新型肥料研制技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化開發(fā) 1

隨著人們對身體健康和生活質(zhì)量的日益關(guān)注，對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的要求也在不斷提高，要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)、高效的方向發(fā)展，結(jié)合我國人地矛盾突出、資源利用率低等現(xiàn)狀，肥料的革新成為關(guān)鍵。因?yàn)樵诎l(fā)展中國家，施肥可提高糧食作物單產(chǎn)一倍以上，肥料對于解決人們的溫飽問題起著至關(guān)重要的作用[1]；另外肥料還是保障國家糧食安全的戰(zhàn)略物質(zhì)，是保持和提高地力、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，如何提高化肥利用率、減輕或免除肥料對環(huán)境的污染，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)的農(nóng)產(chǎn)品是當(dāng)今農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，新型肥料的研制和開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生，新型肥料要求具有緩/控釋化、多功能化、環(huán)境友好化等多種功效和性能, 新型肥料的研究與開發(fā)是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是推動肥料產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新的原動力。
1 新型肥料的概念及特點(diǎn)
所謂新型肥料，指選用新材料、采用新方法，或通過新工藝制備的具有新功能的肥料[2]。其產(chǎn)品特點(diǎn)為：(1)功能拓展或功效提高，新型肥料除了給作物提供養(yǎng)分外，還可具有保水、抗旱、抗寒、殺蟲、防病、促根、增蘗、抗倒伏、抗早衰、提高養(yǎng)分利用率、改善土壤理化性質(zhì)、降解土壤有機(jī)無機(jī)污染物等功效。(2)形態(tài)更新，新型肥料除了固態(tài)外，還可以是液體、膏狀、氣體形態(tài)(如CO2)。(3)使用方式新，除了傳統(tǒng)的穴施、溝施外，還可以沖施、葉面噴施等。(4)環(huán)境友好，新型肥料對環(huán)境沒有污染，對人類和牲畜沒有危害。
2 新型肥料的研制技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化
按照肥料組成和性質(zhì)，新型肥料可分為4大類，分別為：緩/控釋肥料、商品有機(jī)肥料、生物肥料、多功能肥料。
2.1 緩/控釋肥料
2.1.1 緩/控釋肥料的概念及分類
緩/控釋肥料是結(jié)合現(xiàn)代植物營養(yǎng)與施肥理論和控制釋放高新技術(shù)，并考慮作物營養(yǎng)需求規(guī)律，采取某種調(diào)控機(jī)制技術(shù)延緩或控制肥料在土壤中的釋放期與釋放量，使其養(yǎng)分釋放模式與作物養(yǎng)分吸收相協(xié)調(diào)或同步的新型肥料[3]。緩/控釋肥料在養(yǎng)分上可以按照作物所需養(yǎng)分進(jìn)行配方設(shè)計；在供肥上可以按照作物不同生育期對養(yǎng)分的要求進(jìn)行控制釋放；在施肥上可以一次基施，不用追施；在耕作上可以進(jìn)行接觸施肥和簡化農(nóng)業(yè)耕作；在效益上，可以提高養(yǎng)分利用率，省工節(jié)肥，減少過多養(yǎng)分對環(huán)境的污染。按照生產(chǎn)工藝和肥料性質(zhì)，緩/控釋肥料可分為包膜型（硫包膜、石蠟包膜、聚合物包膜等）、合成微溶態(tài)型（脲甲醛、草酰胺等）、化學(xué)抑制型（添加脲酶和硝化抑制劑）、基質(zhì)復(fù)合與膠粘型（添加風(fēng)化煤、磷礦粉）。
