穩(wěn)定性肥料發(fā)展與展望

武志杰，石元亮，李東坡，盧宗云，魏占波，張麗莉，宮平，王玲莉，房娜娜，李杰，李忠，薛妍,2，宋玉超

（1 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽 110016；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

穩(wěn)定性肥料發(fā)展與展望

武志杰1，石元亮1，李東坡1，盧宗云1，魏占波1，張麗莉1，宮平1，王玲莉1，房娜娜1，李杰1，李忠1，薛妍1,2，宋玉超1

（1 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽 110016；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

穩(wěn)定性肥料的核心是脲酶抑制劑和硝化抑制劑，是指在肥料的生產(chǎn)過程中添加脲酶抑制劑或硝化抑制劑，或者同時添加兩種抑制劑的肥料。其良好的農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效益為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效提供重要途徑。近年來穩(wěn)定性肥料在基礎(chǔ)科研和生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域均發(fā)展較快，本文對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并指出未來的發(fā)展方向。首先，回顧了抑制劑的研發(fā)、作用機理等方面的進(jìn)展；其次，概述了穩(wěn)定性肥料的品種、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)能及推廣應(yīng)用情況；最后，對穩(wěn)定性肥料應(yīng)用后的作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了闡述。為了促進(jìn)穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，未來需要進(jìn)一步加強環(huán)境友好型抑制劑品種的研發(fā)；重視抑制劑保護(hù)技術(shù)的研究，以解決抑制劑作用效果持久性和穩(wěn)定性的問題；加強不同抑制劑配伍協(xié)同，抑制劑與增效劑復(fù)合作用機理與技術(shù)的研究；研究開發(fā)針對不同區(qū)域、不同作物的穩(wěn)定性專用肥料。

脲酶抑制劑；硝化抑制劑；植物源抑制劑；穩(wěn)定性肥料

穩(wěn)定性肥料是指在肥料的生產(chǎn)過程中，添加脲酶抑制劑或硝化抑制劑，或者同時添加兩種抑制劑的肥料。穩(wěn)定性肥料在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺之前，被稱為長效緩釋肥或長效肥。2013年，國家將穩(wěn)定性肥料納入生產(chǎn)許可證管理時，將穩(wěn)定性肥料做出了分類。即，只在肥料中添加脲酶抑制劑的肥料叫做穩(wěn)定性肥料Ⅰ型；只在肥料中添加硝化抑制劑的肥料叫做穩(wěn)定性肥料Ⅱ型；同時添加兩種抑制劑的肥料叫做穩(wěn)定性肥料Ⅲ型。脲酶抑制劑和硝化抑制劑是穩(wěn)定性肥料的技術(shù)核心。

1 抑制劑的研發(fā)和作用機理

1.1 脲酶抑制劑

尿素施入到土壤后，經(jīng)土壤脲酶作用被迅速水解成氨，容易引起氨揮發(fā)及積累大量銨，經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，易導(dǎo)致硝酸鹽淋失或氮氧化物(NOx) 排放。因此，如何抑制脲酶活性延緩尿素水解，延長尿素在土壤中存留的時間，進(jìn)而提高尿素的利用率，也成為了當(dāng)時急需解決的問題。土壤脲酶抑制劑是對土壤脲酶活性有抑制作用的化合物或元素[1]。

