關鍵詞：化肥
面對資源、能源、環境保護和糧食安全的巨大壓力，在不增加或少量增加化肥用量的前提下，發展增效肥料，推動傳統化肥全面增值改性，是我國肥料產業實現“質量替代數量”發展提供重要保障，對我國農業增產、農民增收、環境保護和促進肥料產業技術升級提供強有力的科技支撐，是中國肥料產業未來發展的道路。
一、傳統化肥增效改性的內涵與必要性
1.傳統化肥增效改性技術途徑
對傳統肥料（常規肥料）進行再加工，使其營養功能得到提高或使之具有新的特性和功能，是新型肥料研究的重要內容。對傳統化肥進行增效改性的主要技術途徑包括：一是緩釋法增效改性。通過發展緩釋肥料，調控肥料養分在土壤中的釋放過程，最大限度地使土壤的供肥性與作物需肥節律相一致，從而提高肥料的利用率。緩釋法增效改性的肥料產品通常稱作緩釋肥料。二是穩定法增效改性。通過添加脲酶抑制劑或/和硝化抑制劑，以降低土壤脲酶和硝化細菌活性，減緩尿素在土壤中的轉化速度，從而減少揮發、淋洗等損失，提高氮肥的利用率。穩定法增效改性的肥料產品通常稱作穩定性肥料。三是增效劑法增效改性。專指在肥料生產過程中加入海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等天然活性物質所生產的肥料改性增效產品。海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等增效劑都是天然物質或是植物源的，可以提高肥料肥利用率，且環保安全。通過向肥料中添加生物活性物質類肥料增效劑所生產的改性增效產品，通常稱作增值肥料。四是有機物料與化學肥料復合（混）優化化肥養分高效利用，生產的肥料產品多為有機無機復混肥或有機質型（炭基）復混肥料。
2.傳統化肥增效改性的必要性
（1）我國大田作物氮肥當季利用率僅為30%左右
我國傳統氮肥主要包括尿素（占氮肥總產量的65%左右）、硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨及硝酸銨等品種類型。由于氮肥活性高，損失途徑多，并且未被作物利用的氮肥又不容易在土壤中殘留被后續利用，加之我國氮肥用量大（單位面積用量約為世界平均的3倍），因此，我國農田氮肥的利用效率一直處在較低水平，全國大田作物氮肥當季利用率平均只有30%左右，遠低于發達國家50%-60%的水平。2012年，我國氮肥產量4313萬噸，占世界產量的40%左右；農業消費氮肥3337萬噸，占氮肥產量的77%。我國每年農業施用的氮肥通過揮發、淋洗和徑流等途徑損失超過1000萬噸，相當于2000多萬噸尿素，直接經濟損失400多億元人民幣，不僅造成能源與資源的巨大浪費，而且對環境造成極大威脅。第一次全國污染源普查公報，農業源總氮排放量為270.46萬噸，占排放總量（含農業、工業和生活源）的57.2%。因此，對傳統氮肥進行增效改性，減少損失、提高利用率，對保護資源與環境、提高經濟效益等，均具有重要意義。
（2）我國三大作物磷肥當季利用率只有24%
傳統磷肥品種主要包括磷銨、普通過磷酸鈣、重鈣、硝酸磷肥、鈣鎂磷肥以及氮磷鉀復合（混）肥等，除鈣鎂磷肥外，多數磷肥品種中的磷是水溶性磷。但是，磷肥施入土壤中通常被大量固定是影響其提高效率的重要限制因素。我國2012年磷肥產量達到1693萬噸，占世界磷肥產量的40%，2012年我國磷肥農業用量達到1167萬噸。根據2013年農業部研究的結果（2013年10月），我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物磷肥的當季利用率只有24%，比發達國家低十幾個百分點。我國大量施用磷肥也導致面源污染嚴重發生。第一次全國污染源普查公報，農業源總磷排放量為28.47萬噸，占排放總量（含農業、工業和生活源）的67.4%。因此，對傳統磷肥進行增效改性的主要方向，是減少固定、促進吸收，提高效率。
