新型肥料研究现状及存在问题

一、新型肥料的研究现状

（一）缓/控释肥料研究现状

缓释肥料的研究始于20世纪50年代。1948年美国的K.G.Clart等人合成了世界上第一个缓释缩合肥料；1961年美国Tw L在1～7 kg/h装置上开展了包硫尿素试验，并将SCU命名为释放肥料；1964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Osmocotc，目前SCU、Osmocote仍为世界上最有影响的包膜肥料；美国Messman Henry以脲甲醛树脂、磷酸为原料，经螺杆挤压制成一种缓释复合化肥；美国堪萨斯州立大学Fanl.S.等人的“非等温控释循环动力学”研究和“控释系统数学模型”为肥料的发展提供了理论基础；日本Chisso.Asahi肥料有限公司以聚烯烃等热塑树脂为包膜材料，产品有包膜的NP、NK和NPK复合肥料，松丸恒夫研究表明包膜肥能减少旱地氮肥溶淋损失；在德国，有些科学家用龙虾壳中提取的壳聚糖来制备包膜肥料；Selas等人将Zn SO4和EDTD加入粒状尿素中，用松香脂和Ca3（PO4）2包裹，并做了田间试验；荷兰相关研究所开发了一种以菊粉、甘油、土豆淀粉与肥料为原料，经过捏合制成生物可降解的包囊肥；捷克Glaser等人研究了脲醛树脂包膜尿素，养分释放速率可通过改变包膜剂粒度和包膜层厚度来调节：印度Karak介绍了以印度栋树仁提取物及虫胶包膜尿素：M.M.Hanafi等以天然橡胶作为包膜材料制得缓释肥料，并对其理化性质进行了表征。因此，国际上缓控释肥料主要以美、英、德、日等国为主，其中美国、日本和西欧约有39家缓释肥料生产企业，年产量约50万t，但是其产量仅仅相当于化肥用量的1%。由于缓释肥料成本高和制作工艺复杂，因此价格很高，主要用于经济价值较高的观赏植物，如园林、草坪和蔬菜生产等。为了加大缓释肥料的广泛应用，各国科学家正在积极地研究高效、价格便宜和无污染的缓释品种。

我国缓释肥的研究已经处在快速发展阶段。早在1974年，中国科学院南京土壤研究所就开始研究长效碳酸氢铵包膜肥料；中国科学院长春应用化学研究院以聚丙烯酰胺为原料研制了新型缓释化肥；郑州大学化工学院磷肥与复肥研究所以尿素为核心研制的肥料，以钙镁磷肥为包裹层制造包膜肥料，为提高此肥料在水中的缓释性，在此肥料中加入植物油油泥及其改性物，结果大大提高了肥料养分在水中的缓释性；冯启明等以四川省盐亭的低品位膨润土为载体，对其作为氮肥缓释载体进行了系统研究；卢其明等对聚合物/膨润土复合肥进行的盆栽试验表明，聚合物和膨润土都有缓释功能，这两种材料在一起具有更好的控释效果；杜昌文等以天然多糖A和尿素为原料研究了载体缓控释体系，将尿素加入到天然多糖A与尿素中，共混后加入少量交联剂，结果表明对尿素起到了十分明显的缓控释作用；陈华艳、王宇新等研究了以氧化后的头发角蛋白为载体的缓释尿素肥料，并讨论了模压温度和压强、尿素含量、角蛋白氧化时间等对肥料淋溶速率的影响；吕金红、李建法研究了羧甲基纤维素凝胶小球对肥料的缓释作用；梁晓飞、王汉杰等对生物降解缓释微球进行了一定的研究；Lihua Xie，Mingzhu Liu等研究了以麦秸秆为壳体的氮硼复合缓释肥料的制备与表征；山东临沂市农业科学院范永强研究了氰氨化钙与尿素、磷酸一铵、硫酸钾（氯化钾）挤压制成的缓释肥料，不仅对尿素起到了十分明显的缓控释作用，而且提高了氮肥的利用率，更重要的是还能提高磷和钾的有效性。

（二）有机肥料的研究现状

1.有机肥料利用状况

我国具有充分利用有机肥料的历史和优良传统。早在3 000多年前的春秋时期，我国农民就开始应用有机肥料进行农业生产。据农业部农技推广中心的数据显示，我国不同时期有机肥料在肥料总投入量中的比例大体是：1949年占99.9%， 1957年占91.0%，1965年占80.7%，1975年占66.4%，1980年占47.1%，1985年占43.7%，1990年占37.4%；据李家康的研究，到1995年有机肥料在肥料总投入量中的比例降至32.1%，到2 000年继续降至30.6%；再据《2004年中国环境状况公报》公布的数字，2003年全国有机肥料施用量仅占肥料施用总量的25%。总之，我国有机肥料的施用比例已经降到了严重的程度。

