缓控施肥基础知识课件

1、 据统计，化肥投入约占农民进行种植业生产总投入的50%左右，发展中国家粮食增产中50%来自于化肥的作用。但目前我国当季氮肥利用率仅为20%35%, 磷肥的利用率为10%20%, 钾肥的利用率为30%60%, 远低于世界发达国家水平。肥料利用率低不仅造成资源的巨大浪费, 还给人类赖以生存的环境造成了严重污染。因此缓控释肥料已经成为了肥料界研究领域中新的热点。 科技下乡缓释肥料课件山东金正大国际 朱广栋中国现代化农业首先要加快缓控释肥研究与推广 2019.6.7一、控释肥的现状及存在问题 国际肥料专家们一致认为“21世纪肥料是缓释、控释肥料”。目前，美国、日本、西欧已有50多家生产缓释、控释肥料的

2、厂家。我国的缓释肥料技术总体水平不及发达国家，尤其在产业化方面与发达国家差距较大。虽然我国缓释肥料的生产已有多年，但日前推广应用比较成功的只有中科院沈阳生态研究所生产的脲酶抑制剂型缓释肥料、郑州大学工学院生产的肥包肥型缓释肥料、广东农科院士肥所生产的缓释水稻肥、上海汉枫缓释肥料有限公司生产的缓释BB肥。当前影响我国缓释控释肥料发展的最主要的原因概括起来有以下几点： (1)目前在实验室和田间条件下对缓控释肥料养分释放的机理和影响因素的数学模型等相关研究还不深入，科研人员需要对肥料养分在实验 室内和田间条件下的释放率、释放模式、影响因素进行系统研究。同时注重缓释和促释相结合，着力研发具有“s”型释

3、放曲线的控释肥料，使 肥料养分释放速率和模式与作物养分吸收规律相匹配，从而限制和减少影响肥料发挥最大效应的限制性因素，最终使研究者的产品适应生产者 的需要，并实现经济和环境效益的最大化。 (2)肥效试验应从多个方面进行评价，目前肥效评价仅限于简单的对比试验，缓控释肥料在田间的去向缺少系统定量分析，由缓控释肥料应 用而产生经济和环境效益缺乏定量评价。因此，有必要进一步系统、严格地对缓控释肥料田间应用肥效及在土壤中的形态转化、去向等相关方 面进行评价，为改进缓控释肥料的性能，从而满足在各种农业生态条件下不同作物营养需求提供科学依据。 (3)目前关于肥料控释性能的测试方法国际或行业间上还没有一个统一

4、的标准，因而建立对肥料缓控释性能的标准测试方法，促进和保证其工业 化质量势在必行。(4)目前缓释肥料还存在生产成本过高的问题，一般高于常规肥料的24倍，致使该种肥料绝大部分只用于经济价值高的花卉、蔬菜、草坪等生 产中，限制了它的广泛使用。所以科研重点应放在保障肥料性能的同时降低生产成本，加速该类肥料的大田化、普及化。 (5)针对目前缓控释肥料推广应用还不是十分广泛的问题，政府可以加大对新型缓控释肥料的推广力度，通过立法、收取污染税和发放补贴等方 法，推动缓控释肥料的推广应用，加快我国肥料领域的快速变革。一、概念缓控释肥的定义 缓控释肥是一类能够实现一次施肥，不用追肥，释放期长的肥料。具体来讲，

5、可以从广义和狭义两个方面来定义这类肥料。 缓控释肥必须具备哪些条件具有释放期长效的作用，可大幅度提高肥料作用，减少肥料降低成本。具体来讲，具有以下个优点。水中溶解度小营养元素在土壤中释放肥料长期稳定一次大量施用不导致烧苗减少施肥数量和次数，节约成本缓释肥与控释肥的区别从广义上讲，缓释肥和控释肥是一类肥料，但是从狭义上讲，二者又各具特点，从构成到田间释放机理都有所不同。 缓释肥必须具备的条件水中溶解度小营养元素在土壤中释放肥料长期稳定一次大量施用不导致烧苗减少施肥数量和次数，节约成本1、缓控释肥的定义（缓控释肥是怎样的一类肥料？） 缓控释肥是一类能够实现一次施肥，不用追肥，释放期长的肥料。具体来