關(guān)于緩/控釋肥料，目前還沒有一個明確統(tǒng)一的稱謂，美國植物食品管理署和國際肥料工業(yè)協(xié)會將尿素與醛類化合物的縮合產(chǎn)物稱為緩釋肥料，包被或包裹肥料稱為控釋肥料，而添加抑制劑的肥料稱為穩(wěn)定性肥料[4, 5]，在我國，則將這些肥料統(tǒng)稱為緩/控釋肥料。其實(shí)緩釋和控釋有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，緩釋
肥料指肥料施入土壤后肥料養(yǎng)分比常規(guī)水溶性肥料釋放緩慢的一種肥料，控釋肥料是采用控制釋放技術(shù)（包膜或膠囊），利用包膜工藝調(diào)節(jié)包膜材料和性質(zhì)（膜量和通透性）、配合適當(dāng)比例具有不同釋放時期和不同粒徑大小的肥料顆粒（異粒變速），使養(yǎng)分釋放模式和作物養(yǎng)分吸收模式基本匹配。例如，對于氮素吸收，作物通常在營養(yǎng)生長盛期和生殖生長盛期有兩個吸收高峰，所謂控釋，就是要使施入土壤中的氮能在這兩個時期較大能量地釋放出來。
2.1.2 緩/控釋肥料生產(chǎn)技術(shù)
包膜型緩控/釋肥料的生產(chǎn)過程如圖1，主要過程有配料混合、造粒、調(diào)理、干燥、篩分、包膜、分裝、測試評價，關(guān)鍵步驟是造粒、包膜和干燥。造粒方法有3種，分別是擠壓、團(tuán)粒和料漿方法。
配料混合→造�！�調(diào)理→干燥→篩分→包膜→分裝→測試評價
圖1包膜型緩/控釋肥料的生產(chǎn)過程
擠壓方法指外部壓力擠壓原料粉末成粒，團(tuán)粒方法指原料粉末在轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)鼓中滾動造粒，料漿方法指在造物料表面噴涂一層適宜含水量的料漿薄膜，然后使膜干燥，這樣不斷的涂布和干燥使顆粒加大，形成堅硬而能自由流動的顆粒。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用工藝操作簡單的團(tuán)粒法造粒。
包膜技術(shù)主要有造粒塔噴霧法、流化床涂布法、轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)鼓噴涂包膜法。造粒塔噴霧法工藝流程為：將包膜涂層溶液加壓，經(jīng)噴射霧化后進(jìn)入造粒塔內(nèi)，霧化物與從造粒塔頂部噴灑下來的肥料顆粒逆向接觸，霧化后的涂層包膜溶液即均勻地涂于肥料表面，并借助肥料自身的熱量干化成膜。流化床涂布包膜裝置包括氣流室、包衣室和擴(kuò)大室，包衣室由中央室、外室、噴霧裝置和氣流分配板組成[6]。主要流程為：加熱氣流和包膜材料溶液經(jīng)氣流室通過氣流分配板上的噴嘴進(jìn)入包衣室，肥料經(jīng)包膜材料溶液潤濕后被熱氣流干燥并被上推，經(jīng)過中央室上部進(jìn)入外室，由于中央室與外室空間存在壓力差，使肥料顆粒又循環(huán)至中央室，再一次被熱氣流加速推動向上，并在肥料上升過程中被干燥，這樣反復(fù)通入包膜材料溶液和熱空氣，使包衣、干燥操作反復(fù)進(jìn)行，直至肥料表面包覆上所需厚度的膜層。在整個涂膜過程中，肥料在循環(huán)和懸浮的條件下進(jìn)行，可保證每個肥料顆粒涂膜均勻，涂膜過程中的高風(fēng)速環(huán)境有利于溶劑的快速揮發(fā)，防止肥料顆粒之間相互粘連，使涂膜過程在流動狀態(tài)下進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)鼓噴涂包膜法具體過程為：成品顆粒肥料或粉末在轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)鼓中滾動，用高壓噴槍（含過組噴淋嘴）將包膜劑噴到肥料顆粒表面，并在后續(xù)工序肥料滾動中用調(diào)理劑（化石粉、磷礦粉、粘土等）加以調(diào)理。大多數(shù)聚合物包膜肥料采用造粒塔噴霧法和流化床涂布法包膜，而轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)鼓噴涂包膜法工藝簡單，用途廣，既可以制備包膜型緩/控釋肥，也可以制備膠結(jié)型緩/控釋肥，既可以用于成品肥料包膜，也可以用于粉末肥料造粒和包膜�，F(xiàn)在有些生產(chǎn)廠家采用流化造粒包衣機(jī)，即造粒和包膜在同一設(shè)備中完成。
