新型肥料的国内外研究现状

新型肥料的国内外研究现状

新型肥料的定义

新型肥料是指选用新材料、采用新方法或新工艺制备的具有新功能的肥料（张夫道，2005）。目前新型肥料还没有完善的分类体系，按照新型肥料的组成和性质，新型肥料可分为4大类，分别为：缓/控释肥料、商品有机肥料、生物肥料、多功能肥料。我国新型肥料的发展进程见图1（夏循峰等，2011）。

1缓/控释肥料

1.1缓控释肥的定义

国际肥料协会对缓释和控释的定义为：缓释和控释肥料是那些所含养分形式在施肥后能缓慢被作物吸收与利用的肥料；所含养分比速效肥(例如硝铵、尿素、氯化钾)更长效的肥料。美国作物营养陇会(AAPFCO)对缓释和控制释放肥料的定义为：所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料（翟军海等，2002）。

1.2缓控释肥评判标准

欧洲标准委员会(LEN)对缓/控释肥料所作的规定为：在25℃水浸提的条件下，肥料养分的释放要符合以下条件：肥料中的养分在24h内的释放率不超过15%，在28d之内的养分释放率不超过75%；在标明的释放期内，至少有75%的

养分释放出来（TRENKEL M E。1997；李卫牛等，2008；TRENKEL M E，石兀亮等，译。2002）。

2007年，由国家化肥质量监督检验中心(上海)与亚洲最大的缓控释肥生产企业山东金正大集团共同起草、国家发展改革委批准的《缓控释肥料》行业标准正式施行。根据该标准的规定，在温度25℃时，(1)肥料中的有效养分在24h内的释放率不大于15%；(2)在28d内的养分释放率不超过75% ；(3 )在规定时间内，养分释放率不低于80%。

1. 3缓控释肥的研究进展

1. 3.1国外研究进展

在20世纪30~40年代，各种含氮有机化合物（化合成缓释氮素产品，如CDU，IBDU，UF）在欧洲和美国得到了长足发展，之后的60、70年代，对颗粒肥料进行包裹形成包囊肥料(包膜肥料)的技术开始广泛兴起，一般认为1961年美国的TVA研制成功的硫衣尿素是包膜肥料研究的开端，但由于硫磺抗水性不够，缓释效果不是十分理想，采用沥青或石蜡进行一次包膜，增强了膜的抗水性，提高了缓释性能，经过近30年的研究于20世纪60年代才形成具有一定规模的生产能力。

Boller和Graver在1961年申清了主张使用环氧/聚酷系统树脂包膜复合肥料的专利，专利申清者是美国的ADM公司，Sierra Chemical Company采用这些专利，注册商标名称为“Osmocote TM”；并很快变为“The Foundation for Plant Nutrition TM”的控释肥料，“Osmocote TM”的商标于1993年被美国The Scotts Miracle-Gro Company购买。Stans前ry等人在1964年申清的专利中描述了使用沥青和微品石蜡（23wt%）和CaCO3包裹（NH4)2SO4而成的缓释肥料。1966年美国杜邦公司提出用甲醛气体与尿素在酸性催化剂的作用下缩合，制备脉甲醛包膜尿素。1967年美国在加利福尼亚生产的醇酸树脂包膜肥料(Osmocote)，醇酸树脂包膜肥料是双环戊二烯和甘油酷的共聚物，养分的释放可以通过改变膜的成分或膜的厚度来控制。1974年日本窒素公司在美国申清的专利中详细介绍了生产聚烯烃包衣肥料的方法，并开发了商品名称为“Meister TM”的控释肥料，1987年Moor发明了“耐磨控释肥料”的方法，他们利用水溶性的含氨基的肥料作为核心，利用氨基的亲核作用和一些含亲电基团的化合物反应结合。形成聚合物包

