我国新型肥料发展研究.doc

我国新型肥料发展研究在我国农业发展的里程中，有机肥是农业生产的基本保证，是我国几千年来农业的基础肥料，它不仅可以为农作物提供营养物质，促进作物生长，而且还可以改良土壤的物理、化学和生物性状，熟化土壤，培肥地力。但施用有机肥料，只可以维持土壤肥力和一定的生产能力，难以提高单位面积产量和满足不断增长的人口对于粮食的需要。根据我国国情，继续扩大耕地面积的潜力已不大，虽然我国尚有许多未开垦的土地，但大多存在投资多、难度大的问题。这就决定了我国粮食增产必须走提高单位面积产量的途径。化学肥料的使用在提高产量中的作用不可忽略。但我国化肥使用普遍存在利用效率低、资源浪费、污染环境的问题。笔者在我国传统肥料的发展基础上，对新型肥料的种类与研究进展进行了综述。1 新型肥料的开发与使用新型肥料开发的重点领域包括新型缓释肥料、生物肥料、商品有机肥料、多功能性肥料等【1。其中，新型生物活性肥料【2】是一种新型专用肥料，能够提供作物养分，刺激作物生长；同时又可改善和增强土壤生物活性，最大限度地促进植物生长。研究表明，合理施用微生物肥料可以提高产量和增加果实含糖量、糖酸比和Vc含量等，果实品质明显改善；果实耐贮性和梨果的等级显著提高【9。新型生物肥料及提高作物抗性、改善作物资源利用率的多功能肥料等都是顺应农业可持续发展需要而产生的新型肥料类型【10。在土壤生态系统越来越受到人们关注的同时，土壤微生物更是成为一大热点。研究表明，土壤微生物多样性与地上生物多样性呈正相关10，但也有不同观点。菌根多样性被认为能够促进地上植物生产力的提高【12】。固氮菌是较早在土壤中生存的微生物，被认为在促进植物群落演替和连续方面有重要作用。陆地生态学的功能发挥在很大程度上依赖于土壤生物多样性，地下生态学正成为当前生态学发展的方向13。地上和地下物种相互作用构成生态系统的局域特征14。而微生物群体的巨大数量使得土壤微生物在地下生物多样性的贡献中有着不可忽略的作用，因此，提高土壤生物多样性，研究使用新型微生物肥料，不再仅靠加大化肥使用量来增加作物产量成为大势所趋。2新型肥料的种类及研发现状2.1缓控释肥料缓控释肥料的最大特点是肥料养分释放与作物吸收同步，施肥过程简化，实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，肥料损失低，利用率高，环境友好。世界各国都逐渐认识到新型缓控释肥料是提高肥料利用率的最有效措施之一。20世纪末，美国、日本、以色列等发达国家都将研究重点由施肥技术转向新型缓控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性大幅度提高肥料的利用率。缓控释肥料主要类别有包膜型缓控释肥料、化学抑制型缓效肥料、合成型微溶缓释肥料和基质复合与胶粘型缓释控释肥料1】。我国的缓控释肥料起步较晚，21世纪初开始起步，之后迅速发展，并很快与国际接轨。经过自主研发，我国现已推出以热固性树脂、热塑性树脂、硫和硫加树脂为材料的肥料包膜，在世界缓控释肥料研究领域具有领先水平。其中，硫包膜还可以起到杀菌灭虫、补充中量元素的作用。2.2微生物肥料新型生物肥料是一类以微生物体或其生命活动产物为肥料的微生物制品，该类肥料生产成本低，不污染环境，施后能起到增产和提高农产品品质的作用，在农业可持续发展中占有重要地位。2.2.1 微生物肥料的分类及其应用 微生物肥料大致可分为以下几类：固氮微生物肥料、微生物钾肥、微生物磷肥；另外还有“5406”和EM菌等微生物肥料。2.2.1.1 固氮微生物肥料。固氮微生物肥料是微生物肥料最早出现的一种。自1888年第1次分离出固氮菌不久就出现了固氮的根瘤菌肥料。