国内外肥料研究动态-蔡典雄

国内外肥料研究动态蔡典雄研究员中国农业科学院农业资源与农业区划研究所2015年7月10日南京（金宇饭店）Additionally,governmentsupporttoagricultureindustryinChinawouldactasanothergrowthpromotingfactortofertilizerindustryinChina.However,theemergingsegmentinthecomingyearswouldbethebioganic-andorganicfertilizerswiththegovernmentofChinaplanningadditionalfarmsubsidies,eliminationofcertainlandtaxes,landreforminitiativestopromoteorganicallygrownproducts.Inthecomingfiveyearsfrom2013-2017,fertilizerdemandwouldcontinuetogrowasaresultofincreasedfooddemand,lesserarablelandandlowercropyields.Theconsumptionoffertilizersinthecountrywouldreachthousandtonsnutrientin2017growingataCAGR（年复合增长率）of5.7%during2012-2017.ChinaFertilizerIndustryOutlookto2017一、肥料科学发展及其对农业的贡献植物矿质营养大事记1804年发现氮为植物必需元素，其后法国人J.Boussingault（1802-87）首次报道豆科作物有固氮能力1838年确认磷、钾、镁、硫、钙为植物必需元素1840年Liebig创立矿质营养学说和归还学说1843年Liebig提出最小养分律1860年发现铁为植物必需元素1922-26年确认锰、硼、锌为植物必需元素1931、38年发现铜、钼为植物必需元素1954年发现氯为植物必需元素

国际上化肥发展历史：1842年，过磷酸钙在英国问世1861年，德国建成第一座钾肥厂1913年，德国合成氨成功四十年代末，氮肥用量渐高于钾肥，1960／1961，氮肥用量首次超过磷肥。1988/1989年．世界化肥的生产及消费达到了一个最高峰。化肥总产量达到1.56亿吨1989～1993年期间，北美的化肥消费呈缓慢增长或停滞的趋势，西欧的消费有所降低，以及东欧和苏联的体制巨变，致使1993年世界化肥生产和消费达到低谷，总产量为1.29亿吨 1993年到2004年，受部分发展中国家化肥快速发展拉动，世界化肥的消费量增长到1.542亿吨。2004年到现在，世界化肥的消费量已达到约1.8亿吨。我国农用化肥使用情况2023/8/8我国灌溉面积与化肥使用量指标2013年2012年2011年2010年2009年2008年2007年2006年2005年2004年有效灌溉面积(千公顷)63350.663036.461681.660347.759261.558471.756518.355750.555029.354478.4农用化肥施用折纯量(万吨)5911.865838.855704.245561.685404.355239.025107.834927.694766.224636.58农用氮肥施用折纯量(万吨)

2399.892381.422353.682329.882302.882297.212262.52229.292221.89农用磷肥施用折纯量(万吨)

828.57819.19805.64797.73780.08773.02769.51743.84735.96农用钾肥施用折纯量(万吨)

617.71605.13586.44564.29545.2533.62509.75489.45467.29农用复合肥施用折纯量(万吨)

1989.971895.091798.51698.691608.61502.981385.851303.1812041961年到2012年的50年间

（世界矿质肥料每年以2%温和增长，中国为3.5%增长）世界化肥用量从0.31亿吨，增长到1.8亿吨；粮食总产从8.77亿吨，增长到21.06亿吨；粮食单产从每公顷1.35吨，增长到3.2吨；人均谷物占有量由276公斤，增至约400公斤。2023/8/82023/8/82023/8/82015年国际肥料协会专家预测2020年世界肥料增长状况化肥在粮食生产中的作用FAO:施肥可以提高粮食单位面积产量55-57%,总产30-31%；在美国和英国施肥使产量平均增加40%~60%，在热带地区更高；1981-2013年，全国化肥网结果表明在水稻、小麦和玉米上，化肥增产作用约占50%；近年全国化肥网70个5年以上定位试验结果表明，化肥在粮食作物上的增产作用占53%以上。各国肥料的施用量国家肥料用量人均耕地面积（kg/ha）（ha/person）

耕地+多年生作物耕地荷兰4500.060.06埃及3860.050.04日本3010.040.03中国2560.120.11法国2120.330.31马来西亚1880.320.08美国1030.610.6加拿大541.471.46

