规定为：在 25 E水浸提的条件 下，肥料养分的释放要符合以下条件：肥料中的养分在 24h内的释放率不超过 15%,在28d之内的养分释放率不超过 75%;在标明的释放期内，至少有75%的 养分释放出来（ TRENKEL M E 。1997；李卫牛等， 2008；TRENKEL M E ，石兀 亮等，译。 2002）。2007 年，由国家化肥质量监督检验中心 （上海）与亚洲最大的缓控释

3、肥生产企 业山东金正大集团共同起草、 国家发展改革委批准的 缓控释肥料 行业标准正 式施行。根据该标准的规定，在温度25C时，（1）肥料中的有效养分在24h内的释放率不大于15%; （2）在28d内的养分释放率不超过75% ； （3 ）在规定时间内， 养分释放率不低于 80%。1. 3缓控释肥的研究进展1. 3.1 国外研究进展在 20世纪 3040年代，各种含氮有机化合物（化合成缓释氮素产品， 如 CDU， IBDU，UF）在欧洲和美国得到了长足发展，之后的60、70年代，对颗粒肥料进行包裹形成包囊肥料 （包膜肥料 ）的技术开始广泛兴起，一般认为 1961 年美国 的 TVA 研制成功的硫衣

4、尿素是包膜肥料研究的开端，但由于硫磺抗水性不够， 缓释效果不是十分理想， 采用沥青或石蜡进行一次包膜， 增强了膜的抗水性， 提 高了缓释性能，经过近 30年的研究于 20世纪 60年代才形成具有一定规模的生 产能力。Boiler和Graver在1961年申清了主张使用环氧/聚酷系统树脂包膜复合肥料 的专利，专利申清者是美国的 ADM 公司，Sierra Chemical Company采用这些专 利，注册商标名称为“ OsmocoteTM ”;并很快变为“ The Foundation for Plant NutritionTM ”的控释肥料，“OsmocoteTM ”的商标于1993年被美国

5、The Scotts Miracle-Gro Company购买。Stans前ry等人在1964年申清的专利中描述了使用 沥青和微品石蜡（23wt%）和CaCO3包裹（NH4）2SO4而成的缓释肥料。1966年 美国杜邦公司提出用甲醛气体与尿素在酸性催化剂的作用下缩合， 制备脉甲醛包 膜尿素。1967年美国在加利福尼亚生产的醇酸树脂包膜肥料 （Osmocote）,醇酸树 脂包膜肥料是双环戊二烯和甘油酷的共聚物， 养分的释放可以通过改变膜的成分 或膜的厚度来控制。 1974 年日本窒素公司在美国申清的专利中详细介绍了生产 聚烯烃包衣肥料的方法，并开发了商品名称为“MeisterTM ”的控释肥料

6、，1987年 Moor 发明了“耐磨控释肥料”的方法，他们利用水溶性的含氨基的肥料作为 核心，利用氨基的亲核作用和一些含亲电基团的化合物反应结合。 形成聚合物包膜层。1988 年以色列的 Blank 使用一些高粘性不饱和油和低粘性不饱和油， 用转动 盘设备进行反应交接成膜随后日本的 Fujita 在 1991 年以聚乙烯基醋酸纤维素为 主要材料开发可降解膜；1992年美国的Thompson等人使用氯化聚偏二乙烯橡胶 作为主要包膜材料，并开发为现在的“OsmocatM ”的控释肥料。Detrick于1993 年、1 994年和 1999年开发了使用聚合二甘醇 3,4-三乙酸胺多元等聚合物或化合

7、物包裹硫衣尿素的方法和设备，使用这些技术生产的控释肥料包括“PolyonTM ”和“ TriKoteTM ”等品牌。Goertz等人2000年的专利中描述了环戊二烯同一些醇 酸树脂 （比如亚麻油、大豆油 ）聚合成膜生产树脂包膜肥料的方法。2001 年日本 Hirano 等人通过在聚乙烯材料中添加填充剂的办法，发明了具 有“S”型释放特性的热塑性聚烯烃包膜尿素的生产方法，该研究成果标志着聚 合物包膜肥料技术迈上了一个新的台阶。2000年Geiger等人利用多元醇与肥料 氮素中的氮基结合， 然后用异氰酸盐与多元醇反应成膜， 之后包裹有机蜡， 这样 的方法使包膜肥料的生产成本大大降低， 使得包膜肥料