6、讲，可以从广义和狭义两个方面来定义这类肥料。广义上讲缓控释肥料是指肥料养分释放速率缓慢，释放期较长，在作物的整个生长期都可以满足作物生长需的肥料。 美国作物营养协会(AAPFCO)对缓释和控制释放肥料的定义为：所含养分形式在施肥后能延缓被作物吸收与利用，其所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料。 但狭义上对缓释肥和控释肥来说又有其各自不同的定义。缓释肥(Slow Release Fertilizers，SRFs)又称长效肥料，主要指施入土壤后转变为植物有效养分的速度比普通肥料缓慢的肥料。其释放速率、方式和持续时间不能很好地控制，受施肥方式和环境条件的影响较大 。缓释肥的高级形式为控释(Contro

7、lled Availability Fertilizers，CAFS)，是指通过各种机制措施预先设定肥料在作物生长季节的释放模式，使其养分释放规律与作物养分吸收基本同步，从而达到提高肥效目的的一类肥料。 近年来，控释肥料被描述为在肥料制备使用过程中释放速率、方式和持续时间已知并可控制的肥料。欧洲标准委员会(Committee European Nor-malization，CEN)综合了有关缓释和控释肥养分缓慢或控制释放的释放率和释放时间的研究，提出了作为缓释和控释肥应具备的几个具体标准，即在25下 肥料中的养分在24h内的释放率(即肥料的化学物质形态转变为植物可利用的有效形态)不超过15；

8、在28d之内的养分释放率不超过75；在规定时间内，养分释放率不低于75； 专用控释肥的养分释放曲线与相应作物的养分吸收曲线相吻合。概念（二）三、发展历程缓控释肥出现的背景 缓释肥最初是为了解决肥料养分释放速率与植物养分吸收速率不吻合的问题而提出的。 缓控释肥在国外的发展历程 自从1948年美国的KGC1art等人合成了世界上第一个缓释缩合肥料尿素一甲醛后，缓控释肥料的研发经历了一个多元化的发展过程。 缓控释肥在国内的发展历程在我国，早在20世纪60年代末，中国科学院南京土壤研究所就开始长效氮肥的研究，在国内首先研制成功了包膜长效碳酸氢铵。 缓控释肥元素释放影响因素土壤温度包膜厚度土壤值微生物活

9、动土壤中水分含量土壤类型灌溉水量1、缓释肥出现的背景 为了解决肥料养分释放速率与植物养分吸收速率不吻合的问题，20世纪初提出了缓释肥料的概念。1955年，微溶性脲醛化合物（UF）商品化合成，缓释肥料才真正意义上用于农业生产。1961年，美国研制出硫包膜尿素。发展历程（二）2、缓控释肥在国外的发展历程 自从1948年美国的KGC1art等人合成了世界上第一个缓释缩合肥料尿素一甲醛后，缓控释肥料的研发经历了一个多元化的发展过程。1960年以前主要是尿素一甲醛结合物缓释肥料的初步研究。20世纪60年代，缓释肥的研发取得了巨大进展，研究主要集中在尿素一甲醛缩合物的生产及其应用方面；石蜡、松香等作为包裹

10、膜方面；缩二脲的应用和危害。到了20世纪70年代，研究方向主要为尿素一甲醛缩合物、聚烯类等作为包裹肥料膜，肥料中搀杂其他难溶物、添加剂、抑制剂生产缓释肥料，异丁叉二脲和正丁叉二脲缩合物缓释肥料的研究方面。20世纪80年代是缓控释氮肥研发突飞猛进的年代，缓控释氮肥开始走多元化道路，其研究方向也随之扩大，主要是对硫磺、聚乙烯、磷酸镁铵(NH4)MgPO4H2O等作为包裹肥料膜材料方面的研究，及关于包裹缓释肥料理论模型的研究。到了20世纪90年代缓释肥趋于成熟，各方面的研究不断完善细化，并对新的领域进行探索研究，其中包括对有机高分子聚合物包裹膜分解过程的研究、吸附缓释肥料的研究等。 目前，缓控释肥料

