，，，

(中國科學(xué)院 沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽 110016)

通過施肥，補充土壤養(yǎng)分，滿足作物生長的需要，是提高作物產(chǎn)量最迅速、最有效的重要措施之一。肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入最大的一類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，約占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總投入的二分之一。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)估計，肥料在農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)中的作用占40%～60%，可見解決好肥料的生產(chǎn)及施用問題事關(guān)重大。肥料的概念最早形成于1840年德國化學(xué)家李比希提出的“植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”和“養(yǎng)分歸還學(xué)說”。根據(jù)李比希的農(nóng)業(yè)化學(xué)思想，國際肥料工業(yè)協(xié)會(IFIA)將肥料定義為：①能供給土壤養(yǎng)分滿足作物高產(chǎn)需要；②補償因植物收獲、淋失和氣態(tài)揮發(fā)所造成的土壤養(yǎng)分損失；③能維持和改善土壤肥力狀況的農(nóng)用生產(chǎn)資料。這一定義從肥料的使用價值上說明了肥料應(yīng)具備的功能屬性[1]。

有機肥是最古老的肥料。在中國，早在兩三千年以前就有了施用有機肥的文字記載，而化學(xué)肥料的施用較晚。1809年，智利發(fā)現(xiàn)硝石(硝酸鈉)，氮肥最早被用于農(nóng)業(yè)；1842年，英國首先利用硫酸和糞化石生產(chǎn)過磷酸鈣，建成了世界上第一個過磷酸鈣工廠；1861年，德國開始利用光鹵石生產(chǎn)氯化鉀；1913年，德國用Haber-Bosch工藝合成氨，隨后開始生產(chǎn)硝酸和硝銨；1922年，尿素在德國開始商業(yè)化生產(chǎn)。從而分別揭開了植物營養(yǎng)三要素——氮肥、磷肥、鉀肥工業(yè)發(fā)展的序幕。

近六十年來，隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，肥料科學(xué)領(lǐng)域的新知識、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，肥料向復(fù)合高效、緩釋控釋(長效)和環(huán)境友好等多方向發(fā)展。因而，我們把利用新方法、新工藝生產(chǎn)的具有上述特征的肥料稱為新型肥料，以區(qū)別于傳統(tǒng)化肥工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)單質(zhì)肥料和復(fù)合肥料以及未經(jīng)深加工的有機肥料。它是針對傳統(tǒng)肥料的利用率低、易污染環(huán)境、施用不便等缺點，對其進行的物理、化學(xué)或生物化學(xué)改性后生產(chǎn)出的一類新產(chǎn)品。為適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新要求，新型肥料作為一種有助于改善環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的農(nóng)用生產(chǎn)資料發(fā)展迅速[1]。

1 “十一五”時期我國新型高效肥料取得的主要進展

“十一五”期間，在國家科技支撐計劃的支持下，我國新型高效肥料研究與技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)研發(fā)出一批具有較大產(chǎn)業(yè)化前景的科研成果，初步形成了以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新體系，為該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)，并涌現(xiàn)出一批高速成長、發(fā)展?jié)摿薮蟮钠髽I(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模。目前，我國從事新型高效肥料研究的科研機構(gòu)有30余家，從事產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和推廣應(yīng)用的單位有70余家，大部分是采用產(chǎn)學(xué)研合作的研發(fā)和推廣模式。 “十一五”期間，我國新型高效肥料領(lǐng)域共獲得多項國家及省部級科技獎勵。

主要技術(shù)進展：①緩控釋肥料方面：建立了無溶劑原位表面反應(yīng)包衣控釋技術(shù)工藝、水基樹脂控釋技術(shù)和工藝，使控釋肥料無溶劑、零排放；自行研制了自動化控制側(cè)噴旋流流化床，并實現(xiàn)工業(yè)化制造，首創(chuàng)了轉(zhuǎn)鼓流化床樹脂包膜工藝技術(shù)，創(chuàng)建了熱固性樹脂、熱塑性樹脂、硫和硫加樹脂、復(fù)合材料多層包膜工藝的控釋肥料大規(guī)模生產(chǎn)線，年產(chǎn)能達60萬t，使我國成為世界上規(guī)模較大、品種比較豐富的緩控釋肥料生產(chǎn)基地。②穩(wěn)定肥料方面：首次探明脲酶和硝化抑制劑在氮素轉(zhuǎn)化調(diào)控中的協(xié)同增效作用及協(xié)同作用的土壤酶學(xué)機理，豐富了土壤酶學(xué)和肥料學(xué)的理論。并開發(fā)出協(xié)同增效作用技術(shù)用于肥料改性，解決了單一抑制劑作用時間短、氮肥轉(zhuǎn)化釋放過快的問題，使氮的有效期達到120 d，是普通肥料有效期的2.0～2.5倍，實現(xiàn)了長效復(fù)混肥和緩釋尿素一次性基施免追肥。該技術(shù)已在國內(nèi)48家肥料企業(yè)推廣應(yīng)用，累計生產(chǎn)長效緩釋肥料317.6萬t。③復(fù)混肥料方面：構(gòu)建了復(fù)合(混)肥料氮肥總量控制分期調(diào)控、磷鉀肥恒量監(jiān)控和微量元素因缺補缺的區(qū)域配肥理論與技術(shù)；初步建立了有機無機復(fù)合(混)肥料優(yōu)化化學(xué)肥料養(yǎng)分高效利用的理論與技術(shù)體系；研制出保水型、防病型和緩釋型等系列功能性復(fù)合(混)肥料新產(chǎn)品，推動了復(fù)合(混)肥料功能升級。④有機肥料方面：獲得了適合各類畜禽糞便快速堆肥的“起爆劑”和設(shè)備，研發(fā)和建立了高效條垛式堆肥工藝和相應(yīng)的設(shè)備，研制出與拮抗微生物特征碳源相匹配的以堆肥為主體的有機載體和抗土傳病害的生物有機肥。

