【CIS特肥会】白由路：我国肥料的创新之路！

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员  白由路

一方面要保证日益增长的粮食需求，一方面要减少肥料对环境的影响，只能靠肥料的技术创新或科学用肥加以解决。

科学用肥体现在4R技术：正确的肥料/正确的用量/正确的时间/正确的位置。

什么是正确的肥料？合适的养分含量、合适的养分比例、合适的养分形态、合适的肥料助剂。

社会需求什么样的肥料？

现代农业农户对肥料的需求：质高价优、轻简使用。

国家对肥料的需求：生产环节：绿色生产、提高对不可再生资源的利用率。使用环节：减少对环境的影响，包括水体和大气。

肥料增效技术的创新：

1845年，李比希为了减少肥料的损失，提高肥料的效率，把其专利肥料烧结成半琉璃状。这样，虽然避免了流失，但肥效大为下降。直到1850年，人们才发现了土壤具有吸咐离子养分的能力。

增效技术分为：物理增效、化学增效、生物增效、协同增效。

增效肥料：肥料中添加各类肥料增效剂，使其肥料功效高于未添加增效剂的一类肥料。

肥料增效剂：一类以增加肥料养分有效性为目的的活性物质。

物理增效剂：加入肥料中以防止或减少肥料吸湿结块，改善肥料物理性能或养分释放，以提高肥料效果的物料。

化学增效剂：能通过改善或改变肥料养分在土壤中转化过程从而提高养分活性的肥料助剂。

生物增效剂：能通过改善植物生长状况从而提高养分活性的肥料助剂。

上世纪九十年代，我国长效碳铵的研究与应用，也是氮肥增效的典型案例。即在碳铵中添加双氰胺，使肥料中铵的挥发性降低。把双氰胺称为铵稳剂。

肥料助剂及助剂肥料：

助剂肥料三大功能：1.改善肥料理化性状；2.改善肥料养分转化；3.改善植物生长状况。

（一）物理增效剂及增效肥料

1958年，美国学者Lulius Silverberg等提出肥料结块的粘连理论。1977年，日本学者Gamondes J.P. 等又提出晶体架桥理论和毛细管吸附理论。

物理增效剂增效机理：

一是参加晶体的形成过程，改变晶体的生长速率，进而改变晶体的形态；

二是在颗粒表面形成疏水层，从而阻碍晶体与外界大气的水分交换；

三是在颗粒表面形成一层包裹膜，使粒子之间机械隔离；

四是降低颗粒表面溶液的表面张力，从而改变固－液接触角，使毛细吸附力下降等等

种类：1.惰性粉末或惰性填充物类防结块剂；2. 无机盐类防结块剂；3. 表面活性剂类防结块剂；4. 非表面活性剂或疏水性物质类防结块剂。

包膜类缓控释肥料：包膜缓控释肥料的原理明确，工艺简单，深受用户的欢迎。包膜材料价格高，不易分解，是目前制约包膜肥料的主要因素。

（二）化学增效剂及增效肥料

化学增效剂是指通过影响肥料养分在土壤中转化而提高肥效的一类物质。目前这类物质主要是针对氮肥进行的，所以，也称氮肥增效剂。这类物质通常有两类，一类是减缓尿素向铵态氮转化的脲酶抑制剂，另一类是阻止铵态氮向硝态氮方向转化的硝化抑制剂。

脲酶抑制剂：脲酶抑制剂控制对尿素水解的直接作用机理有两个方面，一方面是通过在脲酶催化过程中扮演主要角色的巯基发生作用，来延缓土壤中尿素的水解速度，减少氨的挥发损失。脲酶是一种分子量约为 48 万的含镍金属酶，它有约77 个甲硫氨酰基，129 个半胱氨酸，47 个 巯 基( 半胱氨酰残基) ，其中有 4-8个巯基 (-SH) 对酶的活性有重要作用。二是争夺配位体，降低脲酶活性。氧肟酸、酰胺类等脲酶抑制剂 ( NBPT) 竞争脲酶活性部位从而降低脲酶的活性。同时，如果能影响微生物的活动，减少脲酶的产生，也是一种重要机制。

