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新型肥料的国内外研究现状

新型肥料的国内外研究现状新型肥料的定义新型肥料是指选用新材料、采用新方法或新工艺制备的具有新功能的肥料(张夫道,2005)。

目前新型肥料还没有完善的分类体系,按照新型肥料的组成和性质,新型肥料可分为4大类,分别为:缓/控释肥料、商品有机肥料、生物肥料、多功能肥料。

我国新型肥料的发展进程见图1(夏循峰等,2011)。

1缓/控释肥料1.1缓控释肥的定义国际肥料协会对缓释和控释的定义为:缓释和控释肥料是那些所含养分形式在施肥后能缓慢被作物吸收与利用的肥料;所含养分比速效肥(例如硝铵、尿素、氯化钾)更长效的肥料。

美国作物营养陇会(AAPFCO)对缓释和控制释放肥料的定义为:所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料(翟军海等,2002)。

1.2缓控释肥评判标准欧洲标准委员会(LEN)对缓/控释肥料所作的规定为:在25℃水浸提的条件下,肥料养分的释放要符合以下条件:肥料中的养分在24h内的释放率不超过15%,在28d之内的养分释放率不超过75%;在标明的释放期内,至少有75%的养分释放出来(TRENKEL M E。

1997;李卫牛等,2008;TRENKEL M E,石兀亮等,译。

2002)。

2007年,由国家化肥质量监督检验中心(上海)与亚洲最大的缓控释肥生产企业山东金正大集团共同起草、国家发展改革委批准的《缓控释肥料》行业标准正式施行。

根据该标准的规定,在温度25℃时,(1)肥料中的有效养分在24h内的释放率不大于15%;(2)在28d内的养分释放率不超过75% ;(3 )在规定时间内,养分释放率不低于80%。

1. 3缓控释肥的研究进展1. 3.1国外研究进展在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,但由于硫磺抗水性不够,缓释效果不是十分理想,采用沥青或石蜡进行一次包膜,增强了膜的抗水性,提高了缓释性能,经过近30年的研究于20世纪60年代才形成具有一定规模的生产能力。

Boller和Graver在1961年申清了主张使用环氧/聚酷系统树脂包膜复合肥料的专利,专利申清者是美国的ADM公司,Sierra Chemical Company采用这些专利,注册商标名称为“Osmocote TM”;并很快变为“The Foundation for Plant Nutrition TM”的控释肥料,“Osmocote TM”的商标于1993年被美国The Scotts Miracle-Gro Company购买。

Stans前ry等人在1964年申清的专利中描述了使用沥青和微品石蜡(23wt%)和CaCO3包裹(NH4)2SO4而成的缓释肥料。

1966年美国杜邦公司提出用甲醛气体与尿素在酸性催化剂的作用下缩合,制备脉甲醛包膜尿素。

1967年美国在加利福尼亚生产的醇酸树脂包膜肥料(Osmocote),醇酸树脂包膜肥料是双环戊二烯和甘油酷的共聚物,养分的释放可以通过改变膜的成分或膜的厚度来控制。

1974年日本窒素公司在美国申清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 TM”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随后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纤维素为主要材料开发可降解膜;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 TM”的控释肥料。

Detrick于1993年、1994年和1999年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 TM”和“TriKote TM”等品牌。

Goertz等人2000年的专利中描述了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,该研究成果标志着聚合物包膜肥料技术迈上了一个新的台阶。

2000年Geiger等人利用多元醇与肥料氮素中的氮基结合,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 TM”就是使用这项技术生产的。

(夏循峰等,2011)1.3.2国内研究进展我国缓控释肥料的探索阶段处于20世纪60年代至“十五”计划以前我国在1971年研制出脲甲醛肥料UF。

1974年由中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作率先以钙镁磷肥、石蜡、沥青包膜碳铵为原料研制成长效包膜碳酸氢铵,研究表明,施用长效包膜碳酸氢铵可使水稻氮素利用率达74%,小麦达63%,分别优于日本的硫衣尿素(SCU)和异丁叉二脲(IBDu)。

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。

1985年北京市园科所与化工所共同开发酚醛树脂包膜颗粒复合肥料。

1991年孙以中提出了用部分酸化的磷矿粉作为包裹材料的新思路。

1993年北京化工大学研制出将废旧泡沫塑料溶解在有机苯溶剂中,再加入无机填充物,制成有机高分了聚合物包膜复合肥料。

2004年,兰州大学研究了吸水保水性缓释肥料的制备,以内烯酸、内烯酞胺为卞要原料,凹凸棒土、高岭土和腐植酸为添加材料合成而成。

我国缓释肥料的发展概况见表2。

(夏循峰等,2011)缓释肥料从20世纪70年代开始,到今天经历了探索起步(20世纪80年代)、初步发展(20世纪90年代)和快速发展(2000年以来)三个阶段。

2 生物肥料2.1生物肥料的定义生物肥料,即指微生物(细菌)肥料,简称菌肥,又称微生物接种剂〔洲自是由具有特殊效能的微生物经过发酵(人下培制)而成的,含有大量有益微生物,施入土壤后,或能固定空气中的氮素,或能话化土壤中的养分,改善植物的营养环境,或在微生物的生命话动过程中,产生活性物质,刺激植物生长的特定微生物制品。