盡管我國新型肥料研究與開發(fā)取得了長足的進展，也凝聚了一批技術(shù)力量，建立了一批試驗示范基地，但與發(fā)達國家相比，我國新型高效肥料的發(fā)展存在總體研發(fā)水平較低、重復(fù)研發(fā)、研究力量分散、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、新產(chǎn)品新技術(shù)開發(fā)速度慢等問題，在緩控釋肥工程技術(shù)研發(fā)、成果集成和轉(zhuǎn)化速度等方面，遠不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

2 未來肥料發(fā)展的問題與主要趨勢

2.1 復(fù)合(復(fù)混)高效是滿足作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，是未來肥料發(fā)展的總趨勢

為了保證作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，不僅要施用足夠數(shù)量的肥料，而且其所含養(yǎng)分要有一個適宜的比例，并且要通過商品化復(fù)合(混合)后提供給用戶。

近年來，國內(nèi)外化肥生產(chǎn)的總趨勢是發(fā)展高效復(fù)混肥料，減少副成分，以滿足作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的需要，節(jié)約包裝運輸、貯存和施用的花費，提高肥效。復(fù)混肥料是逐步發(fā)展的，二十世紀初美國把普通過磷酸鈣、智利硝石等混合起來施用，后來又把粉狀的過磷酸鈣、硫酸銨、氯化鉀等混合起來施肥。隨著基礎(chǔ)化肥工業(yè)的發(fā)展，二十世紀五六十年代，磷銨、重過磷酸鈣、尿素等高濃度化肥的大量生產(chǎn)，和被用于肥料的二次加工，使復(fù)混肥的濃度由20%提高至40%左右。隨著技術(shù)的進步，出現(xiàn)了一批成熟的加工工藝，裝備也趨向于大型化[2-9]。二十世紀六七十年代，復(fù)混肥料的發(fā)展速度極快。目前，美國、西歐、北歐各國和日本等國家的化肥消費結(jié)構(gòu)中有35%～45%的氮、80%～85%的磷和85%～90%的鉀由復(fù)混肥提供。換言之，大部分氮磷鉀是加工成復(fù)混肥料后進入市場的。美國和英國79%的化肥以復(fù)混肥料銷售；日本、法國、德國和其它西歐諸國也都在60%～80%之間。發(fā)展中國家如拉美的委內(nèi)瑞拉、哥倫比亞等國，亞洲的韓國和泰國，非洲的尼日利亞、喀麥隆等國家，其復(fù)混肥料的使用也分別達到化肥消耗總量的70%～75%。美國有中小型復(fù)混肥料工廠近萬個，其中有6 000多個生產(chǎn)散裝混配肥料(B.B肥)。近年來，有些國家還生產(chǎn)出養(yǎng)分含量更高的復(fù)合肥，如美國生產(chǎn)的聚磷酸銨(16-62-0)、聚磷酸鉀(0-57-37)、偏磷酸鉀，德國研制的三磷化氮、磷氧酰銨和磷氮酰銨，都是超高濃度的復(fù)合肥。不僅生產(chǎn)包括大量元素的混合肥料，還生產(chǎn)含有鈣、鎂、硫等中量元素的多元復(fù)合肥料，并正在研制含有有機物質(zhì)、生長激素、除草劑、農(nóng)藥及微量元素的多功能復(fù)合肥料。復(fù)混肥料的發(fā)展程度，已成為衡量一個國家化肥工業(yè)發(fā)展程度的標準之一[10-18]。

我國復(fù)合肥生產(chǎn)和應(yīng)用起步較晚。在二十世紀五十年代，上?；ぱ芯吭洪_始試制含有氮磷或磷鉀的二元復(fù)合肥料。二十世紀六十年代，生產(chǎn)了磷酸銨復(fù)合肥，并在某些經(jīng)濟作物區(qū)推廣施用。迄今，全國持有生產(chǎn)許可證的復(fù)混肥料生產(chǎn)企業(yè)達1 746家，總生產(chǎn)能力達2 000萬t·a-1[8-9,19]。

這一總趨勢表明，未來肥料的發(fā)展必須從平衡供給作物養(yǎng)分這一宏觀角度出發(fā)，施用氮、磷、鉀的比例達到1∶0.4～0.45∶0.25，并根據(jù)各地的實際情況，合理配伍中、微量元素肥料；其次，針對我國國情，應(yīng)借鑒美國的做法，大力發(fā)展混配肥料(B.B肥)，對氮、磷、鉀等基礎(chǔ)肥料的顆粒大小進行規(guī)范和制定相應(yīng)的國家標準，加快開發(fā)大顆粒尿素及其相匹配的同粒徑同密度顆粒磷、鉀基礎(chǔ)肥料，加強縣級范圍內(nèi)土壤測試和肥料配方研究，研制適合我國國情的摻混設(shè)備和工藝，酌情發(fā)展硝酸磷肥、磷酸銨等復(fù)合肥料；第三，肥料學(xué)研究將朝“環(huán)境友好與可控釋放”方向發(fā)展，這將為解決農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與食物安全、食品安全問題從理論上和實踐上奠定基礎(chǔ)[20]。

