新型肥料研制技术与产业化开发 1
随着人们对身体健康和生活质量的日益关注，对农产品产量和质量的要求也在不断提高，要求农业生产向着高产、低耗、优质、高效的方向发展，结合我国人地矛盾突出、资源利用率低等现状，肥料的革新成为关键。因为在发展中国家，施肥可提高粮食作物单产一倍以上，肥料对于解决人们的温饱问题起着至关重要的作用；另外肥料还是保障国家粮食安全的战略物质，是保持和提高地力、实现农业可持续发展的物质基础。因此，如何提高化肥利用率、减轻或免除肥料对环境的污染，生产出优质营养的农产品是当今农业可持续发展的迫切要求。为了实现上述目标，新型肥料的研制和开发应运而生，新型肥料要求具有缓/控释化、多功能化、环境友好化等多种功效和性能, 新型肥料的研究与开发是21世纪农业发展的重要方向之一，是推动肥料产业科技创新的原动力。1 新型肥料的概念及特点
所谓新型肥料，指选用新材料、采用新方法，或通过新工艺制备的具有新功能的肥料。其产品特点为：(1)功能拓展或功效提高，新型肥料除了给作物提供养分外，还可具有保水、抗旱、抗寒、杀虫、防病、促根、增蘖、抗倒伏、抗早衰、提高养分利用率、改善土壤理化性质、降解土壤有机无机污染物等功效。(2)形态更新，新型肥料除了固态外，还可以是液体、膏状、气体形态(如CO2)。(3)使用方式新，除了传统的穴施、沟施外，还可以冲施、叶面喷施等。(4)环境友好，新型肥料对环境没有污染，对人类和牲畜没有危害。
2 新型肥料的研制技术及产业化
按照肥料组成和性质，新型肥料可分为4大类，分别为：缓/控释肥料、商品有机肥料、生物肥料、多功能肥料。
2.1 缓/控释肥料
2.1.1 缓/控释肥料的概念及分类
缓/控释肥料是结合现代植物营养与施肥理论和控制释放高新技术，并考虑作物营养需求规律，采取某种调控机制技术延缓或控制肥料在土壤中的释放期与释放量，使其养分释放模式与作物养分吸收相协调或同步的新型肥料。缓/控释肥料在养分上可以按照作物所需养分进行配方设计；在供肥上可以按照作物不同生育期对养分的要求进行控制释放；在施肥上可以一次基施，不用追施；在耕作上可以进行接触施肥和简化农业耕作；在效益上，可以提高养分利用率，省工节肥，减少过多养分对环境的污染。按照生产工艺和肥料性质，缓/控释肥料可分为包膜型（硫包膜、石蜡包膜、聚合物包膜等）、合成微溶态型（脲甲醛、草酰胺等）、化学抑制型（添加脲酶和硝化抑制剂）、基质复合与胶粘型（添加风化煤、磷矿粉）。
关于缓/控释肥料，目前还没有一个明确统一的称谓，美国植物食品管理署和国际肥料工业协会将尿素与醛类化合物的缩合产物称为缓释肥料，包被或包裹肥料称为控释肥料，而添加抑制剂的肥料称为稳定性肥料，在我国，则将这些肥料统称为缓/控释肥料。其实缓释和控释有实质性的区别，缓释
肥料指肥料施入土壤后肥料养分比常规水溶性肥料释放缓慢的一种肥料，控释肥料是采用控制释放技术（包膜或胶囊），利用包膜工艺调节包膜材料和性质（膜量和通透性）、配合适当比例具有不同释放时期和不同粒径大小的肥料颗粒（异粒变速），使养分释放模式和作物养分吸收模式基本匹配。例如，对于氮素吸收，作物通常在营养生长盛期和生殖生长盛期有两个吸收高峰，所谓控释，就是要使施入土壤中的氮能在这两个时期较大能量地释放出来。
2.1.2 缓/控释肥料生产技术
包膜型缓控/释肥料的生产过程如图1，主要过程有配料混合、造粒、调理、干燥、筛分、包膜、分装、测试评价，关键步骤是造粒、包膜和干燥。造粒方法有3种，分别是挤压、团粒和料浆方法。
配料混合→造粒→调理→干燥→筛分→包膜→分装→测试评价
