缓控释肥料研发使用发展

中国农大中化化肥缓控释肥料研发使用发展曹一平中化化肥有限公司高级顾问中国农大资源与环境学院教授中化化肥农大研发中心SINOCHEM-CAUFertilizerR&DCentre2目录•国外缓\控释肥的发展历程与发展趋势；•缓\控释肥的类型与特点与应用评价；•国内缓控释肥研发.生产与代表性产品的效果•脲甲醛缓释肥的产品特点与国内外发展；•脲醛缓释肥的优劣势；•中化化肥发展缓控释肥的建议2011/10/1922011/10/193世界化肥发展历程•80年代德、美、日等国家化肥生产量与使用量达到最高并相继出现转折。•从70-90年代，由发展国家代表的世界化肥产业经历了高速发展阶段，大化肥产品出现了高浓度、复合化的主流发展趋势；•大约30年间，实现了常规化肥生产的高效率化，同时也相继出现了液体肥、缓效肥和多功能化新型肥料的支流发展趋势。但是至今这些新型肥料产品并未成为那里的主流产品。32011/10/194世界肥料生产发展趋势与产品更新•养分含量高、中浓度并存•复合（混）肥向专用型多样化发展•缓效肥（缓释、控释等）•有机肥(产业与机械化、循环农业相捆绑）•水溶肥（灌溉施肥、根外施肥、微肥补充）•功能型（土壤改良、生物修复、药肥等）2011/10/1942011/10/195如果借美国产业界一些人士说法，常规化肥生产已是夕阳产业。具有技术成熟，市场份额稳定的特点。他们主要向国外输出产品和技术，靠吃老本就够了，对国内矿产资源采取保护储存的策略。Region198319952000200420062010Unitedstates*202,000356,000414,300569,000590,000600,000WesternEurop**7,6008,700108,200120,900125,000130,000Japan***44,000119,00092,60097,000110,000120,000China200,000350,000700,000Canada150,000150,000Total253,600483,700615,100986,0001275,0001700,000近30年来国际缓/控释肥料生产消费情况2011/10/1952011/10/196•近10年来世界化肥施用量没有明显增加，甚至出现负增长；但新型肥料的研发还保持一定势头。以缓控释肥为例，每年以超过5%的速度增长；•缓控释肥料的研发继续投入，新产品的成本有所降低（如ESN），也将目标投向大田作物，如玉米、马铃薯和草莓等。•政府鼓励农民使用；例如，美国农业部自然资源保护局2008年农业法案设立CSP项目，通过补贴方式鼓励农民使用缓控释肥料，补贴标准30-55美元/公顷。国外缓控释肥料发展状态2011/10/1962011/10/197国际新型肥料产业公司和产品状况表名称品种公司产品产量氮反应产品UF、IBDU、CDUAgrium、BASF、Hanfeng\SunAgroNitroform®、Plantosan®、Azolon®、Floranid®、Nutritop®50包膜肥料SCU、PCUScotts\Agrium\Aglukon\Haifa\Kingenta\Hanfeng\ChissoasahiOsmocote®、ESN®、Polyon®、TriKote®、Plantacote®、Basacote®、Multicote®、Syncote®、Nutricote®、luxecote80稳定性肥料DCD、ATS、NBPT、HQAgrotain\Conklin\Chissoasahi\Hanfeng\BASFGuardian®、AgrotainPlus、Nitrophos®202011/10/1972011/10/198美国：复混肥料中BB肥≥40%（农化服务体系）液态肥：20%的氮缓/控释肥S衣尿素、UF、包膜肥料（osmocote））发达国家的新型肥料日本：缓/控释肥：UF、包膜肥料（meister）有机肥料、硅肥等2011/10/19日本水稻生产中施用缓释肥的发展趋势当前市场在哪里？