2.2 緩釋、控釋和環(huán)境友好是未來肥料科學(xué)研究的重點

盡管化肥在促進我國糧食增產(chǎn)上起到了舉足輕重的作用，但和發(fā)達國家相比，仍存在著相當(dāng)大的差距。據(jù)全國化肥網(wǎng)及中國科學(xué)院南京土壤所長期研究表明，我國氮肥當(dāng)季利用率僅為30%～35%，遠低于世界發(fā)達國家的水平[1]。農(nóng)田氮素損失率為30%～50%，每年通過淋溶、揮發(fā)等途徑損失化肥氮約900萬t，價值約350億元，并造成嚴重的環(huán)境污染。肥料產(chǎn)品的低質(zhì)性及使用的不合理，已使我國水體受到不同程度的污染。我國130多個大型湖泊中已有60多個遭到包括富營養(yǎng)化在內(nèi)的嚴重污染，其中云南滇池的污染最為嚴重；京、津、唐地區(qū)69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水、飲用水中硝酸鹽含量有半數(shù)以上超標。其原因主要為：我國化肥生產(chǎn)品種單一，以低濃度單質(zhì)速溶化肥為主，氮肥中的低濃度速溶碳酸氫銨仍占48%左右，高濃度尿素占43%左右，效果較好的復(fù)混肥只占化肥總產(chǎn)量的10%左右。而且這些肥料的養(yǎng)分釋放速度不能人為控制，釋放速度太快，作物來不及吸收，損失嚴重。長期大量的科學(xué)研究表明，肥料利用率低下、特別是氮肥中氮素不能為作物充分利用的一個重要原因，現(xiàn)有化學(xué)肥料溶解過快，由此加快了土壤微生物對肥料的分解，也加快了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、揮發(fā)、淋失及物理化學(xué)固定等。因此，減緩和控制肥料的溶解和釋放速度，已成為提高作物對肥料利用效率的有效途徑之一[20]。

近幾十年來，世界各國在化肥(主要是氮肥)的生產(chǎn)和施用中幾乎同時出現(xiàn)一種相似的現(xiàn)象：即施肥量迅猛增加，但糧食產(chǎn)量卻未相應(yīng)快速增長。如美國，40 a來氮肥的施用量增加了13倍，而同期玉米作物吸收的氮素只增加了3倍；英國在小麥作物中也有類似的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象引發(fā)了人們對施肥的經(jīng)濟效益、資源有效利用及環(huán)境問題的反思[21-26]。

反思之一，就是試圖研制一種能夠緩慢釋放或按作物需肥規(guī)律供給養(yǎng)分的緩釋肥料(我國一般稱為長效肥料)或控釋肥料。一般來說，農(nóng)作物對養(yǎng)分的吸收速度，在一個生長期中，大體呈S形，即開始較慢，隨后大大加快，以后又逐漸變慢。如果某種肥料能夠按作物的這種需肥規(guī)律供給養(yǎng)分，釋放出的養(yǎng)分很快被作物吸收，肥料的養(yǎng)分損失就會大大降低，利用率就會大大提高[1,27-29]。這就是緩釋、控釋肥料的最終目標。自從1924年脲醛肥料取得專利以來，緩釋肥料已有長足進步，近年已發(fā)展到可控釋放肥料(Controlled availability fertilizers，CAFs),而且有一部分已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實際應(yīng)用，現(xiàn)在市場上以商業(yè)產(chǎn)品銷售的緩釋/控釋肥料已達數(shù)十種[30]。

緩釋和控釋肥料的定義與劃分，一直是一個具有爭議的問題。究其原因，有人們對緩釋和控釋概念理解上的不同，以及所采用的評判標準不同的因素，也有新型緩釋和控釋肥料接連地出現(xiàn)，不斷地沖擊著原有的概念。

國際肥料工業(yè)協(xié)會對緩釋和控釋肥料的定義為：①所含養(yǎng)分形式在施肥后能緩慢被作物吸收與利用的肥料；②所含養(yǎng)分比速效肥(例如硝銨、尿素、磷銨、氯化鉀)有更長肥效的肥料；并認為緩釋與控釋之間沒有嚴格的區(qū)別。美國植物食品管理署(AAPFCO)在它的官方用語和定義中，同時使用二者。不過該機構(gòu)遵循慣例，將能被微生物分解的含氮化合物(如脲醛化合物等)稱為緩釋肥料，將包被(Coated)或包囊(Encapsulated)的產(chǎn)品稱為控釋肥料[1]。進一步，美國植物食品管理署(AAPFCO)和國際肥料工業(yè)協(xié)會(IFA)將尿素與醛類化合物的縮合產(chǎn)物稱為緩釋肥料，包被或包囊肥料稱為控釋肥料，而添有抑制劑的肥料稱為穩(wěn)定化肥料。在我國，則將這些肥料統(tǒng)稱為緩控釋肥料或長效肥。我們認為，需要明確的是：①釋出的物質(zhì)何所指，是肥料顆粒的分子，還是它所含有的主要營養(yǎng)元素。②什么是真正意義上的緩釋和控釋。不論是縮合物或是包裹物，其溶解或溶出的應(yīng)該是肥料分子，而其中的主要營養(yǎng)元素需經(jīng)解離或生物化學(xué)轉(zhuǎn)化后才能釋至土壤。所謂的緩釋，該是肥料分子的緩釋。添有抑制劑的則不同，它延緩的是肥料分子中主要營養(yǎng)元素的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化進程。以氮肥為例，我們更多關(guān)注的是氮肥氮，而不是它的伴隨離子在土壤中的行為。由此，真正意義上的緩釋，應(yīng)該指的是肥料成分中主要營養(yǎng)元素的緩釋。當(dāng)然，這里并不排斥肥料分子的緩釋的作用和意義。關(guān)于控釋，則應(yīng)該指的是根據(jù)作物生長發(fā)育的需要，適時地使肥料分子中的主要營養(yǎng)元素以可給態(tài)的形式釋放出來供作物吸收和利用。例如，對于氮素，作物通常在營養(yǎng)生長盛期和生殖生長盛期有兩個吸收高峰。所謂控釋，就是要使施入土壤中的氮肥氮能在這兩個時期較大數(shù)量地釋出。因此，在調(diào)節(jié)肥料氮在土中的釋出速率時，既有延緩，也有加速。從這個意義上講，現(xiàn)在稱之為控釋肥料的包被肥料或包囊肥料，并不是真正意義上的控釋肥料；而真正意義的控釋肥料的研制，正是我們需要努力的方向[20]。

