肥料科学发展的趋势和现状

1、肥料科学发展的趋势和现状当前能源、化肥供应紧张，价格暴涨，世界性的粮食安全形势不容乐观。我国作为人口和粮食消费第一大国对此更应保持高度警惕。我国占世界7的耕地要养活世界22 的人口，这本身就是一个大问题，这需要我们对肥料产业、事业发展的环境有所认识，对所面临的凼难和问题有所了解， 进而对农业生产， 尤其是肥料使用前景和我们需要注意和解决的问题有一个清醒的认识。我国的粮食安全目标是自给率95 以上。随着人口的增长、消费水平的提高，耕地的减少，这一任务和压力越来越大。前年我省向中央提出了把我省建设成 “粮食生产核心示范区” 的建议，并承诺到 2020年全省粮食年总产达到1300 万吨，比 2007

2、 年增产 300 万吨，增长30 。应该说，这是一个比较艰巨，但经过努力可以达到的目标。如何实现这一宏伟目标 ?从以往的发展经验看，增加肥料投入，科学施肥应当是第一措施。 这一措施的可行性究竟如何， 如何应用发挥好这一措施，需要我们回顾一下以往的经验， 分析当前的肥料科学现状，面 l 临的问题和未来前景。本文试图从粮食、环境、资源的关系分析出发，展望肥料科学发展的趋势，和需要解决的问题。一、化肥的使用和投入的增加是粮食生产发展的保证1、化肥对粮食生产的贡献。世界e 从 1800 年到现在的 200 年间的粮食增产和化肥的应用为此提供了有力的依据。据资料介绍， l800年无化肥时，世界每亩土地只

3、生产粮食48 67 公斤， 1875 亩的土地生产的粮食才能供今灭一人之需；到1978 年，每阿投入的化肥npk 纯量达到 l0 28 公斤，生产谷物308 7 公斤， 3 亩可供 1 人之需。平均投入 1 公斤的 npk ，约增产粮食 20 公斤。近几十年由于营养物质的投入引起的农业大幅度增产更使人震惊。我省、我市近三十年粮食单产翻了一番。上世纪30 年代公认的看法是：如果把增产看做 100 ，那么，化肥的贡献率占 50 j，品种占： 30 ，其他管理措施占 20 。近 80 余年的发展可能有所变化， 但化肥为第一增产因素的格局不会变，在发展中国家更是如此。目前，以小麦、玉米为例，我市的空白

4、地力不过 250 300 公斤，而施肥后的产量都接近 500 公斤，所以肥料对粮食的增产贡献是大的，并且是现在离不了，未来也必须靠肥料打头阵。2、化肥生产的能量、能源消耗。据资料介绍，每生产1 公斤的n 素的化肥需要投入73 兆焦耳能量，生产l 公斤的 p 素的磷肥或 l公斤 k 素的钾肥，需要投入 14 或 8 兆焦耳的能量。按现代生产水平，合成 1 吨氨需要天然气875 立方米，或 658 升石油，或 2 吨煤。磷钾化肥的能源消耗可以按上述比例这算。所以化肥的投入也是能量、能源物质的投入。近两年化肥价格的上涨源自以石油、 煤炭等能源涨价， 是能源涨价的的传到所致。 那么，增加化肥投入还具有

5、可操作性吗?我认为答案是肯定的。据权威资料介绍，石油涨价60 的原因是供求关系引起的，40 是炒作引起的。所以油价高居是有泡沫的，而泡沫不可能长期存在。另据介绍，在高油价的情况下，原来不具有开采价值的油田，就具有了开采价值，其开采成本为每桶40 美元，而现在的油价是每桶百元以上，所以，市场趋利的导向作川不允许超商汕价b 引丈期存在。还有现在欧美已经大批量地利用玉米炼制已醇，据说，当前高粮价与此铂关，这项烁制每年消耗了全世界人口15-18 天的口粮。还有，最近报道， 国外已出现利用农作物秸秆制造已醇技术。凡此种种，都提示我们化肥价格畸高的现象不可能k 久。增加化肥投入具有可行性。3、农业是增加能

