我国新型肥料产业发展战略研究

肥料产业服务于农业生产,尿素、磷铵、氯化钾和复合肥等传统化肥产品的大量投入对保障粮食安全发挥了至关重要的作用。随着我国农业发展方式从资源消耗型向绿色可持续型转变,发展新型高效肥料产业,提升肥料产品对粮食安全与生态环境安全的协同保障作用,是现阶段国家农业绿色发展的一个关键举措。新型肥料类型主要有缓/控释肥料、增值肥料、水溶肥料、商品有机肥、微生物肥料等,相比于常规施肥,施用新型肥料普遍能够提高作物产量和养分利用效率,增产率范围为4.6%～17.5%,氮肥利用率提高16.8%～52.3%,农田土壤氨挥发损失量可降低7.2%～50.7%,N₂O排放降低8.1%～40.8%,氮淋溶损失降低16.5%～43.8%,氮径流损失降低22.1%～45.4%。经过几十年的跟踪和创新,我国新型肥料形成了产业化,新型肥料总产量已位居世界前列。但由于新型肥料产业起步晚,几乎所有类型的新型肥料生产均存在原创核心技术缺乏,产品特性与农业需求匹配性不高,施肥技术和装备发展滞后,以及监管体系薄弱等问题。为推动新阶段新型肥料产业结构绿色高效转型升级,未来我国的新型肥料产业发展战略核心包括以下4个方面:1) 以农业需求为导向,提升肥料产品与生产需求的匹配度;2) 肥料增效技术由注重养分供给向土壤环境、作物吸收和有效供给综合调控发展,肥料增效材料向高效、环保和价廉方向发展,肥料产品向营养、土壤改良和抗逆等多功能发展;3) 注重最大限度地利用资源,降低能耗,通过大型肥料生产设备的优化和改造,力争实现新型肥料由二次加工到一次生产的突破,实现新型肥料生产的绿色低碳转型;4) 建立健全肥料生产、销售和使用全链条监管体系,保障新型肥料产业的高质量健康发展。     

我国水溶性肥料产业发展趋势与挑战

水溶性肥料是随水肥一体化技术普及而发展的一类新型肥料,由于管道和微孔滴水器对肥料浓度、溶解速率和水不溶物含量等方面的特殊要求,水溶性肥料有其特定的产品标准。最近几年我国水溶性肥料行业发展迅速,但出现了技术研发滞后、产品种类繁杂、质量参差不齐等问题,给产业发展带来一定的影响。本文通过文献调研,并结合对行业发展的过程分析,综述了水溶性肥料的概念和产品特点,回顾了水溶性肥料在产品标准、配方、工艺、功能和施用等方面的发展变化,从作物营养理论角度分析根区施用水溶性肥料产品的养分高效利用理论基础,明确根区环境和水肥调控是实现作物健康及优质高产高效的关键,而保证合适的养分供应配比、施用量、施用时间、施肥位置和良好的土壤环境是综合调控的主要内容。根系健康与土壤养分供应强度、容量及溶液中的离子平衡和土壤缓冲性等存在相互影响。本文根据上述理论分析指出了肥料产品和灌溉设备结合及农化服务保障的必要性,而基于当前市场发展现状,提升水溶性肥料产业需要开展原料创新和功能挖掘,加快推动产品的农化服务,创新技术营销和服务模式,进一步完善相关产品标准。文章预测功能型液体水溶性肥料 (氨基酸类、腐植酸类和有机类) 是未来最具有竞争性的水溶性肥料产品,而规模化经营会引导大量元素水溶性肥料产品低成本化,并逐步实现套餐施肥产品组合与技术服务的结合, 这些都可能刺激功能性水溶性肥料产品市场的发展。     

