第二节 新型肥料的种类及发展概况
新型肥料开发的重点领域包括配方肥、新型缓/控释长效肥料、微生物肥料、商品有机肥、功能性肥料及叶面肥料等。
一、配方肥
近年来，一方面工农业污染及不当的耕作方式导致耕地地力严重下降；另一方面耕地长期得不到休养生息，承受了太多的重负。传统施肥是以肥料三要素为基础，具有一定的施肥盲目性，是造成土壤恶化的元凶。配方肥料是以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，用各种单质肥料和（或）复混肥料为原料，配制成适合于特定区域、特定作物的肥料。配方肥采用取土、化验、制定配方和施肥措施，是一种定量的施肥方法，是一种改良土壤的重要措施。实践证明，配方肥可以提高化肥利用率5％～10％，增产率一般为10％～15％，高的可达20％以上。配方肥不但能提高化肥利用率，获得稳产、高产，还能改善农产品质量。目前我国已有许多以测土配方施肥为基础的配肥站。
配方肥按照生成条件和方法可大致分为以下三类。
1.散装配方肥
由农化服务机构为农户临时掺混而成，其多以667m2施肥量为包装量，对每袋肥料的质量限制不严格，以满足某一特定作物和田块的施肥量为宜。
2.袋装配方肥
由农化服务机构为农户临时掺混而成，但定量包装（如50kg/袋），便于批量供应，以满足规模化生产单位或相同作物和施肥条件下不同用户的需要。为做到定量包装，配制前需对配方肥的养分浓度、养分比例和原料用量进行换算和调控，但不受肥料质检标准约束。
3.商品掺混肥
以测土施肥和专家建议为基础，由肥料厂家生产。其特殊要求是一定要保证产品质量符合国家质检标准（GB 21633—2008）。由于上市供应，难以马上施用，更要防止肥料结块和减少掺混肥料中不同养分发生分异。
二、缓/控释长效肥料
缓/控释长效肥料的最大特点是肥料养分释放与作物吸收同步，施肥过程简化，实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，肥料损失低，利用率高，环境友好。世界各国都逐渐认识到新型缓/控释肥料是提高肥料利用率最有效的措施之一。20世纪末，美国、日本、以色列等发达国家都将研究重点由施肥技术转向新型缓/控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性大幅度提高肥料的利用率。缓/控释肥料主要类别有包膜型缓/控释肥料、化学抑制型缓效肥料、合成型微溶缓释肥料和基质复合与胶黏型缓释控释肥料。
欧美、日本等早在20世纪50年代已经开始缓释肥料研究并还逐渐形成了以脲甲醛、包硫尿素、树脂包膜等类型为代表的缓/控释肥料产品，但由于成本高，其价格是一般肥料的2～8倍，限制了其推广应用。我国的缓/控释肥料起步较晚。我国从20世纪70年代开始缓/控释肥的研究，中国科学院沈阳应用生态所和中国科学院石家庄农业现代化研究所等单位先后试制和生产了包膜肥料、脲酶、硝化酶抑制剂等缓/控释肥料。1987年广州氮肥厂在中国科学院石家庄农业现代化所的主持下研制成功了价格便宜的涂层尿素。目前缓/控释肥料主要包括以下4种。
1.造粒型
加大化肥的粒度来减少化肥与土壤接触面积，减缓养分释放速率，如粉状肥料造粒、大粒尿素，以颗粒大小延长肥效期达到提高肥料利用率的目的。这种方法简单易行，生产成本低。
2.抑制剂型
即在氮肥中添加菌类抑制剂，如硝化、脲酶抑制剂等。可抑制土壤中菌类对氮肥的分解作用，以延长氮肥在土壤中的存留时间，便于作物吸收利用。目前世界上已证明的100多种硝化抑制剂和70多种脲酶抑制剂都有一定的作用。
3.有机合成型