肥料的干燥采用干燥筒，筒內(nèi)通入熱風(fēng)或熱蒸汽使肥料干燥，肥料內(nèi)含水量要低于3％，充分冷卻后包裝成袋。南方濕潤地區(qū)宜在肥料包裝袋內(nèi)加入干燥劑防止肥料結(jié)塊，或者在肥料生產(chǎn)過程中加入表面活性劑（聚環(huán)氧乙烷、脂肪酸酯等）或礦物油防止肥料吸潮。
2.1.3 緩/控釋肥料產(chǎn)品的指標(biāo)
    目前，國內(nèi)外并沒有統(tǒng)一規(guī)范的緩/控釋肥料評價方法，更無國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)機(jī)構(gòu)只參照國外的指標(biāo)進(jìn)行評價和準(zhǔn)劃。對于緩/控釋肥料產(chǎn)品的指標(biāo)，歐洲委員會的規(guī)定是，若在25℃水溶解實(shí)驗(yàn)下營養(yǎng)釋放能滿足下列3條件，則該肥料稱為緩釋肥料：（1）24小時釋放不大于15%；（2）28天釋放不超過75%；（3）在規(guī)定的時間內(nèi)，至少有75%被釋放。而日本和美國等國提出控釋肥料的指標(biāo)規(guī)定是，在25℃的水中，肥料養(yǎng)分釋放能滿足下列條件，則認(rèn)為該肥料是控釋肥料：（1）24小時的初級溶出率不大于40%；（2）7天的微分溶出率為2%~4%；（3）7天時間內(nèi)，至少有80%的養(yǎng)分釋放出來。控釋肥料與緩釋肥料養(yǎng)分釋放指標(biāo)差異雖然不是很明顯，但是對于不同生產(chǎn)企業(yè)，不同的肥料品種之間卻存在著較為明顯的差異。
2.1.4 緩／控釋肥料的產(chǎn)業(yè)化
目前，美國、日本、以色列、波蘭及西歐均在大力發(fā)展緩控釋肥料，1989年以來，控釋肥料的消費(fèi)量平均年遞增4.0％，2000年，美國、日本和西歐控釋肥料的消費(fèi)量達(dá)61.5萬噸，美國和西歐主要用在特種觀賞園藝植物和高爾夫球場，日本主要用在蔬菜和水稻栽培上（由國家補(bǔ)貼）。2004~2005年，美國和西歐的控釋肥料預(yù)計分別有3.6％和5.4％的增長，從全球緩/控釋肥的生產(chǎn)現(xiàn)狀看，已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的品種有脲甲醛、草酰胺、硫衣包膜尿素和聚合物包膜肥料[7, 8]。國內(nèi)對緩/控釋肥料的研發(fā)情況見表1。
國內(nèi)外采用的包膜材料主要有瀝青、樹脂（熱固性和熱塑性）、石蠟、各種聚合物（聚烯烴、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚酯、木質(zhì)素）、脲醛、硫磺、難溶性磷肥等。但上述包膜材料有不足之處：一是材料價格高，比普通等養(yǎng)分化肥高2~8倍；二是材料功能單一，僅限于控制養(yǎng)分的釋放，如普通樹脂和塑料只控制養(yǎng)分的釋放時段，不具有附加功能（吸附養(yǎng)分、改善土壤理化性質(zhì)）；三是包膜材料在土壤中難以降解，對土壤生物及作物有潛在危害；四是上述材料在肥料表面形成的薄膜存在殘缺空洞或完全封閉，養(yǎng)分緩/控釋作用和作物的生長需求不能完全匹配。由此可見，膠結(jié)和包膜材料的篩選和制備是緩/控釋肥料生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，改善和減免上述包膜材料的不足之處也是緩控釋肥料的發(fā)展方向。
2.2 商品有機(jī)肥料
