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水溶肥料的技术研究进展与发展趋势

水溶肥料的技术研究进展与发展趋势

发布日期:2018-03-17 作者: 点击:

水溶肥料

高投入、高风险已经成为我国农业生产的主要模式。目前我国农业生产化肥投入高(折纯超过6000万吨),肥料利用率低(氮肥30%-50%、磷肥10%-25%、钾肥35%-50%),且化肥对农作物的增产贡献率持续下降,每公斤养分所增产的粮食不及世界的1/2,美国的1/3。此外,大量化肥的投入造成土壤酸化、磷素累积、养分失衡、土壤次生盐渍化、微生物群落健康度降低以及病害频发等一系列问题。提高肥料利用效率是保证作物增产、减少化肥投入、缓解环境污染风险的有效途径。养分的高效利用无外乎满足3个条件,即养分、作物吸收部位(根系或根外)以及养分有效吸收条件(以水促肥)三者耦合- 也就是目前所说的灌溉施肥技术,而且通过有效根区的适时少量多次施肥,可进一步提高养分利用效率,是实现农业生产节本增效、生态安全和可持续发展的重要措施。

水溶性肥料是一种具有很好水溶性的速效肥,广义上包括大量元素单质水溶性肥料(尿素、碳铵、硫酸钾、氯化钾、氨水等)、水溶性复合肥料(磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸钾等)和农业部行业标准规定的水溶性肥料(大量元素水溶肥、中量元素水溶肥微量元素水溶肥、腐植酸水溶肥、氨基酸水溶肥以及有机水溶肥料等);狭义上仅指农业部行业标准规定的水溶肥料。水溶肥是支撑灌溉施肥的强有力技术产品,与灌溉施肥技术高度耦合,可有效提高肥料利用效率。

随着土地流转制度的推进,大批规模经营的农场出现,且近年来中央一号文件持续明确大力普及节水灌溉技术,政策上的有力支持促使了水溶性肥料进入了快速发展通道。此外,按照《到2020年化肥使用量零增长行动方案》也从技术上要求进一步提高肥料效率,倒逼肥料产品的技术升级,而水溶性肥料无疑是提高肥料利用效率的“未来之星”。从历史发展进程来看,2005年是我国水溶肥料产业启动和形成的初步阶段,自2010年后大量企业不断加入,各种水溶性肥料登记标准的完善以及产品技术的提高,水溶性肥料正式进入快速阶段。目前我国水溶肥料产量已经从2009年的30万吨迅速增加至2015年的370万吨;截止至2017年4月,农业部水溶性肥料登记证已经超过1。1万个,登记企业全国近3000家,其中广东水溶性肥料企业达到118家,水溶性肥料产品登记超过500个。目前生产厂家主要包括专业生产企业、传统肥料企业及农药企业三类,其中传统肥料企业占绝大多数,其中将近1/4的企业来自山东。虽然产品登记及生产企业数量呈现快速增长,但大多企业怀着“先进门”的心态,在技术、设备和人员队伍尚未具备的条件下先从各种途径获取产品登记进入水溶肥行业,然而并没有形成有效的技术产品与销售市场,据中国化工信息中心不完全统计国内真正稳定生产的企业不超100家。

水溶肥料产品技术

目前水溶肥料产品主要以大量元素水溶肥、微量元素水溶肥、含氨基酸水溶肥以及含腐植酸水溶肥为主流,分别占水溶肥市场的22.55%、24.13%、24.04%和23.09%。其中大量元素水溶肥分为液体和固体剂型,其N、P2O5、K2O养分浓度较高(500g/L或50%)相当于普通的复合肥。其中固体剂型其生产工艺分为物理混配和化学合成。物理混配主要是将水溶性单质化肥或复合肥通过粉碎、搅拌、混合等工艺直接混配、技术含量较低、工艺简单、设备投资少,普通企业都可以生产,但由于原料粒度、性状、色泽等可能存在差异导致产品外观欠佳;而化学合成则需要在一定的反应条件下通过过滤除杂、反应、蒸发浓缩和冷却结晶获得,技术及设备要求相对较高,产品色泽好、粒度均匀、纯度高。总体来说大量元素固体水溶肥本质上与水溶性好的复合肥料相差无异,仅在水不溶物指标上要求严苛;而就液体剂型而言,其养分含量要达到500g/L,相对要求技术层次较高,但本质上看,养分含量的高低是肥料价格的主要依据,而液体剂型大量元素水溶肥由于其原料选择受限(磷养分以聚磷酸铵原料为主),包装、运输以及储藏条件导致成本大幅增加,在市场上优势并不明显。微量元素水溶肥、含氨基酸水溶肥以及含腐植酸水溶肥,该类产品化学养分含量低,一般难点是水不溶物指标,因此该类产品种类繁多,同质化严重,而在农业生产中只是作为补充施肥,单位面积用量上远不及大量元素水溶肥,市场上的绝对用量难以获得较大突破。

