国内外新型肥料研究进展和发展趋势课件.ppt

国内外新型肥料技术现状与发展趋势中海石油化学股份有限公司科技发展部中国植物营养与肥料学会新型肥料专业委员会副主任沈 兵2011-3-15,089339-005,一、新型肥料的定义二、主要新型肥料研究应用现状三、新型肥料研究方向四、新型肥料的几点思考,汇 报 提 纲,089339-005,为了与传统化肥相区别，把改性化肥、含微生物菌剂的有机肥、添加功能制剂的有机或无机复混肥称为新型肥料。因此可以这样定义：以能提供植物矿质养分的物质为基础，通过物理、化学或生物转化作用，使其土壤和作物的营养功能得到增强的物质叫新型肥料（新型肥料是指那些以提高养分利用效率或改善养分利用条件为主要功效，而作为商品肥料出售的物质）。新型肥料的含义超出了传统肥料的范畴，是肥料家族中不断出现的新成员、新类型、新品种，其内涵是动态发展的，它是肥料产业创新发展的原动力。,一、新型肥料的定义：,089339-005,新型肥料的发展进程,089339-005,1.是否能够提高传统化肥的性能、功能和效率2.肥料的理化性质是否改变，提高了产品的商品性3.生产工艺水平是否处于国际国内领先水平4.是否具有良好的社会、经济和环境效益5.是否应用最新科学技术成果6是否具有可持续性特征，对土壤不会造成伤害,新型肥料的界定,二、新型肥料-包膜控释肥的研究历史,随后日本的Fujita在1991年以聚乙烯基醋酸纤维素为主要材料的可降解膜；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”的控释肥料。Detrick于1993年、1994年和1999年在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”和“TriKote”等品牌。Goertz等人2000年的专利中描述了二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等人利用多元醇于肥料氮素中的氨基结合，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”是使用这项技术生产的。,中国缓控释肥料的研究-探索阶段及其成果,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。,主要成果如下：,1）20世纪6070年代中科院南土所李庆逵院士主持的长效碳铵。2）1973年，辽宁盘锦农科所研制的沥青石蜡包膜碳铵等。3）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。,中国控释肥料研究-普及阶段及其成果,“九五”、“十五”是我国控释肥料研究普及阶段,中国科学院南京土壤研究所（周建民研究员）中国农业大学（曹一平等教授）沈阳生态研究所（武志杰研究员）华南农业大学（樊小林教授）中国农业科学院（赵秉强研究员）山东农业大学（张 民教授）北京市农林科学院（徐秋明研究员）等多所大学和科研所的科技工作者承担了国家和地方的控释肥料研制课题,中国控释肥的研究突破-十一五期间,标 志：“十一五”国家科技部立项“新型高效肥料创制”的科技支撑计划项目,“控释包膜技术研究”（共性关键技术研究）,“树脂包膜控释肥料关键技术集成及产业化”（技术集成及产业化）,山东农业大学金正大肥业,华南农业大学南京土壤所中国农业大学北京农科院施可丰、首创、隆源,缓/控释技术和已研发的缓/控释肥料种类类型 产品尿素和脲醛的缩合产物：UF、IBDU、CDU硝化和脲酶抑制剂：DCD、HQ包膜和包囊肥料（控释肥料）：PCF、SCU,主要的开发商及其生产的产品和采用的技术,公司 产品 技术特征Scotts Osmocote 淳酸树脂技术Agrium ESN 反应层包膜工艺Aglukon Spezialdnge Plantacote 树脂包膜BASF Basecote 聚烯烃包膜Haifa Multicote 