2.2.1 商品有機(jī)肥料的概念及分類
　　所謂商品有機(jī)肥料，就是將有機(jī)廢棄物(畜禽糞便、作物秸稈、城市垃圾和污泥等）集中進(jìn)行工廠化處理，通過高溫發(fā)酵除臭，消滅病毒、病菌，并通過干燥生產(chǎn)出有機(jī)肥，或有機(jī)－無機(jī)復(fù)混肥，包裝成袋，可以就地使用，也可以較長時間貯存，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，作為一種商品進(jìn)入市場[9]。按照商品有機(jī)肥的組成可以分為：糞便有機(jī)肥、秸稈有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥、垃圾廢棄物有機(jī)肥、生物有機(jī)肥(含解磷、釋鉀等功能性微生物和有益微生物)、復(fù)合有機(jī)肥（含糞便、秸稈、腐殖酸等多種原料）等。
2.2.2 商品有機(jī)肥的生產(chǎn)技術(shù)
商品有機(jī)肥的生產(chǎn)過程如圖2，主要過程有粉碎、發(fā)酵、除臭、脫水、測試評價，關(guān)鍵程序是發(fā)酵和除臭。
有機(jī)廢棄物→ 粉碎→ 發(fā)酵→ 除臭→ 脫水→ 測試評價
圖2 商品有機(jī)肥料的生產(chǎn)過程
發(fā)酵方式有堆肥、通入沼氣、塔式發(fā)酵、槽式發(fā)酵等，一般認(rèn)為，堆肥是發(fā)酵的首選方法，堆肥是在微生物作用下通過高溫發(fā)酵使有機(jī)物礦質(zhì)腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，在微生物分解有機(jī)質(zhì)過程中，生成大量可被植物吸收的有效氮、磷、鉀等化合物，并且合成活性物質(zhì)腐殖質(zhì)。根據(jù)堆肥過程中氧氣的供應(yīng)情況，可以分為好氧堆肥和厭氧堆肥。厭氧堆肥是在通氣條件差，氧氣不足的條件下由厭氧微生物發(fā)酵堆肥，溫度低，周期長（3~4個月），異味濃烈，有機(jī)物質(zhì)分解不徹底；好氧堆肥是在通氣條件好，氧氣充足的條件下借助好氧微生物的生命活動降解有機(jī)質(zhì)。通常好氧堆肥堆體溫度高，一般在50℃~65℃，故亦稱為高溫堆肥，周期為1個月左右，有機(jī)物質(zhì)分解徹底。由于高溫堆肥可以最大限度地殺滅病原菌、蟲卵及雜草種子，同時將有機(jī)質(zhì)快速地降解為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，目前，多采用高溫好氧堆肥發(fā)酵。
除臭有物理、化學(xué)和生物方法[10]，物理除臭指加入10％~15％的風(fēng)化煤或沸石粉；化學(xué)除臭藥液選用亞硫酸氫鈉和甘油混合水溶液等化學(xué)氧化劑作除臭劑，噴淋除臭。其原因?yàn)閬喠蛩釟溻c可與醛類臭味物質(zhì)生成結(jié)合體，但亞硫酸氫鈉在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性差，易分解，加入少量甘油（亞硫酸鈉用量的3％左右）可提高其熱穩(wěn)定性，除臭效率較好；生物除臭指在有機(jī)物料中加入1％的馬糞、5％的5406菌劑、硫化細(xì)菌菌劑等，其中馬糞主要作用是發(fā)酵，5406菌劑起到除臭作用。在生產(chǎn)過程中，采用綜合方法除臭效果極顯著。
在商品有機(jī)肥的生產(chǎn)中，發(fā)酵和除臭過程同時進(jìn)行，大多數(shù)廠家生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥。
