中国肥料产业发展及未来趋势(赵秉强)XXXX-6-24

赵秉强中国农业科学院农业资源与农业区划研究所E-mail:[e-mail]@caas.cn中国肥料产业发展探讨一、中国肥料产业发展需要回答的问题？中国肥料产业发展十字路口：方向不明？数量不清？结构无序？一、中国肥料产业发展需要回答的问题？方向：肥料产业走向何方？世界：低浓度→高浓度，单质肥→复混肥，复混肥→专用化，品种结构受经营体制影响：液体肥料、固体肥料等。中国过去发展：有机肥→化肥；低浓度→高浓度；单质肥→复混肥；复混肥→专用化；目前肥料品种类型非常丰富，将来如何发展？数量问题：目前氮磷肥料过剩（2012年氮肥产量4313万吨，2011磷肥产量1642万吨），钾肥自给不足（2012年：370/776万吨，占47.6%），未来需要多少肥料？结构问题：发展什么类型的肥料品种？学习国外：液体肥+BB肥？二、影响中国肥料产业未来发展的驱动因素？农业生产体制变化：土地流转与规模化经营、机械化（施肥、播种、管理、收获全程）。生产方式变化，影响肥料的流通、施用和品种结构。灌溉制度的变化：改漫灌，实行精准灌溉，水肥一体化发展。大田作物上潜力很大，节水、节肥、省工、高产；在规模化经营的大田作物上潜力很大，华北、西北、东北地区有很大的发展潜力。资源约束与替代：磷钾资源短缺；有机废弃物资源的化肥替代；秸秆还田直接影响我国的钾肥消费（维持土壤速效钾平衡，每季作物需施钾肥（K）70kghm-1以上，黄淮海小麦玉米秸秆还田后补充88kghm-1，不需要再施钾肥）肥料立法：资源、生产、流通、施用的各个环节都将有法可依。三、中国肥料研究需要解决的生产问题？对传统化肥进行增效改性：尿素、碳铵、硫酸铵、氯化铵、磷铵、过磷酸钙、钙镁磷肥、钾肥等改性增效，提高产品性能。土壤生态平衡的矫正：过分依赖化学肥料、追求高产、盛行连作，大量用药，导致土壤生态平衡和养分平衡出现问题。发展生物类肥料、功能肥料等新品种，矫正连作障碍、改善土壤生态平衡，减轻病虫害发生。农田污染修复：对污染退化土壤进行功能恢复，土壤调理剂发挥作用。如镉米：发展镉米控污肥料，生产功能性肥料。中微量元素缺乏矫正：开发高效活性液体肥料，促进生长、矫正中微量元素缺乏、改善品质、提高产量。主要是果树、蔬菜、经济作物等。解决资源短缺问题：磷钾资源问题。养分资源循环利用：发展有机类肥料。四、中国肥料产业发展若干问题探讨（一）中国农业需要多少化肥？2030年化肥需求量预测(李家康，2001年)行业化肥增量(万吨)总量(万吨)粮食作物15006800经济作物680林业330草业50渔业90总计2650（一）中国农业需要多少化肥？法国化肥施用量（纯养分）010020030040050060070019601962196419661968197019721974197619781980198219841986198819901992199419961998200020022004200620082010年份万吨总量氮肥磷肥钾肥未来肥料研究的重点应当是如何提高效率与利用率，而不是继续大幅度提高施肥水平。所以，更新观念、打破传统，力争在未来20年，我国肥料产业实施质量替代数量发展战略，化肥用量力争控制在5500万吨左右，在不增加或少量增加化肥用量的前提下，通过提高效率，保证我国的粮食安全。质量替代数量是中国肥料产业未来发展的道路!（一）中国农业需要多少化肥？1.中国缓释肥料发展经历三个阶段20世界80年代探索起步：70年代从包裹型肥料研发起步；20世纪90年代初步发展：溶剂型的树脂包衣技术和包裹型肥料技术；2000年以后快速发展：树脂包衣、包裹型、硫包衣、稳定肥料、尿醛肥料等全面发展，并实现产业化，在生产中发挥作用。（二）缓释肥料产业发展2.中国缓释肥料进行了两次技术引进和集成创新2005年以前：以引进日本溶剂型树脂包衣缓释肥料技术为主要特征，通过消化吸收和集成创新，形成了产业化。以北京市农林科学院徐秋明教授和金正大的技术为主要体现。2005年-至今：以吸收和引进美国、加拿大无溶剂反应成膜树脂包衣缓释肥料技术为主要特征，通过消化吸收和集成创新，形成产业化，整体技术水平达到国际先进水平。