脂肪酸处理树脂包膜Chisso-Asahi Nutricote 聚烯烃包膜金正大、首创 Kingenta,Susagri 聚烯烃包膜汉枫、乐喜施 Hanfeng,luxecote 硫包衣、肥包肥,二、新型肥料之一缓/控释肥,无机包裹肥料,稳定性肥料,硫包衣尿素,聚合物包膜肥料,有机无机复混肥,研究历史：膜材随整个科技进步在演变：硫磺 树脂 肥包肥 聚乙烯 乳液 聚氨酯,包膜控释肥料生产工艺研究进展评述,无溶剂表面反应包膜技术和工艺特 点聚氨酯2-4%包膜数量,原位反应成膜示意图,二、新型肥料之一缓/控释肥,缓/控释肥料生产消费情况,美国AgIndustries Research&Consulting公司2011年1月提供,缓/控释肥在国内的应用,2009年我国缓释肥料产量（70万吨）,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。,脲甲醛化学稳定性或微溶性氮肥养分释放机理,由于脲甲醛不溶于水，所以在土壤中不易淋失，而被贮备在土壤中，当条土壤微生物活性增强和有利于植物生长时，脲甲醛即可进入微生物分解和氮素释放过程。主要企业住商,稳定性肥料养分释放机理,稳定性肥料指添加脲酶抑制剂、硝化抑制剂或同时添加者两种抑制剂的尿素或复混肥料。脲酶抑制剂延缓尿素的水解硝化抑制剂抑制铵态氮（尿素水解产物）转化成硝态氮在雨水比较少，淋失损失少和无大水漫灌的条件下能更好的发挥效果。,硫包衣尿素（SCU/PSCU）技术和工艺,TVA 法改良TVA 法CIL 法凝结包裹工艺喷动床工艺PCSCU 法,技术关键：将硫磺熔融后，在高压下喷涂在预热处理的尿素表面，然后再在其表面喷涂蜡质或聚合物，密封硫磺包裹产生的孔隙或裂隙。典型企业汉枫肥业,肥料包裹技术和工艺,肥料包裹技术，主要是利用有机的或无机的粘结剂等将具有巨大表面积、内表面积无机矿物（如钙镁磷肥、膨润土、蛭石、腐植酸、凹凸棒等）或碳粉（如竹炭粉）包裹在肥料表面，形成一层包裹层以阻碍肥料的溶解，并吸附溶出的养分。,研究机构-郑州工业大学、华南农业大学、乐喜施,二、新型肥料之一有机-无机复合肥,50-60年代，技术特点是总结农民传统经验，完善有机肥积、制、保、用技术。研究重点，一是高温堆肥的发酵条件，二是厩肥的积制方法，三是沤制和草塘泥制有机肥。7080年代，研究重点一是沼气发酵，二是对有机肥与无机肥相结合施用的肥料效应进行了大量应用基础研究。80年代末以来，我国农业生产形势和方式发生料很大的变化。研究的重点，一是秸秆直接还田技术；二是工厂化处理畜禽粪便和农业加工企业生产的废弃物生产商品化有机无机复合肥技术。特别是十一五科技支撑计划的实施，对有机肥的理论和应用起到了积极 的推进作用。,有机-无机复合肥的地位,我国现代农业,种植与养殖脱节,二、新型肥料之一有机-无机复合肥,等氮条件下有机无机复混氮肥对玉米氮素利用率（%）的影响,发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用,赵秉强等，2010,二、新型肥料之一有机-无机复合肥,有机-无机复合（混）肥的生产,中国有机肥进行系统研究始于20世纪30年代，在50、60年代，技术特点是总结农民传统经验，完善有机肥积、制、保、用技术。研究重点，一是高温堆肥的发酵条件，二是厩肥的积制方法，三是沤制和草塘泥制有机肥。70、80年代，研究重点一是沼气发酵，二是对有机肥与无机肥相结合施用的肥料效应进行了大量应用基础研究，90年代之后，研究的重点在有机肥腐熟和有机-无机生产工艺技术研究。,有机-无机复合（混）肥的生产,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，有机物的添加如果超过30%，产品的强度下降，水分容易超标，造成存储过程中无机肥料溶出，产品易结块和粉化。有机-无机复合（混）肥生产的关键工序是造粒，决定了有机-无机复合（混）肥产品质量的关键技术。我们按照成立方法进行生产工艺的分类，主要有挤压法、团粒法、喷浆造粒法等。