膜层。

1988年以色列的Blank使用一些高粘性不饱和油和低粘性不饱和油，用转动盘设备进行反应交接成膜随后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纤维素为主要材料开发可降解膜；1992年美国的Thompson等人使用氯化聚偏二乙烯橡胶作为主要包膜材料，并开发为现在的“Osmocate TM”的控释肥料。Detrick于1993年、1994年和1999年开发了使用聚合二甘醇3,4-三乙酸胺多元等聚合物或化合物包裹硫衣尿素的方法和设备，使用这些技术生产的控释肥料包括“Polyon TM”和“TriKote TM”等品牌。Goertz等人2000年的专利中描述了环戊二烯同一些醇酸树脂(比如亚麻油、大豆油)聚合成膜生产树脂包膜肥料的方法。

2001年日本Hirano等人通过在聚乙烯材料中添加填充剂的办法，发明了具有“S”型释放特性的热塑性聚烯烃包膜尿素的生产方法，该研究成果标志着聚合物包膜肥料技术迈上了一个新的台阶。2000年Geiger等人利用多元醇与肥料氮素中的氮基结合，然后用异氰酸盐与多元醇反应成膜，之后包裹有机蜡，这样的方法使包膜肥料的生产成本大大降低，使得包膜肥料的大量应用成为可能，该专利由Agrium所有，该公司开发的“ESN TM”就是使用这项技术生产的。（夏循峰等，2011）

1.3.2国内研究进展

我国缓控释肥料的探索阶段处于20世纪60年代至“十五”计划以前我国在1971年研制出脲甲醛肥料UF。1974年由中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作率先以钙镁磷肥、石蜡、沥青包膜碳铵为原料研制成长效包膜碳酸氢铵，研究表明，施用长效包膜碳酸氢铵可使水稻氮素利用率达74%，小麦达63%，分别优于日本的硫衣尿素(SCU)和异丁叉二脲(IBDu)。1985年郑州大学工学院许秀成等人利用钙镁磷肥包裹尿素，以氮磷泥浆为粘结剂，制得具有适度缓效的包裹型复合肥料。1985年北京市园科所与化工所共同开发酚醛树脂包膜颗粒复合肥料。1991年孙以中提出了用部分酸化的磷矿粉作为包裹材料的新思路。1993年北京化工大学研制出将废旧泡沫塑料溶解在有机苯溶剂中，再加入无机填充物，制成有机高分了聚合物包膜复合肥料。2004年，兰州大学研究了吸水保水性缓释肥料的制备，以内烯酸、内烯酞胺为卞要原料，凹凸棒土、高岭土和腐植酸为添加材料合成而成。我国缓释肥料的发展概况见表2。（夏循峰等，2011）

缓释肥料从20世纪70年代开始，到今天经历了探索起步（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。

2 生物肥料

2.1生物肥料的定义

生物肥料，即指微生物(细菌)肥料，简称菌肥，又称微生物接种剂〔洲自是由具有特殊效能的微生物经过发酵(人下培制)而成的，含有大量有益微生物，施入土壤后，或能固定空气中的氮素，或能话化土壤中的养分，改善植物的营养环境，或在微生物的生命话动过程中，产生活性物质，刺激植物生长的特定微生物制品。

2.2生物肥料的种类

生物肥料(微生物肥料)的种类较多，按照制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料(如根瘤菌肥、固氮菌肥)、放线菌肥料(如抗生菌肥料)、真菌类肥料(如菌

根真菌)；按其作用机理分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料(自生或联合共生类)、解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料；按其制品内含分为弟一的微生物肥料和复合(或复混)微生物肥料。复合微生物肥料又有菌、菌复合，也有菌和各种添加剂复合的。

2.3生物肥料的作用与功效

生物肥料能提高土壤肥力，这是它的主要作用，如各种固氮菌肥料，可以增加土壤中的氮索来源，解磷解钾菌肥料可以将土壤中难溶性的磷、钾溶解出来，增加土壤中磷(P),钾(K)元素的来源。另外，生物肥料还能促进作物的生长，改善农产品的品质。各种生物肥施入土壤中，都能产生不同的生长激索，刺激作物的生长，如“5406”放线菌生物肥，不但有拮抗病原菌防病壮菌的作用，还能分泌细胞分裂索促进作物的生长。真菌类的生物肥不仅在协助作物吸收磷、锌及铜等矿质元素方面有很强的作用，还能增强作物的吸水、保水，提高作物抗旱能力的作用。由于生物肥料能制造和协助作物吸收利用多种营养元素，因此对农产品的品质有很大的改善，可以改变因施化肥产生的“瓜不香，果不甜，茶无味”的现状，使农产品各项指标达到绿色食品的标准。