8、的大量应用成为可能， 该 专利由Agrium所有，该公司开发的“ ESNtm ”就是使用这项技术生产的。（夏循 峰等， 2011） 1.3.2国内研究进展我国缓控释肥料的探索阶段处于 20世纪 60年代至“十五”计划以前我国在 1971 年研制出脲甲醛肥料 UF。 1974年由中国科学院南京土壤研究所和南京化工 研究所合作率先以钙镁磷肥、 石蜡、沥青包膜碳铵为原料研制成长效包膜碳酸氢 铵，研究表明，施用长效包膜碳酸氢铵可使水稻氮素利用率达 74% ，小麦达 63%， 分别优于日本的硫衣尿素（SCU）和异丁叉二脲（IBDu）。1985年郑州大学工学院许 秀成等人利用钙镁磷肥包裹尿素， 以氮磷泥浆

9、为粘结剂， 制得具有适度缓效的包 裹型复合肥料。 1985 年北京市园科所与化工所共同开发酚醛树脂包膜颗粒复合 肥料。 1991 年孙以中提出了用部分酸化的磷矿粉作为包裹材料的新思路。 1993 年北京化工大学研制出将废旧泡沫塑料溶解在有机苯溶剂中，再加入无机填充 物，制成有机高分了聚合物包膜复合肥料。 2004 年，兰州大学研究了吸水保水 性缓释肥料的制备， 以内烯酸、内烯酞胺为卞要原料， 凹凸棒土、 高岭土和腐植 酸为添加材料合成而成。我国缓释肥料的发展概况见表 2。（夏循峰等， 2011）缓释肥料从20世纪70年代开始，到今天经历了探索起步（20世纪80年代）、初步发展（20世纪90年代

10、）和快速发展（2000年以来）三个阶段20陽抑制隐宦性IE料就榊脂包寂肥H.55織也血肥札80肥科也農祀料.35足耳也址杞f；.io n5I聊陆札左肥1用3 2009年找国緩评肥料的产'；（707?'t）|劇2 2009第我国级样肥料的产能卩门）2我14遥杆理料的垸鹹槪况时间文就尿蔺年以酣13讯素一甲醉编価缓棚匕料及1：作为缓稀配料包懸般的初步研究96 - 197053 外束T 楼縮介物綏释肥料的生产及眈能抽应用的研究 尿龛一甲豁編件彻.柑虬 松飢 硫巔、环氮树脂導作为包建的冊究 关尸编二聯的和危左的硏究1971 -1980 年尿素一甲醉编仟物、虫胶、聚烯类、三西朵笨暮作为也股

11、肥料膜的研纯 迦在肥料屮樓剁L它堆萍物.紳川制、抑制削临対产生繼丰術用的册究 异丁乂一眯和正丁义一牒编汁物缰 刑巴料的研宛198 L - 19 沁年.祐 石新引做樹网，聚乙烯 晞權三钙、确敲篠皱（NHJMgPCV IE昨为也烘肥料膜的研究 无机、旷物靈释肥料的研究 塩附堰胖肥料的册呃 尿索L-j C2-C5酵类或：醛类谿合爼祥吧料的研究 孟于也雅级释肥料理论模型的研究闻）肓孟缓择肥料的三Ju俸系相平衡的研究99-】9如年44机讯"舖件物也现膜剛稈的研究 殴附缨胖肥料的研究 据释底料的缓胖机理硏光 龈武F类缓释肥料的研究2生物肥料2.1生物肥料的定义生物肥料，即指微生物（细菌）肥料，简