图1包膜型缓/控释肥料的生产过程
挤压方法指外部压力挤压原料粉末成粒，团粒方法指原料粉末在转盘或转鼓中滚动造粒，料浆方法指在造物料表面喷涂一层适宜含水量的料浆薄膜，然后使膜干燥，这样不断的涂布和干燥使颗粒加大，形成坚硬而能自由流动的颗粒。目前大多数生产厂家采用工艺操作简单的团粒法造粒。
包膜技术主要有造粒塔喷雾法、流化床涂布法、转盘或转鼓喷涂包膜法。造粒塔喷雾法工艺流程为：将包膜涂层溶液加压，经喷射雾化后进入造粒塔内，雾化物与从造粒塔顶部喷洒下来的肥料颗粒逆向接触，雾化后的涂层包膜溶液即均匀地涂于肥料表面，并借助肥料自身的热量干化成膜。流化床涂布包膜装置包括气流室、包衣室和扩大室，包衣室由中央室、外室、喷雾装置和气流分配板组成。主要流程为：加热气流和包膜材料溶液经气流室通过气流分配板上的喷嘴进入包衣室，肥料经包膜材料溶液润湿后被热气流干燥并被上推，经过中央室上部进入外室，由于中央室与外室空间存在压力差，使肥料颗粒又循环至中央室，再一次被热气流加速推动向上，并在肥料上升过程中被干燥，这样反复通入包膜材料溶液和热空气，使包衣、干燥操作反复进行，直至肥料表面包覆上所需厚度的膜层。在整个涂膜过程中，肥料在循环和悬浮的条件下进行，可保证每个肥料颗粒涂膜均匀，涂膜过程中的高风速环境有利于溶剂的快速挥发，防止肥料颗粒之间相互粘连，使涂膜过程在流动状态下进行，提高生产效率。转盘或转鼓喷涂包膜法具体过程为：成品颗粒肥料或粉末在转盘或转鼓中滚动，用高压喷枪（含过组喷淋嘴）将包膜剂喷到肥料颗粒表面，并在后续工序肥料滚动中用调理剂（化石粉、磷矿粉、粘土等）加以调理。大多数聚合物包膜肥料采用造粒塔喷雾法和流化床涂布法包膜，而转盘或转鼓喷涂包膜法工艺简单，用途广，既可以制备包膜型缓/控释肥，也可以制备胶结型缓/控释肥，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。现在有些生产厂家采用流化造粒包衣机，即造粒和包膜在同一设备中完成。
肥料的干燥采用干燥筒，筒内通入热风或热蒸汽使肥料干燥，肥料内含水量要低于3％，充分冷却后包装成袋。南方湿润地区宜在肥料包装袋内加入干燥剂防止肥料结块，或者在肥料生产过程中加入表面活性剂（聚环氧乙烷、脂肪酸酯等）或矿物油防止肥料吸潮。
2.1.3 缓/控释肥料产品的指标
目前，国内外并没有统一规范的缓/控释肥料评价方法，更无国家标准或行业标准，研发机构只参照国外的指标进行评价和准划。对于缓/控释肥料产品的指标，欧洲委员会的规定是，若在25℃水溶解实验下营养释放能满足下列3条件，则该肥料称为缓释肥料：（1）24小时释放不大于15%；（2）28天释放不超过75%；（3）在规定的时间内，至少有75%被释放。而日本和美国等国提出控释肥料的指标规定是，在25℃的水中，肥料养分释放能满足下列条件，则认为该肥料是控释肥料：（1）24小时的初级溶出率不大于40%；（2）7天的微分溶出率为2%~4%；（3）7天时间内，至少有80%的养分释放出来。控释肥料与缓释肥料养分释放指标差异虽然不是很明显，但是对于不同生产企业，不同的肥料品种之间却存在着较为明显的差异。
2.1.4 缓／控释肥料的产业化
目前，美国、日本、以色列、波兰及西欧均在大力发展缓控释肥料，1989年以来，控释肥料的消费量平均年递增4.0％，2000年，美国、日本和西欧控释肥料的消费量达61.5万吨，美国和西欧主要用在特种观赏园艺植物和高尔夫球场，日本主要用在蔬菜和水稻栽培上（由国家补贴）。2004~2005年，美国和西欧的控释肥料预计分别有3.6％和5.4％的增长，从全球缓/控释肥的生产现状看，已成功实现工业化生产的品种有脲甲醛、草酰胺、硫衣包膜尿素和聚合物包膜肥料。国内对缓/控释肥料的研发情况见表1。