绿色智能肥料：矿产资源养分全量利用的创新思路与产业化途径

肥料是工农业绿色发展的纽带,是支撑绿色转型发展的重要物质。新时期我国工业和农业绿色发展均面临着生产环境代价大、资源利用效率低等重大挑战,尤其是肥料生产过程中产生了大量的养分资源无法实现高效利用。为更好解决工农业发展所面临的关键问题,本文提出了矿产资源养分全量利用思路与产业化途径,着重介绍了矿产资源养分全量利用的基本概念与内涵、利用策略和产业化途径,以期为工农交叉融合创新的绿色智能肥料产业发展提供解决方案,促进科技创新解决产业关键问题,为创新绿色智能肥料与推动化肥产业绿色转型升级提供战略支撑。     

肥料养分真实利用率计算与施肥策略

目前人们提到的我国肥料利用率数据都是基于常规公式获得的当季肥料表观利用率的计算结果,并由此认定我国肥料利用率比较低。本文提出养分真实利用率的计算方法,养分真实利用率是作物吸收的养分占种植作物消耗的养分比例。养分来源既包括施用的各种肥料养分,也包括土壤贮存的养分,其公式为:作物吸收的养分量/(施肥量-土壤养分的盈亏量)。养分真实利用率也可采用100%减去养分的损失率来计算,因各种途径未被作物吸收利用并离开耕层土壤的养分才是损失,而贮存在耕层土壤中的养分则不能算作损失。我国耕地土壤肥力的维持和作物吸收的养分都主要来自于各种肥料,因而养分真实利用率的计算公式,基本等同于肥料养分真实利用率的计算公式。利用这一新的公式,我国的肥料养分真实利用率无论是当季还是长期利用率都将远远高于当前文献报道的数据。新的算法获得的肥料养分利用率直接与肥料养分的损失率相对应,将有利于揭示肥料对粮食生产的实际贡献率和损失率,并推动土壤肥力的培育目标及施肥策略与养分损失率相对应,促进施肥技术向减少肥料损失的方向发展,而不是片面地提高目标不太明确却广泛使用的肥料表观利用率。未来大田作物的施肥量并不需要高度依赖测土施肥,而应主要依赖于作物生长对养分的消耗量和养分损失率来确定。     

有机(类)肥料与农业可持续发展和生态环境保护

随着我国农业和农村经济的快速发展,传统意义上的有机肥已经变成了固体有机废弃物而随地弃置,不仅浪费了大量的养分资源,更污染了我国的生态环境。本文总结了近年来我国有机(类)肥料研究与开发的主要进展,着重介绍有机(类)肥料产品的最新而成熟的生产技术以及施用技术,不仅为开展有机(类)肥料研究提供一些方向和思路,也为我国有机(类)肥料产业发展提供技术支撑,为发展我国可持续农业提供有效途径。     

国内外施肥机械的发展概况及需求分析

肥料是农业生产的基础物资,施肥机械是合理施用肥料的基本手段。本文分析了国外固体肥料施用机械的原理与发展情况,包括离心圆盘式撒肥机、桨叶式撒肥机、锤片式撒肥机、液体肥料施肥机械、变量施肥机械、灌溉施肥机械的发展应用情况,指出了大型化、智能化是目前国际施肥机械的发展方向。本文还分析了我国施肥机械的发展情况,我国除撒肥机外,很少有专用的施肥机械,播种施肥机在我国发展很快,主要有两大类,一类是圆盘式小麦播种施肥机,另一类是玉米播种施肥机。近年来灌溉施肥机械在我国发展很快,但使用较少。由于我国农业高度分散和高强度开发,施肥机械的研制难度大、成果转化率低。根据我国农业的发展趋势,提高肥料利用率、减少肥料损失的施肥机械是发展的重点,主要需求有肥料深施机械、追肥机械、变量施肥机械、近根施肥机械和液体肥料施肥机械等。     

化肥合理使用与农业可持续发展

本文论述了化学肥料在农业生产中的重要作用,阐明了化肥施用不合理带来的利用率下降,土壤养分失调,污染环境等问题。提出合理施用化肥,调整有、无机肥的比例,调整氮磷钾三要素的比例;推广施用中、微量元素肥料;改进施肥技术,提高化肥利用率,减少化肥污染等。     

