1、我國新型肥料研究現(xiàn)狀與展望四川師范大學(xué)：趙仕林1 研究背景2 新型肥料研究現(xiàn)狀3 新型肥料研發(fā)尚存的問題及其發(fā)展趨勢4 新型肥料的研發(fā)案例Research Status and Prospect of Chinas New Fertilizer我國新型肥料研究現(xiàn)狀與展望四川師范大學(xué)：趙仕林1 研究背景1 研究背景1.1 加快推進農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新 持續(xù)增強農(nóng)產(chǎn)品供給保障能力 （中共中央 國務(wù)院2012一號文件）快推進前沿技術(shù)研究，在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進制造技術(shù)、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)等方面取得一批自主創(chuàng)新成果，搶占現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技制高點。著力突破農(nóng)業(yè)技術(shù)瓶頸，在節(jié)本降耗 良種培育 新型肥藥等方面取得一批

2、重大實用技術(shù)成果。1 研究背景1.1 加快推進農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新 持續(xù)增強農(nóng)產(chǎn)品供給1 研究背景1.2 我國社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)農(nóng)業(yè)更迫切需求 “十二五”發(fā)展規(guī)劃要建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。 經(jīng)濟發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變：節(jié)約資源、減少污染 “十一五”期間的減排指標規(guī)定SO2、COD “十二五”期間的新增指標規(guī)定NOx、NH3-N1 研究背景1.2 我國社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)農(nóng)業(yè)更迫切需求1 研究背景 新世紀以來我國糧食生產(chǎn)獲得巨大成就，糧食連續(xù)七年獲得大豐收，總產(chǎn)量不斷創(chuàng)新高，2010年全國糧食播種面積109872khm2，比上年擴大886khm2，增長0.8%；2010年全國糧食總產(chǎn)量為54641萬噸，比

3、上年增加1559萬噸，增產(chǎn)2.9%。人均糧食達400kg。 用世界9%的耕地、6%的可更新水資源養(yǎng)活并養(yǎng)好了世界20%的人口。但現(xiàn)代農(nóng)業(yè)表現(xiàn)出了高投入、高產(chǎn)出和高污染的特征。 農(nóng)業(yè)污染已成為我國第一污染源。1 研究背景 新世紀以來我國糧食生產(chǎn)獲得巨大成就，糧1 研究背景1.3 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到環(huán)境和資源的嚴重約束1.3.1 種植業(yè)非點源污染呈惡化趨勢化肥、農(nóng)藥大量使用導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)面源污染嚴重 3億畝農(nóng)田重金屬污染；70%的農(nóng)田土壤被酸化；55%的農(nóng)田存在著土壤酸化、10%的耕地有農(nóng)殘和重金屬離子（CdPbHgAs）污染、營養(yǎng)元素富集的復(fù)合污染。化肥實質(zhì)上已成為土壤復(fù)合污染的隱形源，對糧食及食品

4、安全帶來嚴重威脅。1 研究背景1.3 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到環(huán)境和資源的嚴重約束1 研究背景 種植業(yè)秸稈年產(chǎn)量7.1億噸左右，65%的秸稈未被綜合利用。產(chǎn)生了大量的NOx和COD污染物。 我國種植業(yè)源TN流失量159.78萬t，TP流失量10.87萬t，分別占農(nóng)業(yè)源的59.1%和38.2%，其中N流失量最大，成為水體N負荷的主要“貢獻者”。1 研究背景 種植業(yè)秸稈年產(chǎn)量7.1億噸左右，65%的秸稈1 研究背景1.3.2 養(yǎng)殖業(yè)點源污染上升至非點源污染 2010年我國規(guī)模化養(yǎng)殖已經(jīng)達到了54%，產(chǎn)禽畜糞便約30億噸，其生產(chǎn)量是全國工業(yè)固體廢棄物的2.4倍，COD負荷高達1.1億噸，超過工業(yè)和生活廢水

5、的COD之和；糞便中TN約1597萬噸，TP越363萬噸，肥料價值超過我國化肥的年生產(chǎn)量。 據(jù)統(tǒng)計，養(yǎng)殖垃圾80%未得到有效治理，對空氣（CH4和NOx）、水（COD和N/P）和土壤（重金屬和細菌）造成了嚴重污染。 1 研究背景1.3.2 養(yǎng)殖業(yè)點源污染上升至非點源污染1 研究背景 農(nóng)業(yè)源中畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放化學(xué)需氧量1268.26萬t，TN102.48萬t,TP16.04萬t，分別占我國污染物總排放量的41.9%、21.7%、37.9%、占農(nóng)業(yè)源排放量的95.8%、37.9%、56.3%。 據(jù)估計，2020年集約化養(yǎng)殖將達80%，養(yǎng)殖垃圾達41億噸。1 研究背景 農(nóng)業(yè)源中畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放化學(xué)需氧量