12、称菌肥，又称微生物接种剂洲自是 由具有特殊效能的微生物经过发酵（人下培制）而成的，含有大量有益微生物，施 入土壤后，或能固定空气中的氮素，或能话化土壤中的养分，改善植物的营养环 境，或在微生物的生命话动过程中， 产生活性物质，刺激植物生长的特定微生物 制品。2.2生物肥料的种类生物肥料（微生物肥料）的种类较多，按照制品中特定的微生物种类可分为细 菌肥料（如根瘤菌肥、固氮菌肥）、放线菌肥料（如抗生菌肥料）、真菌类肥料（如菌根真菌）；按其作用机理分为根瘤菌肥料、 固氮菌肥料 （自生或联合共生类 ）、解磷 菌类肥料、硅酸盐菌类肥料；按其制品内含分为弟一的微生物肥料和复合（或复混）微生物肥料。复合微生

13、物肥料又有菌、菌复合，也有菌和各种添加剂复合的。2.3 生物肥料的作用与功效 生物肥料能提高土壤肥力， 这是它的主要作用， 如各种固氮菌肥料， 可以增 加土壤中的氮索来源，解磷解钾菌肥料可以将土壤中难溶性的磷、钾溶解出来， 增加土壤中磷（P），钾（K）元素的来源。另外，生物肥料还能促进作物的生长，改善 农产品的品质。 各种生物肥施入土壤中， 都能产生不同的生长激索， 刺激作物的 生长，如“ 5406”放线菌生物肥，不但有拮抗病原菌防病壮菌的作用，还能分泌 细胞分裂索促进作物的生长。 真菌类的生物肥不仅在协助作物吸收磷、 锌及铜等 矿质元素方面有很强的作用， 还能增强作物的吸水、 保水， 提高作

14、物抗旱能力的 作用。由于生物肥料能制造和协助作物吸收利用多种营养元素， 因此对农产品的 品质有很大的改善，可以改变因施化肥产生的“瓜不香，果不甜，茶无味”的现 状，使农产品各项指标达到绿色食品的标准。2.4 国内外微生物肥料的发展现状2.4.1 国外微生物肥料的发展概况 根瘤菌剂是最旱研发的产品，已在全世界范围推广应用。美国、澳大利亚、 新酉兰、口木、意大利、奥地利、加拿大、法国、荷兰、芬兰、泰国、韩国、印 度及非洲的一此国家，至少有 70 多个国家研究、生产和应用显科根瘤菌，不仅 面积不断扩大， 而且应用的显科植物种类也口益繁多。 在美国、 巴酉等大显种植 的主要国家， 根瘤菌接种率达到了

15、95%以上。澳大利亚、 新酉兰等国家对显科牧 草的接种面积不断扩大， 种植的其他显科作物也逐步扩大适宜的根瘤菌接种应用 范围。世界各国一直在研究与豆科作物及其品种相匹配的优良根瘤菌生产用菌 株，根瘤菌剂产品在稳步提高。 少数国家在经历一段时间的混乱后， 逐步认识到 加强根瘤菌肥料质量管理的重要性，并制定了相应的标准以强化产品的监督管 理。除根瘤菌以外， 固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等的研究下作也在不断地深 入，许多国家在其它一此有益微生物的研究和应用方面也做了大量的下作。 前苏 联及东欧一此国家的科研人员进行了固氮菌肥料和磷细菌肥料的研究和应用， 所用的菌种为圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌。 他们和

16、前捷克斯洛伐克、 英格兰及印度 的研究固氮菌的下作者证实，这类细菌能分泌生长物质和一种抗真菌的抗生索， 能促进种子发芽和作物根部的生长； 20 世纪 70 年代末和 80 年代初，一此国家 对固氮细菌和解磷细菌进行了田间试验， 结果各异，对其作用还有相当大的争议。 但在固氮螺菌与禾木科作物联合共生的研究中取得了一定的进展， 在许多国家作 为接种剂使用、总结 20 年来世界上一此国家的田间试验数抓表明，固氮螺菌接 种在土壤和气候不同的地区可以提高作物的产录，在60%70%的试验中可增产5%30%。它们促进生长的主要机制是能生产能促进作物生长的物质，能促进根 毛的密度和长度以及侧根出现的频率和根的