世界上肥料应用的启示：地多人少的国家单位面积肥料用量低地少人多的国家单位面积肥料用量高

－肥料的应用与国家社会经济发展阶段相关联以有机养分循环为主的传统农业生产力低下，经济发展缓慢化肥大量投入，极大地扩大了农业生产系统能量和物质循环的强度和容量，产量大幅度增加，经济发展迅速（MYR/MEY施肥）高度集约化、专业化和工厂化的农业生产体系以环境友好和资源节约为目标的政策约束性生产体系（SSNM，精准施肥）肥料施用与社会经济发展阶段相关联：

我国施肥历史：传统历史上：有机肥主导时期50年代：有机肥十氮肥60年代：有机肥+氮、磷肥70年代：有机肥+氮、磷部分地区钾肥和微量元素80-90年代：有机肥+氮、磷、钾、微量元素，高产施肥90年代之后：微生物肥料+有机肥料+化学肥料并存发展进入新世纪：进入各种功能性有机、无机、微生物肥料时代，与资源合理匹配的高效、优质多功能肥料问世。2013-2015起，进入水溶性肥料时代和矿质化肥（和化学农药）零增长时期。二、我国肥料使用的历史和存在的问题化肥用量与粮食作物总产和单产的关系2014年我国生产农用氮、磷、钾化学肥料6933.69万吨，同比下降0.69%。Year201020152020Total54.358.662.6N:P2O5:K2O1:0.40:0.251:0.40:0.301:0.40:0.30P2O513.213.814.7K2O8.210.311.1我国主要矿质养分需求预测（百万吨）发挥肥料增产增收效益的关键：“平衡施肥”，但目前尚未真正实现。施肥存在严重不平衡：地区间肥料用量不平衡作物间肥料用量不平衡养分施用的比例不平衡养分施用与其他生产因素的不平衡2023/8/8全国中低产田类型分布作物间肥料用量不平衡1958个农户不同作物的施肥量(kg/ha)作物

NP2O5K2O总养分量粮食作物平均1776432273经济作物平均24012675441

57351水果32619773596蔬菜263237121721棉花215

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OPT减钾产量下降四川油菜缺硼,1991氮肥利用率低 30－35％稻田损失率高达50％旱地损失率高达 30－40％全国平均损失率45％把N肥当季利用率从30％提高到45％，相当于增加了1200多万吨N素（2700万吨尿素）。如果全部用来生产粮食，则可以多生产1亿吨粮食。作物秸秆、养殖场的粪便、农村和城市生活废弃物利用不好，有机资源没能充分利用，造成了资源浪费和环境污染如果将有机废弃物养分的有效利用率从34％提高到60％，相当于增加了1300多万吨养分。我国来自农业内部的有机物质（粪尿类、秸杆类、绿肥类、饼肥类）每年为40亿吨，可提供养分5316万吨，其中：

N：2176万吨

P2O5：870万吨

K2O：2270万吨

但是有效利用的只有1800万吨,仅占总资源量的34%.其余的部分进入环境,形成主要的污染源在农村环境面源污染中，城镇污水垃圾和农业自身污染各占约50%其中：农业废弃物占35-40% 农药和化肥占10-15%在浙江、江苏、山东、北京、上海、天津等省（市）调查：所用肥料与土壤、作物需求不符。

地力不清，肥效不明，养分之间和养分与环境因素之间的失衡是当前肥料利用率和效益低的关键症结所在肥料自身配比与各类肥料搭配的合理性不强。

提高有机、无机养分和生物菌群资源的合理配置和高效利用是解决问题的关键肥料种类单一、质量较低、功能单一，以及缺少基础科学支撑。我国肥料应用领域问题归纳：各种养分之间的平衡（含大量与中微量肥料间的平衡）有机和无机物质投入的平衡微生物和动植物间需求平衡养分与环境等其他因素之间的平衡经济效益和环境质量之间的平衡关注新肥料使用时需注意的几个平衡：保护地栽培：营养与光、气、热的平衡各营养元素之间的平衡生态环境健康问题土壤速效磷32ppm,磷肥效果依然明显？？一方面，保证粮食安全和经济高速发展的需求，肥料的用量还将不断增加另一方面，大量未充分利用的有机废弃物和使用不合理的化肥对环境构成威胁科研落后于生产，但是农业生产不会等待问题的解决有赖于科技的进步我国肥料领域的形势和压力：未来肥料领域发展的战略思考：总体目标:开发节肥高效，确保粮食和农产品优质、持续高产和环境友好，保证经济效益、环境效益和社会效益协调统一的新型肥料。总体战略:

