我国新型高效肥料创新体系形成

4月28日,北京市科委组织专家对市农林科学院营资所承担的“新型肥料产业化科技保障建设”项目进行了验收鉴定。
该项目整合了京内外科技资源,形成学校、研究院所、龙头企业等12家单位、100位研发人员共同参与的局面,为新型肥料技术升级与产业化提供了技术贮备。
项目建成了以北京首创新型肥料制造有限公司为核心,集产、研、商于一体的新型肥料产业化基地;完成了新型肥料研发条件建设;完成控释肥料生产设备放大研发、包膜型控释肥料的大规模连续化生产设备改造,形成了配套的生产工艺路线,树脂包衣尿素年生产能力达到2.2万吨。同时成功开发了延迟释放型控释肥料及其系列专用肥料,以及脲醛发泡基质、抗重茬肥料、保水型有机复合肥料、养分缓释型基质等系列肥料类产品22个;研发了养分速测技术、配套的速测箱及速测试剂,建成了人才和成果数据库,建设了新型肥料定位试验站和实验室各1个,建立了新型肥料评价企业标准1套,有效保障了新型肥料的持续开发与应用。该项目申报和取得专利33项,发表论文90篇,专着5部。累计生产和销售控释肥料16.5万吨、有机肥料30万吨、养分缓释型散状基质1.8万方、育苗基质7800万块,推广面积447.35万亩,实现社会经济效益6.3亿元,取得了显着的社会、经济及环境效益。

近日,5万吨控释复合肥料技术转化生产基地在四川什邡竣工投产。
我国在上世纪70年代开始缓/控释肥研究,90年代有部分产品投入市场。1994年,北京市农林科学院植物营养与资源研究所在国内率先系统开展树脂包衣尿素研究,利用回收的聚烯烃类材料进行改性,研发出可降解的包衣材料,成功研制出养分控释30、50、80、120、160、200天及其以上的系列包衣尿素和相应的加工设备,并在2004年通过组建首创新型肥料制造有限公司,实现成果转化并投入工业化生产,其产品价格是国外同类产品的1/4至1/3。
据悉,在北京市科委、工信委及什邡市委、市政府支持下,经过北京市农林科学院植物营养与资源研究所1年努力,5万吨控释复合肥料技术转化生产基地在四川好时吉化工有限公司竣工投产。作为主要参加单位,北京市农林科学院植物营养与资源研究所参加了国家“十一五”和“十二五”科技支撑计划当中的缓控释肥料项目,主持完成了北京市科技重大项目“新型肥料产业化科技保障建设”,形成了具有独立知识产权的“S”型控释肥料工艺和方法和连续化包衣设备,发表论文20余篇,获得国家发明专利4项,先后获得北京市科技进步二等奖和三等奖。

通过近些年的发展,中国肥料工业从无到有、从小到大、从主要依靠进口到供需自给有余,发展非常迅速,尤其是自20世纪70年代以来的三大更新浪潮,使得我国肥料行业步入了理性发展阶段。第一次是20世纪70年代的肥料高浓度化,比较典型的代表高浓度尿素取代了低浓度碳铵。第二次是20世纪80年代中期的肥料复混化,典型代表是磷肥、复合肥、磷酸二铵取代了普钙。第三次是始于2005年至今,新型肥料发展高潮,典型代表是商品有机肥、缓释/控释肥项目的建设和施用推广。尤其是近两年来,新型肥料迎来了快速发展期,但是在快速发展的过程中,也出现了一系列问题。
我国主要新型肥料发展现状
近几年,在新型肥料行业中,缓释/控释肥的发展是最快的,其次是商品有机肥,多功能肥料则因为涵盖面太广、针对性较强、市场比较混乱而发展相对缓慢。
缓释/控释肥料行业现状
我国缓释/控释肥研究所形成的技术类型几乎包括了国际上的所有缓释/控释肥种类,目前已由单纯的研究向产业化方向发展。虽然我国缓释/释肥料技术产业化生产的时间不过十几年,但发展速度十分惊人。目前,在企业层面,缓释/控释的理念已深入人心,不少复合肥企业甚至以此作为企业的转型契机,取得了较好的效果;而在消费者层面,随着媒体的大力宣传和企业的宣讲,一些大的种植户也开始接受肥料缓控、控释理念,并拥有了一定的市场。
