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(中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016)

通過(guò)施肥，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，滿足作物生長(zhǎng)的需要，是提高作物產(chǎn)量最迅速、最有效的重要措施之一。肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入最大的一類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，約占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總投入的二分之一。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)估計(jì)，肥料在農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)中的作用占40%～60%，可見(jiàn)解決好肥料的生產(chǎn)及施用問(wèn)題事關(guān)重大。肥料的概念最早形成于1840年德國(guó)化學(xué)家李比希提出的“植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)”和“養(yǎng)分歸還學(xué)說(shuō)”。根據(jù)李比希的農(nóng)業(yè)化學(xué)思想，國(guó)際肥料工業(yè)協(xié)會(huì)(IFIA)將肥料定義為：①能供給土壤養(yǎng)分滿足作物高產(chǎn)需要；②補(bǔ)償因植物收獲、淋失和氣態(tài)揮發(fā)所造成的土壤養(yǎng)分損失；③能維持和改善土壤肥力狀況的農(nóng)用生產(chǎn)資料。這一定義從肥料的使用價(jià)值上說(shuō)明了肥料應(yīng)具備的功能屬性[1]。

有機(jī)肥是最古老的肥料。在中國(guó)，早在兩三千年以前就有了施用有機(jī)肥的文字記載，而化學(xué)肥料的施用較晚。1809年，智利發(fā)現(xiàn)硝石(硝酸鈉)，氮肥最早被用于農(nóng)業(yè)；1842年，英國(guó)首先利用硫酸和糞化石生產(chǎn)過(guò)磷酸鈣，建成了世界上第一個(gè)過(guò)磷酸鈣工廠；1861年，德國(guó)開(kāi)始利用光鹵石生產(chǎn)氯化鉀；1913年，德國(guó)用Haber-Bosch工藝合成氨，隨后開(kāi)始生產(chǎn)硝酸和硝銨；1922年，尿素在德國(guó)開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)。從而分別揭開(kāi)了植物營(yíng)養(yǎng)三要素——氮肥、磷肥、鉀肥工業(yè)發(fā)展的序幕。

近六十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，肥料科學(xué)領(lǐng)域的新知識(shí)、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，肥料向復(fù)合高效、緩釋控釋(長(zhǎng)效)和環(huán)境友好等多方向發(fā)展。因而，我們把利用新方法、新工藝生產(chǎn)的具有上述特征的肥料稱(chēng)為新型肥料，以區(qū)別于傳統(tǒng)化肥工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)單質(zhì)肥料和復(fù)合肥料以及未經(jīng)深加工的有機(jī)肥料。它是針對(duì)傳統(tǒng)肥料的利用率低、易污染環(huán)境、施用不便等缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行的物理、化學(xué)或生物化學(xué)改性后生產(chǎn)出的一類(lèi)新產(chǎn)品。為適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新要求，新型肥料作為一種有助于改善環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的農(nóng)用生產(chǎn)資料發(fā)展迅速[1]。

1 “十一五”時(shí)期我國(guó)新型高效肥料取得的主要進(jìn)展

“十一五”期間，在國(guó)家科技支撐計(jì)劃的支持下，我國(guó)新型高效肥料研究與技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)研發(fā)出一批具有較大產(chǎn)業(yè)化前景的科研成果，初步形成了以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新體系，為該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)，并涌現(xiàn)出一批高速成長(zhǎng)、發(fā)展?jié)摿薮蟮钠髽I(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模。目前，我國(guó)從事新型高效肥料研究的科研機(jī)構(gòu)有30余家，從事產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用的單位有70余家，大部分是采用產(chǎn)學(xué)研合作的研發(fā)和推廣模式。 “十一五”期間，我國(guó)新型高效肥料領(lǐng)域共獲得多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。

主要技術(shù)進(jìn)展：①緩控釋肥料方面：建立了無(wú)溶劑原位表面反應(yīng)包衣控釋技術(shù)工藝、水基樹(shù)脂控釋技術(shù)和工藝，使控釋肥料無(wú)溶劑、零排放；自行研制了自動(dòng)化控制側(cè)噴旋流流化床，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制造，首創(chuàng)了轉(zhuǎn)鼓流化床樹(shù)脂包膜工藝技術(shù)，創(chuàng)建了熱固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂、硫和硫加樹(shù)脂、復(fù)合材料多層包膜工藝的控釋肥料大規(guī)模生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達(dá)60萬(wàn)t，使我國(guó)成為世界上規(guī)模較大、品種比較豐富的緩控釋肥料生產(chǎn)基地。②穩(wěn)定肥料方面：首次探明脲酶和硝化抑制劑在氮素轉(zhuǎn)化調(diào)控中的協(xié)同增效作用及協(xié)同作用的土壤酶學(xué)機(jī)理，豐富了土壤酶學(xué)和肥料學(xué)的理論。并開(kāi)發(fā)出協(xié)同增效作用技術(shù)用于肥料改性，解決了單一抑制劑作用時(shí)間短、氮肥轉(zhuǎn)化釋放過(guò)快的問(wèn)題，使氮的有效期達(dá)到120 d，是普通肥料有效期的2.0～2.5倍，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效復(fù)混肥和緩釋尿素一次性基施免追肥。該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)48家肥料企業(yè)推廣應(yīng)用，累計(jì)生產(chǎn)長(zhǎng)效緩釋肥料317.6萬(wàn)t。③復(fù)混肥料方面：構(gòu)建了復(fù)合(混)肥料氮肥總量控制分期調(diào)控、磷鉀肥恒量監(jiān)控和微量元素因缺補(bǔ)缺的區(qū)域配肥理論與技術(shù)；初步建立了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合(混)肥料優(yōu)化化學(xué)肥料養(yǎng)分高效利用的理論與技術(shù)體系；研制出保水型、防病型和緩釋型等系列功能性復(fù)合(混)肥料新產(chǎn)品，推動(dòng)了復(fù)合(混)肥料功能升級(jí)。④有機(jī)肥料方面：獲得了適合各類(lèi)畜禽糞便快速堆肥的“起爆劑”和設(shè)備，研發(fā)和建立了高效條垛式堆肥工藝和相應(yīng)的設(shè)備，研制出與拮抗微生物特征碳源相匹配的以堆肥為主體的有機(jī)載體和抗土傳病害的生物有機(jī)肥。