（3）我國三大作物鉀肥利用率為42%
傳統鉀肥主要包括氯化鉀、硫酸鉀等品種。我國水溶性鉀肥資源嚴重不足，只占世界水溶性鉀肥資源的5%左右，長期以來我國鉀肥產量不能滿足自給需要，50%以上依賴進口，需要大量外匯。2012年我國農業鉀肥用量525萬噸，一半來自進口。鉀肥在土壤中的活躍程度介于氮肥和磷肥之間。但是，鉀離子也相對較為活躍，施入土壤后受徑流、淋溶及土壤固定等影響，當季利用率也不高，約為35%～50%（2013年10月農業部研究結果，我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物鉀肥平均利用率為42%）。對傳統鉀肥增效改性的方向，也主要是提高有效性、促進吸收，提高效率。
另外，我國農業大量依靠投入氮磷鉀化肥獲得高產的同時，大量中微量元素也隨作物收獲而帶出農田，我國農田土壤中微量元素缺乏現象越來越普遍。因此，發展高效中微量元素肥料，也是提高肥效和增加產量的有效途徑。
二、緩釋肥產業發展及技術趨勢
緩釋肥料是我國肥料質量替代數量發展的重要產品類型。從20世紀70年代開始，到今天我國緩釋肥料經歷了探索起步（20世紀80年代）、初步發展（20世紀90年代）和快速發展（2000年以來）三個階段。2000年以前，我國緩釋肥料用量很少，在國際上沒有地位；之后經過10多年的快速發展，到2010年全世界緩釋肥消費量170萬噸，其中中國的消費量占到70萬噸，占世界總消費量的1/3以上，中國已經超過美國（60萬噸）成為世界上緩釋肥料第一生產和消費大國。中國緩釋肥料進行了兩次大的技術引進和集成創新。2005年以前，以引進日本溶劑型樹脂包衣緩釋肥料技術為主要特征，通過消化吸收和集成創新，形成了產業化。2005年-至今，以吸收和引進美國、加拿大無溶劑反應成膜樹脂包衣緩釋肥料技術為主要特征，通過消化吸收和集成創新，形成產業化，整體技術水平達到國際先進水平。當前我國緩釋肥料正面臨第三次創業和科技創新，需要從材料、工業設備、質量標準等方面全面自主創新，提升產業技術水平。
中國緩釋肥料產業技術創新和發展中亟待解決的問題：一是從理論上明確大田作物需要什么樣的緩釋肥料。國外緩釋肥料主要用在草坪、園藝等非農產業，在大田作物上應用不多，沒有太多經驗可供我們借鑒。我國緩釋肥料發展的主戰場是大田作物，大田作物需要什么樣的緩釋肥料？大田作物對肥料養分緩釋性的要求如何，這是必須加強研究和明確回答的問題。二是我國緩釋肥料還需在工藝和材料領域進行再創新，提升產業技術水平。要回答大田作物需要什么樣的緩釋肥料，也即大田作物對肥料養分緩釋性要求如何？首先不能將肥料的緩釋性和供肥性混為一談。肥料的緩釋性是指“肥料進入介質后養分向介質（水或土壤）中擴散的速度快慢”；而肥料的供肥性是指“肥料進入土體后持續供應作物養分的能力”。根據水肥高效利用的水-肥-根耦合理論，肥料養分緩釋性的設計原則應當是實現“肥料養分在土壤中按一定規律釋放后，使其在土體中的供肥性與作物需肥規律相匹配（S型供應）”，而不僅僅只限于0-20cm根層,只考慮肥料養分在0-20cm土層中的釋放與作物需肥規律相匹配（“S”型釋放）。