2.4 国内外微生物肥料的发展现状

2.4.1 国外微生物肥料的发展概况

根瘤菌剂是最旱研发的产品，已在全世界范围推广应用。美国、澳大利亚、新酉兰、口木、意大利、奥地利、加拿大、法国、荷兰、芬兰、泰国、韩国、印度及非洲的一此国家，至少有70多个国家研究、生产和应用显科根瘤菌，不仅面积不断扩大，而且应用的显科植物种类也口益繁多。在美国、巴酉等大显种植的主要国家，根瘤菌接种率达到了95%以上。澳大利亚、新酉兰等国家对显科牧草的接种面积不断扩大，种植的其他显科作物也逐步扩大适宜的根瘤菌接种应用范围。世界各国一直在研究与豆科作物及其品种相匹配的优良根瘤菌生产用菌株，根瘤菌剂产品在稳步提高。少数国家在经历一段时间的混乱后，逐步认识到加强根瘤菌肥料质量管理的重要性，并制定了相应的标准以强化产品的监督管理。

除根瘤菌以外，固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等的研究下作也在不断地深入，许多国家在其它一此有益微生物的研究和应用方面也做了大量的下作。前苏联及东欧一此国家的科研人员进行了固氮菌肥料和磷细菌肥料的研究和应用，所

用的菌种为圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌。他们和前捷克斯洛伐克、英格兰及印度的研究固氮菌的下作者证实，这类细菌能分泌生长物质和一种抗真菌的抗生索，能促进种子发芽和作物根部的生长；20世纪70年代末和80年代初，一此国家对固氮细菌和解磷细菌进行了田间试验，结果各异，对其作用还有相当大的争议。但在固氮螺菌与禾木科作物联合共生的研究中取得了一定的进展，在许多国家作为接种剂使用、总结20年来世界上一此国家的田间试验数抓表明，固氮螺菌接种在土壤和气候不同的地区可以提高作物的产录，在60%~70%的试验中可增产5%~30%。它们促进生长的主要机制是能生产能促进作物生长的物质，能促进根毛的密度和长度以及侧根出现的频率和根的表面积。

2.4.2 我国微生物肥料的发展概况

我国微生物肥料的研究始于20世纪40年代，其研究与应用已有几十年的历史，在我国的农业生产中起了非常重要的作用。最旱研究应用的是根瘤菌制剂，代表和奠基人有张宪武先生、陈华癸院士和樊庆笙先生等。50年代是早期发展的时期，开始研究应用了包括根瘤菌在内的固氮菌、溶磷细菌、硅酸盐细菌等细菌肥料；60年代则主要推广应用了“5406”放线菌抗生菌肥料；70-80年代中期开始研究由土壤真菌制成的泡囊—丛枝菌根(AM菌根)。这3次不稳定的起伏发展，其主要原因是产品质量无保证、产品质量无标准和行业无监管，以致每次发展的时间都不长。90年代以来，在总结我国微生物肥料几十年的研究、生产和应用历史经验后，微生物肥料研制单位相继推出联合固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机物料(秸秆)腐热剂等适应农业发展需求的新品种，它们在农业可持续发展，减少化肥使用、促进农作物废弃物、城市垃圾的腐热和开发利用、土壤环境的净化作用、保护环境以及提高农作物产品品质和食品女全等方面都有十分重要意义、加上这类产品的生产成木低，耗能小，不污染环境，所以口益受到重视。如今微生物肥料的发展势头很好，其研究和应用的总体情况可概括为：(1)微生物肥料产业初具规模，已成为我国农业生物产业的重要组成部分：国内现有微生物肥料生产企业500个以上，年产录约为500万t，在我国肥料家族中所占比例逐年增加，应用面积累计近亿亩，目前已有511个(至2006年7月)产品取得农业部的登记证(临时和正式登记)。(2)产品种类不断增加，使用菌种不断扩大：目前在农业部登记的产品分为菌剂类和菌肥类两个大类，共