6、1268.21 研究背景 我國農(nóng)業(yè)污染表現(xiàn)在： 集約化蔬菜、果園種植區(qū)和規(guī)模養(yǎng)殖導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化問題； 區(qū)域之間污染差別較大； 污染物總類、來源、強度有上升趨勢。1 研究背景 我國農(nóng)業(yè)污染表現(xiàn)在：1 研究背景1.3.3 農(nóng)業(yè)污染源帶來諸多的環(huán)境問題 據(jù)中國科學(xué)院南京土壤研究所的研究調(diào)查結(jié)果，每年我國有123.5萬噸氮通過地表水徑流到江河湖泊，49.4萬噸進入地下水，299萬噸進入大氣。長江、黃河和珠江每年輸出的溶解態(tài)無機氮達到97.5萬噸，其中90來自農(nóng)業(yè)，而氮肥占了50。據(jù)對長江流域調(diào)查，來自“農(nóng)業(yè)面源污染”的程度是工業(yè)排放的56倍。1 研究背景1.3.3 農(nóng)業(yè)污染源帶來諸多的環(huán)境問題1

7、研究背景1.3.4 化肥需求總量不斷攀升 致使P/K資源和環(huán)境不堪重負 我國2030年化肥需求量6800萬噸，比目前每年再增加2650萬噸，需增加投資約1500億，每年多耗費外匯15億美元，農(nóng)民需增加1000億元購肥開支。2030年要使耕地施肥680Kg/hm2是很難達到的，也是土壤、環(huán)境難以承受的。年份2005201020152030糧食作物30037552065076095014001750經(jīng)濟作物204.3340.2476.4680.5林業(yè)145.9208.9271.8334.8草業(yè)12.224.336.548.7漁業(yè)33.750.767.584.4合計69677111441274161

8、2180225482898需求總量478148565229535956975887663369831 研究背景1.3.4 化肥需求總量不斷攀升 致使P/K資源1 研究背景 要更新觀念、打破傳統(tǒng)，力爭在未來20年，我國肥料產(chǎn)業(yè)實施質(zhì)量替代數(shù)量發(fā)展戰(zhàn)略，化肥供應(yīng)量力爭控制在5000萬噸以內(nèi)，通過研制新型肥料，在不增加或少量增加化肥用量的前提下，通過提高效率，保證我國糧食及農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量安全，持續(xù)增強其供給保障能力。1 研究背景1 研究背景1.4 農(nóng)業(yè)非點源污染防控進展1.4.1 提高N、P、K利用率 我國化肥利用率僅35%，發(fā)達國家已達50%左右。 為追求農(nóng)作物產(chǎn)量，我國化肥超量使用，更加劇了

9、環(huán)境污染。 減少化肥環(huán)境損失（淋溶，硝化與反硝化）和肥料養(yǎng)分供給與作物吸收需求一致，從“源頭”控制農(nóng)業(yè)面源污染，將成為環(huán)境和農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的新熱點。1 研究背景1.4 農(nóng)業(yè)非點源污染防控進展 我國化肥利用率1 研究背景1.4.2 基于秸稈資源化利用的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正在興起 秸稈富含纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，粗蛋白，熱值量極高（折合標煤為3.5億噸）： 1）作肥料： 經(jīng)堆肥作有機肥基料（NPK含量低） 2）作飼料： 經(jīng)糖化發(fā)酵，代替飼料糧 3）作能源： 直接焚燒，火力發(fā)電，經(jīng)物化處理， 分解成CH4和C2H5OH作氣液體材料 4）作材料： 建材、合成板、吸附材料 5）作化學(xué)原料： 乳酸、乙醇、酸、糠醛

10、、碳黑 1 研究背景1.4.2 基于秸稈資源化利用的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正在興1 研究背景1.4.3 養(yǎng)殖垃圾資源化處理 養(yǎng)殖垃圾經(jīng)干濕分離，廢液作沼氣燃料，固廢還田作有機肥（NPK養(yǎng)分含量低，有害微生物和細菌污染土壤嚴重，運輸成本高，農(nóng)作物季節(jié)性生產(chǎn)難以有效消納）。 奶牛和家禽養(yǎng)殖糞便作豬魚飼料。 養(yǎng)殖垃圾與作物秸稈經(jīng)堆肥處理，生產(chǎn)商品有機肥是將來資源化利用發(fā)展的一個方向。1 研究背景1.4.3 養(yǎng)殖垃圾資源化處理 養(yǎng)殖垃圾經(jīng)干濕1 研究背景1.5 “高效有機肥”將成為現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵鏈節(jié)點1.5.1 當下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)鏈節(jié)縮短，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡和環(huán)境污染嚴重秸稈（65%未被利用）種植（生產(chǎn)者

11、）化肥養(yǎng)殖（消費者）土壤復(fù)合污染嚴重化肥養(yǎng)分65%流失于環(huán)境垃圾80%排于環(huán)境1 研究背景1.5 “高效有機肥”將成為現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵鏈1 研究背景1.5.2 以高效有機肥為“鏈節(jié)點”，構(gòu)建現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈 實現(xiàn)物質(zhì)、能量科學(xué)有序流動，提高物質(zhì)循環(huán)利用率（延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈），增強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，使社會、環(huán)境、經(jīng)濟三效益最大化。種植（生產(chǎn)者）秸稈生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)飼料高效有機肥（消解者）垃圾養(yǎng)殖（消費者）1 研究背景1.5.2 以高效有機肥為“鏈節(jié)點”，構(gòu)建現(xiàn)代生1 研究背景1.6 四川農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展更需要研發(fā)新型肥料 四川是一個人多地少、耕地資源匱乏的農(nóng)業(yè)大省，人均耕地面積只有0.67畝。 耕地