由于目前中国对缓释、控释肥概念的混乱,我们可以从加工方面来看,可以分为添加剂类高效缓释/控释肥、包衣类高效缓释/控释肥料、合成有机缓释新型肥料。
1.添加剂类新型高效缓释/控释肥料
这类肥料主要是指生产期间被加入能提高尿素利用率的试剂或者蛋白酶,调节土壤微生物活性,从而达到缓慢释放、减少损失的目的,提高肥料利用率的试剂或者蛋白酶是此类肥料的核心。目前,我国添加剂类新型高效肥料主要有以下几种:
添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂的缓释肥料。中科院沈阳应用生态研究所石元亮等研制的稳定性肥料是指生产期间被加入了脲酶抑制剂或硝化抑制剂,调节土壤微生物的活性,减缓尿素的水解和对铵态氮的硝化-反硝化作用,从而达到肥料氮素缓慢释放和减少损失目的的一类肥料,抑制剂是稳定肥料的核心。目前我国稳定性肥料研究有两点领先于国际上同类产品:一是抑制剂的协同作用,我国应用的稳定性肥料的主体是复合抑制剂,在一定程度上解决了作用时间短、不稳定的问题;二是成本低,我国现行稳定肥料的成本增加额只有普通肥料的3%—5%。此类肥料已实现了大规模的工业化生产,其中黑龙江倍丰集团、辽宁锦西天然气化工厂、山东施可丰化工股份有限公司、河北中嘉化肥有限公司、河南财鑫及昆明农家乐复合肥有限责任公司等50多家企业采用了这一技术进行稳定性缓释肥生产,产品推广区域涉及21个省、自治区及直辖市,农业推广面积累计9153万亩,肥料品种达60多个,应用作物27种。
添加控失剂的控失肥料。中国科学院离子束重点实验室课题组经过数年研究,发明了“化肥固定化技术”。通过对天然材料进行物理和生物改性,研制出化肥养分控失剂,利用其形成的互穿分子网?“网捕”住养分,生产出新型肥料控失肥。该技术初期只能添加在复合肥、BB肥中,而在高塔熔体造粒尿素中,由于温度太高,使得控失剂会失去效果。通过近几年的研究与试验,山东金沂蒙生态肥业有限公司与中国科学院合肥物质研究所、安徽帝元生物科技有限公司三方合作研制的高塔控失尿素取得成功,现已生产出合格产品,目前生产控失尿素的企业只有山东金沂蒙一家,随着技术的进一步成熟,该技术产业化步伐将进一步加快。
添加金融蛋白酶的多肽尿素
多肽尿素是山东禹城中农润田化工有限公司和山东禹城瑞利源科技有限公司联合研制开发、国内首创且具有国际领先水平的绿色、环保、高效增效尿素,是在普通尿素生产过程中加入金属蛋白酶制成的。它对农作物所需养分具有极强的催化作用,不但能促进农作物对尿素的全面吸收,提高氮肥利用率,而且还能促进土壤中氮、磷、钾及微量元素的分解吸收,提高农作物品质和产量。长期施用多肽尿素,能对农作物进行生理调控,对土壤酸碱度进行调节,为土壤微生物提供良好的生存环境。中农润田公司目前是全国“多肽尿素”唯一生产厂家,产能为30万吨。除了多肽尿素以外,目前我国还出现了在复合肥中添加金属蛋白酶的多肽复合肥,生产此类产品的企业有3-4家。与大部分包衣类肥料不同,添加剂类新型高效肥料工艺比较简单,基本不用另建装置,只需在原生产装置上添加一个计量秤,所以关于这类肥料的产能难以统计。
2.包衣类新型高效缓释/控释肥料
这类肥料主要是指在尿素外层包裹一层材料,从而达到缓释、控释氮的释放特性,包膜材料是此类肥料的核心。目前我国包衣类新型高效尿素主要有以下几种:
硫包衣。硫包衣尿素是通过在尿素外面包裹硫磺、微晶蜡密封剂而制成的,硫磺与微晶蜡密封剂的数量将会决定该产品缓释氮的释放特性。我国的SCU技术由国外直接引进,在引进的基础上,又增加了工艺控制程序,调节养分释放。加拿大汉枫在国内硫包衣尿素缓释肥的领导地位不可取代。自2006年加拿大汉枫常绿有限公司在江苏姜堰投资了国内第一条硫包衣尿素生产线之后,SCU缓释氮肥生产线陆续在黑龙江、山西、山东等其他省份建成。汉枫公司SCU生产线核心技术来自加拿大纽格乐公司,在国外技术的基础上,又增加了12种工艺控制程序,目前汉枫在中国的SCU产能为40万吨,在建产能为20万吨。
聚合物包膜肥料。聚合物包膜尿素是通过在尿素外面包裹热塑性包裹材料而制成的,包裹材料是该技术的核心。目前我国聚合物包膜尿素的主要有代表的技术是:
山东农业大学张民等开发的聚合物包膜控释肥,通过调整膜厚度、膜材料、添加剂、不同粒径颗粒等的比例与组合,以期达到使控释肥释放高峰与作物吸肥高峰期相吻合,从而解决控释肥养分释放速率与作物生长吸肥规律相吻合的技术难题;
华南农业大学樊小林等也采用高分子聚合物包膜技术,但对包膜材料进行了创新,水溶性树脂或水基聚合树脂包衣材料以环境友好的单体在水相介质聚合而成无有机溶剂的、可以代替溶剂型包膜物料的新型环保包膜材料;
北京市农林科学院植物营养与资源所刘宝存等开发的聚烯烃包衣肥料是一种热塑性树脂包衣的控释肥料。之所以称为控释肥,是指在适宜的土壤条件下养分的释放只受温度这一可控的物理因素精确控制的肥料一定温度条件下,这种肥料养分释放的速度和浓度可以满足作物特定生长阶段的养分需求,以期实现肥料养分的供应和植物养分需求同步。
我国的包膜肥料已通过以上的技术与化肥企业相结合实现了产业化。
山东农业大学的聚合物包膜控释肥在山东金正大集团实现产业化,据悉目前山东金正大集团的控释肥年生产能力达到60万吨,2009年产量达到50-60万吨。
华南农业大学水溶性树脂合成技术已经在圃乐特控释肥料公司实现了产业化生产,产能约10万吨,并研制开发的异粒变速控释肥技术在山东施可丰年产10万吨项目早已投产。
北京农林科学院与北京首创集团新型肥料公司合作,生产聚烯烃包衣控释肥料,年产能达到20万吨,目前该院与其他公司的合作正在协商中。
肥包肥。郑州大学许秀成等研制的包裹肥料是以水不溶性无机肥料逐层包裹水溶性肥料核芯,在包裹过程中形成了缓效复合肥料,通过调节包裹层组成及厚度来制得不同养分配比的缓效增值复合肥料。该系列增值肥料包括以钙镁磷肥为包裹层、以磷矿部分酸化为包裹层、以二价金属磷酸铵钾盐为包裹层。
郑州乐喜施磷复肥技术研究推广中心长期致力于开发以枸溶性磷肥包裹水溶性氮肥的缓释肥料,先后开发了三类包裹型缓释肥料,已在山东、河南、江苏、山西、深圳、北京、美国实施产业化,并在中国、美国建立了总生产能力10万吨/年生产线。此类肥料是肥料包裹肥料,并不存在着聚合物包膜材料的二次污染问题,因此该肥料的应用前景较好。
涂层缓释尿素。中国科学院石家庄农业现代化研究所阎宗彪等研制的涂层缓释一次肥采用与氮、磷、钾肥料颗粒表面具有较强的亲和能力和成膜特性的涂层材料,分别涂在不同肥料颗粒表面,形成一层或多层包膜,成为具有“控氮缓释、促磷增效、防钾淋失、微量补充”功能,粒度均匀、色彩各异的单质改性肥料颗粒,再采用掺混工艺根据测土施肥需要科学组配与作物全生育期养分需求变化相协调,是缓释高效肥料的创新产品。这种包衣类新型高效肥料往往需要新建装置,因此成本比较高,投资较大。据不完全统计,目前中国包衣类新型高效缓释/控释肥产能为180多万吨,多集中在山东金正大、施可丰等大型企业。
3.合成有机缓释肥料