以中国农大、中国农科院、华南农大等的技为主要体现。当前面临三次创业和科技创新：从材料、工业设备、质量标准等方面全面自主创新，已没有国外经验借鉴。世界缓/控释肥料生产消费情况（吨）（赵秉强，杨相东等，2011）缓释肥料养分在0-20cm土壤中的释放是“S”型的，并不能保证养分在整个土体中的供肥性也是“S”型的！理论上讲：肥料缓释性设计原则应当是“肥料养分在土体中的供肥性与作物需肥规律相匹配”—S型3.1明确大田作物需要什么样的缓释肥料？3.中国缓释肥料产业如何发展？3.2发展什么产品类型？现有产品类型：有标准：树脂包衣、包裹型、硫包衣、稳定肥料、尿醛肥料无标准：许多工艺简单、效果好的肥料没有标准，如增值尿素等，有机质包膜尿素，尿醛、稳定性等肥料的衍生品等未来产品类型重点？有标准：树脂包衣、包裹型、硫包衣、稳定肥料、尿醛肥料？是不是方向？无标准：增值尿素，有机质包膜尿素，尿醛、稳定性等肥料的衍生品等是不是方向？其他类型新产品？发展方向：工艺简单、成本低、效果好、适合大田作物使用的缓释肥料。技术经济指标树脂包膜尿素双控缓释尿素有机质包膜尿素设备需特殊设备转鼓设备转鼓设备产能工艺复杂产能低工艺简单产能高工艺简单产能高成本成本高成本低成本低缓释原理物理缓释物理+化学+生物物理+化学+生物适宜作物草坪花卉园艺大田作物大田作物施用技术使用技术高使用技术简单使用技术简单效果效果好效果好效果好环境膜材料残留缓释材料天然环保安全缓释材料天然环保安全双控复合缓释肥/有机质包膜缓释肥（赵秉强等，专利产品）3.3工艺设备创新？大产能：单条生产线产能超过万吨以上连续化：提高产品质量的稳定性自动化：省工、高效、产品质量稳定3.4完善标准？国外缓释肥标准是按浅根草坪和园艺花卉需肥规律制定的，可能并不适合大田深根作物；根据大田作物对缓释肥的要求，不断制定和完善缓释肥料标准。发展增值尿素提高氮肥利用率（四）尿素增效改性尿素改性增效的主要途径缓释法改性增效包膜缓释：高聚物包膜，无机材料包膜合成微溶态缓释肥料：脲甲醛、异丁叉二脲（IBDU）、丁烯叉二脲（CDU）尿素改性增效技术稳定法改性增效：添加脲酶抑制剂、消化抑制剂等材料，通常叫稳定性肥料增效剂法改性增效：添加生物活性物质类氮肥增效剂，如海藻酸、腐植酸、氨基酸等，增效剂改性尿素通常叫增值尿素1.增值尿素的概念增值尿素（Value-addedUrea）是增效肥料的一种，专指在尿素生产过程中加入腐植酸、海藻酸和氨基酸等天然活性物质所生产的尿素改性产品。2.增值尿素的特点增效明显，添加的增效剂具有常规的可检测性；增效剂为天然物质及其提取物，对环境、作物和人体无害；增效剂微量高效，添加量在0.3‰-3‰之间；工艺简单，成本低；含氮量不低于46%，符合尿素含氮量国家标准。包膜尿素稳定性尿素脲醛类肥料增值尿素二次加工，需特殊设备基本不存在二次加工二次加工不存在二次加工工艺复杂工艺简单工艺较复杂工艺简单成本高成本较高成本较高成本较低使用技术要求高使用技术要求不高使用技术要求不高使用技术要求不高膜残留腐蚀设备，不适于豆科作物环境问题：产生甲醛不腐蚀设备增效剂环保安全增值尿素具有产业优势海藻酸尿素：该增值尿素产品的颜色为浅黄色至浅棕色，含氮量≥46%，海藻酸含量≥0.03%，尿素残留差异率≥10%，氨挥发抑制率≥10%。3.1海藻酸增效剂及海藻酸尿素锌腐酸尿素:该增值尿素产品的颜色为棕色至黑色，含氮量≥46%，腐植酸含量≥0.15%，腐植酸沉淀率≤40%。3.2锌腐酸增效剂及锌腐酸尿素禾谷素尿素：该增值尿素产品的颜色为白色至浅黄色，含氮量≥46%，氨基酸含量≥0.08%，氨挥发抑制率≥10%。3.3禾谷素增效剂及禾谷素尿素30.4d19.1a50.5aHA239.6b17.9d42.5cHA143.9a18.8b37.3dCK损失（）土壤残留（）氮素利用（）处理玉米的15N盆栽试验15N试验研究表明，腐植酸增效尿素可明显提高氮肥利用率（2007，赵秉强等）增值尿素通过调节促进根系生长与活性、抑制土壤脲酶活性、降低氨挥发损失、改变尿素的转化运移模式等综合作用，作物平均增产9.6%，氮肥利用率平均提高7.9个百分点。