－充分利用无机、有机肥料和微生物肥料资源 －最大限度发挥高科技优势，提高化肥利用率、降低损失率 －建立可持续的有机－无机相结合的科学施肥体系1、国外肥料行业发展态势国外发达国家有机肥利用方式主要靠秸秆直接还田和粪肥除臭造粒还田及秸秆二次利用技术化肥生产行业50-80%消费复合肥料，并正在向全元素肥料（N15-P15-K15+微量元素），增效肥料、缓释和可控肥料（含氨基酸类肥料和功能性肥料）发展施肥方式上，实行简便、精确、定量施肥美国1993年至今生产缓释肥从5万吨到目前52.4万吨（其中：48%是脲醛产品，33%是包硫尿素，聚合物包膜产品占17%。），制成含NPK和微量元素的固体肥料日本农林水产省推出环保型农业推进事业的五年计划中，强调减少常规化肥使用量，全年增加缓释肥的使用量达20多万吨美国、日本、西欧缓释肥生产厂家现已达50家以上，年产量200万吨，并有迅速增加的趋势。三、目前国内外新型肥料发展态势2、国内肥料行业发展状况 我国有机肥、化肥品种单一、生产工艺和施肥方法等方面技术落后。只重视增加肥料产量，忽视提高肥料利用。 施肥中有机肥的比重，肥料组分间的匹配和地区间分配不当影响了肥效。 目前仍以单元肥或氮磷复合肥为主，虽国家推广复混肥+有机肥，但其面积并不大。 对缓（控）释肥和氨基酸类肥料用量还很低，仅处在探讨性研制阶段；功能性肥料发展虽较迅速，但质量较差。 在施肥方式为传统习惯的固定式施肥模式，现代化学营养施肥、物理肥力施肥、生物质量调控施肥还处于初级阶段。（1）缓/控释肥料缓/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。目前，缓/控释肥主要有以下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。如：包硫氯化钾（SCK）、包硫磷酸二钱（SCP）。②合成型微溶态缓释肥料

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(JBDU)、丁烯叉二脲(CDU)等;另一类是微水溶性或柠檬酸溶性合成无机肥料，如部分酸化磷矿(PAPR)、熔融含镁磷肥(FMP)、二价金属磷酸按钾盐等。3、国外新型肥料技术发展动态③化学抑制型缓效肥料通过添加脉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按态氮的硝化一反硝化作用，达到肥料氮素缓慢释放和减少损失的目的。主要产品有毗咤、嘻陡、硫腮、唆哇、汞等的衍生物，以及叠氮化钾、氯苯异硫氰酸盐、六氯乙烷、五氯酚钠等。双氰胺(DCD)是较为广泛用于提高氮肥利用率的硝化抑制剂。④基质复合与胶粘型缓释控释肥料将肥料养分与可降低其溶解性的物质混合，通过键合、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、改性纤维素和木质素、改性草炭和风化煤类、有机质等与化肥键合、胶结，改变养分的释放速率，制成缓释肥料。目前该领域研究开展的还不多，但潜力较大。（2）生物肥料生物肥料是一类以微生物生命活动及其产物导致农作物得到特定肥料效应的微生物活体制品，具有生产成本低、效果好、不污染环境，施后不仅增产，而且能提高农产品品质和减少化肥用量，在农业可持续发展中占有重要地位。（3）（多）功能性肥料新型肥料重要方向之一是研究开发将作物营养与其它限制作物高产的因素相结合的多功能性肥料，它们的生产符合生态肥料工艺学的要求，其将凝聚农学、土壤学、信息学等领域相关先进技术。这些功能性肥料包括:改善水分利用率的肥料，高利用率肥料，土壤结构肥料，适应优良品种特性的肥料，抗倒伏性肥料，具有防治杂草的肥料，以及具有抗病虫害功能的肥料等。（4）工厂化商品氨基酸有机肥料培肥地力与改善作物品质，特别是改善风味食品品质上具有化学肥料不可比拟的作用。国内外发展有机农业和无公害农业，十分强调有机肥应用，国内在制定绿色食品的肥料标准中规定AA级绿色食品只准施用有机肥料和微生物肥料。随着化肥的出现，有机肥在肥料中的地位逐渐下降。我国有机肥提供养分量的比例由1949年的99.9%下降到1980年的49.0%，直到目前不足30%。有机废弃物资源浪费和污染环境的问题愈来愈突出，秸秆焚烧、规模化畜禽场粪污大量进人水体等造成环境严重污染。有机肥料产品升级改造，开发替代产品，提高有机废弃物资源利用，是新型肥料研究的重要方向。（5）水溶性肥料“水资源日益匮乏，水溶性肥料前景非常好”。2008年