11、的研究主要集中在包膜新材料的研发、新型化学合成缓释肥料合成工艺方法的研究及新型缓控释肥料长期应用对环境影响方面的研究等。 3、缓控释肥在国内的发展历程 在我国，早在20世纪60年代末，中国科学院南京土壤研究所就开始长效氮肥的研究，在国内首先研制成功了包膜长效碳酸氢铵。与此同时，上海化工研究院、湖南、福建、黑龙江等省市农科院、沈阳应用生态研究所、西北水保所和郑州工业大学等也开展了这方面的研究。近几年我国缓释肥料发展迅速，主要采取两种技术路线，分别是将肥料进行微溶化或包膜处理来实现肥料养分的缓控释。前者的代表性产物有脲醛化合物(UF)，后者的代表性产物有硫包膜尿素(SCU)、聚合物包膜尿素(PCU

12、)等。 目前中国农科院、中国农业大学、山东农业大学、华南农业大学、郑州大学、北京农林科学院等单位正在开展不同类型缓控释肥料的开发和应用研究，并取得了一定的实质性进展，有部分产品及肥料生产设备已经面世。例如郑州大学磷肥与复肥研究所不仅在国内建立了缓控释肥料生产厂，并且其以钙镁磷肥为包裹物的缓控释肥料还取得了美国专利，并成功地在美国建厂；山东农业大学与金正大集团合作，建成了年产30万t缓控释肥料生产设备，并已投产；华南农业大学资源环境学院则在探索用低成本控释材料和非专用设备生产包膜肥方面获得初步成功；北京农科院植物营养与资源研究所成功研发出了树脂包衣缓控释肥料生产设备，并研制出适合不同作物需要的控

13、释肥系列新产品。该项科研成果标志着我国缓控释肥料的研究已取得了较大进展，表明研制的缓控释肥料已达到了国外同类产品的质量标准和水平。然而，要使缓控释肥料生产成本进一步降低，尽快扩大推广应用范围，仍有大量的工作要做。四、分类 物理型缓控释肥料物理型缓控释肥料就是通过简单的物理过程处理，使肥料具有缓控性。物理型缓控释肥料大多为包膜肥料。 1.无机包膜型肥料 2.有机化合物及聚合物包膜肥料化学型缓控释肥料化学型缓控释肥料养分释放机理比较复杂，依据化学添加物是否与目标肥料结合，综合概括分为两类。 物理化学型缓控释肥料物理化学型缓控释肥料就是综合了物理和化学方法对目标肥料进行处理， 其养分释放机理较为复杂

14、，不仅包括化学过程同时也包括物理过程。 BFeCHCaKPCuClZnMgMoNiSNOMn1、物理型缓控释肥料 物理型缓控释肥料就是通过简单的物理过程处理，使肥料具有缓控性。物理型缓控释肥料大多为包膜肥料，一般通过一些手段如加热、喷涂、干燥等在肥料颗粒表面喷涂一层或几层惰性物质，形成致密的低渗透性膜，因而能控制水进人肥料核心以及养分溶液从膜内向外部扩散的速度，进而延缓肥料中养分的释放速度。膜的阻水性能越好，肥料的溶解就越慢。其养分释放过程首先是水分透过膜，水蒸汽凝结在固体肥料芯上并溶解部分肥料芯，引起内部压力的累积。如果内部压力超过膜的承受力，包膜破裂，颗粒养分快速释放出来，这种释放过程被称