12、資源質(zhì)量較低，中產(chǎn)田占70.6，低產(chǎn)田占17.4，高產(chǎn)田僅占12左右。 農(nóng)耕地土壤肥力持續(xù)降低，50耕地少氮、58耕地缺磷、73耕地缺鉀、77耕地缺鋅和鉬、99耕地缺硼，土壤酸化、板結(jié)現(xiàn)象日趨嚴重。 水土流失嚴重，四川水土流失面積近20萬Km2，其中旱坡耕地流失量占30以上。 自然災(zāi)害尤其干旱的頻率增大，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收帶來了嚴重威脅。1 研究背景1.6 四川農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展更需要研發(fā)新型肥料1.7新型肥料的研發(fā)是當前國際農(nóng)業(yè)高科技競爭的重要制高點 針對普通化學(xué)肥料利用率低，使用過程中容易出現(xiàn)大量流失而污染環(huán)境等問題， 世界普通化肥用量出現(xiàn)負增長，但是新型緩控釋肥料消費每年以高于5的速度增長。近2

13、0年來，日、美等國聚合物包膜控制釋放肥料的消費量年平均增長速度為常規(guī)肥料的10倍以上。因而世界各國都把新型肥料的研發(fā)作為國際農(nóng)業(yè)高技術(shù)領(lǐng)域競爭的重要制高點。1 研究背景1.7新型肥料的研發(fā)是當前國際農(nóng)業(yè)高科技競爭的重要制高點1 面對社會經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境污染控制、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡協(xié)調(diào)等種種需求，世界各國紛紛研發(fā)各種新型肥料，以支持經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。 緩/控釋肥料 生物肥料 有機肥料 功能性肥料 面對社會經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境污染控制、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡協(xié)2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.1 緩/控釋肥料包膜型緩/控釋肥料合成型微溶態(tài)緩釋肥料化學(xué)抑制型緩效肥料基質(zhì)復(fù)合與膠粘型緩釋控釋肥料 目前，包膜型

14、緩/控釋肥料和基質(zhì)復(fù)合與膠粘型緩釋控釋肥料發(fā)展較快，關(guān)鍵是包膜材料的研制突破。2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.1 緩/控釋肥料2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.2 生物肥料根瘤菌肥料依然是最重要的品種。最近20多年里發(fā)展較快，研究領(lǐng)域不斷拓寬，溶磷、解鉀等微生物肥料新產(chǎn)品不斷問世。PGPR的促生防病研究成為近10年研究熱點。新型秸稈腐熟菌劑、土壤與環(huán)境污染修復(fù)菌劑等的研發(fā)也發(fā)展很快。2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.2 生物肥料2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.1 緩/控釋肥料 緩/控釋肥，指通過各種調(diào)控機制使其養(yǎng)分最初緩慢釋放，延長作物對其有效養(yǎng)分吸收利用的有效期，使其養(yǎng)分按照設(shè)定的緩釋率和釋放期緩慢或控

15、制釋放的肥料。其突出特點是其釋放率和釋放期與作物生長規(guī)律有機結(jié)合，從而使肥料養(yǎng)分有效利用率大大提高。 2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.1 緩/控釋肥料2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.3 有機肥料國外在有機肥發(fā)酵工藝、技術(shù)和設(shè)備上已日趨完善，基本上達到了規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化水平。我國有機肥提供養(yǎng)分量的比例由1949年的99.9%下降到1980年的49.0%，直到目前的30%。研究的重點，一是秸稈直接還田技術(shù)；二是工廠化處理畜禽糞便生產(chǎn)商品化有機無機復(fù)合肥技術(shù)。目前，我國部分復(fù)混肥廠家開始生產(chǎn)有機復(fù)肥，原料主要是草炭和風(fēng)化煤類，真正實行的工廠化處理秸稈畜禽糞便廢棄物生產(chǎn)商品化有機肥的廠家還較少，生產(chǎn)規(guī)模小，

16、效率低，污染較嚴重。我國商品化有機肥生產(chǎn)技術(shù)還處于起步階段，發(fā)酵技術(shù)、除臭技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備等還有待完善。2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.3 有機肥料2.4 多功能肥料具有改善水分利用率的肥料，改善土壤結(jié)構(gòu)的肥料，適應(yīng)優(yōu)良品種特性的肥料，改善作物抗倒伏性的肥料，具有防治雜草的肥料，以及具有抗病蟲害功能的肥料等。有關(guān)功能性肥料的研究與開發(fā)，國內(nèi)外做的工作還不多。我國華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等率先開展了保水型控釋肥的研究。其它方面的功能肥料研究，只有零星報道，離產(chǎn)業(yè)化要求相差還甚遠。2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀2.4 多功能肥料2 我國新型肥料的研究現(xiàn)狀3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.1 緩/控釋肥料研究尚存

