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    我國新型肥料產業發展戰略研究
    文章作者:admin 更新時間:2023-10-21 15:03:44

    肥料是作物生產的物質基礎,全球每年化肥農用消費量在2t左右,對糧食增產的貢獻率達40% 以上,在保障全球糧食安全方面發揮著不可替代的作用。尤其是近年來食品短缺人口比例大幅度提高,全球糧食安全正面臨嚴峻挑戰,更亟需依賴肥料的高效施用以支撐作物高產。我國是世界最大的化肥生產國和消費國,氮肥、磷肥和鉀肥的生產量分別占全球總量的26%、30% 14%,消費量分別占23%、21% 26%。1980 年至2020 年,我國農用化肥用量從1269t增長到5251t,化肥的投入在糧食增產中發揮著巨大的作用。全國化肥試驗網證明,我國化肥的增產率在50% 左右。然而,傳統肥料養分利用率低,過量施肥導致土壤退化、大氣和水體污染以及生物多樣性降低等問題,對生態環境安全產生了巨大威脅。因此,傳統化肥產品和施肥技術難以實現糧食安全與生態環境安全的協同,發展新型肥料產業是農業綠色可持續發展的必然選擇。

    新型肥料研發是運用有效養分高效化產品創新的理論與技術,將傳統氮肥、磷肥、鉀肥、復合肥等產品轉型升級,使其營養功能得到提高或使之具有新的特性和功能,或通過開發新資源、利用新理論、新方法和新技術等,開發肥料新產品類型,以實現穩定高效、綠色增產、環境友好等目標。當前,新型增效肥料主要包括緩/控釋肥料、增值肥料、水溶肥料、商品有機肥、微生物肥料等產品類型。

    一、新型肥料發展的必要性

    1、傳統肥料過量施用造成資源浪費和環境污染

    我國大宗化肥消費結構的90% 以上依然是傳統化肥產品,我國主要糧食作物(小麥、玉米和水稻) 的氮肥利用率僅有26%37%。磷肥利用率僅有10%20%。鉀肥利用率也僅有40%50%。傳統化肥施用模式下肥料養分利用率低,作物高產建立在肥料高投入的基礎上,通過過量施肥以保證作物養分充足供應的現象普遍存在。因此大量化肥養分積累在土壤中或損失到環境中,造成了資源浪費和環境污染。高產施肥的環境矛盾突顯。傳統肥料的局限性越來越突出,全面建立新型高效肥料產品體系,推動傳統肥料產業的轉型升級,是農業綠色可持續發展的必然要求。

    2、新型肥料是實現化肥減量增效的有效途徑

    新型肥料的研制生產不僅包括養分增效技術和生產工藝創新,還充分考慮與農藝措施發展匹配融合,因而是更加優質、高效和環保的肥料產品。當前我國新型肥料產品通過優化養分供應、強化根系吸收、增強作物抗逆、調節體內代謝等過程,獲得更高的肥料養分效率,協調作物高產與環境保護的矛盾。緩/控釋肥通過減緩或控制養分釋放速率,最大限度的實現養分供應與作物不同生長階段養分需求協同,從而提高肥料的利用率并降低各種途徑的養分損失。增值肥料是將腐殖酸、海藻酸、氨基酸等生物活性增效載體與傳統化學肥料科學配伍,通過綜合調控“肥料–作物–土壤”系統改善肥效。水溶肥的特點是其所有成分完全水溶,以滿足噴灌、滴灌、無土栽培、葉面施肥的需求,通過水肥一體化,實現少量多次施肥,獲得高肥料利用率。商品有機肥解決了傳統有機肥養分含量低,運輸困難,就地消納需要很高的環境容量等問題。微生物肥料的主要特征是添加了具有固氮、溶磷、解鉀等功能微生物菌劑,或添加了能夠通過代謝活動產生刺激素的有益微生物,具有促進作物利用土壤中的低有效態養分,或拮抗病原微生物減少作物病害發生等功能。