缓/控释氮肥的市场在哪里?左图是2010年再版的国际肥料工业协会出版《缓-控释和稳定性肥料》新版书的封面在5种作物中，突出了粮食作物12•据美国AgIndustriesResearch&Consulting公司市场研究报告表明：2010年北美、西欧和日本的缓／控释肥料的消费总量约100万吨。•我国包膜缓、控释肥料的生产相对滞后，产业尚处在起步阶段•2009年全年缓/控释肥料的产能约为250万吨，生产量约为70万吨（赵秉强，2009），•2010年脲醛或树脂包膜的产能有所增加，总体约为260万吨，而实际生产量约为80万吨，发展速度高于全球发展速度。2011/10/19122011/10/1913目录•国外缓\控释肥的发展历程与发展趋势；•缓\控释肥的类型与特点与应用评价；•国内缓控释肥研发.生产与代表性产品的效果•脲甲醛缓释肥的产品特点与国内外发展；•脲醛缓释肥的优劣势；•中化化肥发展缓控释肥的建议2011/10/19132011/10/19“释放”（Release）：指肥料中的化学养分物质转化成可以被植物有效吸收利用形态的过程；（如溶解、水解、降解等）缓释肥（SlowReleaseFertilizers，简称SRFs）控释肥（ControlledReleaseFertilizers，简称CRFs）“缓释”（SlowRelease）：指通过化学或物理的加工，使得常规化肥中的养分释放速率远小于该养分物质原来的自然释放速率；“控释”（ControlledRelease）指在通过人为的化学或物理加工处理，使得肥料中养分物质的的释放速率能够达到预先设定的释放模式，这种控释肥料的养分释放模式与目标植物吸收养分的需要相对应。缓/控释肥料的定义：15主要类型1、化学合成的微溶性有机氮肥：包括脲甲醛（UF）；异丁叉二脲（IBDU）和丁烯叉二脲（CDU）脲醛类肥料，草酰胺等。2、包膜（包裹）型氮肥：常用成膜材料有塑料、树脂和硫磺等。因膜材料不同，又分有机包膜和无机包裹二类。有机包膜包括高分子聚合物包膜肥料（聚烯烃包膜、聚氨酯包膜、苯丙乳液包膜等）；无机包膜肥料（硫包衣尿素、钙镁磷肥包尿素等），3、其它缓释氮肥：如基质复合肥料、胶结型有机-无机缓释肥料等。2011/10/19152011/10/1916化学合成的微溶性有机氮肥•其缓释性能和养分释放速率受本身化学性质和外界环境的综合影响，而不易实现人为调控。例如，脲甲醛所含有的氮，90％以上为结合态尿素氮，其冷水可溶部分的氮素也不如普通尿素的利用迅速，•在温暖地区和气温较高的季节，才有较好的使用效果。2011/10/19162011/10/1917其它的缓释氮肥在国内外有胶结型缓释肥料的材料与工艺研究，但尚未推广应用。2011/10/19172011/10/19控释肥发展的瓶颈•成本和价格问题的制约•随着社会需求的发展，美国、加拿大通过强化研发推出较低价格新产品，如ESN19包膜（包裹）型氮肥根据采用包覆材料的不同分为无机、有机包裹肥料两类。•无机包膜（裹）缓控释肥料，有硫包衣尿素（SCU）、钙镁磷肥包覆尿素或复混肥等。•有机包膜缓控释肥料则由于有机高分子化合物种类繁多，存在较多的产品热固性包膜肥料为热塑性包膜肥2011/10/19192011/10/1920不同类型间缓释与可控性的比较评价•高聚物包膜氮肥的养分释放，在可生长湿度范围内主要受温度单一因素影响，如果在工艺完善的条件下，可以获得较好的可控性，从国际市场的调查看，能够达到可控指标的控释肥料主要是这类聚合物包膜肥料。•而无机包裹类氮肥，由于膜材料的性状，其缓释性能有限。•脲醛等合成有机氮肥，缓释性能较强、而肥料释放速率受本身化学性质和外界环境等综合影响，不易实现人为调控。2011/10/19202011/10/1921我国化肥产业发展趋势•从70-90年代化肥生产进入高速发展阶段，自1994、2005年我国氮肥、磷肥生产总量相继位居世界之首以来，化肥产业发展出现转折期，进入一个新阶段。