我國樹脂包膜緩釋肥料的工藝、設備創新主要包括：（1）生產實現連續化，提高產品質量的穩定性；（2）提高單套設備產能，年生產能力力求超過萬噸以上，甚至超過5萬噸；（3）提高生產的自動化水平，省工、高效、產品質量穩定。另外，大田作物緩釋肥料需要多樣化的產品，因此，我國緩釋肥料在重視發展樹脂包膜緩釋肥料（多以BB緩釋肥料的形式進入農田）的同時，還應重視發展其他緩釋機理的肥料產品，如非樹脂包膜型、內置緩釋型、有機無機緩釋型等肥料品種。這些非樹脂包膜型緩釋肥料用普通設備即可生產，無需特殊設備、無需溶劑，工藝簡單、能耗小、產量高、成本低，大田作物應用效果好。另外，緩釋肥料需要不斷完善標準。我國當前的緩釋肥料標準主要是在參考國外經驗的基礎上制定的，國外緩釋肥標準主要是根據淺根草坪和園藝花卉等植物需肥規律制定的，可能并不適合大田深根作物。我國發展大田作物緩釋肥料，需要依據大田作物對緩釋肥的要求，制定和完善相應標準。
三、穩定性肥料產業發展及技術趨勢
穩定性肥料是指通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等，調節土壤酶或微生物的活性，減緩尿素的水解和對銨態氮的硝化-反硝化作用，從而達到肥料氮素緩慢轉化和減少損失的目的。1935年Rotini首先發現土壤中存在脲酶；40年代Conrad等發現向土壤中加入某些抑制脲酶活性的物質可以延緩尿素的水解；60年代人們開始重視篩選土壤脲酶抑制劑的工作。HQ（氫醌）、NBPT（N-丁基硫代磷酰三胺）、PPD（鄰-苯基磷酰二胺）、TPTA（硫代磷酰三胺）、CHPT（N-磷酸三環己胺）等是篩選研究的重要土壤脲酶抑制劑。國外自20世紀50年代開始研制硝化抑制劑，研究的主要產品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、汞等的衍生物，以及疊氮化鉀、氯苯異硫氰酸鹽、六氯乙烷、五氯酚鈉等。雙氰胺（DCD）是應用較為廣泛用于提高氮肥利用率的硝化抑制劑。
我國從20世紀60年代開始重視研究穩定性肥料，中科院南京土壤研究所率先開始了硝化抑制劑的研究。之后，中科院沈陽應用生態研究所在上個世紀70年代開始研究氫醌作為脲酶抑制劑如何提高氮肥利用率，在盤錦化肥廠、大慶化肥廠等通過添加脲酶抑制劑生產緩釋尿素，并且應用到大田作物上。特別是進入2000年以來，中科院沈陽應用生態研究所開發出一批新型脲酶抑制劑和硝化抑制劑，應用在尿素、復合（混）肥中，生產穩定性肥料，大面積實現了產業化,并且牽頭制定了《穩定性肥料》（標準編號：HG/T4135-2010）行業標準，2011年3月1日正式實施，規范了相關定義術語，統一了檢驗方法，從而規范了穩定性肥料市場，標志著穩定性肥料產業的發展步入了一個新的階段。目前全國已有50余家化肥企業從事穩定性肥料生產和推廣，年產量超過80萬噸。
穩定性肥料未來技術趨勢，一是篩選更加廉價、高效、環保的脲酶抑制劑和硝化抑制劑，應用到穩定性肥料生產中；二是提高穩定性肥料在不同土壤、氣候條件下的效果穩定性；三是研究穩定性肥料產品走向作物專用化。
四、增值肥料產業發展及技術趨勢
增值肥料（Value-addedFertilizer）是增效肥料的一種，專指肥料生產過程中加入海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等天然活性物質所生產的肥料改性增效產品。海藻酸類、腐植酸類和氨基酸類等增效劑都是天然物質或是植物源的，可以提高肥料肥利用率，且環保安全。增值肥料發展的主要技術特點：增效劑微量高效，添加量在多在0.3‰-3‰之間；肥料養分含量基本不受影響，如增值尿素含氮量不低于46%；增效明顯，添加的增效劑具有常規的可檢測性；增效劑為植物源天然物質及其提取物，對環境、作物和人體無害；工藝簡單，成本低。增值肥料主要通過促進作物根系生長與活力；提高氮肥穩定性和轉化及運移模式，減少氨揮發和淋洗損失；減少土壤對磷鉀肥的固定，提高其有效性和供應強度等。從而改善作物對肥料的吸收利用，提高肥料利用率。
