科技创新推进新型肥料产业化
—— 访北京市农林科学院植物营养与资源研究所副所长邹国元
2009年4月8日下午，本刊记者在北京市农林科学院植物营养与资源所采访了副所长邹国元。邹副所长向记者详细介绍了世界新型肥料产业的发展趋势和他们在这方面所取得的成果。
精确控制肥料养分的释放过程
记者：我国在肥料生产与使用方面具有哪些特点？
邹国元：我国因人口众多，土地资源短缺，要实现粮食安全，就须提高复种指数，加大肥料投入。目前我国是世界上最大的化肥生产和施用国家。在集约化农业中，肥料投入量大，而普通化肥又有易溶解、挥发、淋失的特点，养分损失多，因而环境污染风险大。为此，除合理应用、限量施肥外，研发、应用控释肥料是必要的，它可做到在作物的生育期间，使其养分缓慢释放，释放时间和释放量可与作物的需肥规律相吻合。
记者：当前世界肥料技术的发展方向是什么？
邹国元：最大限度地减少肥料投入量，减少肥料损失，提高肥料利用率，是当前肥料的发展方向之一，也是世界上肥料的生产技术与施用技术紧密结合的前沿课题，是实现养分高效利用和解决施肥与环境问题的重要措施。国外曾从肥料改性入手发展控释肥料，但由于成本高（主要用于高附加值的经济作物上），难于大面积应用。现在聚烯烃包衣肥料是受欢迎的一种新产品。
记者：聚烯烃包衣肥料是什么？
邹国元：聚烯烃包衣肥料（简称POCF）是一类热塑性树脂包衣的控释肥料，它与其他缓释肥料如硫、蜡、矿质包衣肥等有着很大区别。普通缓释肥养分的释放是依赖于水的溶解作用，或者依赖于微生物对包衣的侵蚀。而POCF则不同，其养分释放的速率和持续时间取决于温度，因此POCF的养分释放是可控的。这类肥料被称为可控释放肥料，在适宜的土壤条件下，其养分的释放只受温度这一物理因素的精确控制，而且释放的速度和浓度可以最大限度地满足作物特定生长阶段的定量养分需求，最大程度地实现肥料养分的供应和植物养分的需求同步。
控释肥是21世纪肥料产业的发展方向
记者：世界上聚烯烃包衣肥料的发展情况如何？
邹国元：树脂聚合物包衣肥料的发展起源于20世纪50年代，在研究硫包尿素的基础上，美国是第一个商品化生产树脂包膜肥料的国家，1967年在加利福尼亚生产出醇酸树脂包膜肥料Osmocote，现已成为当今世界控释肥料著名品牌。日本是从20世纪60年代开始研究包膜肥料，根据包衣材料的种类将包衣肥料划分三大类，即硫包衣、热固树脂包衣和热塑树脂包衣肥。虽然这三类肥料都有养分缓慢释放的特点，但具聚烯烃热塑型树脂包衣肥料养分的可控制释放最为精确。
进入20世纪80年代，世界各国都已认识到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型控释肥料。美国、日本、欧洲、以色列等发达国家均将研究重点由科学施肥技术转向新型控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性来大幅度提高肥料的利用率，这种控释肥料被誉为21世纪肥料产业的重要发展方向。
记者：我国在这方面的研究状况如何？
邹国元：我国聚烯烃树脂包膜控释肥料的研究晚于美国、日本等发达国家。1994年北京市农林科学院在国内率先开展树脂包膜控释肥料的系统研究，在借鉴日本技术的基础上，对溶剂、包衣材料、设备、工艺等方面均有较大的技术改进和突破（申请了多项国家发明专利）。目前，我院已形成年生产能力1.5万吨的树脂包衣肥料生产线，生产出养分控释30～300天或更长时间的系列包衣肥料，产品分为L型和S型释放模型，并以包衣尿素为母料，通过异粒变速技术，科学配伍制成复合型控释肥料。
控释肥实现丰产与环保的协调
记者：植物营养与资源所在这方面取得了哪些成就？
邹国元：北京市农林科学院植物营养与资源所在完成聚烯烃控释肥料核心技术研发的同时，将控释肥料与速效肥料科学配伍，解决了控释肥成本高、前期养分供应不足的难题，在国际上开创了控释肥广泛应用于大田作物的先例，并实现了一次性施肥，改变了我国传统的一季作物多次施肥的模式。
记者：这种肥料的使用效果如何？