17、的問題與發(fā)展趨勢存在的問題 （1）養(yǎng)分單一 （2）功能單一 （3）控釋材料單一 （4）價格昂貴發(fā)展的趨勢 （1）結(jié)合經(jīng)濟、環(huán)境來研發(fā)合適的控釋材料與合成工藝。 （2）養(yǎng)分多元化（NPK、微量元素、有機、微生物）。 （3）多功能化（保水、控釋、解磷鉀、降農(nóng)殘等）。3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.1 緩/控釋肥料研究3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.2 微生物肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢存在的問題（1）質(zhì)量和產(chǎn)量不穩(wěn)定。（2）基礎(chǔ)研究落后于生產(chǎn)實踐。（3）研究大多集中于促進植物生長的細菌，而對真菌研究較少。（4）菌種退化嚴重。發(fā)展的趨勢 （1）加強微生物肥料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。 （2）加

18、強促作物生長與防病結(jié)合的多功能生物肥料的研究。 （3）構(gòu)建多功能組合菌群肥料。 （4）加強生物肥料質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定性研究。3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.2 微生物肥料研究尚3.3 有機肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢存在的問題 （1）有機組分主要來自于泥炭、風(fēng)化煤等，工廠化處理秸稈和禽畜糞便廢棄物的商品化有機肥廠家較少、規(guī)模小、污染大。 （2）發(fā)酵技術(shù)、除臭技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備等還落后于發(fā)達國家。 （3）有機肥料功能單一、成本高。發(fā)展的趨勢 （1）商品化有機肥的生產(chǎn)與畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理相結(jié)合。 （2）快速發(fā)酵與除臭技術(shù)成為發(fā)展商品有機肥的技術(shù)關(guān)鍵。 （3）肥料制作的關(guān)鍵技術(shù)在于肥料劑

19、型，即有機、無機與功能生物菌群配伍。3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.3 有機肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3 新型肥料研究尚3.4 功能性肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢存在的問題（1）保水功能肥料中保水劑的耐鹽（化肥）性與吸水倍率的協(xié)調(diào)較差。（2）改良土壤、除草、抗逆、抗病蟲害等功能性肥料研發(fā)不足。（3）多功能組合肥料尚屬空白。 發(fā)展的趨勢（1）研制促進作物根系向縱深發(fā)展的肥料。（2）保水性肥料、抗倒伏功能的肥料。（3）土壤生態(tài)修復(fù)和土壤污染消減與阻控的環(huán)保功能性肥料。（4）具有協(xié)同養(yǎng)分循環(huán)和平衡功能的環(huán)境友好肥料。3 新型肥料研究尚存的問題與發(fā)展趨勢3.4 功能性肥料研究尚存的問題與發(fā)展

20、趨勢3 新型肥料研究尚4.1多功能有機肥料的設(shè)計新型肥料既要克服化肥的缺點，又要滿足農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定性的要求，并持續(xù)提高其生產(chǎn)能力，顯然需要多組分、多功能的肥料才能滿足農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定性的要求。 然而，19世紀40年代以后，化肥的發(fā)明和生產(chǎn)以來，農(nóng)業(yè)開始依賴于農(nóng)業(yè)人工生態(tài)系統(tǒng)逐漸遠離了自然系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，使一個個鏈環(huán)脫節(jié)，而對深埋于地殼中含P、K礦物進行大量采掘和大氣中的N元素進行人工固氮，而忽視了人、畜、禽排泄物的資源化利用，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)處于難以維持平衡的狀態(tài)，由此需要有協(xié)調(diào)功能的新型肥料來調(diào)節(jié)養(yǎng)分循環(huán)和平衡，進而持續(xù)提高土壤肥力。這就是本項目研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。4 有機

21、生物緩釋肥制備案例4.1多功能有機肥料的設(shè)計新型肥料既要克服化肥的缺點，又要滿本項目從提高農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)平衡的新視角出發(fā)，提出“控釋放與促吸收”的肥料設(shè)計新理念，把“控釋放”作為提高養(yǎng)分利用率的前提，“促吸收”作為提高養(yǎng)分利用率的根本，二者是相輔相存的一個整體。賦予肥料“養(yǎng)分供給者”和“養(yǎng)分轉(zhuǎn)化協(xié)調(diào)者”的雙重功能。基于這一設(shè)計理念，本項目將無機、有機、微生物等多組分復(fù)合一體化，使其具有保水、緩釋、解磷鉀和促吸收的多功能一體化的復(fù)合肥。4.1多功能有機肥料的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例本項目從提高農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)平衡的新視角出發(fā)，提出“控釋放與促4.1多功能有機肥料的設(shè)計設(shè)計的原則持續(xù)提高土壤肥

