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摘要:当前发展低碳经济和有机、生态、高效农业,采用低碳技术生产和应用新型肥料,是肥料业界的一场革命和科技创新,也是我国发展现代农业的必然选择和国际农业高科枝竞争的重要领域。新型肥料的研制开发为化肥这一传统产业平添了新的生机,也为企业开辟了更为广阔的市场空间。近年来国内相关企业在新型肥料的研制方面已取得了重大技术进展。本文简要介绍了近期国内最新研制的生物酶活化磷肥、硝基腐植酸生态肥、多肽尿素、双酶尿素、水溶性肥料等5种新型肥料的开发进展及应用前景。。
我国农业已进入高产、优质,高效、生态、安全阶段,促进农民增收,农业增效已成为农业发展的主旋律。我国政府支持新型肥料的研究是极为必要的,是促进肥料品种多元化、提高施肥效益、确保粮食安全的重要手段,对于我国农业的集约、清洁,安全生产与可持续发展具有重大的战略意义。新型肥料的发展趋势与农业发展趋势密切相关,随着人口的增长,人类对粮食和农产品需求量增多,只有加快新型肥料的发展速度,才能保证农业生产沿着高产、优质、低耗和高效的方向发展。
新型肥料是有别于传统的,常规的肥料,是指加入新材料,采用新技术、新工艺,新设备,改变原有品种或剂型而创制的提高肥料利用率,适合多种土质和作物的化肥产品。新型肥料有别于常规肥料,首先在于肥料功能拓展或功效提高,除了提供养分作用以外,还具有保水、抗寒、抗旱、杀虫,防病,除草等其他功能。其次是形态更新,是指肥料的形态出现了新的变化,除了固体肥料外,根据不同使用目的而生产的液体肥料、气体肥料、膏状肥料等。此外是新型材料的应用,其中包括肥料原料、添加剂、助剂等,使肥料品种呈现多样化、复合化、功能化、易用化和高效化。
当前金融危机余波未平,市场需求乏力,化肥行业处于尿素持续低迷,磷复肥大面积亏损的困境中,产能过剩形势严峻,产业调整刻不容缓。专家指出。从本质上说,目前的化肥产能过剩其实就是基础肥料的过剩,而随着我国农业水平的不断发展,更需要走一条复合化、专业化、精细化的肥料发展道路,基础肥料总量应该控制,在新型肥料上加大开发力度才是根本出路。各种新型肥料正在迅速发展,正曰益得到市场认可。从肥料品种到产业格局的角度,发展新型肥料将成为行业发展的大趋势。在化肥产业调整大力发展新型肥料的机遇之下,新型肥料有望突破资源和市场的双重制约。产业必将进入一个加速发展的新时期。以下介绍国内近期生物酶活化磷肥、硝基腐植酸生态肥、多肽尿素、双酶尿素,水溶性肥料等一些最新研制品种的开发及应用情况。
1 生物酶活化磷肥
生物酶活化剂是在生物酶解磷菌的基础上,加入了促进磷分解的活性有机物而制取的高效活化剂,生物酶活化剂与磷矿粉均勻混合后,即可生产生物酶活化磷肥,成为一种新型的低碳环保肥料产品。用生物酶活化剂能代替硫酸生产磷肥,可节酸降耗,与普通磷肥生产相比,其生产工艺无磷矿粉与硫酸的混合、化成过程,无需专用设备,只需普通的混合设备,整个生产过程可在一个密闭的搅拌混合设备中完成,没有任何固、液、气态的污染物产生,且磷矿粉和活化剂对设备没有腐蚀。不仅降低了生产成本。简化了生产过程,而且还能充分开发我国难以利用的中低品位磷矿,大大扩充我国的有效磷资源库。这种生物酶活化剂还可以用于现有磷铵、过磷酸钙,钙镁磷肥等各种磷肥的生产。使其利用率大幅度提高,一般可节肥2整理0%,高者达30%,而肥效不减。与过磷酸钙、钙镁磷肥等传统磷肥相比,活化磷肥肥效高而生产成本大大降低。磷活化技术具有突出的减碳效果,不仅可以降低磷肥生产中的能耗物耗,还可以大幅度提高磷的利用率。