有11个品种。9个菌剂类品种分别是：根瘤菌剂、固氮菌剂、硅酸盐菌剂、溶磷菌剂、光合菌剂、有机物料腐热剂、产气菌剂、复合菌剂和土壤修复菌剂；两个菌肥类产品是复合生物肥料和生物有机肥。在已登记产品中，菌肥类产品数量占登记总数的30%左右，菌剂类产品占70%。目前在微生物肥料使用菌种方面，涉及细菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌等110多个种，而且还在不断增加。另外，用于减轻和克服作物连作障碍、农药降解等微生物肥料新产品将陆续研发应用。

(3)使用效果逐渐被使用者认可，应用范围不断拓宽：大量的试验表明，微生物肥料的应用效果不仅表明在作物产量增加上，而且表现在农产品品质的改善、提高化肥利用率、改良或修复土壤、降低病虫害的发生、保护农田生态环境等多方面。在应用对象范围上，不仅蔬菜、粮食作物上微生物肥料大量应用且反映良好，近几年在果树和中草药种植中微生物肥料应用发展极为迅速，并在改善品质上效果非常显著，形成了新的热点。(4)微生物肥料产品进出口日趋话跃，已步入世界经济全球化轨道：目前有20余个境外产品进入我国市场，并在国内进行了试验，已有10个产品获得登记证。随着经济全球化进程的加快，将有更多的外国产品进入中国的农资市场。同时，我国也有10个产品出口至澳大利亚、日本、美国、匈牙利、波兰、泰国等国家和地区。（王粉莲等，2010(6)）

3 多功能肥料

3.1 多功能肥料概况

将营养物质与其他限制作物高产的因素相结合的多功能肥料，是21世纪新型肥料发展的重要方向之一。将调理土壤、保水、抗病等功能结合到肥料中去的多功能肥料，对肥料生产工艺提出了新的要求，其技术凝聚了农学、土壤学、植物营养学等领域的相关先进技术。在这一国际农业高技术竞争的重要领域中，美、日等国处于世界领先地位；我国虽然起步较晚，但在多功能肥料的开发应用方面也取得了长足进展，有力地推动了我国肥料科技的进步。这些多功能肥料卞要包括保水型肥料、改善土壤结构的肥料、提高作物抗性的肥料、具有防治杂草功能的肥料等（赵秉强等，2004）。

3.1.1具保水功能的肥料

针对我国水资源缺乏的现状，应用具保水功能的肥料抑制土壤水分损失，改善作物水分利用效率，具有重大的现实意义。土壤保水剂具有调节土壤水肥的功

能，缓解和协调农业缺水、缺肥，保持和提高土壤中水分、养分有效性的作用，很早就成为各国农业专家关注的对象，高吸水树脂(HWAR)等高效保水剂己经在全球30多个国家广泛应用（王志玉等，2004）。随着对保水剂研究和应用的不断发展，人们开始将保水剂与传统肥料结合，开发保水型功能肥料，由于HW AR 等保水剂在吸附水分的同时，也可以对水溶液中的肥料产生不同程度的吸附作用，所以一次施用即可达到肥田与保水的双重效果。利用保水材料实现水肥一体化调控，是一个新兴的研究领域。