控释肥料与平衡施肥和提高肥料利用率

肥料及施肥仍然是我国目前农业生产的重要因素。化肥对农作物增产作用占30％～40％,化肥支出约占农民全部生产性支出的50％。但是肥料利用率还较低,N约为30％～35％,P约为10％～20％,K约为35％～50％。可见,如何提高肥料利用率对农业生产和我国经济发展具有极其重大的意义。能够有效地提高肥料利用率的措施可能是,生产包容平衡施肥原理与技术的科学施肥的技术载体一控释肥料,实现作物生产期养分促释和缓释的双向调控;形成了使平衡施肥原理与技术产业化,并通过控释肥料的施用使平衡施肥原理和技术自然而然地被农民掌握和实施的完整思路。     

浅谈水稻平衡施肥的实践应用

平衡施肥是水稻生产中增收节支的关键技术之一。水稻平衡施肥在生产实践应用中,要求根据地力养分含量确定目标产量,根据目标产量确定肥料种类和数量,采取有机肥和无机肥相结合,大、中微量元素肥料平衡施用。其基础是测土,重点是配方,关键是根据不同季节、地域及生育期选择合理的施肥模式,以获取更好的经济和社会效益。     

中国化学肥料发展及其对农业的作用

回顾了中国化学肥料生产、应用的发展历程,探讨了由于化肥施用所引起的土壤养分平衡的变化;着重对稳定型肥料、复合肥和包膜肥三项新型肥料技术的研究进展进行了较为翔实的综述;基于我国化肥产业的现状,指出了我国化肥存在着品种结构不合理、投入量低、化肥资源配置不合理、养分投入比例不平衡、新型高效肥料发展缓慢等一系列问题,并对这些问题进行了分析;最后展望了我国肥料发展的趋势。     

我国茶园施肥现状与减施潜力分析

【目的】茶树是我国重要的经济作物之一,合理施肥是保证茶叶高产优质的重要措施,受茶树品种、采摘模式、栽培水平的影响,我国不同地区茶园间施肥量存在较大的差异。厘清我国茶园施肥现状,分析不同茶区施肥水平的差异,寻求差异化的减肥途径,对实现我国茶园化肥减施增效,促进茶产业可持续发展具有重要意义。【方法】依托国家茶产业技术体系试验站,本研究于2010—2014年期间在我国主要茶区调查了5000多个茶树种植单元,约占我国茶园总面积的5%。调查内容包括氮磷钾肥料品种、用量、施用时间、施用方式以及茶园面积、茶树品种、施肥成本等信息。根据肥料养分含量计算不同种植单元的氮磷钾养分投入量,有机养分替代比例,并以现行的茶园推荐施肥标准作为施肥评价依据,对不同区域茶园的施肥水平进行了评价。【结果】我国茶园的养分投入总量 (N + P₂O₅ + K₂O) 为796 kg/hm2,施用有机肥的茶园样本比例为46%,按纯养分计,茶园有机养分投入量平均占总养分投入量的15%。各省茶区年均养分投入量为N 281～745 kg/hm2、P₂O₅ 72～485 kg/hm2、K₂O 76～961 kg/hm2。参照目前的推荐肥料用量,我国有30%左右茶园存在化肥过量施用问题,其中山东、湖北、湖南、江西、四川、福建等地过量施肥问题较为突出。复合肥已成为茶园的重要肥料品种,80%的茶园施用的是等养分比例的复合肥,茶园中磷肥或者钾肥过量施用现象开始凸显,福建、江西、湖南等地过半茶园磷、钾养分投入过量。根据过量施肥茶园的现有施肥水平,通过总量控制和增加有机肥比例等途径,大约可削减30%～40%的化肥用量。【结论】我国30%的茶园化肥过量施用,80%的茶园施用的化肥氮磷钾比例不完全符合茶叶养分需求,有机肥养分所占比例偏低,只有15%。依据不同茶区养分具体管理方式、茶叶栽培特点以及土壤条件,因地制宜采取差异化的茶园化肥减施策略,大约可削减30%～40%的化肥用量。     