6、量的产业。在农业生产叶 ，把投入的能量与获得的能量相比，农业是产能产业，这在各行业中是唯一的。也就是说，农业生产是唯一增加能量的过程，它的产投比均大于1。如：小麦生产能量的产投比为2.2 ，大麦为 2，马铃薯为 1.3。化肥投入使用后，产出比更高。如：小麦产生的能量与化肥投入的能量之比为 3.3，1 人麦为 3.2 ，马铃薯为 2.1 。上述结果仅根据食刚部分计算，秸秆中蕴藏的能量还大于食用部分， 如把这部分能量计算在内，则能量的产投比至少在5 以上。所以，从长远看，能源紧张更应该发展农业生产，增加化肥投入，发展循环经济。搞得好，会有利于缓解能源紧张问题。另一方面，化肥生产消耗的能量在全社会消

7、耗量中只占一小部分。即使在英国这样一个化肥投入较多的国家，生产化肥所消耗的能量仪是其所消耗能量总量的1。化肥如此，有机肥料的投入也有同样的作用。从能量的角度看，增加投入营养物质，是必要和有利的。今后的问题不是限制这一投入，而是仍然要增加这投入。这是不可抗拒的趋势。二、营养物质投入不当所带来的环境问题。小少营养元素本身也是环境污染元素。1、对水体的污染。大量施用化肥，一是加剧了地表水的富营养化。施入土壤中的氮、磷化肥有部分通过地面迳流进入河流、湖泊。使河湖营养富集， 藻类等生物大量繁殖， 水中氧气耗竭而导致其他水生物生存危机和部分水生物物种灭绝。据科学估算，流入河湖中的氮有 60 ，磷有 25，

8、来自农业生产。这与肥料施用有直接关系。二是污染地下水。施入土壤中的氮素有一部分以硝态氮、亚硝态氮和氨态氮的形势随水下渗，最终进入地下水。 亚硝酸盐本身就是严霞的致病物质，硝态氮在人体中也会还原成亚硝态氮(no 2 n) 。他们会导致人体血液氧气运载受阻。同时，亚硝态氮还可与各种胺类物质发生反应，生成致痛物质。70 年代我国氮素化肥用量增加了6.4 ，同期地下水中硝态氮增加了约23 ，增加化肥用量对地下水的污染可见一斑。90 年代末河南省抽样检测，地下水硝态氮含量平均值已达到10毫克升；许昌市2000 年抽样化验地下水硝态氮平均含量9.8 毫升升。大量不科学地施用化肥可能造成饮水危机。2、对土壤

9、的污染。一是含氯离子、硫酸根离子的化肥施入土壤后，这些离子与钙结合形成难溶于水的氯化钙和硫酸钙，会导致土壤理化性状的改变。土壤容量上升，团粒结构减少，容易板结，生产能力下降。二是大量施用磷肥，会同时带入镉、铅、铀、钴、铬等重金属元素，放射性元素和氟。 而这些有害元素会通过农作物吸收，人畜饮食进入人体危害健康。 三是磷和锌有拮抗作用， 过量施入磷肥又会降低锌的有效性，阻碍锌的吸收，引起作物缺锌，并刺激作物提高对重金属元素的吸收。再一方面，过量使用氮肥，可导致果、菜中硝态氮含量提高。3、对大气的污染。由氮素在农业生产中产生的氧化氮是消耗臭氧层的气体。据有关研究推算，大气中氧化氮浓度增加一倍，臭氧层

10、中臭氧含量就会减少10 ，太阳强紫外辐射因此增加19 22 。1969年以来，全球除赤道外， 所有地区臭氧层中臭氧含量下降了3 5。另外，由氮素化肥反硝化产生的气体氧化亚氮(n20) 在大气中每增加0.2-0.3 ，温室反应将增加5 。且氧化亚氮在大气中惰性较大，寿命长达 110 150 年，容易集累，温室效应又是二氧化碳 (co 2)的 200 倍之多。在氧化亚氮的三大排放来源中， 土壤排放量占 53 。施用氮素化肥，可使其排放增加 48.99 ，在高氮肥情况下，氧化亚氮排放量比不施氮素化肥增加 5 倍以上。三、我国磷矿品位低、钾资源贫乏虽然我国为世界第三磷矿资源大国，约占世界磷资源的 30