,功能菌实验室小试发酵罐,功能菌工厂化发酵生产,起爆剂,堆肥模式条垛式,二、新型肥料-生物有机肥,最近20多年里生物肥料研究领域不断拓宽，溶磷、解钾等微生物肥料新产品不断问世。研究范围主要包括抗病作用、根际营养竞争、有导致无抗性和分泌降解病原微生物的酶等。加拿大研制出“根瘤菌+PG-PR”复合菌肥，巴西的PGPR制剂以是小麦、玉米等作物的重要肥料。英、美等国家已经成功构建表达Prn基因的菌株，并成功导入HCN基因簇，获得提高生防活性的菌株。另外，新型秸秆腐熟菌剂、土壤与环境污染修复菌剂等的研发业发展很快。估计，全世界目前微生物肥料产量超过1000万吨，除了在豆科作物上被广泛应用外，在蔬菜、粮食作物上应用面积也不断扩大。,二、新型肥料微生物肥,我国微生物肥料研究与应用的总体现状：1）基本形成微生物肥料产业，在国家农业部登记的产品种类有11个。全国目前约有450个微生物肥料企业，年产量超过200万吨。2）微生物肥料食用菌种种类不断扩大，所用菌种已不限于根瘤菌，目前是用菌种达到80多种。3）微生物肥料的应用效果再增产、改善品质、减少化肥用量、防病等废料效果逐渐被农民认识，应用面积不断扩大，累计近500多万公顷。4）质量意识提高，质检体系初步形成。国家农业部在1996年将微生物肥料纳入国家检验登记管理范畴，对微生物肥料的生产、销售、应用、宣传等方面进行监管。,生物有机肥研发的技术路线,各种腐熟有机肥资源,抑制土传病原菌菌种资源库,功能菌特征性C、N源的研究,腐熟有机肥的C、N源营养组成研究,产品制造工艺（干燥、造粒等）,二次发酵技术（工艺和控制）,活菌数检测,产品保存期活菌数跟踪,田间试验效果分析,功能菌在根际定植情况,成熟生物有机肥产品生产技术,以功能菌的营养特征为依据设计筛选营养载体配方,黄萎病病原菌,拮抗菌的抑制效果,黄萎病病原菌,高效拮抗抑制棉花黄萎病菌种,K3发酵液 K3发酵液灭活 CK K9发酵液 K9发酵液灭活 CK,高效解磷菌的分离筛选,抗青枯病,抗枯萎病,生防木霉,抗黄萎病,生物有机肥的生产工艺,新型肥料功能性肥料种类和介绍,抗旱性(保水性)-保水剂包膜肥料 抗倒伏性-硅肥的应用 抗病性-某些单一或多种元素 根际肥料 防治杂草的肥料 腐质酸肥料,（1）滴灌、喷灌“水肥一体化”，浇水的同时施肥。多用于一些沙漠地区或者极度缺水的地方，规模化种植的大农场、种植园，节约灌溉水并提高劳动生产效率。节水、省肥、省工。（2）无土栽培高品质、高附加值经济作物（3）叶面喷施 可与农药等其它物质混喷。,水溶性肥料 的应用,冲施肥不是严格意义上的水溶性肥料,中微量元素肥料产业状况,肥料的抗病性机理,1、某些肥料成分对土壤病菌的直接杀灭作用2、肥料成分提高作物的本身的抗病性-提高作物的机械阻隔抗病性-影响作物次生代谢过程中酶活性及其产物3、肥料成分对土壤生态群落的影响-肥料成分对土壤生态群落的直接影响-肥料成分通过影响植物的根系分泌物等影 响土壤生态群落的影响,配方3,对照,对照,配方2,内蒙古科右前旗,配方3,对照,大豆抗病肥对火龙秧子有明显的抑制效果,内蒙古自治区,番茄抗灰霉病肥料效果中国农科院张淑香,郑州工业大学徐秀成教授开发的几种根际肥料,北京海依飞（Hi-effi）科技有限公司及郑州乐喜施（Luxuriance）磷复肥技术研究推广中心开发的 根际肥料:脲醛、磷酸铵镁、熔融磷钾肥提供缓释氮、磷、钾;添加能改善土壤气相条件诱根下行的诱根剂;扩大根系空间分布的促根剂;通过特殊的工艺，使其定量成型。,包裹型粒状缓释根际肥,根际肥配方 N：P2O5：K2O=1.6：1.0：1.3氮素营养：52%-56%脲醛态氮，3-5%速效的铵态素，20-23%适度缓释尿素态氮和19-22%适度缓释硝态氮。磷素营养，既有水溶性五氧化二磷也有枸溶性五氧化二磷。钾素营养，既有大量（2/3）缓释态钾，还有水溶性钾，不同型态NPK将在不同时期根据植物的需求而释放。此外还有无机肥料络合态促根剂及改善一土壤气相条件的诱根剂。