22、力的原則 其中調(diào)節(jié)作物生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡是核心減少養(yǎng)分浪費原則 克服化肥自身的缺陷、克服人為使用不當?shù)娜秉c、肥料養(yǎng)分的釋放與作物吸收養(yǎng)分的波動需求盡可能的趨于一致 提高作物對養(yǎng)分吸收原則 土壤的持水保水能力，其次是土壤微生物的活力，再次是提高作物的光合作用效能養(yǎng)分平衡原則 依據(jù)土壤肥力水平和作物對養(yǎng)分的需求，決定肥料養(yǎng)分的數(shù)量和形態(tài)4 有機生物緩釋肥制備案例4.1多功能有機肥料的設(shè)計設(shè)計的原則4 有機生物緩釋肥制備案設(shè)計依據(jù)功能設(shè)計：保水、緩釋、解磷鉀和促吸收 保水功能：多孔的有機質(zhì)、改性淀粉粘結(jié)劑、高分子吸水材料 緩釋功能：多孔的有機質(zhì)、能包裹NPK養(yǎng)分的高分子成膜材料、螯合微 量營養(yǎng)組

23、分 解磷鉀功能：溶磷解鉀功能微生物 促吸收功能：土壤良好的持水保水能力和較高的有機質(zhì)含量、微生物的活性、促進根系發(fā)達和促進光合效能提高的催化劑 組分設(shè)計 有機組分、NPK組分、生物組分、功能組分養(yǎng)分用量設(shè)計依據(jù)土壤養(yǎng)分的水平和作物需要進行肥料養(yǎng)分的分配 4.1多功能有機肥料的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例設(shè)計依據(jù)4.1多功能有機肥料的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例多功能有機復(fù)合肥的配方設(shè)計 將無機（化肥純養(yǎng)分1220%）、有機（蚯蚓糞和腐殖酸有機質(zhì)2230%）、生物（蚓糞中高含量的微生物、酶和添加的溶磷解鉀菌群1.21.5億個/g）、添加劑（以蚓糞中的腐植酸與Cu2+、Zn2+等螯合，用量0.

24、040.08%）等作為生物有機復(fù)合肥的基本組分，以含稀土的改性淀粉作無機、有機和生物組分的膠結(jié)劑（用量1.21.6%）造粒，并用谷糠纖維素改性高分子吸水劑作顆粒肥包膜材料（用量26%），使肥料具有保水、緩釋、解磷鉀和促吸收等功能，實現(xiàn)了多組分復(fù)合化和多功能一體化新工藝。4.1 多功能有機肥料的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例4.1 多功能有機肥料的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例（1）蚓糞制備畜、禽糞便和稻草蚯蚓飼料蚓體蚓糞精蚓糞包裝儲存生物發(fā)酵粉碎篩分低溫烘干水份小于154.2.1 蚓糞的制備4.2 多功能有機復(fù)合肥的制備蚯蚓養(yǎng)殖4 有機生物緩釋肥制備案例（1）蚓糞制備畜、禽糞便蚯蚓飼料蚓體蚓糞

25、精蚓糞包裝儲存生物發(fā)4.2.2 谷糠接枝高分子保水劑的合成 土壤作為作物根系生長發(fā)育的環(huán)境，它不僅要供給作物生長過程所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，而且還要供應(yīng)作物正常生理機能所必需的水分和空氣。植物吸收土壤中的水分來維持正常的生命活動，通過溶液中的離子交換作用來吸收養(yǎng)分，而近年來氣候異常，干旱頻頻發(fā)生，因此增加肥料的保水抗旱功能、保持土壤中良好的持水保水狀態(tài)是十分必要的。據(jù)專家預(yù)測保水劑有可能成為繼化肥、農(nóng)藥、薄膜之后的第四大農(nóng)業(yè)化學(xué)投入品。但保水劑研究中存在的主要問題：多功能化的問題吸水倍率高與生物難降解并行的問題吸水倍率高與價格高并行的問題4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.2 谷糠接枝高分子保水劑的合

26、成4 有機生物緩釋肥制備 依據(jù)NY886-2004標準要求保水劑的吸去離子水的倍率200300g/g，吸0.9NaCl的倍率40g/g。（1）保水劑的原料選擇從蚓糞、谷殼、玉米芯、稻草、谷糠等原料中經(jīng)實驗研究選擇谷糠作為保水劑的合成原料之一從丙烯酰胺、丙烯酸的單體中選擇丙烯酸作為保水劑的合成原料之一4 有機生物緩釋肥制備案例 依據(jù)NY886-2004標準要求保水劑的吸去離子水的4 有機生物緩釋肥制備案例4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.3.1 保水劑的合成方法路線4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.3.1 保水劑的合成方法路線4 有機生物緩釋肥制備案4.2.3 保水劑的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備

27、案例4.2.3 保水劑的設(shè)計4 有機生物緩釋肥制備案例 通過正交實驗和極差分析，吸水樹脂的吸水率，RARBRDRC，過氧化苯甲酰、亞硫酸氫鈉及交聯(lián)劑用量對吸水率影響較大，過硫酸銨用量對吸水率的影響較小，A1B2C2D2為最佳組合，即在固定條件25mL1稀硫酸活化谷糠；活化溫度705；活化時間0.5小時；反應(yīng)溫度35；反應(yīng)時間3.5h。0.1g過氧化苯甲酰，0.05g亞硫酸氫鈉，3.5mL 0.06g/mL過硫酸銨溶液引發(fā)反應(yīng)體系；5mL0.01g/mL N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶液交聯(lián)的條件下，得到的吸水樹脂的吸水率最高為136g/g。4 有機生物緩釋肥制備案例 通過正交實驗和極差分析，吸水樹