“第五届中国农资总裁圆桌论坛”

上，大家一致认为：溶性肥(下简称WSF)能迅速溶解于水中，更容易被作物吸收，更为关键的是，可应用于喷、滴灌等设施农业，实现水肥一体化，有非常高的投资价值。水溶性肥料的优势在于水溶性肥料WSF可以含有作物生长所需要的全部营养元素，如N、P、K、Ca、Mg、S以及微量元素等。可以根据作物生长所需要的营养需求特点设计配方，而且WSF属速效肥料，能快速溶于水，更易被作物吸收，便于种植者根据作物不同长势随时对肥料配方作出调整，实现科学施肥。（6）添加腐殖性有机颗粒的BB肥随着中国发展绿色农业的需要，有机无机相结合的施肥道路将是未来很长一段时期内的发展方向。BB（散装掺混肥料）肥作为中国农业用肥中很重要的一部分，它能够适应集约化的现代新型农业，具有养分全面、浓度高、针对性强、加工简便、配方灵活等显著的优点。而目前我国农村土地逐渐由分散向集中发展，BB肥能够适应市场的需求，以测土配肥为基础，满足了农民对肥料不同养分的需求，是实现有机无机相结合施肥的重要载体，将会成为今后肥料发展的大趋势。4、一般缓释氮肥具有的特点• 可溶性氮肥包被渗透性物质形成缓释氮肥（延长养分释放时间）其好处：•

降低水溶性

•

降低的盐分•

氮释放速度取决于生物或物理工程•

初始养分释放慢，延长养分释放时间主要产品有：亚甲基二脲、二亚甲三脲、三亚甲基四脲，20世纪70年代,脲甲醛缩合物包膜肥产业发展到四亚甲基五脲、五亚甲基六脲等缩合物。既有单质缓释肥料，又有复合缓释肥料.5、有不同包衣材料的缓释氮肥特点• 低温度依赖(IBDUz,SCUy)肥料，高温度(UFx,naturalorganics)依赖肥料•

一般具有低叶面灼烧作用•

相对单位纯氮价格较高•

降低氮素林溶和挥发损失zIBDU=异丁缩双尿素Isobutylidenediurea.ySCU=硫包衣尿素Sulfurcoatedurea.xUF=脲甲醛Ureaformaldehyde.合成有机物SYNTHETICORGANICS6、缓释氮肥制作材料

骨粉

活性淤泥材料(Milorganite)

其他天然材料

长链脲甲醛缩合反应产物

三硝基甲烷等产品有：nitrofrom、nutrolene等

短链脲甲醛缩合反应产物，产品有Triaform等

亲水涂料、中性涂料、层压材料

硫包尿素类专用材料等

聚合物包衣SCU‘等，如： TriKote,PolyS,PolyPlus,others

聚合物包衣肥料，如： ESN,Once,Polyon,Multicote,others天然有机物NATURALORGANICS包衣肥料COATEDFERTILIZERS三嗪酮Triazone草酰胺Oxamide其他IBDU不同缓释肥料氮素释放参数

包衣特性肥料名

温度

细菌性

湿度 pH 颗粒大小

厚度

化学组成

持久性Natural Hightovery Veryhigh High Slight Moderate n/a n/a n/aorganics highLonger Hightovery Highto Slight Slight None n/a n/a n/achainedUF high veryhighShorter Moderate Moderate Moderate Slight Slight n/a n/a n/achainedUF tohigh Isobutylidene Slightto Slight High Slightto Veryhigh n/a n/a n/adiurea moderate moderate Polymer Moderate Slight Moderate None Moderate Moderate Moderate Highcoatedsulfur coatedurea Polymer High None Slight None High High Moderate Highcoated tohighfertilizersHarada,G.,A.VanPeter,K.Parkins,andR.Green.1995.Nitrogenfertilization:Slowreleasenitrogenfertilizers.TurfTalesMag.2(3):4,6-9.快慢释放氮肥设计的农艺考量农艺处境

