国内外新型肥料技术现状与发展趋势教材

国内外新型肥料技术现状与发展趋势中海石油化学股份有限公司科技发展部中国植物营养与肥料学会新型肥料专业委员会副主任沈兵2011-3-15089339-005一、新型肥料的定义二、主要新型肥料研究应用现状三、新型肥料研究方向四、新型肥料的几点思考汇报提纲089339-005为了与传统化肥相区别，把改性化肥、含微生物菌剂的有机肥、添加功能制剂的有机或无机复混肥称为新型肥料。因此可以这样定义：以能提供植物矿质养分的物质为基础，通过物理、化学或生物转化作用，使其土壤和作物的营养功能得到增强的物质叫新型肥料（新型肥料是指那些以提高养分利用效率或改善养分利用条件为主要功效，而作为商品肥料出售的物质）。新型肥料的含义超出了传统肥料的范畴，是肥料家族中不断出现的新成员、新类型、新品种，其内涵是动态发展的，它是肥料产业创新发展的原动力。一、新型肥料的定义：089339-005

新型肥料的发展进程089339-0051.是否能够提高传统化肥的性能、功能和效率2.肥料的理化性质是否改变，提高了产品的商品性3.生产工艺水平是否处于国际国内领先水平4.是否具有良好的社会、经济和环境效益5.是否应用最新科学技术成果6．是否具有可持续性特征，对土壤不会造成伤害新型肥料的界定089339-005缓/控释肥料、微生物肥料、有机肥料、叶面肥料、增效复合肥料和尿素等种类符合新型肥料高新技术的定义和界定条件。目前新型肥料还没有完善的分类体系，以新型肥料的新功能和新特性将新型肥料分为：缓控释肥料、生物肥料、商品有机肥料、叶面肥料、增效肥料；也可以按照肥料所含主要基础原料分为：改性化肥、生物有机肥、其它含养分制品等。新型肥料的分类

二、新型肥料--包膜控释肥的研究历史

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。Boller和Graver在1961年申请了主张使用环氧/聚酯系统树脂包膜复合肥料的专利，专利申请者是美国的ADM公司，SierraChemicalCompany采用这些专利，注册商标名称为“Osmocote™”并很快变为“TheFoundationforPlantNutrition™”的控释肥料，“Osmocote™”的商标于1993年被美国TheScottsMiracle-GroCompany购买。Stansbury等人在1964年申请的专利中描述了使用沥青和微晶石蜡（23wt%）和CaCO3包裹（NH4

）2SO4而成的缓释肥料。1974年日本窒素公司在美国申请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™”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。

二、新型肥料--包膜控释肥的研究历史

随后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纤维素为主要材料的可降解膜；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™”的控释肥料。Detrick于1993年、1994年和1999年在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™”和“TriKote™”等品牌

。Goertz等人2000年的专利中描述了二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等人利用多元醇于肥料氮素中的氨基结合，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™”是使用这项技术生产的