28、脂的吸水率，RARB4.2.3.2 農(nóng)用保水劑的結(jié)構(gòu)表征圖3.2-9 （a）谷糠和（b）吸水樹脂的紅外譜圖 在接枝共聚產(chǎn)物的紅外譜圖上可以看到3413cm-1處吸收峰變寬，可能是由于聚丙烯酸上的OH，與纖維素中的OH共同作用，1700cm-1處的吸收峰是CO的特征吸收峰。 1022cm-11155cm-1處出現(xiàn)了較強的CO特征吸收峰，可能是由于自由基產(chǎn)生在纖維素的氧原子上，再與丙烯酸上的雙鍵結(jié)合形成CO鍵的特征吸收峰。4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.3.2 農(nóng)用保水劑的結(jié)構(gòu)表征圖3.2-9 （a）谷糠圖3.2-10 (a)丙烯酸自聚物、(b)谷糠與丙烯酸接枝共聚吸水樹脂和(c)谷糠電鏡掃描圖

29、Fig.3.2 -10 Scanning electron micrographs for (a) crosslinked PAA，(b) super absorbent composite and (c) chaff.圖3.2-11 （a）丙烯酸自聚物（b）谷糠與丙烯酸接枝共聚吸水樹脂吸水凝膠電鏡掃描圖4 有機生物緩釋肥制備案例圖3.2-10 (a)丙烯酸自聚物、(b)谷糠與丙烯酸接枝圖3.2-12 （a）谷糠和（b）谷糠與丙烯酸接枝共聚吸水樹脂的XRD圖Fig.3.2 -12 XRD curves of (a) chaff and (b) chaff based super absorbe

30、nt composite 當經(jīng)過接枝共聚后，其在20的衍射峰強度減弱，這說明經(jīng)過接枝共聚后其非晶區(qū)域增加了，而31.5、33.6處出現(xiàn)的衍射峰可能是由于接枝共聚后形成一定的晶格而帶來的。4 有機生物緩釋肥制備案例圖3.2-12 （a）谷糠和（b）谷糠與丙烯酸接枝共聚吸水樹4.2.4 含稀土粘結(jié)劑的合成由于本項目所研制的多功能有機復(fù)合肥是有機、無機和微生物三種組分的復(fù)合化，三者之間有明顯的界面，其復(fù)合一體化的難度很大，利用傳統(tǒng)顆粒復(fù)合肥的粘合劑無機粘土類或水玻璃（Na2SiO3）經(jīng)試驗證明，無用成分加得越高，蚓糞的比例就會減少，對新型肥料的質(zhì)量影響很大。選擇改性淀粉作粘合劑。以淀粉為原料，添加必

31、要助劑進行化學(xué)改性使之成為復(fù)合肥的造粒粘合劑。淀粉膠是歷史最悠久的一種天然有機粘合劑，目前世界上直接以淀粉為原料或經(jīng)化學(xué)改性所得的粘結(jié)劑已有2000多種，廣泛用于醫(yī)藥、紡織、服裝和造紙等行業(yè)。但淀粉基粘合劑在有機復(fù)合肥的應(yīng)用上還鮮見報道。4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.4 含稀土粘結(jié)劑的合成4 有機生物緩釋肥制備案例 材料的選擇 項目組在20世紀90年代曾經(jīng)研究淀粉改性膠水用于制藥行業(yè)。當時的改性劑以NaOH為糊化劑，然后再以H2O2作氧化劑，F(xiàn)eSO4做催化劑，添加少量助劑即得高粘性的藥用造粒粘劑。而現(xiàn)在需要的是肥料的粘合劑，其糊化劑改為KOH和Na3BO37H2O，催化劑改為Ce3+（稀

32、土），其K和Ce都是所研制的新型肥料所需的營養(yǎng)元素，對制備新型肥料有降低成本的作用。 尤其是提高了改性淀粉的粘結(jié)性能。4 有機生物緩釋肥制備案例 材料的選擇4 有機生物緩釋肥制備案例 粘結(jié)劑的合成機理4 有機生物緩釋肥制備案例 粘結(jié)劑的合成機理4 有機生物緩釋肥制備案例將淀粉葡萄糖C6的羥甲基和C2、C3還原性鏈端部分氧化，形成醛基、羧基及乙醛基的分子結(jié)構(gòu)，由于醛基具有防霉防腐能力，羧基對于纖維具有較大的親和性，因此，淀粉膠粘劑中醛基和羧基的生成，可增加膠液的穩(wěn)定性和流動性。含羧基的淀粉可與KOH反應(yīng)生成鉀鹽，增加了粘結(jié)劑的水溶性，提高淀粉的初粘性；其中含羧基及乙醛基的淀粉可與尿采發(fā)生縮醛反應(yīng)