盡管我國(guó)新型肥料研究與開(kāi)發(fā)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，也凝聚了一批技術(shù)力量，建立了一批試驗(yàn)示范基地，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)新型高效肥料的發(fā)展存在總體研發(fā)水平較低、重復(fù)研發(fā)、研究力量分散、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、新產(chǎn)品新技術(shù)開(kāi)發(fā)速度慢等問(wèn)題，在緩控釋肥工程技術(shù)研發(fā)、成果集成和轉(zhuǎn)化速度等方面，遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

2 未來(lái)肥料發(fā)展的問(wèn)題與主要趨勢(shì)

2.1 復(fù)合(復(fù)混)高效是滿足作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，是未來(lái)肥料發(fā)展的總趨勢(shì)

為了保證作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，不僅要施用足夠數(shù)量的肥料，而且其所含養(yǎng)分要有一個(gè)適宜的比例，并且要通過(guò)商品化復(fù)合(混合)后提供給用戶。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外化肥生產(chǎn)的總趨勢(shì)是發(fā)展高效復(fù)混肥料，減少副成分，以滿足作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的需要，節(jié)約包裝運(yùn)輸、貯存和施用的花費(fèi)，提高肥效。復(fù)混肥料是逐步發(fā)展的，二十世紀(jì)初美國(guó)把普通過(guò)磷酸鈣、智利硝石等混合起來(lái)施用，后來(lái)又把粉狀的過(guò)磷酸鈣、硫酸銨、氯化鉀等混合起來(lái)施肥。隨著基礎(chǔ)化肥工業(yè)的發(fā)展，二十世紀(jì)五六十年代，磷銨、重過(guò)磷酸鈣、尿素等高濃度化肥的大量生產(chǎn)，和被用于肥料的二次加工，使復(fù)混肥的濃度由20%提高至40%左右。隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一批成熟的加工工藝，裝備也趨向于大型化[2-9]。二十世紀(jì)六七十年代，復(fù)混肥料的發(fā)展速度極快。目前，美國(guó)、西歐、北歐各國(guó)和日本等國(guó)家的化肥消費(fèi)結(jié)構(gòu)中有35%～45%的氮、80%～85%的磷和85%～90%的鉀由復(fù)混肥提供。換言之，大部分氮磷鉀是加工成復(fù)混肥料后進(jìn)入市場(chǎng)的。美國(guó)和英國(guó)79%的化肥以復(fù)混肥料銷(xiāo)售；日本、法國(guó)、德國(guó)和其它西歐諸國(guó)也都在60%～80%之間。發(fā)展中國(guó)家如拉美的委內(nèi)瑞拉、哥倫比亞等國(guó)，亞洲的韓國(guó)和泰國(guó)，非洲的尼日利亞、喀麥隆等國(guó)家，其復(fù)混肥料的使用也分別達(dá)到化肥消耗總量的70%～75%。美國(guó)有中小型復(fù)混肥料工廠近萬(wàn)個(gè)，其中有6 000多個(gè)生產(chǎn)散裝混配肥料(B.B肥)。近年來(lái)，有些國(guó)家還生產(chǎn)出養(yǎng)分含量更高的復(fù)合肥，如美國(guó)生產(chǎn)的聚磷酸銨(16-62-0)、聚磷酸鉀(0-57-37)、偏磷酸鉀，德國(guó)研制的三磷化氮、磷氧酰銨和磷氮酰銨，都是超高濃度的復(fù)合肥。不僅生產(chǎn)包括大量元素的混合肥料，還生產(chǎn)含有鈣、鎂、硫等中量元素的多元復(fù)合肥料，并正在研制含有有機(jī)物質(zhì)、生長(zhǎng)激素、除草劑、農(nóng)藥及微量元素的多功能復(fù)合肥料。復(fù)混肥料的發(fā)展程度，已成為衡量一個(gè)國(guó)家化肥工業(yè)發(fā)展程度的標(biāo)準(zhǔn)之一[10-18]。