华南农业大学在我国率先开展了保水型控释肥的研究，利用高吸水性树脂包被尿素和包膜型控释肥料，制成保水型控释肥料，试验结果表明作物的水分利用效率和水分产值效率得到了显著提高，目前该研究产品己经进入中试阶段（赵秉强等，2004）；广东工业大学（邓志城等，2002）利用湿鸡粪经EM细菌发酵和烘十处理后，加入保水剂和增效剂经造粒制成保水有机肥，不仅原有有机肥料营养得以保持，还可明显地改善土壤的团粒结构，提高土壤的保水性能，大大节约灌溉用水；杜建军等（2003）开发出以HWAR和单质肥料为原料的掺混型节水专用肥，与等养分的复合肥比较，产量增加5。16%，节水率达27。7%；同时证明了使用高吸水性树脂以控制养分释放能明显减少肥料的损失；东北林业大学（陈晓佳等，2004；苏文强等，2004）以肥料与竣甲基纤维素、内烯酸合成了肥料复合型高吸水树脂，吸水倍率为400g/g，其中所复合的肥料具有良好的缓释性能，为保水型肥料的开发提供了一种新的思路。

我国对保水型肥料的研究起步较晚，虽然做了一些工作，但要实现产业化所要解决的问题还有很多。由于HWAR是一类高分了电解质，容易受到水中离了的影响而使吸水率下降，在用于旱地作物抗旱栽培时，尤其应避免和硫酸钾等电离性强的肥料高浓度混合使用，这就给保水型肥料的开发带来一定困难。选择更适当的保水材料，开发利用适宜覆膜技术解决混合后无机肥料对保水剂吸水效率的负面影响，稳定吸水效率，是保水型肥料研究和应用的一个关键问题。我国对于保水剂的研究大多局限于保水或者保肥的单因了研究，缺乏水肥一体化调控研究。保水剂同样可用于控制肥料养分的释放，其打一散速率可由聚合物的化学性质控制。将保水剂用作控释材料制造新型保水型控释肥，实现对水、肥的一体化调控，是今后保水功能肥料研究的一个重要方向。有机肥料不仅在培肥地力、改

善作物品质等方面明显优于化学肥料，更具有天然保持土壤水分的功效，而目不会造成保水剂吸水效率下降的问题。应着眼于有机无机肥料的配合，开发有机型保水肥料，使保水型肥料功能更全面、更合理。

3.1.2具改良土壤功能的肥料

随着化学肥料的大量使用，我国农产品的产量大幅度提高，但也给土壤带来了诸如板结、有机质下降、微生态失衡等一系列问题。应用具有土壤改良功能的肥料，改善土壤结构，提高土壤肥力，对农业可持续发展具有重要意义。目前具有调理土壤功能的肥料卞要有腐殖酸肥料、膨润土肥料、沸石肥料、有机肥料等。

腐殖酸除本身的营养作用外，对土壤的改良功能卞要表现为：a.增加土壤团粒结构，改善孔隙状况；b.提高土壤阳离了吸收性能，增加土壤保肥能力；c.提高土壤缓冲性能，改良土壤环境。腐殖酸类复混肥料集腐殖酸肥、复混肥和有机、无机肥优点于一身，在开发绿色食品方面潜力很大，具有广阔的应用前景。我国泥炭资源丰富，腐殖酸类肥料己被广泛的生产和应用，四川、山东等地己对腐殖酸有机一无机多元素复混肥进行了广泛的肥效实验和大范围推广应用；东北农业大学（赵国林等，2004）以泥炭配以氮、磷、钾和多种微量元素制成的腐殖酸复混系列专用肥(包括玉米、大豆、小麦等)，经多年试验证明，在培肥地力、作物增产和改善作物品质等方面效果显著；兰州大学利用褐煤腐殖酸制备硝基腐殖酸的同时，加入(NH4 ) 2CO3和Ca3 ( PO4)2,生成含有R- COONH4的腐殖酸有机无机复合肥料，试验证明能显著提高肥效。

膨润土施用于土壤，可以有助于土壤团粒结构的形成，提高土壤的保肥保水能力；同时还能增强土壤的缓冲性能，吸附有害元素，减轻土壤污染，在环境保护上也具有很大意义。在肥料生产中加入适量膨润土，除起到上述的调理作用外，还可以降低肥料的含水率，防止结块；如果利用膨润土作为肥料的载体，更具一定的缓释功效。膨润土被单纯用于改良土壤的报道较少，但近年来膨润土在我国被广泛用于复混肥的制造，在增强肥料颗粒强度、减小养分损失的同时，还可以改良土壤结构，效果比较明显。