2.2生物肥料的种类生物肥料(微生物肥料)的种类较多,按照制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料(如根瘤菌肥、固氮菌肥)、放线菌肥料(如抗生菌肥料)、真菌类肥料(如菌根真菌);按其作用机理分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料(自生或联合共生类)、解磷菌类肥料、硅酸盐菌类肥料;按其制品内含分为弟一的微生物肥料和复合(或复混)微生物肥料。

复合微生物肥料又有菌、菌复合,也有菌和各种添加剂复合的。

2.3生物肥料的作用与功效生物肥料能提高土壤肥力,这是它的主要作用,如各种固氮菌肥料,可以增加土壤中的氮索来源,解磷解钾菌肥料可以将土壤中难溶性的磷、钾溶解出来,增加土壤中磷(P),钾(K)元素的来源。

另外,生物肥料还能促进作物的生长,改善农产品的品质。

各种生物肥施入土壤中,都能产生不同的生长激索,刺激作物的生长,如“5406”放线菌生物肥,不但有拮抗病原菌防病壮菌的作用,还能分泌细胞分裂索促进作物的生长。

真菌类的生物肥不仅在协助作物吸收磷、锌及铜等矿质元素方面有很强的作用,还能增强作物的吸水、保水,提高作物抗旱能力的作用。

由于生物肥料能制造和协助作物吸收利用多种营养元素,因此对农产品的品质有很大的改善,可以改变因施化肥产生的“瓜不香,果不甜,茶无味”的现状,使农产品各项指标达到绿色食品的标准。

2.4 国内外微生物肥料的发展现状2.4.1 国外微生物肥料的发展概况根瘤菌剂是最旱研发的产品,已在全世界范围推广应用。

美国、澳大利亚、新酉兰、口木、意大利、奥地利、加拿大、法国、荷兰、芬兰、泰国、韩国、印度及非洲的一此国家,至少有70多个国家研究、生产和应用显科根瘤菌,不仅面积不断扩大,而且应用的显科植物种类也口益繁多。

在美国、巴酉等大显种植的主要国家,根瘤菌接种率达到了95%以上。

澳大利亚、新酉兰等国家对显科牧草的接种面积不断扩大,种植的其他显科作物也逐步扩大适宜的根瘤菌接种应用范围。

世界各国一直在研究与豆科作物及其品种相匹配的优良根瘤菌生产用菌株,根瘤菌剂产品在稳步提高。

少数国家在经历一段时间的混乱后,逐步认识到加强根瘤菌肥料质量管理的重要性,并制定了相应的标准以强化产品的监督管理。

除根瘤菌以外,固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等的研究下作也在不断地深入,许多国家在其它一此有益微生物的研究和应用方面也做了大量的下作。

前苏联及东欧一此国家的科研人员进行了固氮菌肥料和磷细菌肥料的研究和应用,所用的菌种为圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌。

他们和前捷克斯洛伐克、英格兰及印度的研究固氮菌的下作者证实,这类细菌能分泌生长物质和一种抗真菌的抗生索,能促进种子发芽和作物根部的生长;20世纪70年代末和80年代初,一此国家对固氮细菌和解磷细菌进行了田间试验,结果各异,对其作用还有相当大的争议。

但在固氮螺菌与禾木科作物联合共生的研究中取得了一定的进展,在许多国家作为接种剂使用、总结20年来世界上一此国家的田间试验数抓表明,固氮螺菌接种在土壤和气候不同的地区可以提高作物的产录,在60%~70%的试验中可增产5%~30%。

它们促进生长的主要机制是能生产能促进作物生长的物质,能促进根毛的密度和长度以及侧根出现的频率和根的表面积。

2.4.2 我国微生物肥料的发展概况我国微生物肥料的研究始于20世纪40年代,其研究与应用已有几十年的历史,在我国的农业生产中起了非常重要的作用。

最旱研究应用的是根瘤菌制剂,代表和奠基人有张宪武先生、陈华癸院士和樊庆笙先生等。

50年代是早期发展的时期,开始研究应用了包括根瘤菌在内的固氮菌、溶磷细菌、硅酸盐细菌等细菌肥料;60年代则主要推广应用了“5406”放线菌抗生菌肥料;70-80年代中期开始研究由土壤真菌制成的泡囊—丛枝菌根(AM菌根)。

这3次不稳定的起伏发展,其主要原因是产品质量无保证、产品质量无标准和行业无监管,以致每次发展的时间都不长。

90年代以来,在总结我国微生物肥料几十年的研究、生产和应用历史经验后,微生物肥料研制单位相继推出联合固氮菌肥、硅酸盐菌剂、光合细菌菌剂、PGPR制剂和有机物料(秸秆)腐热剂等适应农业发展需求的新品种,它们在农业可持续发展,减少化肥使用、促进农作物废弃物、城市垃圾的腐热和开发利用、土壤环境的净化作用、保护环境以及提高农作物产品品质和食品女全等方面都有十分重要意义、加上这类产品的生产成木低,耗能小,不污染环境,所以口益受到重视。

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