中国农田生态系统氮素平衡模型的建立及其应用

借助物质流分析中"输入=输出+盈余"的物质守恒原理,以氮素养分为介质建立中国农田生态系统氮素平衡模型,然后用2004年中国农业统计资料和文献查询获取的参数,估算中国不同地区的氮养分输入输出以及养分盈余并分析养分产生的环境效应。模型计算结果表明,2004年农田生态系统通过挥发、反硝化、植株蒸腾、淋溶径流和侵蚀等途径损失的氮为1132.8万t,盈余在农田生态系统土壤中的氮为1301.2万t;通过损失途径进入环境中的氮养分和盈余在农田生态系统中的单位面积耕地氮养分负荷高风险地区均集中在中国的东南沿海和部分中部地区。优化化学氮肥用量,有机氮肥与化学氮肥配合施用是降低农田生态系统氮养分污染潜势的最基本措施,针对中国不同地区因地制宜地制定合理种植结构和推广农田精准化施肥也是十分必要的。     

新形势下微生物肥料产业运行状况及发展方向

随着质量兴农、绿色兴农、品牌强农战略逐渐成为中国农业发展的主旋律，作为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品—微生物肥料，相关产业迎来了迅猛发展的黄金时期。本文综述了我国微生物肥料产业的规模、运行状况以及产业发展特征，并分别从产业层面、政府层面、市场层面、企业层面和用户 (使用者) 层面指出了产业发展中存在的痛点和难点，提出了未来5～10年产业优先研发的新技术和新产品，为推动我国微生物肥料的科技创新和产业健康有序发展提供参考。     

中国农户复合（混）肥施用效果分析

近10年来中国肥料快速走向复合化,复合（混）肥是拉动肥料产业发展的主要力量。本研究基于农业部测土配方施肥农户调研数据,对全国6个省的1143户农户水稻、小麦和玉米三大粮食作物的复合（混）肥施用现状及效果进行分析。结果表明,复合（混）肥中提供的氮磷钾养分已经占肥料投入总量的32.1%、57.0%和58.2%,其中氮复合化水平超过西欧水平。施用复合（混）肥导致三大粮食作物养分投入数量平均增加12.2%,肥料成本平均增加26.7%,但在不同作物上的增产效果差异较大,其中玉米上施用各种类型复合（混）肥均能显著增产,增产幅度平均达29.9%,有部分复合（混）肥配方在水稻上增产,大部分复合（混）肥在小麦上不增产。复合（混）肥配方制定不科学、施用不科学及假冒伪劣过多是主要原因。     

适应农业新需求，构建我国肥料领域创新体系—中国科学院学部咨询报告

通过本项目组的调研,总结出在农业新形势下,我国肥料产品、技术和政策体系仍存在以下问题:肥料产品与农业需求不匹配;技术集成无法满足农业现代化的需求;肥料经营体制不利于科学产品和技术落地;技术服务供应能力和需求不匹配;管理政策制约。解决的思路:通过肥料产品创新、技术创新、有机替代、精准施肥、体制机制创新、完善政策法规,系统构建我国肥料领域创新体系。具体建议:构建以农业需求为导向的国家化肥产品新体系,促进农业高产、土壤培肥、环境保护和资源可持续利用协调发展;加强有机肥资源高效利用,推动化肥有机替代减量;加强施肥技术服务能力建设;加强肥料科学领域的基础研究和前沿探索;加强国家绿色肥料体系建设;建议国家设立肥料重大科技专项,为上述建议的实施提供强有力的支撑和保障。     