沸石应用于土壤中可以提高土壤盐基交换量，促进团粒结构的形成；另外由于沸石具有很强的吸附力，与化肥混和后，可以提高N, P利用率，延长肥效（李长洪等，2000）。将沸石用作载体生产复混肥在我国应用较多，如将沸石与碳铵

混合，以减少铵的挥发损失和改善碳铵的物性。另有将沸石与尿素混合做成沸石包衣尿素，沸石与尿素、磷铵或普钙、氯化钾复混做成沸石载体复混肥等多种方法在一定程度上起到了改良土壤、减轻因化肥施用过多导致的酸化，提高肥料利用率和延长土壤供肥时间，进而提高作物产量的作用。

有机肥料对改善作物营养，促进养分平衡，协调内源激素浓度与比例，提高作物产量与品质的作用己是不争的事实（刘文秀等，2002）。传统有机肥因养分浓度低、脏臭等缺点随着化肥的出现，其地位逐年下降。将禽畜粪便等有机废弃物经发酵处理后的商品化有机肥，保持了有机肥料的许多优点，在改良土壤，培肥地力，改善作物品质上的作用非化学肥料可比。发达国家在有机肥发酵工艺、技术和设备上己日趋完善，基本达到了规模化和产业化的水平。我国商品化有机肥的生产处于起步阶段，生产规模小、效率低、污染较大，关键技术设备等履待完善。

造纸黑液木素在我国己被广泛用作制造肥料的原料（李淋等，2004；马涛等，1997）。故当黑液木素作为肥料成分施入土壤时，除了对营养物质的缓释功能以外，由于木素的胶体性质及结构中具有的丰富酸性基团，可改善土壤团粒结构、提高土壤阳离了交换量和缓冲土壤酸碱性，从而提高土壤保水、保肥、保温和通气能力。

具改良土壤功能的肥料的发展有待研究的问题有：目前广泛应用的土壤调理剂种类比较多，但是用于制造肥料的还比较少。需要大力开发多种土壤调理剂在肥料中的应用，以期找到进一步提高调理功效与肥效的配方。膨润土肥料、沸石肥料、木素肥料等除了起到调理土壤的功能外，还具有保持并缓慢释放养分的作用，开发此种具有调理一控释复合型功能的新型肥料是今后工作的重点。对传统有机肥料产品进行升级改造，开展商品有机肥产业化关键技术研究，搭建我国商品有机肥产业化技术平台，提高有机废弃物资源化利用水平，也是需要进一步研究的问题。

3.1.3具除草功能的肥料

化学除草是提高作物产量和改善品质的有效途径之一。将除草剂和化肥混合加工而成的除草药肥是农药、肥料开发和应用的一个新的方向。除草药肥的优越性在于一次川间作业，便能收到施肥和除草双重效果；并目由于除草剂对土壤中

硝化细菌的抑制作用，使之与化学肥料的结合往往表现出良好的互作增效效应（王守红等，2001）。

除草药肥的研究最早始于20世纪60年代的日本，80年代后，我国也开始了有关除草药肥的研究。浙江省研制的除草尿素，采用包衣法将除草剂包裹在尿素颗粒外表，由于除草剂对土壤中的氮化细菌有显著的抑制作用，因而能提高尿素的利用率（郑纪慈等，2000）。江苏单下河地区农科所研制与开发的除草药肥一稻麦油系列农作物除草专用肥，采用多重复合技术，药效可增加10%以上，综合肥效增加8.6%，对农业主要杂草的防效在85%以上，增产8%~15%。现在该系列产品己经形成产业化开发，并在长江中下游地区大面积推广应用。

多功能肥料的研究开发在我国还只是刚刚起步，当前有些新型功能肥料仍处于试验研究阶段，技术还不成熟，应用效果也不稳定，距离产业化生产和大规模推广应用还有很长的路要走。