采用脲甲醛、草酞胺、亚异丁基二脲、亚丁烯基环二脲等有机化合物，通过人工合成方法，制成水中溶解度小的含氮有机化合物，这种肥肥效长、效果较好，但生产成本高。
4.薄膜包裹型
以不溶或难溶于水的物质作为包膜材料，把水溶性养分的肥料包裹起来，通过膜孔，不溶的养分透过包膜向外扩散，缓慢释放，以利作物吸收和利用，这种肥料也称包衣肥料、包裹肥料、涂层肥料，是缓/控释肥料中普遍采用的方法。
缓/控释肥是以各种调控机制使其养分最初缓慢释放，延长作物对其有效养分吸收利用的有效期，使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢释放或控制的肥料。这种肥料具有提高化肥利用率、减少使用量与施肥次数、降低生产成本、减少环境污染、提高农作物产品品质等优点，突出特点是其释放率和释放期与作物生长规律结合，从而使肥料养分利用率提高30％以上。
中科院离子束生物工程学重点实验室经过多年研究发明的“化肥固定控释技术”是通过对天然材料——来源于安徽省储量丰富的凹凸棒石黏土的高分子纳米材料，进行物理和生物改性利用其固有吸附性和胶体性能，与复配材料协同作用形成巨大网络，网捕住化肥养分，从而达到减少养分流失、提高化肥利用率、降低环境污染的目的。
与传统肥料相比，“控释”化肥氮肥利用率提高20％以上，所有试验点平均增产14.2％。据合肥地区多次大雨试验，坡地径流氮、磷等综合损失与普通化肥相比减少47.8％，土壤保有量由60％提高到90％。“控释”化肥生产简单、成本低、施用方便、保水松土、长效高产、抗虫害、抗倒伏，广泛适用于大田作物、经济作物、花草、苗木、绿化草地、高尔夫球场等。
华南农业大学等率先开发了保水型控释肥研究，利用高吸水树脂（HWAR）包被尿素和包膜性控释肥料，制成保水型控释肥料。目前，缓/控释新型肥料国内外发展趋势和特点如下。
①缓/控释肥料研究的技术趋势，降低成本面向大田作物。目前影响缓/控释肥料在农业生产上广泛应用的主要问题是肥料价格高，主要原因包括控释材料价位高、工艺成本高、生产设备规模小等。
②大田作物是农业生产和肥料消费的主体，因此未来控释肥料除价格因素外还有认识上的问题，认为控释肥料是高档消费肥料，包膜肥料披着“金衣”不能走向大田，只能用于草坪、花卉等高档消费领域。大田作物生长期短，对肥料养分的释放要求与草坪、花卉等有很大差异，因此，肥料的控释材料、生产工艺、设备要求可能与目前的控释肥料生产有很大不同，降低成本完全有可能。
三、微生物肥料
新型生物肥料是一类以微生物体或其生命活动产物为肥料的微生物制品，该类肥料生产成本低，不污染环境，施后能起到增产和提高农产品品质的作用，在农业可持续发展中占有重要地位。
微生物肥料大致可分为以下几类：固氮微生物肥料、微生物钾肥、微生物磷肥；另外还有“5406”和EM菌等微生物肥料。
固氮微生物肥料是微生物肥料最早出现的一种。自1888年第1次分离出固氮菌不久就出现了固氮的根瘤菌肥料。根瘤菌可使空气中的氮元素转变为氮素化合物，使土壤增加氮素营养，农作物需要的氮大部分都由土壤中各类氮细菌通过生物固氮作用而提供的，而人工合成的氮肥仅占农作物需要量的12％，因此，固氮微生物对于作物生长具有极其重要的作用。我国固氮微生物的研究始于20世纪30年代。1953年在我国东北大豆栽培中推广应用，普遍获得了增产效果。之后，对大豆根瘤菌的接种效果、大豆根瘤的发育及其生理活性作用进行了大量长期研究。由于微生物固氮过程中条件苛刻，如贫氮，另外各种类型的固氮菌固氮效果也受到植物专一性的影响，因此固氮微生物肥料领域还有待于深入研究。