我國(guó)復(fù)合肥生產(chǎn)和應(yīng)用起步較晚。在二十世紀(jì)五十年代，上海化工研究院開(kāi)始試制含有氮磷或磷鉀的二元復(fù)合肥料。二十世紀(jì)六十年代，生產(chǎn)了磷酸銨復(fù)合肥，并在某些經(jīng)濟(jì)作物區(qū)推廣施用。迄今，全國(guó)持有生產(chǎn)許可證的復(fù)混肥料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)1 746家，總生產(chǎn)能力達(dá)2 000萬(wàn)t·a-1[8-9,19]。

這一總趨勢(shì)表明，未來(lái)肥料的發(fā)展必須從平衡供給作物養(yǎng)分這一宏觀角度出發(fā)，施用氮、磷、鉀的比例達(dá)到1∶0.4～0.45∶0.25，并根據(jù)各地的實(shí)際情況，合理配伍中、微量元素肥料；其次，針對(duì)我國(guó)國(guó)情，應(yīng)借鑒美國(guó)的做法，大力發(fā)展混配肥料(B.B肥)，對(duì)氮、磷、鉀等基礎(chǔ)肥料的顆粒大小進(jìn)行規(guī)范和制定相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，加快開(kāi)發(fā)大顆粒尿素及其相匹配的同粒徑同密度顆粒磷、鉀基礎(chǔ)肥料，加強(qiáng)縣級(jí)范圍內(nèi)土壤測(cè)試和肥料配方研究，研制適合我國(guó)國(guó)情的摻混設(shè)備和工藝，酌情發(fā)展硝酸磷肥、磷酸銨等復(fù)合肥料；第三，肥料學(xué)研究將朝“環(huán)境友好與可控釋放”方向發(fā)展，這將為解決農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與食物安全、食品安全問(wèn)題從理論上和實(shí)踐上奠定基礎(chǔ)[20]。

2.2 緩釋、控釋和環(huán)境友好是未來(lái)肥料科學(xué)研究的重點(diǎn)

盡管化肥在促進(jìn)我國(guó)糧食增產(chǎn)上起到了舉足輕重的作用，但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在著相當(dāng)大的差距。據(jù)全國(guó)化肥網(wǎng)及中國(guó)科學(xué)院南京土壤所長(zhǎng)期研究表明，我國(guó)氮肥當(dāng)季利用率僅為30%～35%，遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的水平[1]。農(nóng)田氮素?fù)p失率為30%～50%，每年通過(guò)淋溶、揮發(fā)等途徑損失化肥氮約900萬(wàn)t，價(jià)值約350億元，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。肥料產(chǎn)品的低質(zhì)性及使用的不合理，已使我國(guó)水體受到不同程度的污染。我國(guó)130多個(gè)大型湖泊中已有60多個(gè)遭到包括富營(yíng)養(yǎng)化在內(nèi)的嚴(yán)重污染，其中云南滇池的污染最為嚴(yán)重；京、津、唐地區(qū)69個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水、飲用水中硝酸鹽含量有半數(shù)以上超標(biāo)。其原因主要為：我國(guó)化肥生產(chǎn)品種單一，以低濃度單質(zhì)速溶化肥為主，氮肥中的低濃度速溶碳酸氫銨仍占48%左右，高濃度尿素占43%左右，效果較好的復(fù)混肥只占化肥總產(chǎn)量的10%左右。而且這些肥料的養(yǎng)分釋放速度不能人為控制，釋放速度太快，作物來(lái)不及吸收，損失嚴(yán)重。長(zhǎng)期大量的科學(xué)研究表明，肥料利用率低下、特別是氮肥中氮素不能為作物充分利用的一個(gè)重要原因，現(xiàn)有化學(xué)肥料溶解過(guò)快，由此加快了土壤微生物對(duì)肥料的分解，也加快了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、揮發(fā)、淋失及物理化學(xué)固定等。因此，減緩和控制肥料的溶解和釋放速度，已成為提高作物對(duì)肥料利用效率的有效途徑之一[20]。

近幾十年來(lái)，世界各國(guó)在化肥(主要是氮肥)的生產(chǎn)和施用中幾乎同時(shí)出現(xiàn)一種相似的現(xiàn)象：即施肥量迅猛增加，但糧食產(chǎn)量卻未相應(yīng)快速增長(zhǎng)。如美國(guó)，40 a來(lái)氮肥的施用量增加了13倍，而同期玉米作物吸收的氮素只增加了3倍；英國(guó)在小麥作物中也有類(lèi)似的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象引發(fā)了人們對(duì)施肥的經(jīng)濟(jì)效益、資源有效利用及環(huán)境問(wèn)題的反思[21-26]。