生物酶活化技术的研制成功顺应了全球性的低碳经济发展的需求,突破了国内外的经典技术框架,在常温常压的温度条件下即可生产活化磷肥,这与目前国内外通用的强酸、高温煅烧等激烈反应条件有很大区别。活化磷肥的生产过程既可免除强酸、高温煅烧的高能(碳)耗物耗,又可获得适度、均衡的水溶性,不用对过高的水溶性进行缓释处理,因而可以减少对环境污染而提高肥料利用率。与钙镁磷肥、磷矿粉,过磷酸钙、磷铵相比,生物酶活化磷肥水溶性磷动态释放特性非常明显,靠需求拉动释放,从而大大提高磷的利用率。是一种长效缓释的肥料。这种活化态肥料不仅在生产环节具有节碳低能效果,而且在使用环节也有节碳环保效果。
用生物酶活化剂生产的生物酶活化磷肥与普通磷肥相比,其优势非常明显,通过添加生物酶来提高肥料的利用率,减少了对环境造成的污染。同时有效减缓或逆转磷与土壤中的钙,铝、铁等发生沉淀反应,避免土壤中磷浓度大起大落的波动,在植物生长期内维持磷的供求平衡,从而提高其利用率,也避免普通磷肥施用过多的游离酸而造成农田板结。
近年来,中国农业科学院德州实验站与华南农业大学开展的肥效对比试验表明,施用生物酶活化磷肥的地块,作物产量和品质明显优于施用过磷酸钙,可使小麦增产9.4%、大豆增产15.4%～32.2%,水稻增产10%,甘蔗增产30.9%,辣椒增产4.6%～8.8%、菠萝增产2.9%～8.1%,西瓜增产22.7%。尤其是在甘蔗,西瓜等将碳水化合物转化为糖类的作物上,生物酶活化磷肥的施用效果更为明显。
为进一步研究发展和推广应用生物酶活化剂及低碳环保肥料生物酶活化磷肥生产技术,北京中农瑞利源高科技发展有限公司、中国农业科学院德州实验站、华南农业大学新肥料资源研究中心、国家钙,镁、磷、复合肥技术研究推广中心四家单位近期共同成立了中国首家肥料低碳技术研发中心。目前北京中农瑞利源高科技发展有限公司与华南农业大学新肥料资源研究中心已经联合开发成功生物酶高科技产品生物酶活化剂,并推出了采用生物酶活化剂技术生产的新型活化磷肥产品,生产成本比普通磷铵每吨低280元左右,市场竞争力强,是传统磷铵的升级换代的理想产品。目前该肥料已获得中国专利和美国、俄罗斯等国际专利,并荣获第十六届全国发明展览会金奖。
以生物酶活化剂为载体生产的生物酶活化磷肥,现已分别在湖北吉顺磷化有限公司、钟祥福林化工厂、湖北农乐化肥有限公司相继投产,年总产能达到30万吨。同时此项技术也与湖北龙祥磷化工有限公司,湖北金明珠化工有限公司等企业达成合作意向,届时将形成年产50万吨的生产规模。
2 硝基腐植酸生态肥
21世纪是绿色革命时代,开发及生产绿色生态肥料至关重要,近年来,经过众多的科研机构和腐植酸生产企业的共同努力,利用腐植酸类肥料改良土壤、提高化肥肥效已取得了很大的进展。腐植酸在农业上的科学合理应用及腐植酸产品开发与生产,是我国发展有机一无机复混肥料切实可行的途径。实践表明,腐植酸生产的复合肥在提高化肥利用率,改良土壤,增加作物的抗逆性能和改善农产品质方面的作用逐步受到人们重视,腐植酸绿色生态肥以实现农作物目标产量的同时追求肥料投入的最经济为目的,彻底改变传统肥料配伍观念、施肥应用模式,被称为是第三代化肥。