我国农田土壤钾平衡研究进展与展望

土壤钾平衡法是一种简便易行的判断土壤钾库丰缺状况的方法,广泛应用于农田土壤钾素养分供应状况评价及科学施肥实践。本文从农田养分平衡的角度出发,通过分析钾平衡的计算方法、农田钾平衡的时空变异特征、不同作物农田钾平衡状况、钾平衡对土壤钾含量的影响4个方面,综述了近年来我国农田钾平衡研究的主要进展。研究表明,我国农田钾平衡总体表现为亏缺,时间维度上表现为自建国以来整体呈现先下降后上升趋势;但不同区域间表现不一且变异较大,部分区域的农田钾平衡状况表现为盈余;不同区域及不同作物间钾平衡呈现"两极化"发展趋势;作物之间的养分吸收特性不同以及肥料和农产品市场价格波动,这两个因素共同决定了不同作物类型之间及同种作物不同年际间钾平衡的差异;不同研究者对于我国农田钾平衡的总盈余量、单位面积盈余量以及空间变异特征所得结果差异较大,宜对所选指标体系综合分析后比较,而不宜进行直接对比;而对时间变异、不同作物种植类型农田钾平衡以及土壤钾累积规律等方面的研究结果基本一致;本质上来说,当前土壤养分库状况是一个区域的种植制度、施肥方式经过多年的累积所造成的结果,同时也决定着其未来的发展走向。为保持土壤钾养分库的稳定与提升,基于我国钾平衡研究现状,提出我国未来在养分均衡、开源节流、重视不同轮作情况下钾素的周年运筹以及关注更深层次的土壤分层钾养分库等几个改善农田钾平衡技术措施方面的研究方向。     

我国化肥减量增效的驱动因素探究

  【目的】  过量施用化肥一直是我国农业面临的突出问题。近些年，随着多种化肥减量措施的实施，我国在2016 首次实现化肥的零增长，并在2017、2018两年实现了化肥用量的持续减量，这一目标的实现对我国及全球养分管理意义重大。本研究通过对化肥减量的技术、政策、市场、服务体系等驱动因素进行深入剖析，以期揭示我国化肥减量的综合机制。  【结果】  近15年 (2005—2020年) 来，测土配方施肥、机械化施肥、水肥一体化、秸秆还田、有机肥资源化利用以及栽培等技术的发展是我国化肥减量的主要技术途径。有机肥还田、秸秆还田比例的增加，在一定程度上替代了化肥的施用。其中，2010—2019年我国实现畜禽粪便养分还田1700万t，秸秆氮磷钾养分还田近1800万t。与此同时，多重化肥减量政策的推行为我国实现化肥减量提供了制度保障，如《关于推进化肥行业转型发展的指导意见》促进了产品创新，《到2020年化肥零增长行动方案》、《畜禽粪污资源化利用行动方案 (2017—2020年) 》以及《农业绿色发展五大行动》提高了农业生产的节肥意识并促进了节肥增效技术的应用。消费者对高品质作物的需求以及经营规模的扩大等市场需求也强力助推化肥的减量增效。其中，高品质农产品需求量的不断增加，以及在农产品价格不稳定的情况下优质农产品的价格优势，加上尿素、二铵等化肥价格的上涨也促使农产品向高品质转变，与此同时大规模的土地流转伴随机械化的普及也降低了小农户施肥的随意性和盲目性。此外，政府、企业以及科研单位3个服务主体农化服务的不断完善和发展，更是推进了化肥减量“最后一公里”的实施。目前超过70%的肥料企业都在做培训、试验示范等农化服务工作，政府主导的十年测土配方施肥已经让1/3的农户施肥趋于合理水平，基于中国农业大学的科技小院模式也使得中国23个省区主要粮食作物增产10.8%～11.5%，氮肥用量减少14.7%～18.1%。  【结论】  我国已经提前实现了2020年化肥零增长的目标，其中技术、政策和服务体系都起到了不可替代的作用，这表明我国农业生产已经步入了新的阶段，但是目前我国化肥施用不合理现象仍然突出，实现化肥科学施用仍有很长的路要走。     