反思之一，就是試圖研制一種能夠緩慢釋放或按作物需肥規(guī)律供給養(yǎng)分的緩釋肥料(我國(guó)一般稱(chēng)為長(zhǎng)效肥料)或控釋肥料。一般來(lái)說(shuō)，農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收速度，在一個(gè)生長(zhǎng)期中，大體呈S形，即開(kāi)始較慢，隨后大大加快，以后又逐漸變慢。如果某種肥料能夠按作物的這種需肥規(guī)律供給養(yǎng)分，釋放出的養(yǎng)分很快被作物吸收，肥料的養(yǎng)分損失就會(huì)大大降低，利用率就會(huì)大大提高[1,27-29]。這就是緩釋、控釋肥料的最終目標(biāo)。自從1924年脲醛肥料取得專(zhuān)利以來(lái)，緩釋肥料已有長(zhǎng)足進(jìn)步，近年已發(fā)展到可控釋放肥料(Controlled availability fertilizers，CAFs),而且有一部分已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)在市場(chǎng)上以商業(yè)產(chǎn)品銷(xiāo)售的緩釋/控釋肥料已達(dá)數(shù)十種[30]。

緩釋和控釋肥料的定義與劃分，一直是一個(gè)具有爭(zhēng)議的問(wèn)題。究其原因，有人們對(duì)緩釋和控釋概念理解上的不同，以及所采用的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不同的因素，也有新型緩釋和控釋肥料接連地出現(xiàn)，不斷地沖擊著原有的概念。

國(guó)際肥料工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)緩釋和控釋肥料的定義為：①所含養(yǎng)分形式在施肥后能緩慢被作物吸收與利用的肥料；②所含養(yǎng)分比速效肥(例如硝銨、尿素、磷銨、氯化鉀)有更長(zhǎng)肥效的肥料；并認(rèn)為緩釋與控釋之間沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)別。美國(guó)植物食品管理署(AAPFCO)在它的官方用語(yǔ)和定義中，同時(shí)使用二者。不過(guò)該機(jī)構(gòu)遵循慣例，將能被微生物分解的含氮化合物(如脲醛化合物等)稱(chēng)為緩釋肥料，將包被(Coated)或包囊(Encapsulated)的產(chǎn)品稱(chēng)為控釋肥料[1]。進(jìn)一步，美國(guó)植物食品管理署(AAPFCO)和國(guó)際肥料工業(yè)協(xié)會(huì)(IFA)將尿素與醛類(lèi)化合物的縮合產(chǎn)物稱(chēng)為緩釋肥料，包被或包囊肥料稱(chēng)為控釋肥料，而添有抑制劑的肥料稱(chēng)為穩(wěn)定化肥料。在我國(guó)，則將這些肥料統(tǒng)稱(chēng)為緩控釋肥料或長(zhǎng)效肥。我們認(rèn)為，需要明確的是：①釋出的物質(zhì)何所指，是肥料顆粒的分子，還是它所含有的主要營(yíng)養(yǎng)元素。②什么是真正意義上的緩釋和控釋。不論是縮合物或是包裹物，其溶解或溶出的應(yīng)該是肥料分子，而其中的主要營(yíng)養(yǎng)元素需經(jīng)解離或生物化學(xué)轉(zhuǎn)化后才能釋至土壤。所謂的緩釋?zhuān)撌欠柿戏肿拥木忈尅Ｌ碛幸种苿┑膭t不同，它延緩的是肥料分子中主要營(yíng)養(yǎng)元素的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化進(jìn)程。以氮肥為例，我們更多關(guān)注的是氮肥氮，而不是它的伴隨離子在土壤中的行為。由此，真正意義上的緩釋?zhuān)瑧?yīng)該指的是肥料成分中主要營(yíng)養(yǎng)元素的緩釋。當(dāng)然，這里并不排斥肥料分子的緩釋的作用和意義。關(guān)于控釋?zhuān)瑒t應(yīng)該指的是根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，適時(shí)地使肥料分子中的主要營(yíng)養(yǎng)元素以可給態(tài)的形式釋放出來(lái)供作物吸收和利用。例如，對(duì)于氮素，作物通常在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)盛期和生殖生長(zhǎng)盛期有兩個(gè)吸收高峰。所謂控釋?zhuān)褪且故┤胪寥乐械牡实茉谶@兩個(gè)時(shí)期較大數(shù)量地釋出。因此，在調(diào)節(jié)肥料氮在土中的釋出速率時(shí)，既有延緩，也有加速。從這個(gè)意義上講，現(xiàn)在稱(chēng)之為控釋肥料的包被肥料或包囊肥料，并不是真正意義上的控釋肥料；而真正意義的控釋肥料的研制，正是我們需要努力的方向[20]。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(CEN)對(duì)評(píng)判緩釋肥料(TC 260/WG 4/TFsrf)作了如下說(shuō)明：若其肥料所含養(yǎng)分的釋放在25℃時(shí)能滿足下列三個(gè)條件，則該肥料可稱(chēng)為緩釋肥料：①24 h釋放量不大于15%；②28 d釋放量不超過(guò)75%；③在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，至少有75%被釋放。這一標(biāo)準(zhǔn)是以肥料養(yǎng)分在水中的溶出率來(lái)評(píng)價(jià)的[1]。

許秀成根據(jù)多年對(duì)緩、控釋肥料的研究提出，應(yīng)以緩、控釋肥料在土壤中的實(shí)際效果來(lái)評(píng)價(jià)其緩釋性能，因?yàn)榛瘜W(xué)肥料的肥效期不僅取決于肥料本身的溶解性或養(yǎng)分釋放期，還與它在土壤中的行為密切相關(guān)[9]。