歐洲標準委員會(CEN)對評判緩釋肥料(TC 260/WG 4/TFsrf)作了如下說明：若其肥料所含養(yǎng)分的釋放在25℃時能滿足下列三個條件，則該肥料可稱為緩釋肥料：①24 h釋放量不大于15%；②28 d釋放量不超過75%；③在規(guī)定的時間內(nèi)，至少有75%被釋放。這一標準是以肥料養(yǎng)分在水中的溶出率來評價的[1]。

許秀成根據(jù)多年對緩、控釋肥料的研究提出，應(yīng)以緩、控釋肥料在土壤中的實際效果來評價其緩釋性能，因為化學(xué)肥料的肥效期不僅取決于肥料本身的溶解性或養(yǎng)分釋放期，還與它在土壤中的行為密切相關(guān)[9]。

值得注意的是，樊小林和廖宗文將促釋的概念引入控釋肥料，并將控釋肥料定義為：以有機-無機肥為基體，依據(jù)橫向-縱向平衡施肥理論，用物理、化學(xué)、物理化學(xué)及生物化學(xué)的手段調(diào)節(jié)和控制養(yǎng)分促釋和緩釋，通過工業(yè)制造生產(chǎn)包容平衡施肥原理和技術(shù)等農(nóng)藝措施的科學(xué)施肥技術(shù)載體。它能依據(jù)作物營養(yǎng)的階段性和連續(xù)性等營養(yǎng)特性，調(diào)控氮、磷、鉀及必要微量元素等養(yǎng)分的供應(yīng)強度與容量，使促釋和緩釋協(xié)調(diào)，達到供肥緩、急相濟的效果。這一定義中所講的控釋已經(jīng)突破了控釋技術(shù)的定義[31]。

未來緩釋控釋肥料的研究重點，應(yīng)集中在以下幾個方面：篩選新型高效抑制劑和促釋劑；研究環(huán)境友好控釋材料和緩釋控釋肥料的生產(chǎn)工藝；獲悉控釋材料的控釋機理和肥料養(yǎng)分的釋放動力學(xué)，特別是在“異?？厮佟崩碚撗芯可弦兴黄?。同時，要了解不同土壤及不同作物的供肥及需肥規(guī)律，以確定控釋肥料的釋放速率和配方；開發(fā)稻田抑氨分子膜，重點開展抑氨分子膜的自然物質(zhì)提取和生物化學(xué)合成技術(shù)研究，深入探討成膜物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、分子去向以及分子排列與抑制氨揮發(fā)效果的關(guān)系[20]。

2.3 開發(fā)生物肥料、保護生態(tài)與環(huán)境，是今后肥料科學(xué)面臨的重要任務(wù)

生物肥料是指利用植物殘體、動物廢棄物以及微生物菌劑等生物體生產(chǎn)的肥料。我國在農(nóng)田生物物質(zhì)的循環(huán)利用方面有悠久的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗。將作物殘體、動物的廢棄物、以及微生物菌劑直接或發(fā)酵后返還到土壤中，是農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)再利用的最好方式。我國一些古老的農(nóng)業(yè)地區(qū)，從事耕種已逾數(shù)千年，土壤肥力不僅持久不衰，而且越種越肥，這主是依賴于生物肥料的施用[33-34]。

有機廢棄物經(jīng)處理后即可作為生物肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生物肥料在培肥地力、改善作物品質(zhì)與風(fēng)味、提高農(nóng)產(chǎn)品附加值等方面具有重要作用。據(jù)統(tǒng)計，我國有機廢棄物養(yǎng)分總儲量超過7 700萬t，其中氮2 700萬t～3 500萬t，磷(P2O5)850萬t～1 000萬t，鉀(K2O)3 100萬t～4 200萬t。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和商品經(jīng)濟的發(fā)展，中國悠久的利用生物有機肥料的習(xí)慣受到了沖擊。全國總的趨勢是化肥使用量增加迅猛，有機肥使用量日趨減少。有些地區(qū)農(nóng)家肥使用量減少，綠肥作物種植面積下降，大、中城鎮(zhèn)糞肥利用很少，特別是一些大中型畜禽場還沒有充分利用這些寶貴的資源，反而污染了周圍的環(huán)境。造成這種狀況的原因，一是普遍對有機肥工作不重視；二是積造有機肥料的勞動強度大，運輸困難，手段落后，加上商品經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)民的價值觀念發(fā)生了變化，過分注意眼前的經(jīng)濟收入而輕視長遠的經(jīng)濟效益[33，36-37]。有機肥提供養(yǎng)分量的比例已由1949年的99.1%，下降到2000年的30%，2003年下降到25%，近年更是只有20%左右。與歐美等發(fā)達國家相比，我國有機養(yǎng)分與無機養(yǎng)分的比例為1∶4，而歐盟目前有機無機養(yǎng)分投入比例為1∶1。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過多依賴化學(xué)養(yǎng)分，浪費了寶貴的有機養(yǎng)分和能源資源，污染了環(huán)境。