邹国元：这种肥料产品应用于大田作物、蔬菜和棉花上，分别增产7%～13%、12%～15%、20%～25%。这种肥料用于水稻上效果最为突出。北京春稻试验结果表明，包衣尿素在氮用量减少三分之一的情况下，与常规施肥的水稻产量相近，而氮肥利用率达到46%，比常规施肥提高18个百分点。
新型肥料产业化实现可持续发展
记者：贵所的“新型肥料产业化科技保障建设”项目是在什么背景下开始的？
邹国元：面对国内外尤其是国外新型肥料发展的竞争压力，北京地区新型肥料仍面临技术及产业升级的问题，亟需进一步创造科研条件，加强核心技术研发。在北京市科委支持下，新型肥料产业化科技保障建设项目于2006年立项，围绕新型肥料产品开发、制造工艺改进、设备配套、标准建设、农化服务、条件完善等多方面内容开展系列研究。
记者：该项目实施以来，取得了哪些重要进展？
邹国元：该项目实施以来取得了以下六个方面的进展：
第一，完成包膜肥料设备放大及连续化生产设备研发。包膜肥料的规模化和连续化生产是本项目的重点实施内容，是提高包膜肥料生产效率的关键技术。迄今为止，已实现了三个方面的突破：一是包膜设备放大研发获得成功，包衣塔直径由1.2m增至1.6m，每20小时的单塔生产能力由5吨增至7吨，单塔单次容量由500kg增至800kg；二是对连续化包衣设备进行了重新组合和改进，采用3塔联合包衣，有效提高了产品包衣质量和产量；三是筛选出对肥料溶出速率有重要影响的包膜原料配方组合，并进行了包衣工艺标准化的制定工作。
第二，缓释肥料新材料及新工艺研究取得新进展。我们试制出不同类型脲醛发泡基质，可广泛应用于作物育苗、屋顶绿化等不同领域。该基质具有富含缓释养分、容重小、吸水保水性好、操作简便、节约耕地等诸多优点。项目进行中，我们还自主开发了脲醛合成设备和发泡设备，并对基质合成工艺及发泡设备进行专利保护申请。
第三，研制成功延迟释放型作物专用肥配方。我们研制出草坪、玉米、黄瓜、甜瓜专用肥配方，实现了延迟释放型控释肥全量一次性施肥的目标。其中，草坪专用肥在应用试验中发现，比常规施肥措施减少氨挥发40%以上，降低硝酸盐淋洗损失为38%（50cm土层），在草坪观赏质量未降低的情况下草坪修剪量减少了41%。玉米专用肥在比常规施氮减少1/3的情况下产量相同，1m以下土层减少残留氮19%。甜瓜专用肥比常规减氮一半的情况下产量相同。
第四，抗重茬制剂研发成效显著。在抗重茬制剂研发方面，已获得对镰刀菌和丝核菌等病菌抑制活性强、作用稳定的菌株BH1，明确了其生长条件，为规模发酵提供了重要基础参数；同时发现以芸薹属植物为主材料的生物熏蒸剂对黄瓜枯萎病菌和线虫有明显抑制和强烈杀伤作用，对番茄枯萎病菌、立枯病菌等菌落扩展抑制率达60%以上，生物熏蒸技术及应用规程构建基本完成；筛选出一种丛枝菌根真菌菌株G.mosseae2，其在防治线虫方面效果明显，黄瓜接种该菌株发病指数显著降低。
第五，建成新型肥料定位试验站和技术研发实验室。国内首家以新型肥料应用评价为目标的肥料定位试验站在京郊房山区建成并运行，对于促进新型肥料的研发与评价工作具有重要的现实意义；同时，肥料研发实验室也已建成并运行，完成了大型仪器设备的招标及实验人员的培训工作。
第六，建成新型肥料农化服务体系。建成了新型肥料售前、售后服务体系，在全国目标市场区开展推荐施肥工作，推广棉花专用肥、小麦专用肥、蔬菜专用肥、玉米专用肥等新型缓控释肥料，推广地区作物产量明显提高。研发成功肥料养分速测方法，为北京生资公司京郊100家连锁店配置了养分速测箱，实施了氮、磷、钾养分的快速检测，提高了农化服务效率。
记者：这一项目具有什么样的战略意义？
邹国元：在“新型肥料产业化科技保障建设”项目的支持下，相关单位通力合作，科研工作取得了明显进展，产业化工作也同时得到了推进。我们的首创新型肥料制造有限公司包衣尿素生产能力也由2套设备提升到6套设备，生产能力扩大了3倍。在该项目的持续支持下，我们将继续强化内部研发实力，加强协作攻关，建立产、研、商一体化经营模式及研究、生产一体化基地，实现机制创新；同时在设备、工艺、标准、产品等方面加大攻关力度，实现更多的技术创新。以新技术、新机制带动新型肥料产业的可持续发展。