15、为“损坏机制”(Failure Mechanism)；如果膜能承受住内部压力，肥料中的养分就通过扩散而释放，其动力是膜内外的浓度梯度，这种释放过程被称为“扩散机制”。发生这两个过程与否，关键取决于膜的机械状况、厚度、质量及包膜颗粒的半径和粒形等因素，包膜内养分的扩散释放可通过调控包膜物的性质加以改变。常见的包涂材料主要分为有机和无机两种，无机化合物作为包裹膜材料的有硫磺、金属氧化物和金属盐、无机化学肥料等。而有机物作为包膜材料的有石腊、烯烃聚合物或共聚物圆、不饱和油、天然橡胶等。 就目前缓控释氮肥的研究来看，包膜型缓控释肥料的制造过程不涉及化肥的化学反应，通过包膜材料成分和厚度的调整，来控制肥

16、料养分释放速度，该类肥料受外界环境因素影响较小，能灵活地调节其释放特性，制造工艺方法简单易行，在技术和经济上具有较大优势。分类（二）无机包膜型缓释肥 ()硫包膜肥料，是目前市场上较为常见的缓控释氮肥这种肥料是将硫磺在156熔化，喷涂于被空气预热的肥料颗粒表面作为包膜，随后用密封剂(微晶石蜡一煤焦油或聚乙烯一重油)喷涂封住包膜上的裂缝及微孔，然后是第3个涂层，通常是硅藻土作为调节剂以防止肥料颗粒相互黏结 。硫包膜肥料中养分的释放主要取决于膜的包裹质量及密封剂的密闭效果。硫包膜肥料对土壤水分含量、生物活动、运输及施用过程中对膜的磨损都是非常敏感的。()金属氧化物和金属盐包裹肥料 该类包裹缓控释肥通

17、常先将肥料颗粒与金属的碳酸盐或氢氧化物混合，随后往上喷涂长链有机酸，稍加热后在肥料颗粒表面上反应形成金属盐包膜，最后用蜡密封。生产工艺中也可将金属氧化物和惰性物如滑石、石灰石、粘土等或一些营养物质混合使用 。这类包膜肥料制备所需时间较短，成本低廉，储存性能好，但其养分的缓控释性能有待进一步提高。()肥料包膜肥料 就是在一种肥料的表面再包裹一种或几种另外的肥料。该类缓控释肥料主要以中国乐喜施缓控肥(LUXECOTE)为典型代表。LUXECOTE以尿素作为核心，在其表面依次包敷复合物和微溶性养分物质等(含N、P、K和MgFe、Zn)。它通过水渗过含营养物质的包裹层，溶解核心的氮肥后通过包裹层再向外

18、扩散释放氮。该肥料养分释放速度受土壤温度和pH值影响较小，养分释放均匀，缓释效果较好 。有机化合物及聚合物包膜肥料 (1)热固性树脂包膜肥料，是在制备过程中使聚合物作用在肥料颗粒上，由热固性的树脂交联形成的疏水聚合物膜。常用的热固性树脂有醇酸类树脂和聚氨酯类树脂。醇酸树脂是双环戊二烯和甘油酯的共聚物，养分的释放可以通过改变膜的主要成分或膜的厚度来控制。聚氨脂类包膜是在肥料颗粒表面上直接以聚氰基与多元醇反应生成。养分从这种产品中的释放主要依赖于温度变化，土壤水分含量、pH值、干湿交替以及土壤生物活性对释放影响较小。热固性树脂类包膜材料的品种很多，具体的物质包括环氧树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、

19、酚醛树脂、呋喃树脂和类似的树酯等。(2)热塑性树脂包膜肥料，其工艺技术是在制备过程中将树脂溶液或熔体包覆在肥料颗粒表面，可形成一层疏水聚合物膜。例如将热塑性包膜材料溶解于特定溶剂中，并加入一种或多种矿物粉，于硫化床反应器中喷涂在肥料颗粒上，形成一层聚合物膜。改变包膜材料的比例或添加矿物质的量，可以得到不同养分释放率和释放曲线的肥料。通常使用的热塑性树脂包膜材料有 烯烃的均聚物或共聚物(如LDPE、聚丙烯、聚丁烯等)、乙烯-丙烯的共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-一氧化碳共聚物等，也可以用聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯树脂、聚乙烯醇、聚酰胺和聚乳酸等热塑性树脂。 (3)蜡包膜肥料，蜡