。

中国缓控释肥料的研究--探索阶段及其成果

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。主要成果如下：

1）20世纪60～70年代中科院南土所李庆逵院士主持的长效碳铵。2）1973年，辽宁盘锦农科所研制的沥青石蜡包膜碳铵等。3）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。中国控释肥料研究--普及阶段及其成果“九五”、“十五”是我国控释肥料研究普及阶段中国科学院南京土壤研究所（周建民研究员）中国农业大学（曹一平等教授）沈阳生态研究所（武志杰研究员）华南农业大学（樊小林教授）中国农业科学院（赵秉强研究员）山东农业大学（张民教授）北京市农林科学院（徐秋明研究员）——等多所大学和科研所的科技工作者——承担了国家和地方的控释肥料研制课题中国控控释肥肥的研研究突突破-十一五五期间间标志志：：“十一五五”国家科科技部部立项项“新型高高效肥肥料创创制”的科技技支撑撑计划划项目目“控释释包膜膜技术术研究究”（共性性关键键技术术研究究）“树脂包包膜控控释肥肥料关关键技技术集集成及及产业业化”（技术术集成成及产产业化化）山东农农业大大学金正正大大肥肥业业华南南农农业业大大学学南京京土土壤壤所所中国国农农业业大大学学北京京农农科科院院施可可丰丰、、首首创创、、隆隆源源缓/控释释技技术术和和已已研研发发的的缓缓/控释释肥肥料料种种类类类型型产产品品尿素素和和脲脲醛醛的的缩缩合合产产物物：：UF、IBDU、CDU硝化化和和脲脲酶酶抑抑制制剂剂：：DCD、HQ包膜膜和和包包囊囊肥肥料料（（控控释释肥肥料料））：：PCF、SCU主要要的的开开发发商商及及其其生生产产的的产产品品和和采采用用的的技技术术公司司产品品技技术术特特征征ScottsOsmocote®淳酸树脂技术术AgriumESN®反应层包膜工工艺AglukonSpezialdüngePlantacote®树脂包膜BASFBasecote®聚烯烃包膜HaifaMulticote®脂肪酸处理树树脂包膜Chisso-AsahiNutricote®聚烯烃包膜金正大、首创创Kingenta,Susagri聚烯烃包膜汉枫、乐喜施施Hanfeng,luxecote硫包衣、肥包包肥二、新型肥料料之一缓/控释肥无机包裹肥料料稳定性肥料硫包衣尿素聚合物包膜肥肥料有机无机复混混肥研究历史：膜膜材随整个科科技进步在演演变：硫磺树树脂脂肥肥包肥肥聚聚乙烯烯乳乳液聚聚氨酯包膜控释肥料料生产工艺研研究进展评述述无溶剂表面反反应包膜技术术和工艺特点聚氨酯2-4%包膜数量控释肥料CRF植物油

固化剂

助剂表面反应

控释包膜层

控释包膜层

原位反应成膜膜示意图二、新型肥料料之一缓/控释肥Region198319952000200420062010Unitedstates*202,000356,000414,300569,000590,000600,000WesternEurop**7,6008,700108,200120,900125,000130,000Japan***44,000119,00092,60097,000110,000

120,000China200,000350,000700,000Canada150,000150,000Total253,600483,700615,100986,0001275,0001700,000缓/控释肥料生产产消费情况美国AgIndustriesResearch&Consulting公司2011年1月提供缓/控释肥在国内内的应用2009年我国缓释肥肥料产量（70万吨）缓释肥料从20世纪70年代开始，到到今天经历了了探索起步（（20世纪80年代）、初步步发展（20世纪90年代）和快速速发展（2000年以来）三个个阶段。脲甲醛化学稳稳定性或微溶溶性氮肥养分分释放机理由于脲甲醛不不溶于水，所所以在土壤中中不易淋失，，而被贮备在在土壤中，当当条土壤微生生物活性增强强和有利于植植物生长时，，脲甲醛即可可进入微生物物分解和氮素素释放过程。。主要企业—住商稳定性肥料养养分释放机理理稳定性肥料指指添加脲酶抑抑制剂、硝化化抑制剂或同同时添加者两两种抑制剂的的尿素或复混混肥料。脲酶抑制剂——延缓尿素的水水解硝化抑制剂——抑制铵态氮（（尿素水解产产物）转化成成硝态氮在雨水比较少少，淋失损失失少和无大水水漫灌的条件件下能更好的的发挥效果。。硫包衣尿素（（SCU/PSCU）技术和工艺艺TVA法改良TVA法CIL法凝结包裹工艺艺喷动床工艺PCSCU法技术关键：将硫磺熔融后后，在高压下下喷涂在预热热处理的尿素素表面，然后后再在其表面面喷涂蜡质或或聚合物，密密封硫磺包裹裹产生的孔隙或裂隙。。典型企业—汉枫肥业肥料包裹技技术和工艺艺肥料包裹技技术，主要要是利用有有机的或无无机的粘结结剂等将具具有巨大表表面积、内内表面积无无机矿物（（如钙镁磷磷肥、膨润润土、蛭石石、腐植酸酸、凹凸棒棒等）或碳碳粉（如竹竹炭粉）包包裹在肥料料表面，形形成一层包包裹层以阻阻碍肥料的的溶解，并并吸附溶出出的养分。核芯（尿素、硝铵、磷铵、氯化铵）包裹层（钙镁磷肥、磷矿部分酸化、