这种粒状根际肥料主要用于马来西亚桉树、橡胶等，在种植孔内施用（150-250mg/株）。,089339-005,三、新型肥料研究方向十二五支撑计划研究内容,新型缓控释肥与有机肥开发关键技术研究缓控释肥料共性关键技术研究主要研究内容（1）新型缓控释材料研究（2）缓控释肥料工艺及装备研究（3）缓控释技术与质量标准研究（4）缓控释肥料新产品开发,控释肥研究范围概况,新型肥料研究方向十二五支撑计划研究内容,有机肥料共性关键技术研究主要研究内容（1）有机肥、生物有机肥专用功能菌种选育研究（2）有机肥、生物有机肥和有机无机复混肥生产工艺与装备研究（3）有机肥、生物有机肥、有机无机复混肥产品质量和技术标准研究（4）新产品开发研究,089339-005,三、新型肥料研究方向十二五支撑计划研究内容,缓控释肥料产业化技术研究与示范主要研究内容（1）研发多种膜材料及不同肥料核芯的热固性树脂和热塑性树脂新产品生产工艺和配套包膜设备；（2）研究硫和硫加树脂包膜工艺技术；（3）开展作物与缓控释肥同步营养技术研究；（4）研制成本低廉、环境友好、资源丰富和工艺性能良好的植物油包膜材料、水基集合物包膜材料，研究膜材配方、工艺技术及配套生产设备；,089339-005,三、新型肥料研究方向十二五支撑计划研究内容,有机肥料产业化技术研究与示范主要研究内容（1）研究并集成固体有机废物前处理技术、不同有机废弃物“起爆”菌种技术、发酵调控技术、保氮除臭技术和翻抛-粉碎-曝气一体化共性技术，。（2）研究并集成腐熟有机物料预处理技术、有机-无机复混配方研究技术、新型黏结剂选配技术和有机-无机球状造粒技术等共性技术。（3）研究并集成功能菌种选育技术、菌种高密度发酵生产技术、适合功能菌种生长定植的有机营养载体。（4）开发减容压缩关键装备、建立生产工艺、形成连续化生产线；,新型水溶性肥料的发展,螯合技术的研究：促进吸收、增加稳定性新型助剂的开发：促进吸收、运输肥料成分的改变：提高有效养分含量活性物质的应用：发挥施肥的综合效果,传统无机盐类,易沉淀易氧化吸收效率低混配性差,新型水溶性肥料,1、促进中/微量元素施肥技术的推广,增加有效养分含量提高养分吸收效率减少施肥的副作用,螯合技术：螯合剂的开发,中微量元素（Fe、Ca、Mg、Zn、Mn、Mo、B等）,EDTA DTPA HEEDTA HEDTA NTA,化学合成类,无机养分,葡庚糖酸钠木质素棕黄酸腐殖酸氨基酸柠檬酸草酸酒石酸,有机酸类,动植物提取类,甲壳素糖醇海藻酸等,新型水溶性肥料,四、关于新型肥料的几点思考,1、新型肥料的界定问题（标准及效果）2、关于施肥量发展的趋势预测，新型肥料在其中的作用3、新型肥料研究中的问题4、新型肥料推广中的效果问题,控释肥料的施用效果,注：增产率5%为增产；-5%增产率5%为平产；增产率-5%为减产,控释肥料的施用效果,2010.3.10.,德国全国肥料养分施用量变化,美国全国肥料养分施用量,2010.3.10.,日本全国肥料养分施用量变化,用领域 美国 日本 西欧 农作物市场 4.33 8.46 1.95非农业市场 45.19 0.8 12.14 景观草坪 14.33-3.26 高尔夫草坪 10.75-4.27 花卉、苗圃等 20.10-4.61总计 49.51 9.26 14.09农用比重 8.7%91.4%13.8%非农用比重 91.3%8.7%86.2%,（单位：万吨，实物）,(Landels,2003),2005年部分国家和地区缓/控释肥料的消费领域,1.42,520.0,8-9,Osmocote 801,1.26,460.0,3-4,Osmocote 301,0.93,340.0,5-6,Osmocote 5,到岸价格(美元),销售价格(元/25公斤),释放期(月),品种,1.39,420.0,8-9,Multicote 3,1.26,380.0,5-6,Multicote 2,0.93,290.0,3-4,Multicote 1,部分缓/控释肥料产品价格表,Cau-A10 3-4 160.0 0.5,汇报结束 谢 谢,