20、作为包膜材料广泛用于各种水溶性肥料。美国专利中介绍了一种改进的方法，先用熔融石蜡包裹肥料颗粒，随后使蜡固化制得包膜肥料 。(4)不饱和油包膜肥料，一般该类肥料要在肥料颗粒上喷涂两个涂层：第1层是具高黏性不饱和油；第2层是低黏性不饱和油，主要起密封和防黏连作用。 (5)改性天然橡胶包膜肥料，天然橡胶经过硫化，添加一些改性物质后就可以用作肥料的包膜材料。2、化学型缓控释肥料 化学型缓控释氮肥养分释放机理比较复杂，综合概括包括两类：一是化学添加物不与目标肥料结合；二是化学添加物与肥料结合形成新物质。在化学添加物不与目标肥料结合的情况中又包括两种形式，一种形式是在目标肥料中添加阻溶性物质。以缓释尿素为

21、例，在尿素中添加含铜、锌、锰化合物及植物所需的其他微量元素的无机盐、有机物等，这些物质可使尿素的溶解速度减慢，从而减缓养分的释放速度；另一种形式是在目标肥料中添加养分释放抑制物质，如在尿素中混加脲酶活性抑制剂、硝化抑制剂。加入脲酶抑制剂能降低脲酶的活性，从而使尿素的分解速度变慢，即减慢氨化过程。加入硝化抑制剂能选择性地抑制亚硝酸菌、硝酸菌、脱氮菌的活性，从而减少氮肥的硝化和脱氮作用，主要硝化抑制剂有卤代苯酚、硝基苯铵、卤化苯铵、硫脲、甲硫铵酸 、吡啶、嘧啶、硫脲、双氰胺(DCD)等。 另一类是化学添加物与目标肥料结合形成新物质，如甲醛与尿素在特定条件下缩合生成脲甲醛；乙酸醛与尿素在酸性环境下生

22、成环状结构物质；异丁醛和尿素反应生成的亚异丁基双脲(IBDU)等，这类缓控释氮肥的养分释放机理是该化合物在外界环境条件的影响下(如生物作用、土壤pH值、水分含量、温度等)分解，特定化合物与尿素之间的化学键断开，重新生成尿素和特定化合物，然后尿素再释放出植物生长所需的氮素。其释放速度取决于组合物键的性质、立体化学结构、疏水性、降解难易度、肥料形状、表面积与体积之间的比率及微生物的作用等。3、物理化学型缓控释肥料物理化学型缓控释肥料就是综合了物理和化学方法对目标肥料进行处理， 其养分释放机理较为复杂，不仅包括化学过程同时也包括物理过程。五、质量检测 物理型缓控释肥料测试方法 1. 水（溶液）溶出率

23、法2、“肥土”淋溶法 3、扩散和渗透率法4、电超滤法5、同位素示踪法 化学型缓控释肥料测试方法 非包膜控释肥一般不仅具有物理缓控性，而且还具有化学和生物缓控性， 简单套用的结果与实际肥效相差悬殊。 FeCuMoBZnMn1、物理型缓控释肥料测试方法 1、水（溶液）溶出率法：用水或一定浓度的盐溶液在特定温度下浸泡肥料，定期测定浸提液氮素含量，从而计算一定时间内养分的溶出量。例如美国Scotts公司、Puresell公司，以色列Haifa化学公司是以肥料养分在21水中释放80养分作为聚合物包膜肥料0smocote、Polvon、Multicote的释放期评价标准。日本Chisso Asahi肥料公