环渤海低平原农田生态系统养分循环与平衡研究

了解农田养分输入、输出和平衡状况,以及土壤肥力现状与变化特征,对实现养分资源优化管理、地力的持续提升、肥料利用率提高和农业可持续发展具有重要意义。基于1985年、2000年和2014年河北省南皮县国民经济统计资料,分析了从1985年到2014年县域农田生态系统养分循环与平衡状况;利用1981年第2次土壤普查和2015年实测南皮县域土壤耕层养分含量数据,探讨了耕层土壤养分变化及空间分布格局特征。结果表明,1985—2014年南皮县农田养分输入输出均呈持续上升趋势, NPK养分输入由10701 t增加至23386 t,年递增率2.33%; NPK养分来源结构略有不同, NP来源以化肥为主,其次是人畜粪尿和作物秸秆有机肥源;而K素来源主要是有机肥源。农田养分输出以作物吸收为主,占养分总输出的80%以上, NPK总输出由1985年的9093 t增加到2014年的18846 t,年均增速2.17%。从养分表观平衡的角度看,从1985年到2014年NP始终有大量盈余, P素盈余大于N素, N和P表观平衡率分别为16.8%~34.2%和26.9%~65.5%;若考虑有机氮的有效性问题,1985—2000—2014年3个时段有效氮盈亏率依次为18.1%、6.5%和-7.8%,有效氮平衡由盈余转向亏缺;而K素经历了由赤字逐渐向盈余的转变过程,由1985年的-33.5%赤字发展至2014年的33.6%盈余。受农田养分平衡状况的影响,南皮县土壤有机质、全氮、有效磷发生了显著变化,1981—2015年有机质由8.62 g·kg-1增至14.0 g·kg-1,增幅62.4%;全氮由0.542 g·kg-1增至0.908 g·kg-1,增幅67.5%;有效磷由2.0 mg·kg-1增加到20.8 mg·kg-1,增加了9.4倍。而碱解氮和有效钾变化不明显,分别由70.5 mg·kg-1和141 mg·kg-1增加到71.8 mg·kg-1和147 mg·kg-1,相对增幅仅为1.8%和4.2%。建议今后南皮县在农业生产中大力推广科学施肥技术,重视有机肥和化肥配施,推广秸秆还田,通过改进施肥方法提高肥料利用效率;养分管理中应提倡“稳氮、控磷、补钾”的施肥对策,避免过多的盈余养分进入环境。     

基于养分专家系统推荐施肥在东北玉米上的长期综合效应

为明确养分专家系统推荐施肥对东北玉米产量与收益、肥料利用率与土壤养分的长期综合效应,于2012-2020年开展了田间定位试验,共设置5处理：分别为1）不施肥（CK）;2）农民习惯施肥（FP）;3）养分专家系统推荐施肥（NE）;4）在NE基础上配施缓/控释氮肥（NER）;5）土壤测试推荐施肥（ST）。探究9 a 产量与收益、肥料利用率、土壤养分和养分平衡的变化规律。结果表明,NE和ST处理较FP处理显著降低了氮磷肥用量（P<0.05）,显著增加了钾肥用量（P<0.05）。与FP处理相比,NE、NER和ST处理提高了玉米产量、收益及其稳定性。其中均以NE处理最高,之后依次为ST和NER处理。NE、NER和ST处理肥料平均回收利用率、农学利用率和偏生产力较FP处理分别提高了29.0%～40.1%（P<0.05）、31.3%～44.3%（P<0.05）和22.0%～31.7%（P<0.05）,且均以NE处理最高。与FP处理相比,NE、NER和ST处理提高了0～30 cm土壤无机氮含量,降低了30～90 cm土壤无机氮和0～30 cm土壤有效磷含量,而不同施肥处理土壤速效钾含量差异未达显著水平（P>0.05）,其中NE处理与试验起始养分含量最为接近。9 a养分平衡结果显示,FP、NE、NER和ST处理氮、磷均表现为盈余,而钾素表现为亏缺,且NE处理氮、磷盈余量和钾亏缺量均为最低。综上,与农民习惯施肥和土壤测试推荐施肥相比,养分专家系统推荐施肥不仅可提高玉米产量、收益和肥料利用效率,并可保持土壤养分稳定。因此,它是一种适用于中国东北玉米的推荐施肥方法。