17、表面积。2.4.2 我国微生物肥料的发展概况我国微生物肥料的研究始于 20世纪 40 年代，其研究与应用已有几十年 的历史，在我国的农业生产中起了非常重要的作用。 最旱研究应用的是根瘤菌制 剂，代表和奠基人有张宪武先生、陈华癸院士和樊庆笙先生等。 50 年代是早期 发展的时期， 开始研究应用了包括根瘤菌在内的固氮菌、 溶磷细菌、 硅酸盐细菌 等细菌肥料； 60年代则主要推广应用了“ 5406”放线菌抗生菌肥料； 70-80 年代 中期开始研究由土壤真菌制成的泡囊丛枝菌根 （AM 菌根）。这 3 次不稳定的起 伏发展， 其主要原因是产品质量无保证、 产品质量无标准和行业无监管， 以致每 次发展的

18、时间都不长。 90 年代以来，在总结我国微生物肥料几十年的研究、生 产和应用历史经验后， 微生物肥料研制单位相继推出联合固氮菌肥、 硅酸盐菌剂、 光合细菌菌剂、 PGPR 制剂和有机物料 （秸秆）腐热剂等适应农业发展需求的新品 种，它们在农业可持续发展， 减少化肥使用、 促进农作物废弃物、 城市垃圾的腐 热和开发利用、 土壤环境的净化作用、 保护环境以及提高农作物产品品质和食品 女全等方面都有十分重要意义、 加上这类产品的生产成木低， 耗能小， 不污染环 境，所以口益受到重视。 如今微生物肥料的发展势头很好， 其研究和应用的总体 情况可概括为： （1）微生物肥料产业初具规模，已成为我国农业生物

19、产业的重要 组成部分：国内现有微生物肥料生产企业 500个以上，年产录约为500万t,在 我国肥料家族中所占比例逐年增加，应用面积累计近亿亩，目前已有 511 个（至 2006年 7 月）产品取得农业部的登记证 （临时和正式登记 ）。（2）产品种类不断增加， 使用菌种不断扩大： 目前在农业部登记的产品分为菌剂类和菌肥类两个大类， 共 有 11 个品种。 9 个菌剂类品种分别是：根瘤菌剂、固氮菌剂、硅酸盐菌剂、溶 磷菌剂、光合菌剂、有机物料腐热剂、产气菌剂、复合菌剂和土壤修复菌剂；两 个菌肥类产品是复合生物肥料和生物有机肥。 在已登记产品中， 菌肥类产品数量 占登记总数的 30%左右，菌剂类产品

20、占 70%。目前在微生物肥料使用菌种方面， 涉及细菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌等 110 多个种，而且还在不断增加。 另外， 用于减轻和克服作物连作障碍、农药降解等微生物肥料新产品将陆续研发应用。 (3)使用效果逐渐被使用者认可，应用范围不断拓宽：大量的试验表明，微生物 肥料的应用效果不仅表明在作物产量增加上， 而且表现在农产品品质的改善、 提 高化肥利用率、 改良或修复土壤、 降低病虫害的发生、 保护农田生态环境等多方 面。在应用对象范围上， 不仅蔬菜、粮食作物上微生物肥料大量应用且反映良好， 近几年在果树和中草药种植中微生物肥料应用发展极为迅速， 并在改善品质上效 果非常显著，形成了新的热

21、点。 (4)微生物肥料产品进出口日趋话跃，已步入世 界经济全球化轨道：目前有 20 余个境外产品进入我国市场，并在国内进行了试 验，已有 10 个产品获得登记证。随着经济全球化进程的加快，将有更多的外国 产品进入中国的农资市场。同时，我国也有 10 个产品出口至澳大利亚、日本、 美国、匈牙利、波兰、泰国等国家和地区。 (王粉莲等， 2010(6)3 多功能肥料3.1 多功能肥料概况 将营养物质与其他限制作物高产的因素相结合的多功能肥料，是 21 世纪新 型肥料发展的重要方向之一。 将调理土壤、 保水、抗病等功能结合到肥料中去的 多功能肥料， 对肥料生产工艺提出了新的要求， 其技术凝聚了农学、