24、司以在25水中释放75养分作为聚合物包膜肥料Nutricote、Meister的释放期评价标准 。该类方法测定过程较为简便，是评价物理型缓控释氮肥养分释放特性的常用方法。但其测定环境与土壤环境存在一定的差异，所以该方法只能粗略估计肥料的溶出情况，而对于高分子包膜热塑型包膜尿素和硫包膜尿素来讲，测定结果与在土壤中的实际释放情况能较好地吻合，因此该方法已成为硫包膜尿素和聚合物包膜尿素控释特性评价的常用方法。 2、“肥土”淋溶法：把肥料与土壤均匀混合，定期用定量的水淋溶，收集淋溶液并测定其中的养分含量。该法的好处是设备简单易得，不需特殊设备，且测定条件与肥料在土壤中的环境更接近，所以较水泡法测定的肥

25、料养分释放特性更为接近肥料在土壤中的真实情况。但该法较耗时，多不用于产品的在线测定，而用于科研。 3、扩散和渗透率法：取一定量肥料颗粒放在已称重的滤纸上，然后把肥料连同滤纸放入用干燥器改装的容器中，该容器底部盛水，上部为饱和水蒸汽，定期称量肥料颗粒及滤纸重量。根据重量变化来确定养分的释放速率。该方法对评价肥料颗粒的单个个体行为特别有效。 4、电超滤法：电超滤(electrouhrafihration，EUF)技术研究土壤有效养分已为人们所熟悉。近年来一些研究者把该技术应用于评价缓控释肥控释性能。利用EUF技术不仅可以提供肥效方面的信息，而且可以反映氮素淋失情况，是一种值得深入研究的方法。 5、

26、同位素示踪法：利用 N标记技术研究氮素释放特性。该方法是一种能较真实地反映田间实际情况的好方法。但目前在大规模的农业生产中用该方法研究缓控释氮肥养分释放特性的报道相对较少，主要原因是同位素标记成本较高，而且需要特殊仪器，一般普通实验室或肥料生产厂难以完成。质量检测2、化学型缓控释肥质量检测法 包膜肥料的实验室检测方法不宜简单地套用于非包膜控释肥，因为非包膜控释肥一般不仅具有物理缓控性，而且还具有化学和生物缓控性，简单套用的结果与实际肥效相差悬殊。 尤其是采用生物技术的缓控释氮肥(如肥料中加入硝化抑制剂、脲酶抑制剂)，简单地套用包膜肥料的测定方法不能正确地评价这些肥料的养分溶出情况。试验及生产上

27、通常采用“肥一土”淋溶法和同位素示踪法来对非包膜肥料的养分释放特性进行评价，但由于测定时间和成本问题使得这两种方法的应用受到了一定的限制。所以对于不同类型、不同控释机理的缓控释氮肥来说，研究相应的检测方法，对于推动应用各种缓控释肥十分必要 。2、积极推广缓释肥料减少肥料污染 目前我国是世界最大的化工生产国和消费国，2019年，我国化肥产量达到4860万吨，单位面积化肥使用量达到167-180公斤。根据中国农业大学资源学院的测算，我国化肥的利用率只有20%30%，在化肥使用中，最有利的时机是结合播种季节。苗期施肥量很少，解决施肥的矛盾通常需要追肥，但是追肥的时候如果不结合灌溉，肥料的损失浪费是很

28、大的。缓释肥能实现一次施肥，不用追肥，它具有释放期长效的作用，可大幅度提高肥料作用，减少肥料降低成本。我国缓释肥研究取得了很大成绩，大概有以下四种类型。一是合成缓释肥有机蛋白；二是合成缓释肥的无机蛋白；三是包膜缓释；四是生产抑制剂改良。缓释肥还必须具有以下几个条件，水中溶解度小，营养元素在土壤中释放，肥料长期稳定，源源不断地满足在整个生产中的需要。同时一次大量施肥不至于导致伤苗，肥料烧种子是很重要的问题。缓控释肥研究起步较晚发展较快，2019年中国申请缓控释肥的公开专利已经达到30多项，基本上是从上述四个方面进行研究。 作为农业科技工作者，我们提倡要积极推广缓释肥，做好实验示范，让广大农民认识缓释肥的优点和使用方法，提高使用的积极性。下