目前，脲酶抑制剂主要有两大类，一类是重金属盐类，另一类是小分子有机物质。重金属盐类脲酶抑制剂主要分子量在于50的化合物，如 Cu、Ag、Co、Ni 等元素的不同价态离子构成的化合物；有机物小分子类脲酶抑制剂主要包括 N-丁基硫代磷酰三胺 ( NBPT) 、苯基磷酰二胺( PPD) 、硫代磷酰三胺 ( TPT) 、磷酰三胺 ( PT) 、氢醌 ( HQ) 、硫脲 ( TU) 、P-苯醌等。目前，在世界肥料市场上已经申请了专利并用于农业生产的脲酶抑制剂有很多，多数集中在德国、印度和美国，但是只有 NBPT 和 HQ 两种脲酶抑制剂已经得到实际的应用和作为商品在市场流通。

硝化抑制剂：硝化作用是在微生物作用下，将土壤中的NH₄转化为NO₃的过程，硝化作用分为两步，第一步是将NH₄转化为NO₂，第二步是再将NO₂转化为NO₃，硝化作用形成的硝酸盐易于淋失和通过反硝化作用而损失。

目前，在市场上的硝化抑制剂种类繁多，主要可分为两大类。

一是化学合成的硝化抑制。该硝化抑制剂的研究始于二十世纪 50 年代中期，美国率先开展了人工合成硝化抑制剂的研究。1962 年 Goring 首次报道氯甲基吡啶具有硝化抑制特性，1973 年美国 DOW 化学公司利用氯甲基吡啶开发生产出一种硝化抑制剂产品N-Server，1975 年美国环保局正式批准其在农业生产中应用。双氰胺(DCD) 虽早在 1918 年被报道其硝化抑制特性，但是，直到 80 年代美国才开始把它当作一种商品在农业上推广。

二是植物源硝化抑制剂。该类抑制剂主要是利用天然的植物活性成分来抑制尿素水解和硝化作用，如凋落的茶树叶、杨树叶和楝树叶都可以作为脲酶/硝化抑制剂的原料，其中最为有效的是楝树，其提取物能有效抑制尿素水解和减缓硝化作用。十字花科植物的次生代谢产物葡萄糖异硫氰酸盐，其一系列低分子量的含硫降解产物可抑制硝化细菌的生长，进而抑制硝化作用。

（三）生物增效剂及增效肥料

1.生物刺激素是什么物质？生物刺激素（biostimulants）是一个什么样的物质？目前没有人能说清楚，因为它是一种具有混合功能的一类物质。目前为止，其名称为10余种之多，如诱导因子（Elictors）、生长调节剂（growth regulators）、植物抗性增强剂（plant defense enhancers）、天然抗性促进剂（Natural defense promoters）、植物生物刺激素（Plant biostimulants）、活力增强剂（Vigour enhancers）、植物强壮剂（plant strengtheners）、生理激活剂（physio-activators）等等。植物生物刺激素是一些制剂或微生物产品，当这些制剂或微生物应用于植物或根区时，能刺激植物的增加营养吸收、提高营养效率、提高抗性或作物品质。

2.生物刺激剂的种类：微生物制剂及提取物、水解和消化的动物残体、胡敏酸和富里酸、海澡及植物提取物、无机及合成产品。

3.生物刺激剂作用机理：

微生物制剂与提取物：作为天然生物刺激素的微生物主要是共生菌，包括促进植物生长的根际细菌和促进植物生长的真菌。根际细菌一是改变植物体内激素的含量，二是释放可挥发有机物，三是提高植物抗性。丛枝菌根形成植物根系之间，是一种特殊的真菌，它在分类学上属于球囊霉门。AMF与植物共生十分广泛，有80－90%的陆生植物都能形成菌根。丛枝菌根一是提高植物的抗旱性，二是提高植物的抗盐性，三是提高植物营养效率，四是降低重金属毒害，五是抵抗不良的土壤PH.

腐殖物质：腐殖物质是由动植残体通过化学和微生物的生物转化过程而来，它代表了在地球表面的主要的有机碳碳库。并有助于调节许多重要的生态和环境过程。

蛋白质水解物：蛋白质水解物是植物生物刺激素的一个种类，是蛋白质经部分水解得到的多肽、寡肽和氨基酸的混合物。近年来，由于它在作物上，特别是在环境胁迫下的积极表现越来越受到人们的重视。

海藻提取物：大致有泡叶藻、巨藻、南极丛梗藻。

甲壳素和壳聚糖。

无机及合成产品：1.植物的有益元素；2.亚磷酸盐;3.其它合成产品。

(四)协同增效与增效肥料，加强协同增效，譬如含锌尿素。

四、肥料绿色生产技术：布局绿氢产业，用硝酸替代硫酸生产磷肥的技术。