針對這些問題，從發(fā)展我國的無公害農(nóng)業(yè)、實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品清潔生產(chǎn)的需要出發(fā)，要盡快出臺國家耕地培育法，在肥料資源的統(tǒng)籌管理上要走出一條以綜合養(yǎng)分管理(Integrated Plant Nutrition Management)為主，充分發(fā)揮養(yǎng)分再循環(huán)利用的養(yǎng)分高效利用之路。大力發(fā)展秸桿還田或過腹還田；積極推廣畜禽糞便等動植物廢棄物快速堆腐技術(shù)；把肥飼兼用型綠肥納入種植計劃；選擇那些養(yǎng)分濃度較高，來源和劑型穩(wěn)定，商品性好而無異味的有機物料作為有機肥料原料，生產(chǎn)商品化的有機肥料或有機無機復(fù)混肥料；在解決好高效菌株篩選、菌株活性保護的前提下，研發(fā)生物有機肥料和微生物肥料(或稱接菌劑)，在特定作物上加以應(yīng)用[34,36,39-43]。

2.4 “物理肥料”也將在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮一定的作用

近年來，科學(xué)家們試圖研制一些能夠通過物理作用產(chǎn)生具有肥料效應(yīng)的新型肥料。研究表明，大自然中的聲、光(激光)、電、磁、氣、核、熱、雷等物理現(xiàn)象能對農(nóng)作物起到如同高效化肥一樣的功效和作用，可作為農(nóng)作物的有效肥源。這種肥料不需要通過化學(xué)方法合成，而只通過物理方法加以利用即可，被稱作“物理肥料”。它不是補充土壤中的物質(zhì)，而是通過植物體內(nèi)的生化反應(yīng),使農(nóng)作物對營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用更充分，促進植物生長發(fā)育?！拔锢矸柿稀辈粌H能大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量、縮短農(nóng)作物的成熟期，改善果實品質(zhì)，提高作物的抗病能力，而且清潔、衛(wèi)生，對土壤及環(huán)境無污染，且資源取之不竭。

2.4.1光肥。不同的光譜對農(nóng)作物生長有不同的作用。植物吸收陽光具有選擇性。波長390 nm～760 nm的光對植物光合作用有效。在這一波段波長不同的光對作物的作用不同：藍紫光和紅光可增強葉綠素的光合能力，促進植物生長；紅光能提高作物的含糖量，藍光可增加作物的蛋白質(zhì)含量。目前，已利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高科技的一種重要物資-轉(zhuǎn)光劑作為光肥，將一定轉(zhuǎn)光劑添加到聚乙烯農(nóng)膜中得到轉(zhuǎn)光膜，可以將紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成植物生長所需要的紅或橙色光[44]，改善作物光照條件，減少使用農(nóng)藥和化肥，實現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)。根據(jù)農(nóng)作物對不同波長光的需求制成各種單色冷光管的“光肥”照射作物，加速植物體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。現(xiàn)在已研制出各種顏色的農(nóng)膜，改變太陽光譜成分，提高植物的光合效率。未來研制開發(fā)及廣泛使用大陽光資源，將是最經(jīng)濟又實惠的物理肥料。

激光肥料是光肥的一種，激光本身是輻射射線，在適合的激光媒體和特定環(huán)境條件下，激光就會產(chǎn)生獨特物理性質(zhì)的光束。利用激光處理種子、植株及灌溉用水，適宜的光子射入細胞，能加速作物細胞的生化動力學(xué)過程，提高種子發(fā)芽率，增強植株的光合作用，減輕作物病害，早熟高產(chǎn)。

2.4.2磁肥。地球上強大的磁力能引起農(nóng)作物體內(nèi)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)變化，使植物體細胞內(nèi)物質(zhì)的氧化、還原、分解和合成加快，促進物質(zhì)代謝，提高作物產(chǎn)量。磁肥本身不能被作物吸收，是通過與植物的生物磁場相互作用產(chǎn)生磁生物效應(yīng)，增強種子內(nèi)部酶的活性，提高作物吸收各種養(yǎng)分和光合作用能力。未來應(yīng)重點研制系列化磁肥和復(fù)合化磁肥。復(fù)合化磁肥主要由磁性物質(zhì)和微量元素復(fù)配而成，應(yīng)用磁和微量元素的綜合生物效應(yīng)，既促進作物對所加元素和土壤中各種養(yǎng)分的吸收，又可提高作物的抗病能力和抗逆性。研制集物理、化學(xué)和生物肥料于一體的、兼有各類復(fù)、混肥料的優(yōu)點、融入獨特的磁化技術(shù)而成的全新型綜合物理、化學(xué)及生物肥料的新型磁化肥，是未來磁肥的研究方向[45]。

