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传统化肥增效改性技术途径与政策建议

来源:学术堂 作者:朱老师
发布于:2016-10-31 共11917字
  摘要

        化肥是重要的农业生产资料,是粮食的“粮食”,化肥在粮食增产中的作用占40% 50%[1].我国从20世纪80年代开始大量施用化肥,目前我国农业化肥消费量已达到6000万吨,占世界消费量的1 /3,单位面积施肥量是世界平均水平的3倍[2].然而,我国又是一个肥料资源相对短缺的国家。按目前的开采速度,我国高品位的磷矿资源仅供开采15年,175亿吨磷矿资源将在79年内用完[3]; 我国钾肥更是50%依赖进口。为获得高产而大量施肥,我国氮、磷、钾化肥的当季利用率分别只有35% 、20%和40%左右,平均比发达国家低15 20个百分点。这不仅造成能源、资源和经济的巨大浪费,也带来严重的环境问题。据预测,到2030年我国化肥需求量将达到6600 7000万吨[4].2030年要使全国1亿 多公 顷 耕 地 平 均 化 肥 施 用 水 平 达600kg / hm2,是很难达到的,也是土壤、环境难以承受的。我国未来肥料发展的重点应当是如何提高效率与利用率,而不是继续大幅度提高施肥水平。所以,我国肥料产业实施“质量替代数量”发展战略,化肥用量力争控制在5500万吨左右,通过肥料科技创新、改善施肥技术和挖掘植物遗传潜力等提高肥料效益的途径,在不增加或适度减少化肥用量的前提下,通过提高效率,保证我国的粮食安全[5].
  
  开展肥料科技创新、发展新型肥料是我国肥料产业实施质量替代数量发展的战略选择[5].新型肥料是肥料产业发展过程中不断出现的新品种、新类型和新产品,其内涵是动态发展的。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006 2020年) ,将环保型肥料列为优先发展主题,重点研究开发环保型肥料创制关键技术,专用复( 混) 型缓释、控释肥料及施肥技术与相关设备。“十五”以来,新型肥料研究被列入国家863计划、科技支撑计划、成果转化基金项目等给予支持,大大促进了新型肥料科技进步和产业化发展。2000年以来,我国新型肥料产业迅速发展。2010年,我国从事各类新型肥料生产的企业超过2000家,占全国肥料生产企业总数的1 /4,新型肥料产业的资产规模超过500亿元,从业人员约3万人,新型肥料产值每年约160多亿元[6].据估计,2014年全国各类新型肥料年产量总计达3000万吨( 商品量) ,应用面积超过6亿亩,增产粮食150亿公斤。然而,面对资源、能源、环境保护和粮食安全的巨大压力,我国新型肥料的发展任重道远,技术水平、产业规模还远不能满足农业生产的需要。
  
  当前新型肥料的发展主要包括两个方面: 一是对传统( 常规) 肥料进行再加工,使其营养功能得到提高或使之具有新的特性和功能; 二是通过开发新资源,利用新理论、新方法和新技术等,研发肥料新类型、新产品。本文将就传统化肥增效改性、提升产品性能与功能问题展开讨论,为推动我国新型肥料发展、肥料产业技术升级,起到抛砖引玉的作用。
  
  1 传统化肥增效改性的必要性
  

  对传统肥料( 常规肥料) 进行再加工,使其营养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内容[5,7].我国传统氮肥主要包括尿素( 占氮肥总产量的65%左右)、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵及硝酸铵等品种类型。由于氮肥活性高,损失途径多,未被作物利用的氮肥又不容易在土壤中残留而被后续利用,加之我国氮肥用量大( 单位面积用量约为世界平均的3倍)[7],因此,我国农田氮肥利用率一直处在较低水平[2],全国大田作物氮肥当季利用率平均只有30%左右,远低于发达国家50% 60%的 水 平。2012年,我 国 氮 肥 产 量4313万吨,占世界产量的40%左右; 农业消费氮肥3337万吨,占氮肥产量的77% .我国每年农业施用的氮肥通过挥发、淋洗和径流等途径损失超过1000万吨,相当于2000多万吨尿素,直接经济损失400多亿元人民币,不仅造成能源与资源的巨大浪费,而且对环境造成极大威胁[5].第一次全国污染源普查公报,农业源总氮排放量占排放总量( 含农业、工业和生活源) 的57. 2% .因此,对传统氮肥进行增效改性,减少损失、提高利用率,对保护资源与环境、提高经济效益等,均具有重要意义。
  
  传统磷肥品种主要包括磷铵、普通过磷酸钙、重钙、硝酸磷肥、钙镁磷肥以及氮磷钾复合( 混) 肥等[3],除钙镁磷肥外,多数磷肥品种中的磷是水溶性磷。但是,磷肥施入土壤中通常被大量固定是影响其提高效率的重要限制因素[8-9].我国2012年磷肥产量达到1693万吨,占世界磷肥产量的40%,2012年我国磷肥农业用量达到1167万吨。根据2013年农业部的结果,我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物磷肥的当季利用率平均只有24%,比发达国家低十几个百分点。第一次全国污染源普查公报,农业源总磷排放量占排放总量( 含农业、工业和生活源) 的67. 4% .大量施用磷肥也导致面源污染发生。因此,对传统磷肥进行增效改性的主要方向是减少固定、促进吸收、提高效率。
  
  传统钾肥主要包括氯化钾、硫酸钾等品种。我国水溶性钾肥资源严重不足,只占世界水溶性钾肥资源的5%左右,长期以来我国钾肥产量不能满足自给需要[6],50%以上依赖进口,需要大量外汇。2012年我国农业钾肥用量525万吨,一半来自进口。钾肥在土壤中的活跃程度介于氮肥和磷肥之间。但是,钾离子也相对较为活跃,施入土壤后受径流、淋溶及土壤固定等影响,当季利用率也不高。根据农业部2013年研究结果,我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物钾肥的当季利用率平均为42% .对传统钾肥增效改性的方向,也主要是提高有效性、促进吸收,提高效率。
  
  另外,我国农业大量依靠投入氮、磷、钾化肥获得高产的同时,大量中、微量元素也随作物收获而带出农田,我国农田土壤中、微量元素缺乏现象越来越普遍[10-12].因此,发展高效中、微量元素肥料,也是提高肥效和增加产量的有效途径。
  
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