11、 。但我国磷矿资源已经被国家列为 2010 年以后的紧缺资源。 根据现有开采水平和消费量估算，世界磷矿可以满足 100 年内的需求，但是中国p205 30 的富矿资源仅能利用到2014 年。我国磷肥产业链中资源的利用效率仅为39.5 ，每生产 1 吨磷肥 (p205) 需要消耗 2.53 吨磷矿资源 (p205) 。我国是贫钾国家， 同时又是钾肥需求大国。 我国的钾资源储量仅占世界钾资源总储量的2.6 ，但消耗量占世界消耗总量的20 。 2006年以后，中国钾肥消耗量已突破1000 万吨。围内产量仅能满足需求的 30 左右。据统计， 2006 年我国钾肥预测需求量达 800 万吨，国内生产约

12、300 万吨，需进口 500 万吨左右。目前，我国钾肥进口量约占国际钾肥交易量的 l 4。我国钾肥主要依靠从加拿大和俄罗斯、自俄罗斯进口。我国钾肥近 70 依靠进口。我国在钾肥进口价格上缺乏话语权， 进而影响到国内钾肥销售价格上的定价权。 钾肥高价运行趋势明显。据悉，近年来我国钾肥进口价格不断上涨， 2004 年我国进口钾肥价格为 1200 一 1300 元吨，到 2005 年已升至 1700-1800元吨。当前，我市市面上的进口氯化钾每吨涨到5200 元。四、营养物质的循环利用是可持续发展的基础首先，要加强有机物料中的养分循环。这里所说的有机物料包括人畜粪尿，农作物秸秆及其衍生物。 人畜食用

13、部分所含植物营养元素只是农作物从土壤中吸收部分的几十分之一。有机物料返还土壤可以使农作物吸收的大部分养分重归土壤。大大减轻化肥投入的压力。 最近，我们按照当前产量水平和化肥价格测算，每亩玉米的秸秆返还土壤所返还的氮磷钾营养元素，折价达到141 元之多，小麦秸秆也达到 61 元。在当前化肥高价运行的情况下，有机物料中的养分循环利用不仅具有改善土壤结构，提高保水、保肥，培肥地力的战略意义，而且更具有现实意义。我国是磷钾资源贫乏的国家，据专家介绍：“只要把有机物料均匀地返还土壤，缺钾将不会成为严重问题”。其次，要加强投入到土壤中的营养物质的循环和利用。研究已经证叫，投入到土壤中的营养物质未得到充分利

14、用。尤其是磷钾在土壤中由滞留和惰化。我国自大规模施川磷肥以来， 土壤中已积累，大量的磷素。可见到的资料是， 到 1992 年我国平均每亩耕地积累的五氧化二磷达到 10 的过磷酸钙 429 公斤。到现在当然会更多。专家指出： “充分发挥这部分磷素的作用、加强其循环，则农业中的磷素缺乏，将不应当成为问题”。同时指出：“这部分磷素与原来存在于土壤中的难溶性磷有本质的区别，有较大的利刚潜力。解决土壤中磷钾元素的循环利用是一个难点问题。我们曾尝试过培养推广解磷解钾细菌， 和种植对磷钾具有高富集能力的绿肥两条途径。但都有一定的局限性和困难。有些问题尚在努力之中。五、化肥合理投入的核心是提高利用率。投入的肥

15、料被作物充分吸收了， 充分利用了投入的同报率才上的去。如何提高养分的利用率， 目前人们主要从以下几个方面开展研究。一是从肥水的关系出发米研究。 主要是通过以肥调水， 以水促肥来进行研究。二是从营养平衡搭配米开展研究。不仅要“缺啥补啥，缺多少补多少”，而且要通过不同元素的拮抗、抑制、协同、激励等关系的交互作用， 来协调并满足作物的需要。 目前我们所开展的测土施肥行动主要就是解决这一问题。 三是提高作物本身吸收利用养分的能力。即通过培育高效(高吸收利用能力 )作物来实现。它包括两个方面的意思。一是吸收效率高，即从土壤中吸收的养分数量和这一数量占士壤中总养分的比率高，这只反映了吸收能力。二是利用效率

