传统化肥增效改性技术途径与政策建议(2)

　　2 传统化肥增效改性的主要技术途径
　　
　　对传统化肥进行增效改性的主要技术途径包括： 一是缓释法增效改性[13],通过发展缓释肥料，调控肥料养分在土壤中的释放过程，最大限度地使养分供应与作物需肥节律相一致，从而提高肥料的利用率[5].缓释法增效改性的肥料产品通常称作缓释肥料。二是稳定法增效改性[7],通过添加脲酶抑制剂或/和硝化抑制剂，以降低土壤脲酶和硝化细菌活性，减缓尿素在土壤中的转化速度，从而减少挥发、淋洗等损失，提高氮肥的利用率[7,14].稳定法增效改性的肥料产品通常称作稳定肥料。三是增效剂法增效改性[7,15-16],专指在肥料生产过程中加入海藻酸类、腐植酸类和氨基酸类等天然活性物质所生产的肥料改性增效产品。海藻酸类、腐植酸类和氨基酸类等增效剂都是天然物质或是植物源的，不但可以提高肥料利用率，而且环保安全。通过向肥料中添加生物活性物质类肥料增效剂所生产的改性增效产品，通常称作增值肥料[7,17].四是有机物料与化学肥料复合（ 混） 优化化肥养分高效利用，生产的肥料产品为有机无机复混肥料或含有机质的复合（ 混） 肥料[9,18].
　　
　　2. 1缓释肥产业发展及技术趋势
　　
　　缓释肥料是我国肥料质量替代数量发展的重要产品类型[5].从20世纪70年代开始，我国缓释肥料经历了探索起步（20世纪80年代）、初步发展（20世纪90年代） 和快速发展（2000年以来） 三个阶段[13].2000年以前，我国缓释肥料用量很少，在国际上没有地位； 之后经过10多年的快速发展，到2010年全世界缓释肥消费量170万吨，其中中国的消费量占到70万吨，占世界总消费量的40%以上，中国已经超过美国（60万吨） 成为世界上缓释肥料第一生产和消费大国[13].据测算，目前中国各类缓释肥料的产能达到490万吨，年产量200万吨，应用面积达到9000多万亩。中国缓释肥料进行了两次大的技术引进和集成创新。2005年以前，以引进日本溶剂型树脂包衣缓释肥料技术为主要特征，通过消化吸收和集成创新，形成了产业化。2005年以后，以吸收和引进美国、加拿大无溶剂反应成膜树脂包衣缓释肥料技术为主要特征，通过消化吸收和集成创新，形成产业化，整体技术水平达到国际先进水平。当前我国缓释肥料正面临第三次创业和科技创新，需要从材料、设备、质量标准等方面全面自主创新，提升产业技术水平。
　　
　　中国缓释肥料产业技术创新和发展中亟待从理论上明确大田作物需要什么样的缓释肥料。国外缓释肥料主要用在草坪、园艺等领域，在大田作物上应用不多，没有太多经验可供我们借鉴。我国缓释肥料发展的主要目标是大田作物，大田作物对肥料养分缓释性的要求如何是必须加强研究和明确回答的问题。肥料的缓释性不等同于供肥性，肥料的缓释性是指肥料进入介质后养分向介质（ 水或土壤）中扩散的速度快慢； 而肥料的供肥性是指肥料进入土体后持续供应作物养分的能力，包括供肥强度和供肥持续时间两个方面。肥料养分在土壤中释放后并不立即在原位全部被作物直接吸收，大部分通过转化和迁移，分布在不同深度的土体中，通过水-肥-根的耦合，从整个土体中供应作物养分。肥料养分能否被作物高效吸收利用，关键在于水-肥-根在时间和空间上的耦合特征[6].水肥耦合有效地提高了肥料向作物根系的移动[19],但在机理上只关注了水分、养分同其吸收主体-根系在时间上的高效耦合而忽视了在空间上的耦合[6,13].肥料养分缓释性的设计原则是实现“肥料养分在土壤中按一定规律释放后，在土体中与作物需肥规律在时间和空间两维相匹配（S型供应）”,供肥不仅仅局限于0-20 cm表土根层，只考虑肥料养分在0-20 cm土层中的释放与作物需肥规律相匹配（“S”型释放） ,还要考虑养分向亚表层根系的供应。目前的缓释肥料养分一般在施入土壤表层（ 一般是0-20 cm土层）后呈“S”型释放，并不一定能实现肥料养分在整个土体中的供肥性也是“S”型的[6].换言之，缓释肥料养分在施入土壤表层（0-20 cm） 后呈“S”型释放，可使表层肥料养分供应（ 如0-20 cm土层，供应浅层根系） 是“S”型的，但深层土壤的养分供应（20cm以下土壤，供应深层土壤根系） 不一定是“S”型的，因此整个土体中的供肥性就不是“S”型的。不同作物的根系深浅不同，对肥料养分缓释性的要求也不相同； 土壤、气候和水分管理制度等不同条件下栽培的作物，对肥料养分缓释性的要求亦不相同。因此，需要在缓释肥的“供肥性”上大做文章，根据不同根系生长特性的作物在不同生育期根系在不同土层的分布特点，大力研究适应不同作物的专用型缓释肥。