“5406”抗生素是20世纪50年代从西北地区的菌宿根上分离到的一株放线菌菌种“5406”，能分泌抗生素和植物生长激素，具有抗病和促进植物生长的作用。EM菌是由日本琉球大学教授经过30年的研究，开发出的EM有效微生物群，将不同种的近百种微生物聚合为一体，生产出用途广泛、应用领域较多的产品。EM菌应用于农业，可使作物明显增产；同时能改善作物的品质。国内近几年来在一些地区的试验应用，也取得了一定的实际效果，但在研究开发上亟待深入。近十年来，我国化肥总用量增加了90.7％，而粮食总产仅增加了9.1％，化肥利用率低下，造成大量的能源损失和环境污染。而微生物肥料的效率要高很多，如根瘤菌中固定的氮素几乎能够全部为豆科植物吸收利用，利用率既较高又无环境污染问题。微生物肥料有较大的产投比，单位面积使用的资金仅为化学肥料的60％～70％，而且减少化肥使用量的同时可以大幅度提高粮食产量，同时减少了环境污染，取得较大的经济效益和社会效益。
四、商品有机肥
商品有机肥在改善风味食品品质上具有化学肥料不可比拟的作用。国内外发展有机农业和无公害农业，十分强调有机肥的应用，国内在制定绿色食品的肥料标准中规定绿色食品只准施用有机肥料和微生物肥料。然而，传统有机肥料因体积大、养分浓度低、脏臭等缺点，随着化肥的出现，其在肥料中的地位逐渐下降。我国有机肥提供养分量的比例由1949年的99.9％下降到1980年的49.0％，直到目前的30％。但是，有机废弃物资源浪费和污染环境的问题却愈来愈突出，秸秆焚烧、规模化畜禽场粪污大量进入水体等造成环境严重污染。对传统有机肥料产品进行升级改造，开发替代产品，提高有机废弃物资源化利用水平，是国内外新型肥料研究的重要方向。国外相对人少地多，作物多为一年一熟，生产规模大，大型机械化操作，作物秸秆的处理除作为饲草外，主要是直接还田，田间焚烧现象较少。
发达国家十分重视研究工厂化处理畜禽粪便技术，包括快速发酵技术、除臭技术、发酵养分保全技术、发酵设备、有机肥制作的工艺设备与技术等。在日本畜禽粪便堆肥化已实现工厂化，研制的卧式转筒式和立式多层式快速堆肥装置，发酵时间1～2周，具有占地少、发酵快、质地优等特点。俄罗斯研制的有机发酵装置，生产率达到每天生产100t有机肥。美国BIOTEC2120高温堆肥系统，由10个大型旋转生物反应器组成，通过微生物发酵在72h内可处理1000多吨畜禽粪便或垃圾，使之成为优质有机肥料，这种方法对高湿物料具有特殊的作用，该系统1993年获得专利，受到联合国国际环保组织的认可。美国BEARD-ABT动态高温堆肥是在密闭大型发酵塔中进行，并且具有组装功能，分布在发酵塔中的空气喷枪可根据堆肥进程的需要自动进行通气和引风转换，达到整体最佳的生物反应效果。
韩国研制的槽式螺旋搅拌发酵系统，具有造价低、运行成本低、连续性发酵等特点，属于较先进的实用型有机物料发酵系统。另外，国外微生物除臭技术取得了很大的进展，但还是以水洗、酸吸收、碱中和等传统控制方法居多。发酵过程中养分的挥发损失较大，发达国家在控制氮素损失，减少氨气挥发方面采用多种方法，但这些方法主要用于畜禽粪便储存和运输过程中，而在堆肥过程中较少采用控制氮素损失的工艺和技术。
总的来说，国外在有机肥发酵工艺、技术和设备上已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平，但是设备造价昂贵，运行成本高，难以在国内直接推广应用。必须在引进、消化吸收的基础上，形成适合我国特点的商品化有机肥生产工艺、设备和成套技术。