2.有机肥料的质量状况

（1）畜禽粪便重金属污染状况。畜禽粪便是我国有机肥的重要来源，因其数量巨大、相对集中和养分含量高等被广大农民所重视。但我国目前的畜禽饲料添加剂质量标准不够严格，质量管理更是松懈，造成许多地方在饲料添加剂中大量使用铜、铁、锌、锰、钻、硒、碘、砷等中微量元素。如有的在仔猪饲料中添加硫酸铜达100～250 mg/kg，添加锌达2 000～3 000 mg/kg。据测算，仅从养殖场的猪粪中每年带入土壤的砷230 t、铜2 400 t、锌90 000 t和铁40 000 t。2005年在全国14个省（市）取样并检测184个有机肥料样品，经过分析比较，结果显示与20世纪90年代初相比部分重金属的含量有所增加。其中，鸡粪中锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、镍（Ni）的超标率分别为31.9%、23.4%、21.3%、66.0%、57.4%：猪粪中锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、镍（Ni）、汞（Hg）超标率分别为58.6%、69.0%、10.3%、51.7%、24.1%和3.4%；牛粪中锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、镍（Ni）超标率分别为4.8%、9.5%、2.4%、38.1%和21.4%；羊粪中锌（Zn）、镉（Cd）、镍（Ni）、汞（Hg）的超标率分别为6.7%、20.0%、20.0%和6.7%。

（2）畜禽粪便的有机污染状况。畜禽粪便中的有机污染物主要通过饲料添加剂进入，由于养殖场添加相关物质往往是保密的，抗生素等有机物的投入数量目前尚无法估计。

大多数抗生素类促生长剂在畜禽体内有残留现象，并且当残留量达到一定水平时就不会再继续累积，且在停止饲喂含抗生素饲料后经一段时间，便可由动物机体本身代谢排出，通过粪便进入环境。我国的研究也已经证实有机肥料中存在POPs（持久性有机污染物），如多环芳烃、有机氯类等，但对其危害目前尚无深入研究。

（3）其他有机肥料重金属污染状况。2005年在全国14个省（市）取样并检测184个有机肥料样品结果还表明，作物秸秆、糠醛渣等有机废弃物中锌（Zn）、铜（Cu）、镉（Cd）、镍（Ni）、汞（Hg）的超标率分别为3.2%、3.2%、38.7%、22.6%和6.5%；堆肥中锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、镍（Ni）、汞（Hg）的超标率分别为16.7%、8.3%、16.7%、83.3%、41.7%和16.7%。这些样品中的铅（Pb）含量都不超标。虽然污泥中各种重金属的平均含量都比较高，但因我国农用污泥重金属含量标准的指标远高于德国的腐熟堆肥标准，所以8个污泥样品中，只有一个样品锌（Zn）含量超标。

（三）微生物肥料的研究现状

我国微生物肥料的研究应用和国际上一样，也是从豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始的，并且在20世纪50～60年代期间，根瘤菌剂应用成为最广泛的微生物肥料产品，其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草接种面积较大，增产效果也最为明显。如在未种植过紫云英的地区应用紫云英根瘤菌，紫云英产草量可成倍增长；大豆接种根瘤菌每公顷可增产大豆225～300 kg；花生接种根瘤菌可使花生增产10%～50%。在保证作物产量稳步增长的同时，产品品质亦相应提高，环境效益更是不可估量。据研究，豆科作物从根瘤菌中获得的氮素占其一生所需氮素的30%～80%，而且豆科根瘤固定的氮素大部分可为植物吸收利用。令人遗憾的是，由于根瘤菌菌剂质量与应用效果、生产成本等问题未能很好解决，目前我国花生、大豆等作物的根瘤菌接种面积尚不足播种面积的1.0%。

其他微生物肥料产品的研发应用也取得了一定的进展。在20世纪50年代，我国从原苏联引进自生固氮菌、磷细菌和硅酸盐细菌剂（当时俗称为细菌肥料）， 60年代又推广使用制成的“5406”放线菌抗生菌肥料和固氮蓝绿藻肥；70～80年代中期，又开始研究“VA”菌根（现也称为AM菌根），在改善植物磷素营养条件和提高水分利用率方面，效果显著；80年代中期至90年代，农业生产中又相继应用联合固氮菌和复合菌剂作为拌种剂；近几年来又推广应用由不同的菌剂与有机物复合的生物有机肥、复合微生物肥料作基肥施用。