22、土壤学、 植 物营养学等领域的相关先进技术。 在这一国际农业高技术竞争的重要领域中， 美、 日等国处于世界领先地位； 我国虽然起步较晚， 但在多功能肥料的开发应用方面 也取得了长足进展， 有力地推动了我国肥料科技的进步。 这些多功能肥料卞要包 括保水型肥料、 改善土壤结构的肥料、 提高作物抗性的肥料、 具有防治杂草功能 的肥料等(赵秉强等， 2004)。3.1.1具保水功能的肥料针对我国水资源缺乏的现状， 应用具保水功能的肥料抑制土壤水分损失， 改 善作物水分利用效率， 具有重大的现实意义。 土壤保水剂具有调节土壤水肥的功 能，缓解和协调农业缺水、缺肥，保持和提高土壤中水分、养分有效性的作用，

23、 很早就成为各国农业专家关注的对象，高吸水树脂 （HWAR） 等高效保水剂己经在 全球 30 多个国家广泛应用 （王志玉等， 2004）。随着对保水剂研究和应用的不断 发展，人们开始将保水剂与传统肥料结合，开发保水型功能肥料，由于 HWAR 等保水剂在吸附水分的同时，也可以对水溶液中的肥料产生不同程度的吸附作 用，所以一次施用即可达到肥田与保水的双重效果。 利用保水材料实现水肥一体 化调控，是一个新兴的研究领域。华南农业大学在我国率先开展了保水型控释肥的研究， 利用高吸水性树脂包 被尿素和包膜型控释肥料， 制成保水型控释肥料， 试验结果表明作物的水分利用 效率和水分产值效率得到了显著提高， 目

24、前该研究产品己经进入中试阶段 （赵秉 强等， 2004）；广东工业大学（邓志城等， 2002）利用湿鸡粪经 EM 细菌发酵和 烘十处理后， 加入保水剂和增效剂经造粒制成保水有机肥， 不仅原有有机肥料营 养得以保持， 还可明显地改善土壤的团粒结构， 提高土壤的保水性能， 大大节约 灌溉用水；杜建军等（ 2003）开发出以 HWAR 和单质肥料为原料的掺混型节水 专用肥，与等养分的复合肥比较，产量增加 5。 16%，节水率达 27。7%；同时 证明了使用高吸水性树脂以控制养分释放能明显减少肥料的损失； 东北林业大学 （陈晓佳等， 2004；苏文强等， 2004）以肥料与竣甲基纤维素、内烯酸合成了肥

25、 料复合型高吸水树脂，吸水倍率为400g/g,其中所复合的肥料具有良好的缓释性 能，为保水型肥料的开发提供了一种新的思路。我国对保水型肥料的研究起步较晚， 虽然做了一些工作， 但要实现产业化所 要解决的问题还有很多。由于 HWAR 是一类高分了电解质，容易受到水中离了 的影响而使吸水率下降， 在用于旱地作物抗旱栽培时， 尤其应避免和硫酸钾等电 离性强的肥料高浓度混合使用， 这就给保水型肥料的开发带来一定困难。 选择更 适当的保水材料， 开发利用适宜覆膜技术解决混合后无机肥料对保水剂吸水效率 的负面影响， 稳定吸水效率， 是保水型肥料研究和应用的一个关键问题。 我国对 于保水剂的研究大多局限于保