据最新调查，目前我国利用氨基酸、腐植酸、海藻酸等改性的增值尿素年产达到300万吨，推广面积约1.5亿亩，增产粮食45亿公斤，农民增收80多亿元，减少尿素损失超过60万吨。未来3-5年将发展1000万吨。4.我国的增值肥料市场发展化肥增值产业技术创新联盟科研院所：中国农科院等技术研发单位组成，负责尿素增值技术研究与新产品开发生产企业：尿素和增效剂生产企业组成，负责增值尿素新产品产业化和生产推广单位：15个省农业科学院和农业大学组成，建立增值尿素新产品的试验示范网指导单位：中国氮肥工业协会盟主单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所（五）有机无机复混产业3.发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用2.消纳有机废弃物1.增加土壤有机质含量有机无机复混肥表1有机无机复混氮肥（N）对玉米产量的影响（g/pot）（赵秉强，杜伟等2009）氮肥水平尿素（U）有机无机复混氮肥（AU）低氮（105kg/ha）61.5969.1（12.4%）中氮（210kg/ha）83.587.5（4.8%）高氮（315kg/ha）87.792.4（5.4%）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用磷肥水平磷酸一铵（P）有机无机复混磷肥（AP）低磷（45kg/ha）44.853.4（19.2%）中磷（90kg/ha）60.867.6（11.2%）高磷（180kg/ha）64.188.4（37.9%）表2有机无机复混磷肥（P）对玉米产量的影响（g/pot）（赵秉强，杜伟等2009）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用钾肥水平硫酸钾（K）有机无机复混钾肥（AK）低钾（75kg/ha）75.896.9（27.8%）中钾（150kg/ha）81.478.7（-3.3%）高钾（225kg/ha）87.296.7（10.9%）表3有机无机复混钾（K）肥对玉米产量的影响（g/pot）（赵秉强，杜伟等2009）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用氮肥水平尿素（U）有机无机复混氮肥（AU）低氮（105kg/ha）-15.8117.67中氮（210kg/ha）18.8430.41高氮（315kg/ha）20.2133.25表4有机无机复混氮肥（N）对玉米氮肥利用率的影响（%）（赵秉强，杜伟等2009）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用磷肥水平磷酸一铵（P）有机无机复混磷肥（AP）低磷（45kg/ha）20.2436.83中磷（90kg/ha）37.1038.32高磷（180kg/ha）16.9432.98表5有机无机复混磷肥（P）对玉米磷肥利用率的影响（%）（赵秉强，杜伟等2009）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用钾肥水平硫酸钾（K）有机无机复混钾肥（AK）低钾（75kg/ha）-25.9529.15中钾（150kg/ha）10.427.15高钾（225kg/ha）8.4510.50表6有机无机复混钾肥（K）对玉米钾肥利用率的影响（%）（赵秉强，杜伟等2009）发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用发展有机无机复合（混）肥料优化化肥养分高效利用有机无机复混肥在经济作物，如棉花、花生、马铃薯、生姜、大蒜、油菜以及果树等作物上使用的潜力较大。磷、钾含量较高的有机无机复混肥，也可以替代普通复混肥做基肥施用，如用作冬小麦的基肥施用。高氮型的有机无机复混肥，也可以用来做追肥或一次性施用，如用在东北春玉米或华北夏玉米上。因为浓度低，注意肥料投入量；肥料设计原则：20%的有机质含