值得注意的是，樊小林和廖宗文將促釋的概念引入控釋肥料，并將控釋肥料定義為：以有機(jī)-無(wú)機(jī)肥為基體，依據(jù)橫向-縱向平衡施肥理論，用物理、化學(xué)、物理化學(xué)及生物化學(xué)的手段調(diào)節(jié)和控制養(yǎng)分促釋和緩釋?zhuān)ㄟ^(guò)工業(yè)制造生產(chǎn)包容平衡施肥原理和技術(shù)等農(nóng)藝措施的科學(xué)施肥技術(shù)載體。它能依據(jù)作物營(yíng)養(yǎng)的階段性和連續(xù)性等營(yíng)養(yǎng)特性，調(diào)控氮、磷、鉀及必要微量元素等養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度與容量，使促釋和緩釋協(xié)調(diào)，達(dá)到供肥緩、急相濟(jì)的效果。這一定義中所講的控釋已經(jīng)突破了控釋技術(shù)的定義[31]。

未來(lái)緩釋控釋肥料的研究重點(diǎn)，應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：篩選新型高效抑制劑和促釋劑；研究環(huán)境友好控釋材料和緩釋控釋肥料的生產(chǎn)工藝；獲悉控釋材料的控釋機(jī)理和肥料養(yǎng)分的釋放動(dòng)力學(xué)，特別是在“異粒控速”理論研究上要有所突破。同時(shí)，要了解不同土壤及不同作物的供肥及需肥規(guī)律，以確定控釋肥料的釋放速率和配方；開(kāi)發(fā)稻田抑氨分子膜，重點(diǎn)開(kāi)展抑氨分子膜的自然物質(zhì)提取和生物化學(xué)合成技術(shù)研究，深入探討成膜物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、分子去向以及分子排列與抑制氨揮發(fā)效果的關(guān)系[20]。

2.3 開(kāi)發(fā)生物肥料、保護(hù)生態(tài)與環(huán)境，是今后肥料科學(xué)面臨的重要任務(wù)

生物肥料是指利用植物殘?bào)w、動(dòng)物廢棄物以及微生物菌劑等生物體生產(chǎn)的肥料。我國(guó)在農(nóng)田生物物質(zhì)的循環(huán)利用方面有悠久的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。將作物殘?bào)w、動(dòng)物的廢棄物、以及微生物菌劑直接或發(fā)酵后返還到土壤中，是農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)再利用的最好方式。我國(guó)一些古老的農(nóng)業(yè)地區(qū)，從事耕種已逾數(shù)千年，土壤肥力不僅持久不衰，而且越種越肥，這主是依賴(lài)于生物肥料的施用[33-34]。

有機(jī)廢棄物經(jīng)處理后即可作為生物肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生物肥料在培肥地力、改善作物品質(zhì)與風(fēng)味、提高農(nóng)產(chǎn)品附加值等方面具有重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有機(jī)廢棄物養(yǎng)分總儲(chǔ)量超過(guò)7 700萬(wàn)t，其中氮2 700萬(wàn)t～3 500萬(wàn)t，磷(P2O5)850萬(wàn)t～1 000萬(wàn)t，鉀(K2O)3 100萬(wàn)t～4 200萬(wàn)t。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)悠久的利用生物有機(jī)肥料的習(xí)慣受到了沖擊。全國(guó)總的趨勢(shì)是化肥使用量增加迅猛，有機(jī)肥使用量日趨減少。有些地區(qū)農(nóng)家肥使用量減少，綠肥作物種植面積下降，大、中城鎮(zhèn)糞肥利用很少，特別是一些大中型畜禽場(chǎng)還沒(méi)有充分利用這些寶貴的資源，反而污染了周?chē)沫h(huán)境。造成這種狀況的原因，一是普遍對(duì)有機(jī)肥工作不重視；二是積造有機(jī)肥料的勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)輸困難，手段落后，加上商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民的價(jià)值觀念發(fā)生了變化，過(guò)分注意眼前的經(jīng)濟(jì)收入而輕視長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[33，36-37]。有機(jī)肥提供養(yǎng)分量的比例已由1949年的99.1%，下降到2000年的30%，2003年下降到25%，近年更是只有20%左右。與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)有機(jī)養(yǎng)分與無(wú)機(jī)養(yǎng)分的比例為1∶4，而歐盟目前有機(jī)無(wú)機(jī)養(yǎng)分投入比例為1∶1。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)多依賴(lài)化學(xué)養(yǎng)分，浪費(fèi)了寶貴的有機(jī)養(yǎng)分和能源資源，污染了環(huán)境。

針對(duì)這些問(wèn)題，從發(fā)展我國(guó)的無(wú)公害農(nóng)業(yè)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品清潔生產(chǎn)的需要出發(fā)，要盡快出臺(tái)國(guó)家耕地培育法，在肥料資源的統(tǒng)籌管理上要走出一條以綜合養(yǎng)分管理(Integrated Plant Nutrition Management)為主，充分發(fā)揮養(yǎng)分再循環(huán)利用的養(yǎng)分高效利用之路。大力發(fā)展秸桿還田或過(guò)腹還田；積極推廣畜禽糞便等動(dòng)植物廢棄物快速堆腐技術(shù)；把肥飼兼用型綠肥納入種植計(jì)劃；選擇那些養(yǎng)分濃度較高，來(lái)源和劑型穩(wěn)定，商品性好而無(wú)異味的有機(jī)物料作為有機(jī)肥料原料，生產(chǎn)商品化的有機(jī)肥料或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥料；在解決好高效菌株篩選、菌株活性保護(hù)的前提下，研發(fā)生物有機(jī)肥料和微生物肥料(或稱(chēng)接菌劑)，在特定作物上加以應(yīng)用[34,36,39-43]。