这类肥料主要指的的是脲醛类肥料。脲甲醛化肥是主要的、也是最早商品化的缓释氮肥,由尿素与甲醛反应制得,白色、无味,粒状或粉末状,靠土壤微生物分解释放氮素。目前国内生产脲醛类缓释肥的主要厂家上海大洋年产、武汉绿茵、青岛住商等,生产规模较小,产品多用于出口。据中国科学院沈阳生态研究所不完全统计,2009年缓释/控释肥产量约为40多万吨,2010年产能在此基础上继续增长,足以说明缓释/控释肥行业发展迅速。其中,添加剂类新型高效缓释/控释肥料由于成本较低、技术相对简单、投资较小,发展比较迅猛,产能占总产量的绝大部分,而包衣类新型高效缓释/控释肥料、合成有机缓释新型肥料由于成本相对较高、投资较大,发展速度相对缓慢,市场的推广难度更大,产量不大。
商品有机肥料行业现状
我国施用有机肥历史悠久,但是直到20世纪70年代,随着农业、畜牧业和食品加工等行业的发展,出现了大量有机固废需要异地消纳与处理,商品有机肥的生产与施用才开始兴起。20世纪80、90年代,为了消除传统有机肥料养分含量低、堆制难、产品与生产环境肮脏、生产费时费工、劳动强度大等诸多缺陷,国内开展了许多攻关研究并促进了有机肥工业化生产的发展。20世纪90年代中后期,随着有机肥工业化生产技术的开发和推广应用,商品有机肥料的生产与利用得到快速发展。同时,实施的“沃土工程”及发展“绿色食品”和推行“无公害农产品”行动计划,也进一步地推进了有机肥料产业的进程。
从全国范围来看,企业主要集中在两个大区域:一是经济发达地区,包括广东、浙江、江苏和福建等地。环保意识强,优惠政策、相对成熟技术支撑。二是有机肥资源丰富地区,包括山东、河南、河北、广西等地区,主要分布在大中型畜禽养殖厂附近和有机特殊资源地区等。
我国有机肥料生产企业规模,大致分为四个级别:普及型占35.1%,小型占39.3%,中型占
20.9%,大型占2.6%。目前国内注册的年产10万吨以上有机肥料厂有310多家,主要在广东、福建、江苏、河北、山东、河南、辽宁等省份,西部地区企业只占9%左右。总的来看,我国商品有机肥正处于高速发展期,但是规模小、投资少、老百姓认知程度不高等使得行业发展动力稍显薄弱。
多功能肥料行业现状
与缓释/控释肥料、商品有机肥料相比,多功能肥料的范围比较宽,针对性更强,它包括具有改善水分利用率的肥料、高利用率的肥料、改善土壤结构的肥料、适应优良品种特性的肥料、改善作物抗倒伏的肥料、具有防治杂草的肥料,以及具有抗病虫害功能的肥料等。
目前多功能肥料并没有国家标准或行业标准,这类肥料在提供营养的同时,还具有特定的功能,并且对环境没有污染或潜在的危害。有关多功能肥料的研究与开发,也是近几年的事情,国内外做的工作并不多,行业基本处于研究阶段,目前在我国主要的多功能肥料有叶面肥、添加了中微量元素的复混肥等。
多功能肥料目前还处于比较混乱的起步阶段,但是随着人们对作物品质要求的提高、施肥技术的进步,多功能肥料市场将会越来越大,需求也将增长,发展速度也将加快。
我国新型肥料行业存在的问题
在看到中国新型肥料行业高速发展的同时,我们也应该看到行业存在的问题和弊端。
国家扶植力度稍显薄弱
从一定程度上来说,我国新型肥料的研究基本上都是在国家有关部门的扶植下建立起来的,如“863”项目中的“新型高效肥料研制与产业化”、“948”项目中的“固体有机废弃物高附加值资源化技术引进、创新研究与产业化开发”,但是对于新型肥料本身的推广扶植力度不够,缺乏一个系统的、全面的推广模式,目前仅仅依靠企业的宣传是远远不够的。
我国新型肥料的技术存在欠缺
尽管近些年来,我国的新型肥料技术取得了快速发展,但是在具体的产业化过程中,仍然存在着一些难以克服的技术问题。
1.成本问题。由于技术含量高,新型肥料生产成本普遍偏高,不利于行业的产业化。如果这种肥料只能作为“贵族肥料”的话,那么它们身上所蕴涵的“环保、节约资源”等优势将不能最大限度地发挥,效果将大打折扣,其产业化之路必定受到限制。