国内外采用的包膜材料主要有沥青、树脂（热固性和热塑性）、石蜡、各种聚合物（聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚酯、木质素）、脲醛、硫磺、难溶性磷肥等。但上述包膜材料有不足之处：一是材料价格高，比普通等养分化肥高2~8倍；二是材料功能单一，仅限于控制养分的释放，如普通树脂和塑料只控制养分的释放时段，不具有附加功能（吸附养分、改善土壤理化性质）；三是包膜材料在土壤中难以降解，对土壤生物及作物有潜在危害；四是上述材料在肥料表面形成的薄膜存在残缺空洞或完全封闭，养分缓/控释作用和作物的生长需求不能完全匹配。由此可见，胶结和包膜材料的筛选和制备是缓/控释肥料生产的关键，也是国内外学者研究的热点，改善和减免上述包膜材料的不足之处也是缓控释肥料的发展方向。
2.2 商品有机肥料
2.2.1 商品有机肥料的概念及分类
所谓商品有机肥料，就是将有机废弃物(畜禽粪便、作物秸秆、城市垃圾和污泥等）集中进行工厂化处理，通过高温发酵除臭，消灭病毒、病菌，并通过干燥生产出有机肥，或有机－无机复混肥，包装成袋，可以就地使用，也可以较长时间贮存，远距离运输，作为一种商品进入市场。按照商品有机肥的组成可以分为：粪便有机肥、秸秆有机肥、腐植酸有机肥、垃圾废弃物有机肥、生物有机肥(含解磷、释钾等功能性微生物和有益微生物)、复合有机肥（含粪便、秸秆、腐殖酸等多种原料）等。
2.2.2 商品有机肥的生产技术
商品有机肥的生产过程如图2，主要过程有粉碎、发酵、除臭、脱水、测试评价，关键程序是发酵和除臭。
有机废弃物→ 粉碎→ 发酵→ 除臭→ 脱水→ 测试评价
图2 商品有机肥料的生产过程
发酵方式有堆肥、通入沼气、塔式发酵、槽式发酵等，一般认为，堆肥是发酵的首选方法，堆肥是在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机质过程中，生成大量可被植物吸收的有效氮、磷、钾等化合物，并且合成活性物质腐殖质。根据堆肥过程中氧气的供应情况，可以分为好氧堆肥和厌氧堆肥。厌氧堆肥是在通气条件差，氧气不足的条件下由厌氧微生物发酵堆肥，温度低，周期长（3~4个月），异味浓烈，有机物质分解不彻底；好氧堆肥是在通气条件好，氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机质。通常好氧堆肥堆体温度高，一般在50℃~65℃，故亦称为高温堆肥，周期为1个月左右，有机物质分解彻底。由于高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌、虫卵及杂草种子，同时将有机质快速地降解为稳定的腐殖质，转化为有机肥，目前，多采用高温好氧堆肥发酵。
除臭有物理、化学和生物方法，物理除臭指加入10％~15％的风化煤或沸石粉；化学除臭药液选用亚硫酸氢钠和甘油混合水溶液等化学氧化剂作除臭剂，喷淋除臭。其原因为亚硫酸氢钠可与醛类臭味物质生成结合体，但亚硫酸氢钠在高温环境下稳定性差，易分解，加入少量甘油（亚硫酸钠用量的3％左右）可提高其热稳定性，除臭效率较好；生物除臭指在有机物料中加入1％的马粪、5％的5406菌剂、硫化细菌菌剂等，其中马粪主要作用是发酵，5406菌剂起到除臭作用。在生产过程中，采用综合方法除臭效果极显著。