26、水或者保肥的单因了研究， 缺乏水肥一体化调控研 究。保水剂同样可用于控制肥料养分的释放， 其打一散速率可由聚合物的化学性 质控制。将保水剂用作控释材料制造新型保水型控释肥， 实现对水、 肥的一体化 调控，是今后保水功能肥料研究的一个重要方向。 有机肥料不仅在培肥地力、 改 善作物品质等方面明显优于化学肥料， 更具有天然保持土壤水分的功效， 而目不 会造成保水剂吸水效率下降的问题。 应着眼于有机无机肥料的配合， 开发有机型 保水肥料，使保水型肥料功能更全面、更合理。3.1.2具改良土壤功能的肥料随着化学肥料的大量使用， 我国农产品的产量大幅度提高， 但也给土壤带来 了诸如板结、 有机质下降、 微

27、生态失衡等一系列问题。 应用具有土壤改良功能的 肥料，改善土壤结构， 提高土壤肥力， 对农业可持续发展具有重要意义。 目前具 有调理土壤功能的肥料卞要有腐殖酸肥料、 膨润土肥料、沸石肥料、有机肥料等。腐殖酸除本身的营养作用外，对土壤的改良功能卞要表现为：a.增加土壤团粒结构，改善孔隙状况；b.提高土壤阳离了吸收性能，增加土壤保肥能力；c.提高土壤缓冲性能， 改良土壤环境。 腐殖酸类复混肥料集腐殖酸肥、 复混肥和有机、 无机肥优点于一身， 在开发绿色食品方面潜力很大， 具有广阔的应用前景。 我国 泥炭资源丰富， 腐殖酸类肥料己被广泛的生产和应用， 四川、山东等地己对腐殖 酸有机一无机多元素复混肥

28、进行了广泛的肥效实验和大范围推广应用； 东北农业 大学（赵国林等， 2004）以泥炭配以氮、磷、钾和多种微量元素制成的腐殖酸复 混系列专用肥 （包括玉米、大豆、小麦等 ），经多年试验证明，在培肥地力、作物 增产和改善作物品质等方面效果显著； 兰州大学利用褐煤腐殖酸制备硝基腐殖酸 的同时，加入（NH4 ） 2CO3和Ca3 （ PO4）2，生成含有R- C00NH4的腐殖酸有机无机 复合肥料，试验证明能显著提高肥效。膨润土施用于土壤， 可以有助于土壤团粒结构的形成， 提高土壤的保肥保水 能力；同时还能增强土壤的缓冲性能， 吸附有害元素， 减轻土壤污染， 在环境保 护上也具有很大意义。 在肥料生产

29、中加入适量膨润土， 除起到上述的调理作用外， 还可以降低肥料的含水率， 防止结块； 如果利用膨润土作为肥料的载体， 更具一 定的缓释功效。 膨润土被单纯用于改良土壤的报道较少， 但近年来膨润土在我国 被广泛用于复混肥的制造， 在增强肥料颗粒强度、 减小养分损失的同时， 还可以 改良土壤结构，效果比较明显。沸石应用于土壤中可以提高土壤盐基交换量， 促进团粒结构的形成； 另外由 于沸石具有很强的吸附力， 与化肥混和后， 可以提高 N, P 利用率， 延长肥效（李 长洪等， 2000）。将沸石用作载体生产复混肥在我国应用较多，如将沸石与碳铵 混合，以减少铵的挥发损失和改善碳铵的物性。 另有将沸石与尿

30、素混合做成沸石 包衣尿素， 沸石与尿素、 磷铵或普钙、 氯化钾复混做成沸石载体复混肥等多种方 法在一定程度上起到了改良土壤、 减轻因化肥施用过多导致的酸化， 提高肥料利 用率和延长土壤供肥时间，进而提高作物产量的作用。有机肥料对改善作物营养， 促进养分平衡， 协调内源激素浓度与比例， 提高 作物产量与品质的作用己是不争的事实（刘文秀等， 2002）。传统有机肥因养分 浓度低、 脏臭等缺点随着化肥的出现， 其地位逐年下降。 将禽畜粪便等有机废弃 物经发酵处理后的商品化有机肥， 保持了有机肥料的许多优点， 在改良土壤， 培 肥地力，改善作物品质上的作用非化学肥料可比。发达国家在有机肥发酵工艺、 技术和设备上己日趋完善， 基本达到了规模化和产