二阶金属磷酸铵钾盐）FCMP夹层（钾肥、微肥、调节剂、农药）研究机构-郑州工业大大学、华南南农业大学学、乐喜施施二、新型肥肥料之一有有机-无机复合肥肥50--60年代，技术术特点是总总结农民传传统经验，，完善有机机肥积、制制、保、用用技术。研研究重点，，一是高温温堆肥的发发酵条件，，二是厩肥肥的积制方方法，三是是沤制和草草塘泥制有有机肥。70—80年代，研究究重点一是是沼气发酵酵，二是对对有机肥与与无机肥相相结合施用用的肥料效效应进行了了大量应用用基础研究究。80年代末以来来，我国农农业生产形形势和方式式发生料很很大的变化化。研究的的重点，一一是秸秆直直接还田技技术；二是是工厂化处处理畜禽粪粪便和农业加工工企业生产产的废弃物物生产商品化化有机无机机复合肥技技术。特别是十一一五科技支支撑计划的的实施，对对有机肥的的理论和应应用起到了了积极的的推进作用用。有机-无机复合肥肥的地位我国现代农农业种植与养殖殖脱节二、新型肥肥料之一有有机-无机复合肥肥等氮条件下下有机无机机复混氮肥肥对玉米氮氮素利用率率（%）的影响氮肥水平尿素（U）有机物料（A）有机无机复混（AU）低氮（105kg/ha）-15.81-13.5519.56中氮（210kg/ha）18.849.5132.97高氮（315kg/ha）20.218.1825.14发展有机无无机复合（（混）肥料料优化化肥养养分高效利利用赵秉强等，，2010二、新型肥肥料之一有有机-无机复合肥肥有机-无机复合（（混）肥的的生产中国有机肥进行行系统研究究始于20世纪30年代，在50、60年代，技术术特点是总总结农民传传统经验，，完善有机机肥积、制制、保、用用技术。研研究重点，，一是高温温堆肥的发发酵条件，，二是厩肥肥的积制方方法，三是是沤制和草草塘泥制有有机肥。70、80年代，研究究重点一是是沼气发酵酵，二是对对有机肥与与无机肥相相结合施用用的肥料效效应进行了了大量应用用基础研究究，90年代代之之后后，，研研究究的的重重点点在在有有机机肥肥腐腐熟熟和和有有机机-无机生产工艺艺技术研究。。有机-无机复合（混混）肥的生产产对于有机无机机肥的生产，，难度要比单单纯的有机肥肥或无机肥难难度大，两者者的物性结合合是难点，有有机物的添加加如果超过30%，产品的强度度下降，水分分容易超标，，造成存储过过程中无机肥肥料溶出，产产品易结块和和粉化。有机-无机复合（混混）肥生产的的关键工序是是造粒，决定定了有机-无机复合（混混）肥产品质质量的关键技技术。我们按按照成立方法法进行生产工工艺的分类，，主要有挤压压法、团粒法法、喷浆造粒粒法等。功能菌实验室室小试发酵罐罐功能菌工厂化化发酵生产起爆剂堆肥模式条垛式二、新型肥料料--生物有机肥最近20多年里生物肥肥料研究领域域不断拓宽，，溶磷、解钾钾等微生物肥肥料新产品不不断问世。研研究范围主要要包括抗病作用、根际营营养竞争、有有导致无抗性和分泌降解病病原微生物的的酶等。加拿拿大研制出“根瘤菌+PG-PR”复合菌肥，巴巴西的PGPR制剂以是小麦麦、玉米等作作物的重要肥肥料。英、美等国家家已经成功构构建表达Prn基因的菌株，，并成功导入入HCN基因簇，获得得提高生防活活性的菌株。。另外，新型型秸秆腐熟菌菌剂、土壤与与环境污染修修复菌剂等的的研发业发展展很快。估计计，全世界目目前微生物肥肥料产量超过过1000万吨，除了在在豆科作物上上被广泛应用用外，在蔬菜菜、粮食作物物上应用面积积也不断扩大大。二、新型肥料料—微生物肥我国微生物肥肥料研究与应应用的总体现现状：1）基本形成微微生物肥料产产业，在国家家农业部登记记的产品种类类有11个。全国目前前约有450个微生物肥料料企业，年产产量超过200万吨。2）微生物肥料料食用菌种种种类不断扩大大，所用菌种种已不限于根根瘤菌，目前前是用菌种达达到80多种。3）微生物肥料料的应用效果果再增产、改改善品质、减减少化肥用量量、防病等废废料效果逐渐渐被农民认识识，应用面积积不断扩大，，累计近500多万公顷。