—— 访北京市农林科学院植物营养与资源研究所副所长邹国元
2009年4月8日下午，本刊记者在北京市农林科学院植物营养与资源所采访了副所长邹国元。邹副所长向记者详细介绍了世界新型肥料产业的发展趋势和他们在这方面所取得的成果。
精确控制肥料养分的释放过程
记者：我国在肥料生产与使用方面具有哪些特点？
邹国元：我国因人口众多，土地资源短缺，要实现粮食安全，就须提高复种指数，加大肥料投入。目前我国是世界上最大的化肥生产和施用国家。在集约化农业中，肥料投入量大，而普通化肥又有易溶解、挥发、淋失的特点，养分损失多，因而环境污染风险大。为此，除合理应用、限量施肥外，研发、应用控释肥料是必要的，它可做到在作物的生育期间，使其养分缓慢释放，释放时间和释放量可与作物的需肥规律相吻合。
记者：当前世界肥料技术的发展方向是什么？
邹国元：最大限度地减少肥料投入量，减少肥料损失，提高肥料利用率，是当前肥料的发展方向之一，也是世界上肥料的生产技术与施用技术紧密结合的前沿课题，是实现养分高效利用和解决施肥与环境问题的重要措施。国外曾从肥料改性入手发展控释肥料，但由于成本高（主要用于高附加值的经济作物上），难于大面积应用。现在聚烯烃包衣肥料是受欢迎的一种新产品。
记者：聚烯烃包衣肥料是什么？
邹国元：聚烯烃包衣肥料（简称POCF）是一类热塑性树脂包衣的控释肥料，它与其他缓释肥料如硫、蜡、矿质包衣肥等有着很大区别。普通缓释肥养分的释放是依赖于水的溶解作用，或者依赖于微生物对包衣的侵蚀。而POCF则不同，其养分释放的速率和持续时间取决于温度，因此POCF的养分释放是可控的。这类肥料被称为可控释放肥料，在适宜的土壤条件下，其养分的释放只受温度这一物理因素的精确控制，而且释放的速度和浓度可以最大限度地满足作物特定生长阶段的定量养分需求，最大程度地实现肥料养分的供应和植物养分的需求同步。
控释肥是21世纪肥料产业的发展方向
记者：世界上聚烯烃包衣肥料的发展情况如何？
邹国元：树脂聚合物包衣肥料的发展起源于20世纪50年代，在研究硫包尿素的基础上，美国是第一个商品化生产树脂包膜肥料的国家，1967年在加利福尼亚生产出醇酸树脂包膜肥料Osmocote，现已成为当今世界控释肥料著名品牌。日本是从20世纪60年代开始研究包膜肥料，根据包衣材料的种类将包衣肥料划分三大类，即硫包衣、热固树脂包衣和热塑树脂包衣肥。虽然这三类肥料都有养分缓慢释放的特点，但具聚烯烃热塑型树脂包衣肥料养分的可控制释放最为精确。
进入20世纪80年代，世界各国都已认识到提高肥料利用率的最有效措施之一是研究新型控释肥料。美国、日本、欧洲、以色列等发达国家均将研究重点由科学施肥技术转向新型控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性来大幅度提高肥料的利用率，这种控释肥料被誉为21世纪肥料产业的重要发展方向。
记者：我国在这方面的研究状况如何？
邹国元：我国聚烯烃树脂包膜控释肥料的研究晚于美国、日本等发达国家。1994年北京市农林科学院在国内率先开展树脂包膜控释肥料的系统研究，在借鉴日本技术的基础上，对溶剂、包衣材料、设备、工艺等方面均有较大的技术改进和突破（申请了多项国家发明专利）。目前，我院已形成年生产能力1.5万吨的树脂包衣肥料生产线，生产出养分控释30～300天或更长时间的系列包衣肥料，产品分为L型和S型释放模型，并以包衣尿素为母料，通过异粒变速技术，科学配伍制成复合型控释肥料。
控释肥实现丰产与环保的协调
记者：植物营养与资源所在这方面取得了哪些成就？
邹国元：北京市农林科学院植物营养与资源所在完成聚烯烃控释肥料核心技术研发的同时，将控释肥料与速效肥料科学配伍，解决了控释肥成本高、前期养分供应不足的难题，在国际上开创了控释肥广泛应用于大田作物的先例，并实现了一次性施肥，改变了我国传统的一季作物多次施肥的模式。
记者：这种肥料的使用效果如何？