2.4 “物理肥料”也將在未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮一定的作用

近年來(lái)，科學(xué)家們?cè)噲D研制一些能夠通過(guò)物理作用產(chǎn)生具有肥料效應(yīng)的新型肥料。研究表明，大自然中的聲、光(激光)、電、磁、氣、核、熱、雷等物理現(xiàn)象能對(duì)農(nóng)作物起到如同高效化肥一樣的功效和作用，可作為農(nóng)作物的有效肥源。這種肥料不需要通過(guò)化學(xué)方法合成，而只通過(guò)物理方法加以利用即可，被稱(chēng)作“物理肥料”。它不是補(bǔ)充土壤中的物質(zhì)，而是通過(guò)植物體內(nèi)的生化反應(yīng),使農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收利用更充分，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。“物理肥料”不僅能大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量、縮短農(nóng)作物的成熟期，改善果實(shí)品質(zhì)，提高作物的抗病能力，而且清潔、衛(wèi)生，對(duì)土壤及環(huán)境無(wú)污染，且資源取之不竭。

2.4.1光肥。不同的光譜對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有不同的作用。植物吸收陽(yáng)光具有選擇性。波長(zhǎng)390 nm～760 nm的光對(duì)植物光合作用有效。在這一波段波長(zhǎng)不同的光對(duì)作物的作用不同：藍(lán)紫光和紅光可增強(qiáng)葉綠素的光合能力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)；紅光能提高作物的含糖量，藍(lán)光可增加作物的蛋白質(zhì)含量。目前，已利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高科技的一種重要物資-轉(zhuǎn)光劑作為光肥，將一定轉(zhuǎn)光劑添加到聚乙烯農(nóng)膜中得到轉(zhuǎn)光膜，可以將紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成植物生長(zhǎng)所需要的紅或橙色光[44]，改善作物光照條件，減少使用農(nóng)藥和化肥，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)。根據(jù)農(nóng)作物對(duì)不同波長(zhǎng)光的需求制成各種單色冷光管的“光肥”照射作物，加速植物體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。現(xiàn)在已研制出各種顏色的農(nóng)膜，改變太陽(yáng)光譜成分，提高植物的光合效率。未來(lái)研制開(kāi)發(fā)及廣泛使用大陽(yáng)光資源，將是最經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的物理肥料。

激光肥料是光肥的一種，激光本身是輻射射線，在適合的激光媒體和特定環(huán)境條件下，激光就會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特物理性質(zhì)的光束。利用激光處理種子、植株及灌溉用水，適宜的光子射入細(xì)胞，能加速作物細(xì)胞的生化動(dòng)力學(xué)過(guò)程，提高種子發(fā)芽率，增強(qiáng)植株的光合作用，減輕作物病害，早熟高產(chǎn)。

2.4.2磁肥。地球上強(qiáng)大的磁力能引起農(nóng)作物體內(nèi)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)變化，使植物體細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的氧化、還原、分解和合成加快，促進(jìn)物質(zhì)代謝，提高作物產(chǎn)量。磁肥本身不能被作物吸收，是通過(guò)與植物的生物磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生磁生物效應(yīng)，增強(qiáng)種子內(nèi)部酶的活性，提高作物吸收各種養(yǎng)分和光合作用能力。未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)研制系列化磁肥和復(fù)合化磁肥。復(fù)合化磁肥主要由磁性物質(zhì)和微量元素復(fù)配而成，應(yīng)用磁和微量元素的綜合生物效應(yīng)，既促進(jìn)作物對(duì)所加元素和土壤中各種養(yǎng)分的吸收，又可提高作物的抗病能力和抗逆性。研制集物理、化學(xué)和生物肥料于一體的、兼有各類(lèi)復(fù)、混肥料的優(yōu)點(diǎn)、融入獨(dú)特的磁化技術(shù)而成的全新型綜合物理、化學(xué)及生物肥料的新型磁化肥，是未來(lái)磁肥的研究方向[45]。

2.4.3電肥。一切生物都生長(zhǎng)在地球表面空間的巨大電場(chǎng)之中，植物是帶電體，由于能量代謝，植物細(xì)胞內(nèi)、外存在著電位差，每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)“微型電池”，對(duì)其施加電力能使其不斷“充電”，以電力作為肥料能加快植物細(xì)胞分裂速度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。外加一個(gè)電場(chǎng)增大植物體與大氣間的電壓，可加強(qiáng)光合作用，促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝，植物種子發(fā)芽迅速，提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)，作物體內(nèi)的電位同大氣中的電位差越大，作物的光合作用越強(qiáng)。隨著高科技的發(fā)展，在設(shè)施農(nóng)業(yè)和勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)地區(qū)，研制應(yīng)用增加電場(chǎng)的技術(shù)與設(shè)備是未來(lái)電肥應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