根瘤菌可使空气中的氮元素转变为氮素化合物，使土壤中增加氮素营养，农作物需要的氮气大部分都由土壤中各类氮细菌通过生物固氮作用而提供的，而人工合成的氮肥仅占农作物需要量的12%，因此，固氮微生物对于作物生长具有极其重要的作用。我国固氮微生物的研究始于21本世纪30年代。1953年在我国东北大豆栽培中推广应用，普遍获得了增产效果。之后，对大豆根瘤菌的接种效果、大豆根瘤的发育及其生理活性作用进行了大量长期研究。由于微生物固氮过程中条件苛刻，如贫氮，另外各种类型的固氮菌固氮效果也受到植物专一性的影响，因此固氮微生物肥料领域还有待于深入研究。2.2.1.2磷细菌肥料。磷是植物三大营养元素之一，土壤中含磷虽多，但能为植物直接利用的极少。绝大部分是以不溶性的无机和有机磷化物存在。使用磷肥虽可满足植物对磷的需要，但在土壤里易被固定为难溶态磷，利用率很低。这些无效磷化物在解磷微生物的作用下，可转变为植物可利用的养料。因此磷细菌肥料值得进一步研究、开发和应用。2.2.1.3细菌钾肥。目前研究和应用的钾细菌大致有两大类：一类是硅酸盐形态的解钾细菌，目前研究和应用的解钾细菌大多属于这一类；另一类解钾细菌是非硅酸盐形态的。钾细菌在代谢过程中产生一定量的赤霉素、细胞分裂素、吲哚乙酸等生理活性物质。这些物质能促进作物根系的生长发育，提高作物的抗病能力。2.2.1.4其他微生物肥料。“5406”抗生素是20世纪50年代从西北地区的菌宿根上分离到的一株放线菌菌种“5406”，能分泌抗生素和植物生长激素，具有抗病和促进植物生长的作用。EM菌是由日本琉球大学教授经过30年的研究，开发出的EM有效微生物群，将不同种的近百种微生物聚合为一体，生产出用途广泛、应用领域较多的产品。EM菌应用于农业，可使作物明显增产；同时能改善作物的品质。国内近几年来在一些地区的试验应用，也取得了一定的实际效果，但在研究开发上亟待深入。2.2.2微生物肥料的优势与社会经济效益2.2.2.1 微生物肥料比化学肥料更具有生态学优势。微生物肥料与化学肥料相比，生产中消耗较少的能源，降低了环境污染，节省了能源。微生物肥料使用量少，无环境污染问题，而化学肥料中氨态氮，由于雨水的淋洗，很容易流失进入水体，造成河流湖泊的营养化，氮肥以温室效应气体N20的形态脱氮，使大气中N20浓度增加，加剧了温室效应的发生。微生物肥料使用改善了作物根际小生态环境。首先，它能改善由于长期施用化学肥料而形成的土壤板结，使作物根部土壤保水、保墒；其次，在作物根际形成有益菌环境，提高作物抗病能力。2.2.2.2微生物肥料更能有效提高作物品质。使用微生物肥料对于提高农产品品质，如蛋白质、糖分、维生素等的含量有一定作用。尤其是在更注重作物品质的情况下，微生物肥料使用优势更加明显。2.2.2.3微生物肥料效率更高。近10年来，我国化肥总用量增加了90.7%，而粮食总产仅增加了9.1%，化肥利用率低下，造成大量的能源损失和环境污染。而微生物肥料的效率要高很多，如根瘤菌中固定的氮素几乎能够全部为豆料植物吸收利用，既利用率较高又无环境污染问题。2.2.2.4微生物肥料比化学肥料有更大的经济优势。微生物肥料有较大的产投比，单位面积使用的资金仅为化学肥料的60% 70%，而且减少化肥使用量的同时可以大幅度提高粮食产量，同时减少了环境污染，取得较大的经济效益和社会效益。2.2.3我国微生物肥料的研究现状与存在的问题微生物肥料产业基本形成，在国家农业部登记的产品种类逐步增多。目前全国所有微生物肥料企业，年产量超过数百万吨，已逐渐成为肥料家族中的重要成员。微生物肥料使用菌种种类不断扩大，目前使用菌种达到近百种。微生物肥料的应用效果逐渐被农民认可，应用面积不断扩大。