16、高，是指作物吸收单位养分所增加的产量要高。二者兼备肥料的增产效益才会最高。通俗的说，就是要培育既能吃，又能干的农作物新品种，采取各种措施促使农作物提高吃和干的能力。六、发展保肥增效的新型肥料是提高肥料效果的必由之路提高化肥吸收利用率由工业和农业两条途径。农业途径我们前面已经介绍了相关的研究方向， 现在主要说工业途径。 这有利于我们客观认识或评价当前出现的新型肥料。工业途径主要是针对化肥存在的问题从养分平衡或从养分释放上入手，生产能保肥增效的新型肥料。实践证明，就化肥本身而言，存在三个问题：一是多为单元素肥料，养分不完全；二是容易变化，如氮容易挥发、硝化和反硝化，磷肥容易固定，钾素容易惰化；三是

17、溶解过快 (特别是氮肥 )。从这几个方面考虑就形成了几条改造肥料的工业途径。解决第一个问题的办法是通过化学的办法和成复合肥(如二铵、一铵、硝酸钾 )，及通过物理熔融生产二元素或三元素的复混肥。复合肥、复混肥往往养分配比是单一的，或只有少数几个配比，因此，也不能满足生产的需要。根据我国现行的“家庭承包，双层经营”的现状，发展专用肥是解决这一问题的较好途径，有较大的发展前景。解决第二个问题的途径是向肥料中加入增效物质。在氮肥中加入硝化抑制剂、尿酶抑制剂等， 防止施入土壤中的氮肥迅速转变为铵态氮、硝态氮而造成挥发和淋失； 在磷、钾肥料中加入化学或生物物质，如溶磷、溶钾，解磷、解钾细菌，使磷钾肥料长效

18、或增效。但目前的问题是：向氮肥中加入的增效剂效果小稳定，且多为有毒物质，甚至有的是致癌物质。 向磷钾肥料中加入的物质多无实效，加入的生物物质效果也不够稳定，其原因是，细菌的数量、活性不好保证。解决第三个问题的途径是生产缓释或控释肥料。缓释就是使可利用的养分缓慢释放。达到缓释的办法是生产低水溶性的含氮无机物或有机物。 目前生产的无机化合物多为无机磷酸 铵化合物 ，通式为menh4p04xh20 ，主要有磷酸铵镁、磷酸铵钾：生产的有机化合物主要是由尿素分别与甲醛、乙醛或丁烯醛缩合制得的改性尿素产品。如脲甲醛、脲乙醛、异丁叉二脲和草酰胺。均三嗪、双氰胺和眯基硫脲等有机含氮化合物及其硫酸或磷酸盐类也属

19、于这一类，以其分子式较为复杂，具有缓效与硝化抑制剂的双重功能而受到重视。采用上述方法生产的缓效肥料有利也有弊。既要缓效，就不可能速效，在作物迫切和大量需要养分的时候，就不能满足作物的需要。而缓效肥料的后效究竟有多大，至今还是个谜。针对缓释肥料的缺点， 控释肥料应运而生。 理想的控释肥料应该是：可根据作物不同生长阶段对养分的需求，人为地控制养分释放速度。根据这一要求，针对水溶性肥料的特点，人们从包裹和薄膜两个方而进行了探索。包裹肥料从制造的角度看， 多是以颗粒状速效肥料为核心，以枸溶性的钙镁磷肥，或其他类型的枸溶性的磷肥为包裹层，添加无机酸复合剂、缓溶剂为粘结材料所构成的营养复合体。包裹层是渗透性的涂层，肥料入土后，水分会溶解包裹层中的可溶组分，从包裹层的裂隙或微孔中进入，溶解包裹在核心的可溶性肥料， 并使之从微孔中扩散出来。可溶性肥料的释放速率与肥料的粒度、包裹材料、厚度及其理化特性、粘合剂性质、制造工岂、水分、温度等有关。因而，距要实现理想的控释，总会有一定距离。但，价格低廉，有一定效果，所以有一定的应用前景。包膜肥料有两种类型， 一种是采用不渗透性的涂层