33、，使粘結(jié)劑形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加粘結(jié)劑與有機組分的親和力和縮短干燥時問。所發(fā)生的反應(yīng)如下：4 有機生物緩釋肥制備案例2R-CHO+(NH2)2COR-CO-NH-CO-NH-CO-R將淀粉葡萄糖C6的羥甲基和C2、C3還原性鏈端部分氧化，形成項目指標含鈰改性淀粉粘結(jié)劑外觀棕褐色粘稠液體固形物含量/%23.12粘度/旋轉(zhuǎn)粘度計，mPa.s317.5pH值8.9貯存期/月，2表3.3-1含鈰改性淀粉粘結(jié)劑的性能指標 經(jīng)實驗證明，用凹凸棒土與硅酸鈉無機粘結(jié)劑作造粒劑，其用量在1517，而用含稀土改性淀粉有機粘結(jié)劑作造粒劑，其用量在1.21.6之間，有利于提高復(fù)合肥的有機質(zhì)養(yǎng)分含量。（4）含鈰改性淀粉粘結(jié)

34、劑的性能指標4 有機生物緩釋肥制備案例項目指標含鈰改性淀粉粘結(jié)劑外觀棕褐色粘稠液體固形物含量/%24.2.5 微量營養(yǎng)組分的螯合 肥料微量元素中易和土壤中的一些離子（如PO43- 、SiO32-等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而失效，同時，微量元素的過量使用將可能造成在作物體內(nèi)的累積，從而有可能使其在人體內(nèi)富集。解決這個問題的有效辦法是使用螯合劑，使金屬離子和螯合劑生成穩(wěn)定的五元或六元螯合物。使用螯合劑可以減少微量元素的用量，控制其向作物大量的遷移。目前國內(nèi)使用較多的螯合劑是有乙二胺四乙酸及其二鈉鹽等氨羧絡(luò)合劑，也有使用磺化腐殖酸作螯合劑的。但這些螯合劑都比較貴，本項目采用蚯蚓糞中的腐殖酸和有機質(zhì)作為微量元素

35、的螯合劑，初步研究其對銅的吸附和螯合。4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.5 微量營養(yǎng)組分的螯合4 有機生物緩釋肥制備案例結(jié)果與討論圖3.4-1 酸度對腐殖酸吸附銅的影響在3040min、pH45時即可達到85以上的螯合率時間（min）銅離子濃度（mg/ml）4 有機生物緩釋肥制備案例結(jié)果與討論圖3.4-1 酸度對腐殖酸吸附銅的影響在30圖3.4-2 溫度對腐殖酸吸附銅的影響在1030 反應(yīng)均可獲得較高的螯合率其它金屬離子Zn2+、Mn2+、La3+、Fe2+的螯合條件類似該研究成果已申請國家發(fā)明專利一種微量元素肥料的制備方法，申請?zhí)枺?01005832762.14 有機生物緩釋肥制備案例圖3.

36、4-2 溫度對腐殖酸吸附銅的影響在1030 反應(yīng)4.2.6 溶磷解鉀專用微生物菌群的配制 項目組胡佩老師經(jīng)三年多的悉心研究，已獲得溶磷解鉀菌群的培養(yǎng)和馴化方法。其菌群包括：枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、側(cè)孢芽孢桿菌、叢枝泡囊菌。4 有機生物緩釋肥制備案例4.2.6 溶磷解鉀專用微生物菌群的配制4 有機生物緩釋肥制4.2.7 有機復(fù)合肥的制備工藝 本項目以蚯蚓糞作基質(zhì)，依據(jù)土壤和作物需要量配以NPK化肥和各微量元素、適當添加以谷糠為原料經(jīng)接枝聚合的高分子保水劑、含鈰改性淀粉粘結(jié)劑、溶磷解鉀菌和螯合微量元素等作功能組分，經(jīng)適當機械加工成肥料顆粒。其肥料的配方和工藝流程如下：4 有機生物緩釋肥制備案例

37、4.2.7 有機復(fù)合肥的制備工藝4 有機生物緩釋肥制備案例蚯蚓糞腐殖酸N、P、K有機質(zhì)微量元素功能菌保水劑粘結(jié)劑 水分4070%588%30%0.040.08%200300g/t28%1.6% 10表3.6 -1 肥料含量配方注：根據(jù)土壤、作物和種植區(qū)域的不同，具體調(diào)節(jié)其含量，根據(jù)氣候和種植區(qū)域調(diào)節(jié)保水劑用量。 依據(jù)項目組前期研究的無機有機復(fù)合肥（生產(chǎn)許可證號：2004準字0441）和有機復(fù)合肥（生產(chǎn)許可證號：2009臨字1759）經(jīng)田間試驗結(jié)果確定有關(guān)組分和含量的配方。4 有機生物緩釋肥制備案例蚯蚓糞腐殖酸N、P、K有機質(zhì)微量元素功能菌保水劑粘結(jié)劑 水4.3 有機復(fù)合肥的功能特性研究（1）有

38、機復(fù)合肥的緩釋性能 按GB/T 23348-2009要求，緩釋肥料的28 d累積養(yǎng)分釋放率80%。結(jié)果如下：4 有機生物緩釋肥制備案例1357101428425670CSSN-I/%9.0514.1720.7435.6345.7873.7485.5287.1488.6789.06CSSN-II/%3.994.7210.7724.3337.2171.4978.1382.1884.3386.21CSSN-III/%2.843.244.977.5111.6227.3749.2269.6478.1783.29表4.3-1 3種肥料的養(yǎng)分(N)釋放率測定結(jié)果4.3 有機復(fù)合肥的功能特性研究4 有機生物緩