邹国元：这种肥料产品应用于大田作物、蔬菜和棉花上，分别增产7%～13%、12%～15%、20%～25%。这种肥料用于水稻上效果最为突出。北京春稻试验结果表明，包衣尿素在氮用量减少三分之一的情况下，与常规施肥的水稻产量相近，而氮肥利用率达到46%，比常规施肥提高18个百分点。
新型肥料产业化实现可持续发展
记者：贵所的“新型肥料产业化科技保障建设”项目是在什么背景下开始的？
邹国元：面对国内外尤其是国外新型肥料发展的竞争压力，北京地区新型肥料仍面临技术及产业升级的问题，亟需进一步创造科研条件，加强核心技术研发。在北京市科委支持下，新型肥料产业化科技保障建设项目于2006年立项，围绕新型肥料产品开发、制造工艺改进、设备配套、标准建设、农化服务、条件完善等多方面内容开展系列研究。
记者：该项目实施以来，取得了哪些重要进展？
邹国元：该项目实施以来取得了以下六个方面的进展：
第一，完成包膜肥料设备放大及连续化生产设备研发。包膜肥料的规模化和连续化生产是本项目的重点实施内容，是提高包膜肥料生产效率的关键技术。迄今为止，已实现了三个方面的突破：一是包膜设备放大研发获得成功，包衣塔直径由1.2m增至1.6m，每20小时的单塔生产能力由5吨增至7吨，单塔单次容量由500kg增至800kg；二是对连续化包衣设备进行了重新组合和改进，采用3塔联合包衣，有效提高了产品包衣质量和产量；三是筛选出对肥料溶出速率有重要影响的包膜原料配方组合，并进行了包衣工艺标准化的制定工作。
第二，缓释肥料新材料及新工艺研究取得新进展。我们试制出不同类型脲醛发泡基质，可广泛应用于作物育苗、屋顶绿化等不同领域。该基质具有富含缓释养分、容重小、吸水保水性好、操作简便、节约耕地等诸多优点。项目进行中，我们还自主开发了脲醛合成设备和发泡设备，并对基质合成工艺及发泡设备进行专利保护申请。
第三，研制成功延迟释放型作物专用肥配方。我们研制出草坪、玉米、黄瓜、甜瓜专用肥配方，实现了延迟释放型控释肥全量一次性施肥的目标。其中，草坪专用肥在应用试验中发现，比常规施肥措施减少氨挥发40%以上，降低硝酸盐淋洗损失为38%（50cm土层），在草坪观赏质量未降低的情况下草坪修剪量减少了41%。玉米专用肥在比常规施氮减少1/3的情况下产量相同，1m以下土层减少残留氮19%。甜瓜专用肥比常规减氮一半的情况下产量相同。
第四，抗重茬制剂研发成效显著。在抗重茬制剂研发方面，已获得对镰刀菌和丝核菌等病菌抑制活性强、作用稳定的菌株BH1，明确了其生长条件，为规模发酵提供了重要基础参数；同时发现以芸薹属植物为主材料的生物熏蒸剂对黄瓜枯萎病菌和线虫有明显抑制和强烈杀伤作用，对番茄枯萎病菌、立枯病菌等菌落扩展抑制率达60%以上，生物熏蒸技术及应用规程构建基本完成；筛选出一种丛枝菌根真菌菌株G.mosseae2，其在防治线虫方面效果明显，黄瓜接种该菌株发病指数显著降低。
第五，建成新型肥料定位试验站和技术研发实验室。国内首家以新型肥料应用评价为目标的肥料定位试验站在京郊房山区建成并运行，对于促进新型肥料的研发与评价工作具有重要的现实意义；同时，肥料研发实验室也已建成并运行，完成了大型仪器设备的招标及实验人员的培训工作。
第六，建成新型肥料农化服务体系。建成了新型肥料售前、售后服务体系，在全国目标市场区开展推荐施肥工作，推广棉花专用肥、小麦专用肥、蔬菜专用肥、玉米专用肥等新型缓控释肥料，推广地区作物产量明显提高。研发成功肥料养分速测方法，为北京生资公司京郊100家连锁店配置了养分速测箱，实施了氮、磷、钾养分的快速检测，提高了农化服务效率。
记者：这一项目具有什么样的战略意义？
邹国元：在“新型肥料产业化科技保障建设”项目的支持下，相关单位通力合作，科研工作取得了明显进展，产业化工作也同时得到了推进。我们的首创新型肥料制造有限公司包衣尿素生产能力也由2套设备提升到6套设备，生产能力扩大了3倍。在该项目的持续支持下，我们将继续强化内部研发实力，加强协作攻关，建立产、研、商一体化经营模式及研究、生产一体化基地，实现机制创新；同时在设备、工艺、标准、产品等方面加大攻关力度，实现更多的技术创新。以新技术、新机制带动新型肥料产业的可持续发展。