　　
　　树脂包膜缓释肥料是我国最为重要的缓释肥料品种之一，需要在以下几方面加大科技创新力度：1） 生产工艺实现连续化，提高产品质量的稳定性；2） 提高单套设备产能，年生产能力力求超过万吨以上，甚至超过5万吨；3） 提高生产的自动化水平，省工、高效、产品质量稳定。另外，大田作物需要多样化的缓释肥料产品，因此，我国缓释肥料在重视发展树脂包膜缓释肥料（ 多以BB缓释肥料的形式进入农田） 的同时，还应重视发展其他缓释机理的肥料产品，如非树脂包膜型、载体缓释型、有机无机缓释型等肥料品种[9,18,20-23].这些产品主要是利用无机矿物材料、有机质材料等包裹或包膜速溶性肥料，或将缓释材料与速溶肥料融合，使养分起到缓释长效的效果。非树脂包膜型等缓释肥料用普通设备即可生产，无需特殊设备、无需溶剂，工艺简单、能耗小、产量高、成本低，大田作物应用效果好。另外，缓释肥料需要不断完善标准[13].我国当前的缓释肥料标准主要是在参考国外经验的基础上制定的，国外缓释肥标准主要是根据浅根草坪和园艺花卉等植物需肥规律制定的[7,24],可能并不适合大田深根作物。我国发展大田作物缓释肥料，需要依据大田作物对缓释肥的要求，制定和完善相应标准。
　　
　　2. 2稳定肥料产业发展及技术趋势
　　
　　稳定肥料是指通过添加脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂等，调节土壤酶或微生物活性，减缓尿素的水解和对铵态氮的硝化-反硝化作用，达到肥料氮素缓慢转化和减少损失的目的。1935年Rotini首先发现土壤中存在脲酶，40年代Conrad等发现向土壤中加入某些抑制脲酶活性的物质可以延缓尿素的水解，60年代人们开始重视筛选土壤脲酶抑制剂的工作[5].HQ（ 氢醌）、NBPT（N -丁基硫代磷酰三胺）、PPD（ 邻-苯基磷酰二胺）、TPTA（ 硫代磷酰三胺）、CHPT（N -磷酸三环己胺） 等是筛选研究的重要土壤脲酶抑制剂[14].国外自20世纪50年代开始研制硝化抑制剂，研究的主要产品有吡啶、嘧啶、硫脲、噻唑、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[7,14].
　　
　　我国从20世纪60年代开始重视研究稳定肥料，中国科学院南京土壤研究所率先开始了硝化抑制剂的研究。之后，中国科学院沈阳应用生态研究所在上个世纪70年代开始研究氢醌作为脲酶抑制剂如何提高氮肥利用率，在盘锦化肥厂、大庆化肥厂等通过添加脲酶抑制剂生产缓释尿素，并且应用到大田作物上[14].特别是进入2000年以来，中国科学院沈阳应用生态研究所开发出一批新型脲酶抑制剂和硝化抑制剂，应用在尿素、复合（ 混） 肥中，生产稳定肥料，大面积实现了产业化，并且牵头制定了《稳定性肥料》（ 标准编号：HG/T 4135 -2010） 行业标准，2011年3月1日正式实施，规范了相关定义术语，统一了检验方法，从而规范了稳定肥料市场，标志着稳定肥料产业的发展步入了一个新的阶段。目前全国已有50余家化肥企业从事稳定肥料生产和推广，年产量超过80万吨，应用面积超过上千万亩。
　　
　　稳定肥料未来技术趋势，一是筛选更加廉价、高效、环保的脲酶抑制剂和硝化抑制剂，应用到稳定肥料生产中； 二是提高稳定肥料在不同土壤、气候条件下效果的稳定性； 三是研究稳定肥料产品如何走向作物专用化。