具體過程為：糞便、垃圾或污泥中加入破碎的有機(jī)物料（如秸稈）、除臭劑、功能性微生物（分解纖維素、木質(zhì)素的菌劑等）等，進(jìn)行高溫堆肥發(fā)酵，在發(fā)酵起始，調(diào)節(jié)堆肥物料的含水量、C/N比。含水量一般為55％~65％，水分含量過低，不利于微生物的生長，水分含量過高，則易堵塞料堆中的空隙，影響通氣，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵，并且堆體溫度提升慢。起始C/N應(yīng)為25~30:1，過低使微生物生長繁殖受到抑制，使發(fā)酵過程緩慢，以致降解不完全；過高，成品肥利用價值低，施用時發(fā)生氮饑餓現(xiàn)象，爭奪土壤中的氮素。在堆肥發(fā)酵過程中，影響堆肥質(zhì)量的主要參數(shù)為含水量、pH值、溫度和含氧量。
堆肥過程中的含水量控制在50%-60%為最佳，pH值的適宜范圍為6.5~7.5，因?yàn)檫@是微生物（尤其是細(xì)菌和放線菌）生長最合適的酸堿度，常見畜禽糞便的pH值都在6~8的范圍內(nèi)，因而在堆肥前一般不需要調(diào)節(jié)pH值。如果發(fā)酵過程中pH過高或者過低，可加入人糞尿、石灰或者采取通風(fēng)措施調(diào)節(jié)。在堆肥過程中，隨著微生物活動的加劇，當(dāng)微生物降解有機(jī)物產(chǎn)生的熱量大于堆肥的熱耗時，堆肥的溫度就上升，若不加控制，溫度可達(dá)75℃~80℃，因此溫升是反映微生物活動劇烈程度的最好參數(shù)，而最佳溫度為55℃~60℃。堆肥過程中溫度變化為：開始堆肥時溫度和自然溫度一樣，在中溫微生物的作用下，經(jīng)1天達(dá)到40℃~50℃，高溫微生物開始活動，經(jīng)5天左右，溫度達(dá)到60℃，當(dāng)溫度超過60℃時微生物活動受到抑制，調(diào)節(jié)的辦法是增加通風(fēng)量。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在50℃~55℃以上要維持1周左右，以達(dá)到殺滅病原菌、雜草種子的目的。堆肥內(nèi)空氣的含氧量為8%~15%，當(dāng)?shù)陀?%時，好氧微生物活動降低形成厭氧狀態(tài)易產(chǎn)生惡臭，并降低堆肥的品質(zhì)，通過翻推通風(fēng)調(diào)節(jié)。
2.2.3 商品有機(jī)肥產(chǎn)品的指標(biāo)
腐熟度是查看高溫堆肥發(fā)酵效果的首選指標(biāo)[11]，腐熟度指通過微生物的作用，堆肥產(chǎn)物對環(huán)境無害，農(nóng)田施用后不影響作物的生長和土壤耕作的能力。腐熟度的定量指標(biāo)主要有物理指標(biāo)（顏色、氣味、溫度、粒度）、化學(xué)指標(biāo)（養(yǎng)分含量、C/N比、NH3+-N/NO3--N比、陽離子交換能力、有機(jī)質(zhì)腐殖化程度、重金屬含量、pH值等）、生物指標(biāo)（病原體存在與否、雜草種子、植物種子發(fā)芽率等）。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，不同堆置時期特征酶的種類和活性變化趨勢也可以反映堆肥腐熟過程。腐熟好的堆肥，表觀特征為：整體呈茶褐色或黑色（生成腐殖質(zhì)），沒有惡臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊蠅。質(zhì)地疏松，手捏之成團(tuán)，松之即

支持新型肥料,本人操作新型液體肥料,多交流!

不是做肥料的，但是看過莊總的這些專題真的學(xué)習(xí)了不少。期待莊總的大作，特來支持

謝謝抬舉咯！

樓主這篇帖子沒有轉(zhuǎn)載完。
但是我感到在3月下旬已經(jīng)在某論壇刊發(fā)了，基本沒有什么新意了。其實(shí)這個稿子我以前也見過，作者是江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土肥所劉秀梅老師。

以下是全文鏈接http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=440418&do=blog&id=320195

作者簡介：劉秀梅（1974－），女，山東泰安人，博士，從事新型肥料的研制和開發(fā)。E-mail:lxm3392@163.com. Tel:0791-7090070。