4）质量意识提提高，质检体体系初步形成成。国家农业业部在1996年将微生物肥肥料纳入国家家检验登记管管理范畴，对对微生物肥料料的生产、销销售、应用、、宣传等方面面进行监管。。生物有机肥研研发的技术路路线各种腐熟有机机肥资源抑制土传病原原菌菌种资源源库功能菌特征性性C、N源的研究腐熟有机肥的的C、N源营养组成研研究产品制造工艺艺（干燥、造粒粒等）二次发酵技术术（工艺和控制制）活菌数检测产品保存期活活菌数跟踪田间试验效果果分析功能菌在根际际定植情况成熟生物有机机肥产品生产产技术以功能菌的营营养特征为依据设计筛选营养养载体配方黄萎病病原菌菌拮抗菌的抑制制效果黄萎病病原菌菌高效拮抗抑制制棉花黄萎病病菌种K3发酵液K3发酵液[灭活]CKK9发酵液K9发酵液[灭活]CKK3K9高效解磷菌的的分离筛选抗青枯病抗枯萎病生防木霉抗黄萎病菜粕发酵氨基酸畜禽粪便发酵有机肥酒糟、玉米渣堆肥秸秆、中药渣堆肥配伍进行调配二次发酵生物有机肥的的生产工艺新型肥料—功能性肥料种种类和介绍抗旱性(保水性)---保水剂包膜肥肥料抗倒伏性-----硅肥的应用抗病性----某些单一或多多种元素根际肥料防治杂草的肥肥料腐质酸肥料（1）滴灌、喷灌灌“水肥一体体化”，浇浇水的同时时施肥。多多用于一些些沙漠地区区或者极度度缺水的地地方，规模模化种植的的大农场、、种植园，，节约灌溉溉水并提高高劳动生产产效率。——节水、省肥肥、省工。。（2）无土栽培培高品质、高高附加值经经济作物（3）叶面喷喷施可与农药等等其它物质质混喷。水溶性肥料料的应用用冲施肥不是是严格意义义上的水溶溶性肥料中微量元素素肥料产业业状况肥料的抗病病性机理1、某些肥料料成分对土土壤病菌的的直接杀灭灭作用2、肥料成分分提高作物物的本身的的抗病性----提高作物的的机械阻隔隔抗病性----影响作物次次生代谢过过程中酶活活性及其产产物3、肥料成分分对土壤生生态群落的的影响----肥料成分对对土壤生态态群落的直直接影响----肥料成分通通过影响植植物的根系系分泌物等等影响响土壤生态态群落的影影响配方3对照对照配方2内蒙古科右右前旗配方3对照大豆抗病肥肥对火龙秧秧子有明显显的抑制效效果内蒙古自治治区番茄抗灰霉霉病肥料效效果中国农科院院张淑香郑州工业大大学徐秀成成教授开发发的几种根根际肥料北京海依飞飞（Hi-effi）科技有限公公司及郑州乐喜施施（Luxuriance）磷复肥技术术研究推广广中心开发发的根际肥料:脲醛、磷酸酸铵镁、熔熔融磷钾肥肥提供缓释氮氮、磷、钾钾;添加能改善善土壤气相相条件诱根根下行的诱根剂;扩大根系空空间分布的的促根剂;通过特殊的的工艺，使使其定量成型。包裹型粒状状缓释根际际肥根际肥配方方N：P2O5：K2O=1.6：1.0：1.3氮素营养：52%-56%脲醛态氮，3-5%速效的铵态态素，20-23%适度缓释尿尿素态氮和19-22%适度缓释硝硝态氮。磷素营养，既有水溶性五氧化二磷磷也有枸溶性五氧化二磷磷。钾素营养，既有大量量（2/3）缓释态钾，还有水溶性钾，不同型态NPK将在不同时时期根据植植物的需求求而释放。。此外还有无无机肥料络络合态促根根剂及改善善一土壤气气相条件的的诱根剂。。这种粒状根根际肥料主主要用于马来西亚桉桉树、橡胶胶等，在种植植孔内施用用（150-250mg/株）。089339-005三、新型肥肥料研究方方向—十二五支撑撑计划研究究内容新型缓控释释肥与有机机肥开发关关键技术研研究缓控释肥料料共性关键键技术研究究主要研究究内容（1）新型型缓控释材材料研究（2）缓控控释肥料工工艺及装备备研究（3）缓控控释技术与与质量标准准研究（4）缓控控释肥料新新产品开发发控释肥料使用生产制造控释肥效环境膜表征膜过程材料工艺设备聚氨酯聚烯烃聚醇聚醚工艺方法工艺流程流化床转动鼓成膜机理控释过程制膜方法膜孔结构膜孔性能控释特性植物影响肥料效率生物产量生理指标品质质量使用方法用法用量位置氮素去向有益作用挥发排放温室气体面源污染节能减排