2.4.3電肥。一切生物都生長在地球表面空間的巨大電場之中，植物是帶電體，由于能量代謝，植物細胞內(nèi)、外存在著電位差，每個細胞都是一個“微型電池”，對其施加電力能使其不斷“充電”，以電力作為肥料能加快植物細胞分裂速度，促進植物生長。外加一個電場增大植物體與大氣間的電壓，可加強光合作用，促進細胞的新陳代謝，植物種子發(fā)芽迅速，提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)，作物體內(nèi)的電位同大氣中的電位差越大，作物的光合作用越強。隨著高科技的發(fā)展，在設(shè)施農(nóng)業(yè)和勞動密集型農(nóng)業(yè)地區(qū)，研制應(yīng)用增加電場的技術(shù)與設(shè)備是未來電肥應(yīng)用的必然趨勢。

2.4.4聲肥。作物吸收聲波后可增加細胞活力，加速細胞分裂，促進細胞新陳代謝，調(diào)節(jié)植物體生長發(fā)育。不同頻率的聲調(diào)對農(nóng)作物有著不同的刺激作用，輕柔優(yōu)美的音樂可調(diào)節(jié)農(nóng)作物的新陳代謝，定時給作物一些輕柔、優(yōu)美的音樂，作物會長得既快又好。超聲波頻率比樂曲高，能量大，超聲波能使植物種皮軟化、細胞膜透性增大，可促進植物細胞內(nèi)部物質(zhì)的氧化、還原、分解和合成，增加農(nóng)作物產(chǎn)量；具有促進種子發(fā)芽、加速作物生長和提高農(nóng)作物產(chǎn)量的作用?，F(xiàn)已研制出“聲肥儀”，能發(fā)出低頻聲波，產(chǎn)生振動，使作物表面氣孔張開，葉片噴肥后增強作物吸收能力[46]。未來聲肥將向著根據(jù)不同作物生理特點和同種作物的不同生育時期研制不同波長的聲波專用肥發(fā)展，使聲肥的運用發(fā)揮最大的效能。

2.4.5氣肥。能對植物生長產(chǎn)生促進作用的氣體統(tǒng)稱為氣肥，如二氧化碳、甲烷等。二氧化碳是植物光合作用必不可少的原料，可增加作物碳素營養(yǎng)，在缺乏二氧化碳的情況下，作物補充二氧化碳可顯著增加產(chǎn)量；天然氣中的甲烷能加快土壤中微生物繁殖，微生物可改善土壤結(jié)構(gòu)，促進植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)。氣肥是一種發(fā)展前途很大的誘人肥料，隨著人們對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)要求的提高，氣肥的施用將越來越受到重視，研發(fā)清潔廉價氣肥將是未來氣肥發(fā)展的趨勢。

值得注意的是物理肥料不是補充土壤中的物質(zhì)，而是通過加速植物體內(nèi)的生化反應(yīng)，使植物對有效物質(zhì)的吸收更充分，吸收量更大，從而促進作物生長發(fā)育，實現(xiàn)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。物理肥料具有比其它農(nóng)業(yè)技術(shù)能耗低，可有效控制農(nóng)藥和化肥的使用量，提高產(chǎn)量，有效減少農(nóng)產(chǎn)品中有害殘留物，有益于人體的健康等優(yōu)點，今后一個時期將受到植物生理學(xué)家和肥料學(xué)家的密切關(guān)注和高度重視。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上物理肥料將作為一種輔助肥料，為農(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。但其作用機理和適宜作物、條件等還需要進一步深入探討。

2.5 加強中量元素、微量元素及有益元素的營養(yǎng)機理和肥效研究，已提到議事日程

中、微量元素缺乏一直是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要因子之一。鈣、鎂、硫等作為高等植物營養(yǎng)的必需元素，自1860年前后就已確認。我國在二十世紀對中量元素營養(yǎng)與施肥做了一些研究工作。二十世紀八十年代以來，我國微量元素肥料的研究與應(yīng)用得到了較全面的發(fā)展，普遍開展了土壤微量元素含量調(diào)查和肥效試驗，在部分土壤上進行了微量元素吸附固定、解析釋放特點、及作物對微量元素缺乏適應(yīng)機理的研究。近30 a來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速。一方面，隨著大量元素肥料的大量施用和作物產(chǎn)量的進一步提高，以及經(jīng)濟作物的快速發(fā)展，作物微量元素營養(yǎng)失調(diào)現(xiàn)象日益凸顯，已經(jīng)成為限制因子；另一方面，微量元素與人體健康的關(guān)系日益受到關(guān)注。如何通過施肥等措施提高某些與健康密切相關(guān)的元素含量和生物有效性，已成為中微量營養(yǎng)元素肥料研究的熱點之一。但現(xiàn)有的研究缺乏系統(tǒng)性，缺少協(xié)調(diào)，研究與生產(chǎn)脫節(jié)、低水平重復(fù)。因此有必要組織重大研究計劃，對土壤中微量元素的形態(tài)和轉(zhuǎn)化、重要農(nóng)業(yè)土壤中的中、微量元素的吸附解吸狀況以及大比例尺土壤中微量元素含量圖的編制等進行深入研究，研制系列中微量元素肥料，逐步解決我國中、微量元素肥料品種少和成分不適宜的問題，避免施用不當(dāng)和濫施。

3 我國未來肥料科學(xué)的主要任務(wù)和應(yīng)重視的問題

綜上所述，未來我國肥料科學(xué)的發(fā)展，一是要面向國家農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，統(tǒng)籌國家肥料資源。這包括：增加化肥的供應(yīng)量，調(diào)整化肥供應(yīng)中養(yǎng)分比例和品種結(jié)構(gòu)，大力提高化肥的利用率，研究有機肥料應(yīng)用存在的法制、利益機制和科學(xué)問題，形成符合我國國情的、具有中國特色的穩(wěn)定的有機-無機施肥體系。二是要面向世界肥料科學(xué)前沿，切實搞好植物營養(yǎng)和肥料科學(xué)的基礎(chǔ)研究。