2.4.4聲肥。作物吸收聲波后可增加細(xì)胞活力，加速細(xì)胞分裂，促進(jìn)細(xì)胞新陳代謝，調(diào)節(jié)植物體生長(zhǎng)發(fā)育。不同頻率的聲調(diào)對(duì)農(nóng)作物有著不同的刺激作用，輕柔優(yōu)美的音樂(lè)可調(diào)節(jié)農(nóng)作物的新陳代謝，定時(shí)給作物一些輕柔、優(yōu)美的音樂(lè)，作物會(huì)長(zhǎng)得既快又好。超聲波頻率比樂(lè)曲高，能量大，超聲波能使植物種皮軟化、細(xì)胞膜透性增大，可促進(jìn)植物細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)的氧化、還原、分解和合成，增加農(nóng)作物產(chǎn)量；具有促進(jìn)種子發(fā)芽、加速作物生長(zhǎng)和提高農(nóng)作物產(chǎn)量的作用?，F(xiàn)已研制出“聲肥儀”，能發(fā)出低頻聲波，產(chǎn)生振動(dòng)，使作物表面氣孔張開(kāi)，葉片噴肥后增強(qiáng)作物吸收能力[46]。未來(lái)聲肥將向著根據(jù)不同作物生理特點(diǎn)和同種作物的不同生育時(shí)期研制不同波長(zhǎng)的聲波專(zhuān)用肥發(fā)展，使聲肥的運(yùn)用發(fā)揮最大的效能。

2.4.5氣肥。能對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)作用的氣體統(tǒng)稱(chēng)為氣肥，如二氧化碳、甲烷等。二氧化碳是植物光合作用必不可少的原料，可增加作物碳素營(yíng)養(yǎng)，在缺乏二氧化碳的情況下，作物補(bǔ)充二氧化碳可顯著增加產(chǎn)量；天然氣中的甲烷能加快土壤中微生物繁殖，微生物可改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。氣肥是一種發(fā)展前途很大的誘人肥料，隨著人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)要求的提高，氣肥的施用將越來(lái)越受到重視，研發(fā)清潔廉價(jià)氣肥將是未來(lái)氣肥發(fā)展的趨勢(shì)。

值得注意的是物理肥料不是補(bǔ)充土壤中的物質(zhì)，而是通過(guò)加速植物體內(nèi)的生化反應(yīng)，使植物對(duì)有效物質(zhì)的吸收更充分，吸收量更大，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。物理肥料具有比其它農(nóng)業(yè)技術(shù)能耗低，可有效控制農(nóng)藥和化肥的使用量，提高產(chǎn)量，有效減少農(nóng)產(chǎn)品中有害殘留物，有益于人體的健康等優(yōu)點(diǎn)，今后一個(gè)時(shí)期將受到植物生理學(xué)家和肥料學(xué)家的密切關(guān)注和高度重視。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上物理肥料將作為一種輔助肥料，為農(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境。但其作用機(jī)理和適宜作物、條件等還需要進(jìn)一步深入探討。

2.5 加強(qiáng)中量元素、微量元素及有益元素的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理和肥效研究，已提到議事日程

中、微量元素缺乏一直是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要因子之一。鈣、鎂、硫等作為高等植物營(yíng)養(yǎng)的必需元素，自1860年前后就已確認(rèn)。我國(guó)在二十世紀(jì)對(duì)中量元素營(yíng)養(yǎng)與施肥做了一些研究工作。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)微量元素肥料的研究與應(yīng)用得到了較全面的發(fā)展，普遍開(kāi)展了土壤微量元素含量調(diào)查和肥效試驗(yàn)，在部分土壤上進(jìn)行了微量元素吸附固定、解析釋放特點(diǎn)、及作物對(duì)微量元素缺乏適應(yīng)機(jī)理的研究。近30 a來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速。一方面，隨著大量元素肥料的大量施用和作物產(chǎn)量的進(jìn)一步提高，以及經(jīng)濟(jì)作物的快速發(fā)展，作物微量元素營(yíng)養(yǎng)失調(diào)現(xiàn)象日益凸顯，已經(jīng)成為限制因子；另一方面，微量元素與人體健康的關(guān)系日益受到關(guān)注。如何通過(guò)施肥等措施提高某些與健康密切相關(guān)的元素含量和生物有效性，已成為中微量營(yíng)養(yǎng)元素肥料研究的熱點(diǎn)之一。但現(xiàn)有的研究缺乏系統(tǒng)性，缺少協(xié)調(diào)，研究與生產(chǎn)脫節(jié)、低水平重復(fù)。因此有必要組織重大研究計(jì)劃，對(duì)土壤中微量元素的形態(tài)和轉(zhuǎn)化、重要農(nóng)業(yè)土壤中的中、微量元素的吸附解吸狀況以及大比例尺土壤中微量元素含量圖的編制等進(jìn)行深入研究，研制系列中微量元素肥料，逐步解決我國(guó)中、微量元素肥料品種少和成分不適宜的問(wèn)題，避免施用不當(dāng)和濫施。