中國農科院農業資源與農業區劃研究所新型肥料創新團隊，在國家863計劃、國家科技支撐計劃等項目的支持下，經過近10年的努力，研制出發酵海藻液、鋅腐酸、禾谷素等系列肥料增效劑；開發了海藻酸尿素、鋅腐酸尿素和禾谷素尿素等增值尿素新產品，以及相應的增值復合肥、增值磷銨等新產品；在中國氮肥工業協會的指導下，2012年成立《化肥增值產業技術創新聯盟》，推動我國傳統化肥增值改性。我國利用氨基酸、腐植酸、海藻酸等改性的增值尿素、復合肥、磷銨等，年產量超過300萬噸，推廣面積1.5億畝，增產糧食45億公斤，農民增收80多億元，減少尿素損失超過60萬噸。增值尿素為農業增產、農民增收、環境保護和促進我國肥料產品性能升級做出了貢獻。
增值肥料的關鍵技術是開發微量高效、環保安全的肥料增效劑。另外，增值肥料檢測方法及技術標準研究，也需要亟待加強。
五、有機物料與化學肥料復合（混）優化化肥養分高效利用的產業發展及技術趨勢
有機無機復混肥是肥料產業發展中的新秀，具有中國特色，逐漸被產業界所重視。過去發展有機無機復混肥料的主要原因，一是消納有機廢棄物，保護環境；二是增加土壤有機質，培肥土壤。然而，我們一系列的研究發現，有機物料與化學肥料科學復合（混），具有調節化學肥料養分轉化、釋放和供應模式的作用；有機物料通過改善土壤的理化性狀、調節土壤酶活性等，減輕氮肥氨揮發損失，減緩磷鉀肥在土壤中的固定，土壤供肥能力得到改善，等養分投入條件下，有機無機復合（混）肥料具有較高的化肥養分利用率。如將味精廠發酵產生的有機廢棄物分別與化學氮肥、磷肥和鉀肥進行復混造粒，等養分投入情況下，有機復混氮肥、有機復混磷肥、有機復混鉀肥比普通化肥供肥能力強，作物增產，肥料利用率提高5～10百分點，尤其是有機物料與氮、磷肥復合（混）的增產效果最好。有機無機復混肥在經濟作物，如棉花、花生、馬鈴薯、大蒜、油菜以及果樹等作物上使用的潛力較大。磷鉀含量較高的有機無機復混肥也可以替代普通復混肥料作冬小麥等作物的基肥施用；高氮型的有機無機復混肥也可以用作追肥，或用在東北春玉米或華北夏玉米上的一次性施肥。我國每年有機無機復混肥產量超過600萬噸，應用面積達到1億畝以上，廣泛應用在棉花、花生、馬鈴薯、大蒜、油菜以及果樹等大田經濟作物上，在小麥、玉米等糧食作物上應用也越來越廣泛，作物增產30億公斤以上。
有機無機復混肥料在農業生產中日益發揮重要的作用，增產效果明顯，受到用戶的廣泛歡迎。但是，有機無機復混肥產業的發展仍存在許多亟待解決的問題。目前，系統研究有機物料與化學肥料復合（混）優化化肥養分高效利用的原理，建立有機無機復合（混）肥優化化肥養分高效利用的理論與技術體系，是未來有機無機復合（混）肥料研究的重要任務。同時，有機無機復混肥的生產企業規模相對較小，多數企業均采用團粒法工藝生產有機無機復混肥，產能相對較低，尚沒形成龍頭企業帶動該行業的發展。開發產能高、養分含量高、效果好、品相優的有機無機復混肥料生產新工藝，適應我國機械化施肥發展的要求，是發展有機無機復混肥行業發展需要解決的生產中的問題。系統研究有機物料與化學肥料復合（混）優化化肥養分高效利用的機理與原理，建立有機無機復合（混）肥優化化肥養分高效利用的理論與技術體系，是未來有機無機復合（混）肥料研究的重要任務。另外，發展有機質含量3-8%、養分濃度超過40%以上的有機質型復合（混）肥料，不僅可以發揮有機物料優化化學肥料養分利用的作用，而且可以滿足市場對高濃度復合（混）肥產品的需求，有較大的市場潛力。