•之前，化肥产业完成了向高浓度复合化主流发展的过程，化肥生产率明显提高；同时，为了适应我国农业需求，大化肥产业还形成了先氮后磷再钾的发展特点。•之后，随着农业高产高效达到了一定水平，我国出现了化肥施用效率持续下降和农业面临污染逐年显现的趋势。这不仅让政府关注，同时国际大家庭也对我国提出了约束。•新时期化肥产业向哪里去呢？首先不再单纯追求粮食产量而去大量又不合理地使用化肥；同时化肥产业也要向成熟化进程迈进。2011/10/19212011/10/19为什么我国需要发展缓释肥?230123456789100123456719611967197319791985199119972003200920152021化肥用量（千万吨）粮食总产（亿吨）粮食播种面积(亿公顷)507090110130150170190210230250270290粮食总产（亿吨）50100150200250300010002000300040005000600019781984199019962002200820142020粮食总产（亿吨）02040608010012014016018017131925313743粮食总产（亿吨）农膜用量/农药用量(万吨)灌溉面积农膜用量农药用量粮食面积化肥用量粮食产量粮食需求我国历年粮食生产中化肥投入产出效率演变张福锁20112011/10/19232011/10/1924常规化肥的问题•绝大部分化肥都是水溶性的、速效性的。•常规化肥的特性以及不合理施肥习惯对环境造成负面作用氮肥中尿素、硫铵、碳铵、硝铵、氯铵等均属水溶性的、速效性的.•氮肥的过量施用致使每年产生的N2O等温室气体排放量逐年递增！•水体污染日趋加重！•研制和开发环境友好型的新型肥料，已成为世界各国高度关注的新热点，也是化肥工业新的增长点。1、为什么要发展缓释肥？2011/10/19242011/10/1925常规化肥面临的挑战•在高产高效可持续发展的今天，常规化肥遇到利用率低与向环境流失的问题•常规化肥要求肥料深施、基肥和追肥分开，氮肥分次\追肥后移等技术才可提高利用率和减少流失实现更高产与更高效的目标，但是近期内我国农村的劳力和机械水平都达不到。2011/10/19252011/10/1926氮素的环境问题首当其冲!•氮肥化学性状最活泼，易转化，进入环境后的迁移性远远大于磷（P）和钾（K）素。•我国是世界氮肥生产和消费第一大国。氮肥的投入对农作物高产优质起了决定性的作用，可以说要保粮食安全对氮肥的依赖程度是很大的。•但是氮肥累积利用率是三要素中的最低!怎么办？•今天农村劳力紧张所造成的不合理施氮方法（如一次性多施、氮肥表面撒施等）很普遍存在。•其实，氮素的环境问题对世界发达国家也一样！2011/10/19262011/10/1927•依靠农化服务技术提高氮肥利用率•调整常规品种结构•稳定性氮肥•发展缓释氮肥优先发展缓释氮肥大田作物施用含部分缓释氮的复合肥氮肥消耗量大；生产能耗高而效率低；氮素生性活泼易损失；环境压力大；肥料利用率低；提高氮肥利用的途径氮肥问题更加突出2011/10/19272011/10/1928我国粮食作物氮肥利用率逐年持续下降趋势年份（Year)氮肥利用率（N,%）来源(Source)199228%-41%朱兆良199830%-35%朱兆良200321%-27%张福锁，王激清不同年份化学氮肥利用率的变化2011/10/19282011/10/1929氮肥损失率（%）水稻地50左右玉米地40左右小麦地30左右氮肥损失途径氨挥发9～40%硝化-反硝化13～41%淋洗6.6%（稻田）大田平均45%2011/10/19292011/10/1930太湖蓝绿藻爆发！农业面源污染有贡献！2011/10/19302011/10/19生态环境问题日渐突出!中国50%的湖泊出现N、P的富营养化近海水体赤潮从60年