39、釋肥制備案例1 結(jié)果可知，其養(yǎng)分緩釋效果：CSSN-ICSSN-IICSSN-III，這主要與材料對養(yǎng)分的吸持性能和材料組分有關(guān)。 CSSN-I肥料中僅含蚓糞，V28為85.52，不符合緩釋肥國標; CSSN-II肥料是在CSSN-I作基料，以改性淀粉作選粒粘結(jié)劑的顆粒肥，其水浸提時有明顯的凝膠團聚，V28為78.13，不符合緩釋肥國標; CSSN-III肥料是在CSSN-II顆粒肥基礎(chǔ)上，以谷糠改性高分吸水樹脂包膜， V28為49.22，優(yōu)于緩釋肥國標。4 有機生物緩釋肥制備案例 結(jié)果可知，其養(yǎng)分緩釋效果：CSSN-I1357101428425670CSSN-I/%13.1720.5729.

40、1257.3369.5671.0284.2187.5287.4091.07CSSN-II/%11.2814.7520.0328.1733.8247.1180.3784.1186.4988.94CSSN-III/%7.999.0413.2719.2125.4838.4369.0776.7982.3585.22表4.3-2 3種肥料的養(yǎng)分(K)釋放率測定結(jié)果 結(jié)果可知，其養(yǎng)分緩釋效果：CSSN-ICSSN-II處理3處理2處理1。這說明了加入有機肥能提高肥料利用率，制備成顆粒肥則能進一步提高養(yǎng)分利用率，生物有機緩釋肥則能大幅度的提高肥料利用率減少養(yǎng)分的浪費。 從不同肥料養(yǎng)分利用率計算的結(jié)果表明：處

41、理2、處理3、表4-7是通過公式對整個水稻種植過程中養(yǎng)分的損失率計算的結(jié)果。處理處理1處理2處理3處理4氮的損失率36.2020.5620.162.13磷的損失率49.7932.1723.1716.22鉀的損失率NPK平均損失率15.0633.6816.4120.0515.1918.198.558.97表4-7 不同處理養(yǎng)分的損失率 單位（%）4.4.6不同處理養(yǎng)分的損失率表4-7是通過公式對整個水稻種植過程中養(yǎng)分的損失率計算的結(jié)果4 有機生物緩釋肥制備案例 所制備的新型肥料經(jīng)盆栽和小區(qū)試驗表明，與無機三元復(fù)合肥比較，在減少3040養(yǎng)分用量條件下，可增加作物產(chǎn)量515，且農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和土壤肥力明

42、顯提高，并有一定的抗旱和改良土壤的作用。從盆栽和小區(qū)試驗表明，該肥料旱作比水作的肥效功能發(fā)揮更充分。4 有機生物緩釋肥制備案例 所制備的新4 有機生物緩釋肥制備案例獲得的研究成果1趙仕林, 何麗娜, 胡佩, 廖洋, 馬駿. 一種可生物降解農(nóng)用高 吸水樹脂及其制備方法. 專利號: ZL200810044472.12趙仕林, 廖洋, 嚴小娟, 劉興艷, 趙婷, 蘭婷, 杜強. 一種生物復(fù)合肥制備方法.專利號：ZL201010164998.03廖洋, 趙仕林, 嚴小娟. 一種微量元素肥料的制備方法. 專利號：ZL201010165003.24趙仕林, 趙婷, 胡佩, 蘭婷, 趙俊. 一種可生物降解農(nóng)

43、用吸水粘結(jié)樹脂的制備方法. 申請?zhí)枺?01110421997.45趙仕林, 黃杵睿, 張穎, 張曉喻. 一種輕稀土離子吸附材料的合成. 申請?zhí)枺?01110423521.44 有機生物緩釋肥制備案例獲得的研究成果4 有機生物緩釋肥制備案例發(fā)表論文1Ting Zhao, Yang LIAO, Zi WANG, Ting LAN Shilin ZHAO. Synthesis and Characterization of a Novel Agricultural Absorbent Bonding Resin Based on Waste Biomass Rice Husk. C. IEEE In

44、ternational Conference on Waste Recycling, Ecology and Environment. 2011：668-671(EI)2Ting Lan, Ting Zhao, Yan Li, Chu-rui HUANG, Ying JIANG,Shi-lin ZHAO. Preparation of a Novel Organic Slow Release Fertilizer Based on Manure Garbage and Application in Rice CultivationC. IEEE International Conference

45、 on Waste Recycling, Ecology and Environment. 2011：672-675(EI)3Yan Xiaojuan, Zhao Ting, Lan Ting, Zhao Shilin. Studies on the Tendence of Soil Environmental Quality in Suburban Vegetable Base of ChengduC. 2010 International Conference on Energy and Environment Technology,20104童培杰、廖洋、趙仕林等. 原位固化黑荊樹單寧對La3+、Pr3+、Nd3+的吸附特性研究J. 稀有金屬材料與工程, 2011, 40(2):269-274.（SCI收錄）4 有機生物緩釋肥制備案例發(fā)表論文 4.4 經(jīng)濟效益