在商品有机肥的生产中，发酵和除臭过程同时进行，大多数厂家生产复合有机肥。
具体过程为：粪便、垃圾或污泥中加入破碎的有机物料（如秸秆）、除臭剂、功能性微生物（分解纤维素、木质素的菌剂等）等，进行高温堆肥发酵，在发酵起始，调节堆肥物料的含水量、C/N比。含水量一般为55％~65％，水分含量过低，不利于微生物的生长，水分含量过高，则易堵塞料堆中的空隙，影响通气，导致厌氧发酵，并且堆体温度提升慢。起始C/N应为25~30:1，过低使微生物生长繁殖受到抑制，使发酵过程缓慢，以致降解不完全；过高，成品肥利用价值低，施用时发生氮饥饿现象，争夺土壤中的氮素。在堆肥发酵过程中，影响堆肥质量的主要参数为含水量、pH值、温度和含氧量。
堆肥过程中的含水量控制在50%-60%为最佳，pH值的适宜范围为6.5~7.5，因为这是微生物（尤其是细菌和放线菌）生长最合适的酸碱度，常见畜禽粪便的pH值都在6~8的范围内，因而在堆肥前一般不需要调节pH值。如果发酵过程中pH过高或者过低，可加入人粪尿、石灰或者采取通风措施调节。在堆肥过程中，随着微生物活动的加剧，当微生物降解有机物产生的热量大于堆肥的热耗时，堆肥的温度就上升，若不加控制，温度可达75℃~80℃，因此温升是反映微生物活动剧烈程度的最好参数，而最佳温度为55℃~60℃。堆肥过程中温度变化为：开始堆肥时温度和自然温度一样，在中温微生物的作用下，经1天达到40℃~50℃，高温微生物开始活动，经5天左右，温度达到60℃，当温度超过60℃时微生物活动受到抑制，调节的办法是增加通风量。我国国家标准规定在50℃~55℃以上要维持1周左右，以达到杀灭病原菌、杂草种子的目的。堆肥内空气的含氧量为8%~15%，当低于8%时，好氧微生物活动降低形成厌氧状态易产生恶臭，并降低堆肥的品质，通过翻推通风调节。
2.2.3 商品有机肥产品的指标
腐熟度是查看高温堆肥发酵效果的首选指标，腐熟度指通过微生物的作用，堆肥产物对环境无害，农田施用后不影响作物的生长和土壤耕作的能力。腐熟度的定量指标主要有物理指标（颜色、气味、温度、粒度）、化学指标（养分含量、C/N比、NH3+-N/NO3--N比、阳离子交换能力、有机质腐殖化程度、重金属含量、pH值等）、生物指标（病原体存在与否、杂草种子、植物种子发芽率等）。近几年的研究发现，不同堆置时期特征酶的种类和活性变化趋势也可以反映堆肥腐熟过程。腐熟好的堆肥，表观特征为：整体呈茶褐色或黑色（生成腐殖质），没有恶臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊蝇。质地疏松，手捏之成团，松之即 支持新型肥料,本人操作新型液体肥料,多交流! 不是做肥料的，但是看过庄总的这些专题真的学习了不少。期待庄总的大作，特来支持 谢谢抬举咯！ 楼主这篇帖子没有转载完。
但是我感到在3月下旬已经在某论坛刊发了，基本没有什么新意了。其实这个稿子我以前也见过，作者是江西省农业科学院土肥所刘秀梅老师。
以下是全文链接http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=440418&do=blog&id=320195
作者简介：刘秀梅（1974－），女，山东泰安人，博士，从事新型肥料的研制和开发。E-mail:lxm3392@163.com. Tel:0791-7090070。
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