    二、我國新型肥料產業發展現狀

    肥料產業始終伴隨著肥料產品的創新轉型升級,依據肥料產品的性狀,肥料產業的發展大致分為4 個發展階段:1) 初始階段,養分濃度低且有效性較差;2) 低濃度階段,生產技術簡單且養分含量僅在14%25%;3) 高濃度階段,養分濃度一般在40% 以上,但存在養分易損失等缺點;4) 綠色高效階段,肥料產品具有養分高效、功能多元、環境友好等特點,代表性產品包括緩/控釋肥料、水溶肥料、微生物肥料等。政策的實施有效促進產業發展,我國已成為全球新型高效肥料研發的熱點國家。據趙秉強等研究,我國當前正處于由高濃度化肥階段向綠色高效肥料階段轉變的關鍵時期,特別是隨著我國“雙碳”和農業綠色發展戰略的實施,推動了綠色肥料產業體系建設和快速發展的過程。

    1、緩/控釋肥料

    /控釋肥可根據作物需求規律緩慢釋放養分,實現一次性施肥滿足整個生長期的需求,是輕簡化施肥技術的重要載體,已成為我國新型肥料發展的主導方向。我國包膜緩釋肥料技術經過引進、集成和創新,整體上已達到國際先進水平,在大田作物的應用技術領域達到國際領先水平。

    2、增值肥料

    增值肥料利用有機生物活性增效載體(腐殖酸、海藻酸、氨基酸等) 與氮、磷、鉀傳統化肥科學配伍后,通過調控肥料養分在土壤中的釋放、轉化、移動、固定等過程,優化肥料的供肥性,從而提高肥料利用率。傳統腐殖酸或海藻酸肥料,以腐殖酸或海藻酸為主要原料,通過摻入無機肥料制成,但載體活性相對較低、用量大,難以與化肥大型生產裝置結合,存在產能低、成本高和產業化推廣難度大等問題。

    3、水溶肥料

    水溶肥是水肥一體化技術不可或缺的肥料類型。我國水溶肥產業起步于20 世紀80 年代中后期,其發展歷程主要分為3 個階段:1) 初步形成階段,以溶解性及配伍性好的無機鹽類為原料配制葉面肥,養分種類少、濃度低、應用效果不穩定;2) 初步發展階段,隨著對葉面營養機理研究深入,葉面肥產品中開始添加中微量元素及螯合劑和表面活性劑等助劑,養分種類、養分濃度和吸收效率得到較大提升。由于節水灌溉施肥技術發展滯后,水溶肥產業發展較為緩慢;3) 快速發展階段,隨著噴灌、滴灌和無土栽培等技術的快速發展,帶動了水溶肥料的生產。在水溶肥中加入氨基酸、腐殖酸、海藻酸等有機活性物質,水溶肥功能走向多元化。

    4、商品有機肥

    有機肥原料來源豐富,其替代化肥的潛力巨大。新型商品有機肥技術主要包括無害化處理技術、快速發酵技術、除臭技術、有機無機肥配伍技術、造粒工藝等。商品有機肥克服了有機肥原料養分含量低、運輸成本高、施用量大等缺點,提升了農民使用的意愿,促進了商品有機肥的產業化發展。

    5、微生物肥料

    微生物肥料不同于其他肥料類型,不以為作物直接提供養分為目的,主要功效是促進養分吸收與利用,調控作物生長,增強植株抗逆性和抗病性,改良和修復土壤功能。21 世紀以來我國微生物肥料技術取得了長足發展,微生物肥料使用的菌種不斷增加,功能得到拓展,施用面積逐年增加。我國微生物肥料的研究主要集中在高效固氮、解磷以及功能性菌劑的鑒定,有機肥與功能菌株配合生產生物有機肥技術,“肥藥兼效型”復合微生物肥料的研究。目前,我國微生物肥料生產企業達3500 余家,登記微生物肥料產品超過10000個,年產量約3000t,應用面積達5億畝。

    三、我國新型肥料高質量發展存在的問題

    1、新型肥料行業起步晚,缺乏原創核心技術

    我國各類新型肥料產品研發的起步階段普遍晚于發達國家3050 年,肥料新產品多為跟蹤和模仿,缺少原創技術。

    2、肥料特性與農業需求的多樣性匹配度不高

    我國不同農業生態區的資源稟賦與種植制度復雜多樣,各區域農田管理措施不同,加劇了與之匹配的新型肥料產品開發和高效應用的困難程度,以致產品在不同區域土壤和作物上表現出差異化的應用效果。