质检体系初步形成。国家农业部在1996年将微生物肥料纳人国家检验登记管理范畴，对微生物肥料的生产、销售等方面进行监管。部分产品已达到世界先进水平。存在的问题：微生物肥生产企业数目较多，但很多没有较系统的生产管理和科研水平，在一定程度上以追求利益为导向，产品生产很难达到规模化优质生产。微生物肥料种类单一，创新水平不足，缺乏新型高效产品。在国家管理上不是很透彻，部分产品未经国家注册，甚至有些注册产品检查不到位造成质量问题，影响产业发展。针对产品宣传不到位，甚至宣传失误，未能给农民一个清晰的认识，使得产品推广受到一定程度的限制。国家支持力度较滞后，研究力度尚待加深。2.2.4微生物肥料的研究前景为积极发挥微生物肥料在我国农业生产中的作用，目前的发展正从以下几个方面进行：新型肥料的推广是一个循序渐进的过程。在化肥使用量仍很大的前提下，推广微生物肥料更要从农民的角度出发，在保证其产量的前提下减少其经济投入，彰显微生物新型肥料的经济效益，促进新型肥料的推广。提高民众的产品质量意识。从化肥角度出发，强调化肥使用不当给生活环境带来的污染以及农产品质量下降问题。推广有机农业。有机农业在一定程度上已得到部分消费者的认可，有机农产品的生产与新型肥料密切相关。在有机农产品的市场占有额逐步提高的前提下，新型肥料的重要性也会得到民众的认可。充分调动一切积极因素，全力保障新型微生物肥料的生产和推广。从生产者角度，要加大科研创新能力，开发新产品，增强产品的市场竞争能力，同时要保证产品的优质。管理部门要协力创造有利环境，为生产企业提供优良的产品推广和销售平台。2.3功能性肥料与生物碳功能性肥料是指具有特定功能的新型肥料，一般而言，功能性肥料包括提高水肥利用率的肥料，改善土壤肥力特征的肥料，提高作物品质的肥料，提高作物抗逆性的肥料等。生物碳是由生物组织在高温缺氧的条件下生成，是一种能够永久固碳，减缓温室气体二氧化碳、氧化亚氮排放的理想产品。同时，生物碳能够有效改善土壤结构，提高肥料利用率，是当今新型功能性肥料研究必不可少的组成部分。国际生物碳发起组织公布的数据表明，生物碳能够将碳素固定在土壤中长达5000年。另外，生物碳通过改善土壤结构，提高水分、营养可利用性，减少作物对肥料的依赖性，有效提高作物产量和生产力。新型功能肥料的研究在我国刚刚起步，结合国情，重点研究领域包括：促进根系纵深发展，提高水分利用率和植物水分利用能力的功能性肥料开发；调节作物生物量分配，增强作物抗倒伏及抗病虫害能力的多功能性肥料开发；替代现有杀虫剂，既能提供营养元素又能起到杀虫作用的功能性肥料开发；提高作物产品品质，发展优质农业的肥料开发。3小结与展望控释肥料、微生物肥料、商品有机肥料以及功能性肥料，是国际上当前和今后一个时期新型肥料研究和开发的热点领域，代表新型肥料研究和发展的方向。总体而言，我国新型肥料的研究与开发，与发达国家相比，存在基础研究薄弱，工艺、设备等关键技术整体没有取得重大突破，尚未搭建起拥有自主知识产权的产业化技术平台，产业化水平低等问题。加强基础理论和应用研究，重点突破限制产业化发展的关键技术，推动产业化，是我国当前和今后一个时期新型肥料发展的目标【1。首先，我国新型肥料研发正处于发展阶段，众多领域尚处于未开发阶段，尤其是新型肥料的内在机理，如微生物肥料的作用机理，在机理清楚的基础上才能进行技术创新和新产品开发。这要求开发企业和政府管理部门齐心协力把基础研究与市场推广相互调节好，一方面生产出优质产品，另一方面保证产品的市场推广。其次，由于部分新型肥料要求较先进的生产工艺和科技投入，使得部分产品价格会略高于同类化学肥料，在某些程度上会使消费者难以接受。这就要求开发企业提高生产工艺水平，在高效水平上寻求材料替代品