水溶肥料应用技术

水溶肥料的施用方法多是与灌溉同步,有淋施、冲施、喷灌、微喷灌、滴灌等方式,较为省工、高效的方法是借助管道灌溉随水施肥,其中以滴灌方式节省水肥资源最为明显。水溶肥采用滴灌要求有完善的灌溉施肥设施(动力系统、过滤系统、注肥系统、田间滴灌系统),如何高效运行该系统是灌溉施肥的关键所在,若某一环节出现问题导致系统堵塞造成灌溉施肥不均匀或出现田间区域水肥缺位的现象则导致该系统失效。如根据水源特性选用过滤系统(砂石过滤器、离心式过滤器、筛网式过滤器、叠片过滤器等);根据流量要求选用动力系统;根据地形及作物种类选择注肥系统(文丘里施肥器、比例式施肥泵、压差式施肥罐或注肥泵)等均是灌溉施肥的关键环节,也是水溶性肥料应用推广的重要环节。

水溶肥料采用灌溉施肥具有明显的节水、节肥效果。在水分方面由于减少水分的下渗和蒸发,提高水分利用率,露天条件下与大水漫灌相比可节水50%以上,在保护地条件下与畦灌相比节水效果30%-40%。在节肥方面,由于灌溉施肥易于实现平衡配方施肥、采取少量多次及根区精准施肥,可有效降低肥料用量,节肥效果达40%-50%。此外,由于灌水及化肥投入的减少,微生态环境得以有效改善,如保护地栽培可明显降低棚内湿度8.5-15个百分点,提高棚内温度2-4℃;通过地温的增加,土壤水分的保持改善土壤微生物活性,促进土壤物质转化循环过程;同时还可以改良土壤物理性质,缓解土壤板结等问题。此外,通过降低栽培环境湿度,减少人工施肥降低了以人为媒介的病害传染,可有效降低病虫害发生频率和程度。而最受农民关注的是可以显著增加作物产量,改善品质。笔者所在科研团队长期从事水溶肥料的应用推广研究,近年来在广东多种作物上取得了良好的应用效果,其中香蕉、叶菜、玉米和冬种马铃薯持续增产效果分别达到30%、35%、28%和33%以上,而且还存在较大减肥空间;此外,在可溶性糖、维生素C、可溶性固形物等多种品质指标上得到明显提高;可促进草莓提前成熟,并延长有效采收期。在产量和品质上的改善给农民带来了显著的经济效益。

水溶性肥料面临问题及未来发展方向

青岛优美特作物营养有限公司毋庸置疑,水溶性肥料作为减肥增效的有效技术产品,在国家大力发展灌溉农业以及化肥零增长行动的推动下将会迎来一次飞跃发展。任何行业在发展初期难免呈现既“火爆”又“无序”的现象,目前水溶性肥料产品在市场上的抽查合格率低,常出现伪冒假劣产品,严重损害了农民利益,亟待大力整顿水溶肥行业秩序。

技术是推动行业发展的源动力,如何推动水溶性肥料产品和应用技术升级意义重大。如大量元素液体水溶肥磷原料“聚磷酸铵”的合成技术是突破其原料成本的重要方向之一;而液体肥料防冻剂、延展剂、渗透剂、微量元素螯合剂、固体水溶肥料防结块剂、功能性增效物质的研发是提升肥料品质的有效措施。液体水溶性肥料的包装方式、销售模式(如罐车运输分销)的革新也可以大幅降低成本从而推动水溶性肥料的推广应用。从水溶性肥料内在技术的突破以及应用推广技术的革新才能保障水溶性肥料行业快速健康发展。


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