2.新型肥料中控释肥的包膜材料二次污染问题。目前国内一些缓释/控释肥的包膜材料大多不能完全降解,这些很可能会对土壤造成二次污染。缓释/控释肥是一种智能肥料,尤其是控释肥,要求释放曲线将基本与作物的需肥曲线相吻合,而这种相吻合则是在一定条件下、一定温度下、一定土壤环境下才能实现的。
3.我国还没有制定较为完善的商品有机肥技术规范和建设指南在原料利用、工业化生产、示范区的建设等方面还没有具体的规范和标准等。我国有机肥料加工技术国内研究相对滞后,有机肥料生产企业生产工艺相对落后。自主创新的设备较少,多为仿制或改进的国外产品。对于有机无机肥的生产,难度要比单纯的有机肥或无机肥难度大,两者的物性结合是难点。多功能肥料还处于起步阶段,一些技术还不够稳定、成熟。
新型肥料市场比较混乱
1.造假制假企业较多。由于科技含量较高,价格相对较贵,这些新型肥料的优势竟然成为了一些造假制假企业的“卖点”,纷纷制售假冒的新型肥料,这对新型肥料行业的发展极为不利。
2.新型肥料企业内部竞争加剧。中国新型肥料的发展是建立在科研机构的技术转让上,而往往一家科研机构常常同几家企业同时签订合同,推广新型肥料,这就造成行业内部之间竞争加剧,如售卖同一种新型肥料,两家企业的产品吨价能相差200元,这对构建和谐肥市极为不利。
3.宣传不实。由于新型肥料有着环保、节能、提高利用率、多功能等一系列优点,再加上金融危机企业运营困难重重,部分企业回避新型肥料的缺点、过分夸大新型肥料的功效,存在着“炒作概念”的嫌疑。
新型肥料市场推广难度较大
作为一个新兴的肥料行业,从无到有、从小到大是要经历一个过程的。尤其是我国的农民,要他们在短时间内接受价位相对较高的新型肥料比较难。近些年来,在一些企业的努力推动下,新型肥料市场有所增大,但是目前新型肥料施用仍然占很小一部分,且新型肥料应用主要集中在收益相对较高的经济作物上,新型肥料难以走进大田。
标准不完善
产品标准代表着国家技术水平和产品竞争力,它规范着质量水准和技术发展方向,也是产品生产和市场的准入原则。目前关于缓控释肥料、商品有机肥等新型肥料的国家标准、行业标准已经陆续实施,但是从已颁布的标准来看,这些标准往往只代表不同生产工艺的产品。且随着新型肥料的发展,标准问题的制定、修订的问题将会日益凸现。
我国新型肥料发展方向
新型肥料行业在发展过程中,存在着诸多问题,但是其作为“未来肥料发展方向”的地位是不可改变的。
新型肥料在我国的定位
定位指确定某一事物在一定环境中的位置,定位正确是事物成功的前提。对于新型肥料来说,也是如此,找对自己在肥料“大家庭”中的位置,才能更好地发展。
与常规肥料不同,新型肥料是一种科技含量更高、更加智能、更加昂贵的肥料,因此要让新型肥料完全取代常规肥料并不现实,也不可能。然而新型肥料在肥料行业中能异军突起,则证明了市场对新型肥料有需求,这部分需求比其常规肥料来说太少了,这也从根本上决定了在很长一段时间内,目前新型肥料的生产只能是适应特定需求来生产,暂时不存在大规模应用于土壤,常规肥料在相当长的一段时间内仍居主导地位,因此中国新型肥料的研制、生产与推广需要稳步发展,不能急于求成。
新型肥料生产向个性化、专用化发展
常规肥料的技术成熟、市场稳定,决定了想要分得肥料市场“一杯羹”的新型肥料必须走差异化道路。化肥企业生产的单质肥料、通用型复混肥料共性化较大,很少顾及不同作物、不同土壤、不同生长期的个性差异化、需肥多样化和特殊化特性,因此新型肥料可以以环保、个性化、专用化为“卖点”,为客户量身订做肥料。此外,中国土地流转政策的实施也为新型肥料提供个性化、专用化的服务提供了便利。
新型肥料与测土配方施肥相结合