3.1 養(yǎng)分資源宏觀管理信息系統(tǒng)的研究

加強全國化肥網(wǎng)和土壤肥力、肥料效應(yīng)監(jiān)測基地的建設(shè)，運用現(xiàn)代信息技術(shù)和土壤植物營養(yǎng)的最新技術(shù)，對我國養(yǎng)分資源的利用現(xiàn)狀、存在問題與潛力進行全面調(diào)查與評價。

立足于全部耕地及無機、有機養(yǎng)分資源，依據(jù)養(yǎng)分平衡原理，利用3S技術(shù)，著手建立為宏觀決策服務(wù)的養(yǎng)分資源管理信息系統(tǒng)，為我國不同區(qū)域的有機肥料、無機肥料生產(chǎn)、分配調(diào)節(jié)和科學(xué)施用等提供科學(xué)指導(dǎo)。

3.2 單質(zhì)肥料二次加工-農(nóng)化服務(wù)體系研究

在現(xiàn)有單質(zhì)肥料生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展大顆粒基礎(chǔ)單質(zhì)肥料的生產(chǎn)，研究適合我國基層采用的土壤-植物營養(yǎng)測試技術(shù)、不同土壤和作物的肥料配方，以及配套的加工技術(shù)等，建立集加工生產(chǎn)、銷售和推薦施用于一體，科學(xué)施肥與產(chǎn)品結(jié)合的服務(wù)體系。

3.3 近代植物營養(yǎng)與肥料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

植物自身養(yǎng)分再利用與提高植物對土壤養(yǎng)分利用潛力方面：當(dāng)代植物營養(yǎng)研究表明，調(diào)控植物細胞質(zhì)外體是提高植物自身養(yǎng)分再利用和提高植物對土壤中肥料利用率的一個新途徑，但這方面的研究剛剛開始，有待進一步深入研究；不同植物營養(yǎng)-遺傳基因型的作物品種，其肥料利用率的變幅在24%～82%之間。養(yǎng)分利用高效型品種比低效型品種的肥料利用率可相差3倍，C4植物比C3植物有較高的氮素利用效率。目前，植物營養(yǎng)生物技術(shù)的研究已在大麥(C3植物)和玉米(C4植物)上對提高氮素利用率的葉片誘導(dǎo)活性酶NR基因克隆的序列分析已經(jīng)完成，為C4植物高效氮素利用的遺傳基因轉(zhuǎn)移給C3植物奠定了基礎(chǔ)。

肥料利用率研究方面：深入研究營養(yǎng)元素作為肥料施入土壤后的轉(zhuǎn)化規(guī)律和損失途徑，及不同營養(yǎng)元素之間的協(xié)同或拮抗作用及其機理。肥料中養(yǎng)分的疊加利用率比當(dāng)季利用率一般提高150%～200%。因此，應(yīng)把傳統(tǒng)的當(dāng)季肥料利用率研究，擴大到輪作條件下肥料疊加利用率的研究上來，以提高施肥的經(jīng)濟效益。

環(huán)境友好高效肥料研究方面：篩選環(huán)境友好和高效價廉的抑制劑，研究生物化學(xué)途徑與物理包膜相結(jié)合的控釋機理，發(fā)展“異粒控速”、“緩釋促釋”理論，研制相應(yīng)的控釋肥料，探討植物對有機物的吸收轉(zhuǎn)化和利用機制，研制新型有機肥料。

生命元素和有益元素的作用機理及其在食物鏈中的循環(huán)與調(diào)節(jié)：研究植物生命元素和有益元素的生理功能和增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)的機理，探索通過施肥改善動物和人類健康的途徑。

根際界面營養(yǎng)生態(tài)過程與微域養(yǎng)分管理：研究根際微域養(yǎng)分的活化、吸收、運輸?shù)冗^程，建立根際微域養(yǎng)分管理理論。

參考文獻：

[1] 武志杰，陳利軍.緩釋/控釋肥料:原理與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,2003.

[2] Shu W S,H P Xia,Z Q Zhang,et al.Use of vetiver and three other grasses for revegetation of Pb/Zn mine-tailings:Field experiment[J].International Journal of Phytoremediation.Beijing,China.2002,4(1):47-57.

[3] Yadav S P.Improvement in Operational Efficiency of IFFCO's Complex Fertilizer Plant at Kandla[J].Fertiliser News,2002,147 (12):39-42.

[4] Lin C,G Z Li,Y X Wang,et al.An Exploration on the Technology of Waste Treatment and Comprehensive Utilization in Stock Farm[C].International Symposium on Biogas Technology(Anaerobic Digestion)and Sustainable Development,2000,313-316.

[5] Dorneanu A,E Dorneanu,T Cioroianu,et al.Ecological fertilization of agricultural crops using foliar fertilizers[C].12th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering,Bucharest,Romania,2001,98-103.

[6] Holloway G,Q Paris.Production efficiency in the von Liebig model[J].American Journal of Agricultural Economics,2002,84(5):1271-1278.

[7] Kang B K,Y K Kang,S Y Kang,et al.Effect of root media formulation and fertilizer application on potato seedling growth and field performance[J].Korean Journal of Crop Science,2001,46(2):125-129.

[8] Liu J F,P G Yi,A G Chen.Furfural residues from straw become complex fertilizer by addition method[J].Journal of Environmental Sciences,2000,12(2):199-202.