3 我國(guó)未來(lái)肥料科學(xué)的主要任務(wù)和應(yīng)重視的問(wèn)題

綜上所述，未來(lái)我國(guó)肥料科學(xué)的發(fā)展，一是要面向國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，統(tǒng)籌國(guó)家肥料資源。這包括：增加化肥的供應(yīng)量，調(diào)整化肥供應(yīng)中養(yǎng)分比例和品種結(jié)構(gòu)，大力提高化肥的利用率，研究有機(jī)肥料應(yīng)用存在的法制、利益機(jī)制和科學(xué)問(wèn)題，形成符合我國(guó)國(guó)情的、具有中國(guó)特色的穩(wěn)定的有機(jī)-無(wú)機(jī)施肥體系。二是要面向世界肥料科學(xué)前沿，切實(shí)搞好植物營(yíng)養(yǎng)和肥料科學(xué)的基礎(chǔ)研究。

3.1 養(yǎng)分資源宏觀管理信息系統(tǒng)的研究

加強(qiáng)全國(guó)化肥網(wǎng)和土壤肥力、肥料效應(yīng)監(jiān)測(cè)基地的建設(shè)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和土壤植物營(yíng)養(yǎng)的最新技術(shù)，對(duì)我國(guó)養(yǎng)分資源的利用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題與潛力進(jìn)行全面調(diào)查與評(píng)價(jià)。

立足于全部耕地及無(wú)機(jī)、有機(jī)養(yǎng)分資源，依據(jù)養(yǎng)分平衡原理，利用3S技術(shù)，著手建立為宏觀決策服務(wù)的養(yǎng)分資源管理信息系統(tǒng)，為我國(guó)不同區(qū)域的有機(jī)肥料、無(wú)機(jī)肥料生產(chǎn)、分配調(diào)節(jié)和科學(xué)施用等提供科學(xué)指導(dǎo)。

3.2 單質(zhì)肥料二次加工-農(nóng)化服務(wù)體系研究

在現(xiàn)有單質(zhì)肥料生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展大顆?；A(chǔ)單質(zhì)肥料的生產(chǎn)，研究適合我國(guó)基層采用的土壤-植物營(yíng)養(yǎng)測(cè)試技術(shù)、不同土壤和作物的肥料配方，以及配套的加工技術(shù)等，建立集加工生產(chǎn)、銷(xiāo)售和推薦施用于一體，科學(xué)施肥與產(chǎn)品結(jié)合的服務(wù)體系。

3.3 近代植物營(yíng)養(yǎng)與肥料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

植物自身養(yǎng)分再利用與提高植物對(duì)土壤養(yǎng)分利用潛力方面：當(dāng)代植物營(yíng)養(yǎng)研究表明，調(diào)控植物細(xì)胞質(zhì)外體是提高植物自身養(yǎng)分再利用和提高植物對(duì)土壤中肥料利用率的一個(gè)新途徑，但這方面的研究剛剛開(kāi)始，有待進(jìn)一步深入研究；不同植物營(yíng)養(yǎng)-遺傳基因型的作物品種，其肥料利用率的變幅在24%～82%之間。養(yǎng)分利用高效型品種比低效型品種的肥料利用率可相差3倍，C4植物比C3植物有較高的氮素利用效率。目前，植物營(yíng)養(yǎng)生物技術(shù)的研究已在大麥(C3植物)和玉米(C4植物)上對(duì)提高氮素利用率的葉片誘導(dǎo)活性酶NR基因克隆的序列分析已經(jīng)完成，為C4植物高效氮素利用的遺傳基因轉(zhuǎn)移給C3植物奠定了基礎(chǔ)。

肥料利用率研究方面：深入研究營(yíng)養(yǎng)元素作為肥料施入土壤后的轉(zhuǎn)化規(guī)律和損失途徑，及不同營(yíng)養(yǎng)元素之間的協(xié)同或拮抗作用及其機(jī)理。肥料中養(yǎng)分的疊加利用率比當(dāng)季利用率一般提高150%～200%。因此，應(yīng)把傳統(tǒng)的當(dāng)季肥料利用率研究，擴(kuò)大到輪作條件下肥料疊加利用率的研究上來(lái)，以提高施肥的經(jīng)濟(jì)效益。

環(huán)境友好高效肥料研究方面：篩選環(huán)境友好和高效價(jià)廉的抑制劑，研究生物化學(xué)途徑與物理包膜相結(jié)合的控釋機(jī)理，發(fā)展“異?？厮佟薄ⅰ熬忈尨籴尅崩碚?，研制相應(yīng)的控釋肥料，探討植物對(duì)有機(jī)物的吸收轉(zhuǎn)化和利用機(jī)制，研制新型有機(jī)肥料。

生命元素和有益元素的作用機(jī)理及其在食物鏈中的循環(huán)與調(diào)節(jié)：研究植物生命元素和有益元素的生理功能和增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)的機(jī)理，探索通過(guò)施肥改善動(dòng)物和人類(lèi)健康的途徑。

根際界面營(yíng)養(yǎng)生態(tài)過(guò)程與微域養(yǎng)分管理：研究根際微域養(yǎng)分的活化、吸收、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，建立根際微域養(yǎng)分管理理論。

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