中国是传统有机肥生产和使用大国。但真正对有机肥进行系统研究则始于20世纪30年代。50～60年代，其技术特点是总结农民传统经验，完善有机肥积、制、保、用技术。研究重点是高温堆肥的发酵条件以及厩肥的积制方法，还有沤制和草塘泥制有机肥。70～80年代，研究重点是沼气发酵以及对有机肥与无机肥相结合施用的肥料效应进行了大量应用基础研究，肯定了有机无机配合是我国施肥技术的基本方针。80年代末以来，我国农业生产形势和方式发生了很大的变化。每年有亿吨作物秸秆剩余难以处理，规模化畜禽养殖发展异常迅猛，有机肥研究开始探索走规模化、产业化、商品化的道路。研究的重点是秸秆直接还田技术以及工厂化处理畜禽粪便生产商品化有机无机复合肥技术。目前，我国部分复混肥厂家开始生产有机复合肥，原料主要是草炭和风化煤类，真正实行工厂化处理秸秆畜禽粪便废弃物生产商品化有机肥的厂家还较少，生产规模小，效率低，污染较严重。我国商品化有机肥生产技术还处于起步阶段，发酵技术、除臭技术、关键设备等还有待完善。
五、功能性肥料
21世纪新型肥料的重要方向之一是研究开发将作物营养与其他限制作物高产的因素相结合的多功能性肥料，它们的生产符合生态肥料工艺学的要求，其施用技术将凝聚农学、土壤学、信息学等领域的相关先进技术。功能性肥料是指具有特定功能的新型肥料，一般而言，功能性肥料包括提高水肥利用率的肥料、改善土壤肥力特征的肥料、提高作物品质的肥料、提高作物抗逆性的肥料等。新型功能肥料的研究在我国刚刚起步，结合国情，重点研究领域包括：①促进根系纵深发展，提高水分利用率和植物水分利用能力的功能性肥料开发；②调节作物生物量分配，增强作物抗倒伏及抗病虫害能力的多功能性肥料开发；③替代现有杀虫剂，既能提供营养元素又能起到杀虫作用的功能性肥料开发；④提高作物产品品质，发展优质农业的肥料开发。
有关功能性肥料的研究与开发，国内外做的工作还不多。随着保水剂研究和应用的不断发展，人们开始研究保水型功能肥料。华南农业大学等率先开展了保水型控释肥的研究，利用高吸水树脂（HWAR）包被尿素和包膜性控释肥料，制成保水型控释肥料，产品在新疆干旱地区试验，取得良好效果。目前研究产品进入中试阶段。其他方面的功能肥料研究，只有零星报道，离产业化要求相差还甚远。
六、叶面肥料
所谓叶面肥料，就是用于作物叶面施用的肥料，营养元素通过作物叶片的吸收利用而发挥其功能的一类肥料。一般而言，凡是无毒、无害并含有营养成分的肥料水溶液，按一定剂量和浓度喷洒在农作物的叶面上，起到直接或间接供给养分的作用，均可作为叶面肥料。在我国，叶面肥料的研发已成了一种新兴的肥料产业。有专家称，中国可能是叶面肥料商品牌号最多、使用最广泛的国家。
已经在农业部登记的液体叶面肥料大致有以下4种类型：①清液型，即多种营养元素、无机盐类的水溶液，又分为纯水溶液和添加螯合物的水溶液两种，一般要求其所含微量元素的总量应不少于10％。②氨基酸型，即以氨基酸为络合剂加入各种营养元素，经微生物发酵制成的氨基酸溶液，氨基酸含量不低于8％；由水解法制成的氨基酸溶液，氨基酸含量不低于10％。两者中所含微量元素均不能低于4％。③腐殖酸型，即以黄腐酸为络合剂加入各种微量元素制成，要求同②。④生长调节剂型，即在上述几种类型的叶面肥中加入生长调节剂制成。
近些年来，随着植物营养与施肥研究领域的不断拓展和化学肥料生产新工艺的持续创新，肥料市场需求正在发生着一些变化，现代农业的发展对肥料也有了多样化的要求。控释肥料、微生物肥料、配方肥、叶面肥、商品有机肥料以及功能性肥料，是国际上当前和今后一个时期新型肥料研究和开发的热点领域，代表新型肥料研究和发展的方向。开发新型肥料，为农业提供高效、优质的肥料产品，也应当是建设现代农业极为重要的组成部分。