新型肥料的个性化、专用化又可以与测土配方施肥相结合。希望通过有关政府部门与企业的共同努力,让新型肥料的推广与测土配方同行,借用测土配方的力度,生产出省工、省时、增产的新型肥料,让新型肥料成为我国未来测土配方施肥的一个主流品种。
提高新型肥料的作用
新型肥料是一个很宽泛的概念,包括的肥料品种多样。根据中国目前的实际情况,重点有以下几种新型肥料:
1.缓控释肥料中,添加抑制剂的稳定性肥料由于投资少、制剂相对便宜,成本较低,建议此类生产企业可以在某作物专用肥上添加,然后向大田作物推广;而包衣类、化学合成的缓释/控释肥因成本较高,建议此类企业应选择以大种植户、农场合作,提供“测土、配方、生产”一条龙服务,做好个性化、专用化肥料。
2.商品有机肥料中,重点发展有机无机复混肥料、生物有机肥料。有机无机结合是我国施肥技术的基本原则,而有机无机复合肥料是实现有机无机结合施肥技术的物化载体,是传统有机肥料的升级产品,也是提高我国有机废弃物资源化利用、缓解肥料资源压力、减轻污染的重要途径,将是未来肥料产业发展的重要方向。现代微生物有机肥料不仅含功能微生物,而且含适合特种功能微生物生长的有机载体,且在工艺上有二次发酵过程,这样就能确保微生物有机肥中功能微生物的数量和在土壤中的定植、繁殖和功能发挥。随着我国土地流转的合法化以及现在农业体系的转变,大规模的土地将被集中耕种,这对于针对性极强的微生物有机肥的施用与推广有着重大的利好。
3.多功能肥料中,由于我国多功能肥料还处于起步阶段,产品、市场都不够成熟,不过根据目前的情况来看,具有保水功能、添加有中微量元素的多功能肥料需求将会有所增大。

记者昨日采访中科院沈阳应用生态研究所获悉,“十一五”国家科技支撑计划重点项目——新型高效肥料创制课题在京通过验收。5年间该项目共获得国家科技进步二等奖2项,开发新产品36种,建设试验基地22个,集成技术9项,授权国内发明专利35项,为肥料工业新产品开发和产业化示范提供了技术支撑。我国新型高效肥料技术创新体系在“十一五”期间已基本形成。
据项目召集人沈阳生态所武志杰研究员介绍,针对严重制约我国肥料资源高效利用与肥料工业发展的重点、难点问题,他们立足原始创新和集成创新,重点在氮/磷肥缓释促释技术、控释包膜技术、复合肥养分高效优化技术、非水溶性钾矿资源高效利用技术、无害化有机肥的快速生产技术等重大共性关键技术领域上开展研究并取得突破。
据了解,该项目开发的抑制剂协同增效及磷素活化技术专题研制了缓释尿素、长效缓释复混肥等产品,产品肥效期长,氮肥有效期长达120天,这项成果获得
2008年国家科技进步二等奖,新型作物控释肥研制及产业化开发应用专题获得2009年国家科技进步二等奖。该项成果为控释肥料在大田作物上的推广奠定了理论与技术基础,有广阔的应用前景。
此外,新型作物控释肥项目在回收废旧热塑性树脂包膜、硫加改性树脂包膜、热塑与热固性树脂多层复合包膜、溶剂高效回收、产品检测与质量控制等技术和大规模产业化开发方面达到国际领先水平;异粒变速控释肥料制造技术与产业化专项首次实现了3S控释技术产业化及其放大,开发出无溶剂原位反应成膜控释技术和水溶性树脂包膜控释技术结合的产业化综合技术。另外,霓辉正长岩制取硫酸钾、氢氧化铝清洁生产技术专题已通过国家科技成果鉴定,为我国的钾肥工业提供了全新的技术路线和方法,达到了非水溶性钾矿资源综合利用的目标,是高效节能和清洁生产的绿色化工代表。
新型高效肥料创制课题还在生物有机肥防病益生机理及产业化方面取得进展,建立了包含22家企业的产学研联盟,为生物有机肥的推广应用奠定坚实基础。

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