（四）多功能肥料的研究现状

目前我国只着眼于开发以无机矿物凹凸棒黏土、腐植酸、氨基酸、硫磺、树脂、硝化抑制剂、海藻素等材料制备了一系列缓/控释肥料，并对缓/控释行为、缓/控释机理等进行了深入的研究，对包膜材料的降解性等多方面刚刚开始引起重视。对具有不仅提高氮肥利用率，同时还具有提高磷、钾和其他的中微量等元素的利用率，更能具有土壤的调理或修复和提高作物抗逆性等作用的多功能性肥料的研究还处于空白。

（五）水溶性肥料的研究现状

与国外相比，国内水溶性肥料的发展较晚，前几年国内市场上也出现了被称为“冲施肥”“水冲肥”等不能完全被称为水溶性肥料的肥料。直到近几年，国内的一些肥料公司开始关注国际上已经普遍使用的全水溶性肥料，也开始对水溶性肥料的研究和登记批准。目前全水溶性肥料作为一个新兴的肥料，很多厂家都进行研发，国内生产全水溶性肥料的厂家大大小小不计其数，但真正做得好的厂家却不多。

二、新型肥料研究存在的问题

（一）缓/控释肥研究存在的问题

近几年来我国缓/控释肥料的发展迅速，缓/控释肥料的消费量占到了世界消费量的1/3以上，已经成为世界缓/控释肥料的重要国家之一，但是国内缓/控释肥料的研究与应用还存在着以下几个方面的问题：

（1）控释养分单一。目前多数缓/控释肥料仅仅是在缓/控释氮上有作用，对磷钾没有控释作用。

（2）控释材料单一。目前普遍采用的是硫磺、树脂、硝化抑制剂等。

（3）功能单一，增产效果不明显。目前推广应用的缓/控释肥料，在一次性施肥的过程中仅仅是延缓了氮的释放或形态的转化和提高氮肥的利用率，其他营养元素（如磷、钾）等也随之过早地施入土壤中，在提高氮肥利用率的同时反而降低了磷钾的利用率，特别是不能满足钾的需求，引起提高氮肥效率却增产不明显的后果。

（二）有机肥肥料研究存在的问题

我国有机肥肥料的研究处于肥料积、制技术落后状态，发酵技术、除臭技术和生产设备等落后于发达国家。随着农村经济的发展和农民生产、生活条件的改善，笨重费力、污秽脏臭的传统有机肥投入方式已难以实施。另一方面，有机肥料的功能单一，成本较高。

（三）微生物肥料研究存在的问题

（1）我国对于生物肥料效应尚缺乏系统的评价体系，已经报道的研究结果证明，生物肥料能够增加作物产量、改善农产品品质、提供和活化养分、节省化学肥料和拮抗土传病害等。但是，没有从南方到北方、从东部到西部的全国性的生物肥料试验网，无法全面评价和认识不同生物肥料（菌株不同）在不同地区、土壤类型和作物种类的肥效，生物肥料在不同状况下的应用效果和机制并不完全清楚。

（2）缺乏对与微生物肥料的质量相关的保活材料研究。微生物肥料中菌的数量和保持菌的存活时间的长短是微生物肥料重要指标，保护剂和助剂是确保微生物肥料质量的关键，也是国外微生物肥料生产中的保密性最强的核心技术。我国由于缺乏这类核心技术，生物肥料产品中的菌株生存时间短，活性差，适应环境能力和生存定殖能力较低，产品效果不稳定和成本高等问题，导致生物肥料的大量生产和大范围的应用受到限制。我国生物肥料中的菌株存活时间较短，按照我国国家微生物肥料标准，固体菌剂中的有效活菌数在6～12个月保持2.0×109cfu/g；液体菌剂中的有效活菌数3～6个月保持5.0×109cfu/ml，远远低于国际现行技术能够达到的标准。液体生物肥料中，高效的微生物肥料保护剂、助剂、分散剂的研究在我国仍相当落后。我国保持生物肥料的生理活性的核心技术比国外落后约30年，亟待加强能保持生物肥料的旺盛活力的生物保活材料的研究与开发。

（3）研究方向大多集中于促进作物生长的细菌，对真菌的研究较少；细菌退化严重。

（三）水溶性肥料研究存在的问题

（1）产品科技含量低，有的肥效不明显，有的过度依赖激素。我国水溶性肥料对配方制定不遵循科学原理，随意性大，简单追求所谓的全面养分，养分种类和比例配比设计不科学，甚至根据原料价格制定配方。

（2）发展速度快，基础研究投入不足，只是将水溶性原料进行简单的物理配比。

（3）新产品研发和相关技术研究少。由于水溶性肥料生产工艺相对比较简单，生产水溶性肥料变得简单易行，很难进行科技创新。