    3、新型肥料施肥技術與裝備有待提升

    高效施肥技術在測土配方施肥、精準施肥、輕簡智能施肥等方向取得了長足進展。這些推薦施肥技術主要以傳統化學肥料為研究對象,是基于傳統肥料產品的養分供應特征開展的系統研究。相比于傳統產品,新型肥料通過控制養分釋放和轉化過程或通過功能微生物促進土壤養分釋放等方式提高了養分利用效率,因此其養分供應過程存在較大變異,傳統的高效施肥技術并不能完全套用在新型肥料上。在施肥技術難以匹配不同肥料養分的差異化供應特征的情況下,很多新型肥料產品并沒有發揮出增產效果。如果不能持續突破各類新型肥料的高效施肥技術瓶頸,施肥技術將成為新型肥料產業快速發展的障礙。

    4、肥料監管薄弱,市場發展混亂

    長期以來,我國肥料養分含量不足、有毒有害物質超標、隨意添加違規成分、隱性風險成分不可預見、假冒偽劣產品屢禁不止、包裝標識不規范、故意夸大宣傳等產品質量及安全問題屢見不鮮。然而,我國尚無一部專門規范和指導肥料生產經營和使用行為的法律法規。開展肥料執法監管的依據只有農業農村部2000 年發布的《肥料登記管理辦法》,其為規范肥料行業的發展做出了貢獻。但是,肥料登記管理制度法律地位不高,導致肥料管理和執法處于一種半空白狀態。因此,迫切需要推進肥料立法。

    四、新型肥料發展戰略

    施肥主體存在利益矛盾,農民施肥關心收益,而國家關注糧食安全和生態環境保護。因此,需要通過肥料科技創新,將農民利益和國家利益統一起來。隨著資金投入的增加和農村勞動力的轉移,農業規?;洜I進程加快,對肥料產品和施肥技術提出了新的要求,這也是肥料產業技術進步和創新發展的新機遇。為推動新型肥料產業高質量發展,肥料產品研發將以綠色增產為主要目標,肥料增效技術途徑向高效化、專用化、功能化、精準化和低碳化等方向綜合發展。

    1、肥料研發應用以農業需求為導向

    隨著我國現代農業技術的完善,適應現代農業生產需求的肥料將會成為產業發展的主要方向。農業的需求特征與不同區域土壤、種植體系、農業生產規模、施肥技術與裝備以及經濟社會發展條件等因素密切相關,因此肥料的供應需求也呈多元化。1) 我國氣候環境、土壤類型、作物種類、種植模式復雜多樣,區域尺度變異性大,要求肥料養分供應規律與其匹配。2) 施肥方式和施肥技術的發展呈現多元化。3) 面向未來農業需求開展前瞻性肥料研發。

    2、肥料增效技術實現“養分–土壤–作物–環境”系統的綜合調控

    我國農業已進入了多營養元素協同供應提質增效、綠色發展的新時代,這對肥料產品的創新提出了更高要求。因此,新型肥料功能需要不斷拓展,實現“養分–土壤–作物–環境”系統的綜合調控。

    3、新型肥料生產技術工藝體系向綠色低碳轉型

    綠色高效新型肥料產品的創制與產業化,不僅是我國“雙碳”戰略和農業綠色可持續發展的要求,也是新型肥料推廣的重要基礎。高效、低碳、環保的新型肥料制造技術體系,需要整個化肥生產周期的材料環?;?、加工低碳化及產品可商業化的有機結合。

    4、加強新型肥料統一監管體系建設

    新型肥料生產、銷售和使用環節都需要科學合理的監管體系。首先,要推進新型肥料立法工作。其次,完善新型肥料使用登記與備案制度。再次,加強新型肥料監管機制建設,重點加強無害化生產監管,提高不法企業與商販的違法成本,建立不同部門之間信息共享和溝通機制。最后,探索生產企業產銷報備制度和農產品生產主體肥料施用報備制度,建設信息共享與監管平臺。通過全方位強化完善肥料監管體系,規范新型肥料技術發展方向和產品質量水準。

    (原文發表于《植物營養與肥料學報》,2023, 29(2): 201219,文章篇幅刪減)

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