最佳选择

最坏选择沙土 Slowlyavailable Quicklyavailable低温区土壤 Inorganicsalts(nitrate) Slowlyavailable 温带土壤 Slowlyavailable Inorganicsalts(nitrate)地下水 Slowlyavailable Quicklyavailable延伸释放 Slowlyavailable Quicklyavailable植被 Quicklyavailableor Largeparticlesof smallparticlesof slowlyavailable slowlyavailable最小平衡 Quicklyavailable –低熟练工 Slowlyavailable Quicklyavailable灌溉制度:

水亏缺 Slowlyavailable Quicklyavailable

过多水 Slowlyavailable Quicklyavailable降低配置水平 Slowlyavailable QuicklyavailableHarada,G.,A.VanPeter,K.Parkins,andR.Green.1995.Nitrogenfertilization:Slowreleasenitrogenfertilizers.TurfTalesMag.2(3):4,6-9.未来新型肥料技术发展趋势1、缓/控释肥料研究的技术趋势：降低成本，面向大田作物；开发新型高效控释材料；研究控释新工艺、配套新设备；将包膜与物理、化学和生物方法结合，对缓/控释肥料养分控释机理、肥效作用、环境效应等进行深入的研究，开发生产具有自主知识产权的环境友好型新型缓/控释肥将是今后的发展趋势。2、有机肥料研究的技术趋势：商品化有机肥的生产与畜禽废弃物处理相结合；快速发酵与除臭技术成为发展商品有机肥的技术关键；肥料制作的关键技术在于肥料剂型、有机无机配伍。2023/8/83、微生物肥料研究的技术趋势

：1）微生物肥料品种类型不断增加，PGPR是研究热点，根瘤菌肥料已经广泛应用于各类豆科作物和牧草。微生物肥料种类包括了细菌、真菌、放线菌；产品用途有溶磷、解钾、促生、防病、秸秆腐熟等各种类型，PGPR具有营养、促生、防病、降解土壤污染物的多项功能。发达国家致力于筛选和利用生物技术构建高效PGPR菌株，研制由PGPR功能的新的新型微生物肥料。2）加强微生物肥料应用基础研究，微生物肥料的作用受许多条件制约。研究这些制约条件诸如微生物和宿主之间的关系，品种转性和广谱性的机制，肥料微生物进入土壤后发挥作用的环境条件和制约因素等，对微生物肥料发挥效果十分重要。随着微生物肥料应用领域的不断扩大，应用基础研究显得越来越重要。

2023/8/83）生物技术在菌株筛选中发挥重要作用，利用分子生物技术，对肥料微生物资源进行遗传形状分析、基因克隆、利用基因工程技术改良和构建高效功能君主，在发达国家研究有很大发展。

4）发展微生物肥料新剂型，改善生产条件和工艺，构建多功能组合菌群料，微生物肥料的剂型除草炭载体粉剂外，还研制液体剂型、冻干剂型、矿油封面剂型、颗粒剂型等，以适应不同条件。粘着剂，提高接种效果的营养添加剂技术也不断发展。研制多功能菌株联合微生物肥料是一个重要发展趋势，如“根瘤菌+PGPR”复合菌肥。联合菌群的应用是一个比较复杂的问题，在深入了解有关微生物特性的基础上，利用载体、剂型、工艺等多个技术手段，巧妙组合，使联合菌群发挥互惠、协同作用。

2023/8/85）加强产品质量检测技术研究近10年来，分子生物学技术为微生物肥料质检提供了先进，可靠的手段。RFLP技术可把根瘤菌肥中同一血清组菌株严格区分出来；PCR技术和遗传基因标记技术是近几年发展得更为先进的快速、准确技术。微生物肥料是一种容易造假和失效的肥料产品，许多国家都建立了自己的行业或国家标准，以及相应产品质量检查监督机构。

2023/8/84、功能性肥料的技术趋势

根据农业区域特点，研究开发：改善水分利用的肥料、高利用率的肥料、改善土壤结构的肥料、适应优