[9] 許秀成,王好斌,李的萍.包裹型緩釋/控制釋放肥料專題報告[J].磷肥與復(fù)肥,2000,15(4):5-7.

[10] Suresh K,G R Ramsubba.Effect of organic and inorganic sources of nutrients on growth and yield ofrice[J].Oryza,2002,39(1): 57-59.

[11] Walker G M,T R A Magee,C R Holland.Effect of humidity on NPK fertilizer drying[J].Drying Technology,1997,15(10):2565-2575.

[12] Ota S Z.Complex fertilizer particle and its production.JP,JP2000302586.200010311.

[13] Tosoh C.Mixed fertilizer.JP.JP01197379,19890809.

[14] Norsk H A.NPK complex fertilizer.US.US04713108A .19871215.

[15] Grace S,P Horticlutural.Improved solubility compound fertilizer compositions.US.O09213813A2.19920820.

[16] Saidou A,B H Janssen,E J M Temminghoff.Effects of soil properties,mulch and NPK fertilizer on maize yields and nutrient budgets on ferralitic soils in southern Benin[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2003,100(2):265-273．

[17] 付桂珍,楊三漢,邱紅勝.緩釋長效復(fù)合肥的開發(fā)及應(yīng)用前景[J].安徽化工,2008,34(2):9-12.

[18] 汪家銘.新型肥料的開發(fā)及應(yīng)用進展[J].化學(xué)工業(yè),2010,28(7):30-34.

[19] Li Z M,L J Sun,Y Zhao.Basic research on using waste as compound fertilizer[C].4th International Symposium on East Asian Resources Recycling Technology.Kunming,China,1997.

[20] 張海軍.包膜與添加抑制劑結(jié)合型尿素的控效機理[D].中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所.2004.

[21] Bremner J M,H S Chai.Effects of phosphoroamides on ammonia volatilization and nitrite accumulation in soils treated with urea[J].Biology and Fertility of Soils,1989,8(3):227-230.

[22] Smil V.Nitrogen in crop production: An account of global flows[J].Global Biogeochemical cycles,1999,13(2):647-662.

[23] 陳森森,韓效釗,馬友華,等.緩釋/控釋包膜肥料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].安徽化工,2008,34(4):18-21.

[24] 張秀紅.包膜肥料研究進展[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程,2009,33(4):48-50.

[25] Hauck R D.Slow release and bio-inhibitor-amended nitrogen fertilizers[M].In:Engelstad O P (eds.),Fertilizer Technology and Use,Madison,WI:Soil Science Society of America,1985.

[26] Hagin J,S R Olsen,A Shaviv.Review of interaction of ammonium-nitrate and potassium nutrition of crops[J].Journal of Plant Nutrition,1990,13(10):1211-1226.

[27] 孫家琪,宋學(xué)君,孫 挺,等.包膜型控釋肥料的研究概況[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,34(2):30-33.

[28] 朱利平,衛(wèi)樹銀,任冬生,等.包膜肥料的研究進展[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,12(6):40-42.

[29] Sadao S J.Controlled release fertilizer: Properties and utilization[M].Konno Printing Company Ltd,1999.

[30] 李的萍,王好斌,許秀成.樂喜施控制釋放肥料與國外同類產(chǎn)品的比較[J].磷肥與復(fù)肥,1998,13(1):59-60.

[31] 樊小林,廖宗文.控釋肥料與平衡施肥和提高肥料利用率[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,1998,4(3):219-223.

[32] 馮元琦.再議緩釋/控釋肥料—21世紀肥料[J].磷肥與復(fù)肥,2004,19(6):1-3.

[33] 徐志平.畜禽廢棄物污染與商品有機肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].耕作與栽培,2003(5):57-58.

[34] 康天宇,李 延,楊卓亞.中國有機肥產(chǎn)業(yè)前景廣闊[J].福建農(nóng)業(yè)科技,2000(4):44-45.

[35] 張維理，林 葆.西歐發(fā)達國家提高化肥利用率的途徑[J].土壤肥料,1998(5):3-9.

[36] 劉慧穎，柳云波，徐 冰.幾種商品有機肥生產(chǎn)技術(shù)和發(fā)展趨勢[J].雜糧作物,2004,24(3):171-173.

[37] 牟善積,何明華,盧樹昌,等.重談有機肥與化肥并重[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2000,7(3):30-34.

[38] 包春連,許 杰.生物肥料及其在有機農(nóng)業(yè)中的作用[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2005(5):20-21.

[39] 張 強,秦 濤,張紅艷,等.微生物肥料的研究應(yīng)用進展[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,42(增):159-160.

[40] 沈阿林,王永歧,王守剛,等.微生物肥料研發(fā)現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2004(4):34-36.

[41] 王光祖.微生物肥料對土壤肥力的影響[J].上海農(nóng)業(yè)科技,2005(1):101-102.

[42] 白 木,子 蔭.微生物肥料前景廣闊[J].磷肥與復(fù)肥,2004,19(2):56-57.

[43] 葛 誠.我國微生物肥料的發(fā)展現(xiàn)狀和正確使用[J].中國農(nóng)業(yè)信息,2005(3):6-7.

[44] 梁 誠.農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光劑研究與應(yīng)用進展[J].化工文摘,2004(6):37-40.

[45] 李 強,許同林.專用型粉煤灰磁肥的研發(fā)與應(yīng)用[J].粉煤灰,2003(3):28-30.

[46] 馬鐵山,郝改蓮.物理肥料在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)雜志,2004,21(6):62-63.