硝基腐植酸(NHA)外观为黑褐色粉状,微溶于水,呈酸性,含有羟基,羧基,酚羟基等活性基团,是任何煤种经硝酸氧化后生成的一种高活性腐植酸的产物。在所有的煤种中,褐煤的氧化活性最高,硝酸氧化后,褐煤的腐植酸收率都明显提高。利用泥炭、褐煤,风化煤等含有腐植酸的低级别煤在硝酸作用下,其中的腐植酸被硝化和氧化,生成具有较高化学活性和生物活性的多环硝基芳香羧酸的混合物硝基腐植酸。硝基腐植酸中腐植酸含量≥45%、水分≤15%,盐基交换容量(以干基计)≥205mol/mg,可增强作物体内过氧化氢酶,多酚氧化酶的活性,刺激生理代谢,具有改变化肥特性、改良土壤结构、增强抗逆特性、改善果实质量等特性。
硝基腐植酸的生产工艺为将原料煤粉碎后与硝酸,水在反应器中混合、加热,在90℃下反应1小时左右,离心分离后过滤,将固体干燥,得NHA产品,每吨产品成本约900元。硝酸废液含有黄腐酸和各种无机盐,可用于提取黄腐酸或制造液体肥料,由于硝酸来源较少和价格高,只有在充足硝酸资源条件的地方才适于用该方法加工。此外,为节省硝酸且不排放废液,最好采用干法工艺,即固/液比不超过0.5。美国和日本采用生产硝酸过程中产生的含有HNO3蒸汽、NO2、NO,N2O4气处理低级别煤来生产硝基腐植酸、既能降低生产成本又可减少环境污染。此外,硝酸反应尾气(主要是NO和NO2)有毒性,尾气处理无疑是不可忽视的一个重要环节。除采用碱液吸收,分子筛吸附及催化还原法除掉大部分NOx后,可用泥炭+碱(氨或石灰)吸附残余尾气,获得较好的;争化效果,吸附饱和的泥炭还可用于制作肥料。
作为制备高效有机一无机复混肥的原料,硝基腐植酸对肥料有明显增效作用,如将尿素100℃下熔融后加入硝基腐植酸,混合后得到具有较好缓释性能、质量稳定的硝基腐植酸尿素。又如用硝基腐植酸生产的硝基腐植酸铵复合肥,是一种有机和无机混合的多功能复合肥料,既有有机肥料的长效性,又兼有无机化肥的速效性,还有改良土壤的特效性,是一种理想的发展绿色生态农业产品的新型肥料。这种肥料中含有腐植酸(以干基计,下同)≥10%、N≥7.2%、P2O5≥6.4%、K2O≥6.4%、水分≤15%,除富含腐殖酸铵、黄腐酸、氨基酸,多肽等水溶性有机物外,还按作物生长需要配进氮、磷、钾、微量元素,能提供农作物生长发育所需的氮、磷、钾和钙,镁、硫以及锌、锰、钼,铁等微量元素和生长刺激素,既能提高肥料的利用率,获得增产,又有改善农产品的质量,提高农业经济效益、生态效益和社会效益,在增产节肥、增收节支上,一般增产率达15%～20%,最高可达30%以上。
除可用作化肥增效剂,生产多功能高效复合肥料外,硝基腐植酸还具有广泛的应用领域,可用于土壤改良剂、水稻育秧调酸剂、石油钻井液处理剂、陶瓷泥料添加剂、混凝土减水剂、重金属吸附剂等方面。低级别煤生产硝基腐植酸及绿色生态复合肥。是变废为宝的高效利用途径,符合国家节能减排、绿色环保、矿肥结合的方针和产业政策,对于我国现行化肥企业的产品结构调整,深化有整理机农业、发展现代农业具有深远的战略意义,特別适合环境治理、生态农业建设、无公害农业生产,绿色环保产品和循环经济发展的需要。
3 多肽尿素