控释肥料的研究领域利用率经济性能作用方式控释肥研究究范围概况况新型肥料研研究方向—十二五支撑撑计划研究究内容有机肥料共共性关键技技术研究主要研究内内容（1）有机机肥、生物物有机肥专专用功能菌菌种选育研研究（2）有机机肥、生物物有机肥和和有机无机机复混肥生生产工艺与与装备研究究（3）有机机肥、生物物有机肥、、有机无机机复混肥产产品质量和和技术标准准研究（4）新产产品开发研研究089339-005三、新型肥肥料研究方方向—十二五支撑撑计划研究究内容缓控释肥料料产业化技技术研究与与示范主要要研究内容容（1）研发多种种膜材料及及不同肥料料核芯的热热固性树脂脂和热塑性性树脂新产产品生产工工艺和配套套包膜设备备；（2）研研究究硫硫和和硫硫加加树树脂脂包包膜膜工工艺艺技技术术；；（3）开展作作物与缓缓控释肥肥同步营营养技术术研究；；（4）研制成成本低廉廉、环境境友好、、资源丰丰富和工工艺性能能良好的的植物油油包膜材材料、水水基集合合物包膜膜材料，，研究膜膜材配方方、工艺艺技术及及配套生生产设备备；089339-005三、新型型肥料研研究方向向—十二五支支撑计划划研究内内容有机肥料料产业化化技术研研究与示示范主要要研究内内容（1）研究并并集成固固体有机机废物前前处理技技术、不不同有机机废弃物物“起爆”菌种技术术、发酵酵调控技技术、保保氮除臭臭技术和和翻抛-粉碎-曝气一体体化共性性技术，，。（2）研究并并集成腐腐熟有机机物料预预处理技技术、有有机-无机复混混配方研研究技术术、新型型黏结剂剂选配技技术和有有机-无机球状状造粒技技术等共共性技术术。（3）研究并并集成功功能菌种种选育技技术、菌菌种高密密度发酵酵生产技技术、适适合功能能菌种生生长定植植的有机机营养载载体。（4）开发减减容压缩缩关键装装备、建建立生产产工艺、、形成连连续化生生产线；；新型水溶溶性肥料料的发展展螯合技术术的研究究：促进进吸收、、增加稳稳定性新型助剂剂的开发发：促进进吸收、、运输肥料成分分的改变变：提高高有效养养分含量量活性物质质的应用用：发挥挥施肥的的综合效效果传统无机机盐类易沉淀易氧化吸收效率率低混配性差差新型水溶溶性肥料料1、促进中中/微量元素素施肥技技术的推推广增加有效效养分含含量提高养分分吸收效效率减少施肥肥的副作作用螯合技术术：螯合合剂的开开发中