早在20世紀(jì)40年代，Conrad發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)可以抑制土壤脲酶活性并延緩尿素水解。從60年代開始，學(xué)者們對脲酶抑制劑開始了大量的篩選工作，當(dāng)時的研究發(fā)現(xiàn)，含硼化合物、原子量大于50的重金屬、含氟化合物、多元酚、多元醌和抗代謝物等對脲酶活性均有抑制作用，但許多的抑制劑由于受到各種條件的限制，離實際應(yīng)用相差甚遠(yuǎn)。70年代Bremner等從130多種化合物中篩選出效果較好的脲酶抑制劑為苯醌和氫醌類化合物，其中氫醌因其較高的性價比在國際上得到了大量的研究和應(yīng)用。進(jìn)入80年代，國際上已開發(fā)了近70多種有實用意義的脲酶抑制劑，主要包括醌類、多羥酚類、磷酰胺類、重金屬類、五氯硝基苯等。從抑制效果看，有機化合物中的二元酚和醌類，如氫醌 (HQ)、鄰苯二酚和P-苯醌的效果最好；無機化合物中，金屬抑制劑的Ag鹽和Hg鹽效果最好；磷酰胺類化合物，效果最好的是N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT) 和苯基磷酰二胺 (PPD)。1996年，美國IMC-Agrotain推出了Agrotain產(chǎn)品，該產(chǎn)品是一種固體和硝銨尿素液體肥料的添加劑，其活性成分是NBPT，溶劑是N-甲基吡咯烷酮及無毒的惰性緩沖溶液。Agrotain產(chǎn)品主要與尿素或其它含尿素肥料一起施用，可表施、追施、側(cè)施、噴施，降解后主要是氮、磷、硫等營養(yǎng)成分。其缺點是不能雨前施用，若降雨量超過20 mm，脲酶抑制劑的作用將顯著降低。目前，Agrotain主要集中在美國使用，施用作物主要是玉米。

脲酶抑制劑在我國的研究起步較晚，70年代中期，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所首先進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以周禮愷、張志明為代表的土壤酶學(xué)工作者率先開展了氫醌對尿素水解、氨揮發(fā)、硝化和反硝化及作物產(chǎn)量影響等方面的工作，做了大量系統(tǒng)的室內(nèi)試驗和田間試驗。自80年代后期，我國對脲酶抑制劑的研究轉(zhuǎn)向磷酸胺類化合物，主要是NBPT和PPD[2–3]。自上世紀(jì)90年代中后期以及進(jìn)入21世紀(jì)以來，脲酶抑制劑的研究種類仍多集中于HQ、NBPT和PPD，也開始運用氮標(biāo)記同位素示蹤技術(shù)來研究施用脲酶抑制劑后肥料氮的去向及土壤氮轉(zhuǎn)化，更深入地揭示了脲酶抑制劑的抑制效果[4–5]。期間也有學(xué)者開展了硫脲對脲酶活性、尿素氮轉(zhuǎn)化及玉米產(chǎn)量影響的研究[6–7]。近幾年，德國BASF公司在脲酶抑制劑NBPT的基礎(chǔ)上，研發(fā)出一種新型脲酶抑制劑LIMUS[8]，在我國華北平原對小麥和玉米均有較好的田間效果[9–10]。

脲酶抑制劑的作用機理有以下3種：1) 氧化脲酶的巰基，降低脲酶活性；2) 爭奪配位體，降低脲酶活性；3) 抑制或延緩脲酶的形成[11–12]。

目前，在世界肥料市場上已經(jīng)申請了專利并用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的脲酶抑制劑有很多，多數(shù)集中在德國、印度和美國，但是只有NBPT和HQ兩種脲酶抑制劑已經(jīng)得到實際的應(yīng)用和作為商品在市場流通。

1.2 硝化抑制劑

硝化作用由于其中間產(chǎn)物以及終產(chǎn)物的特殊性，使得其與土壤–植物–水體–大氣系統(tǒng)中的每一個環(huán)節(jié)都緊密相關(guān)，硝化作用形成的硝酸鹽易于淋失和通過反硝化作用而損失。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的不合理施用，致使其對環(huán)境的負(fù)面影響日益暴露，因此在提高氮肥利用率的途徑中，硝化抑制劑的應(yīng)用頗具吸引力[13–14]。

從廣義上來講，凡能夠延緩硝化過程反應(yīng)鏈中任一步或幾步反應(yīng)的化合物都可以稱之為硝化抑制劑[15]。但由于NO2–在土壤中存留的時間較短，所以理想的硝化抑制劑是指能抑制亞硝化細(xì)菌的活性，從而抑制硝化作用第一步反應(yīng) (氨氧化作用) 的化合物[1, 16–17]。

對硝化抑制劑的研究始于二十世紀(jì)50年代中期，美國率先開展了人工合成硝化抑制劑的研究。1962年Goring首次報道氯甲基吡啶具有硝化抑制特性，1973年美國DOW化學(xué)公司利用氯甲基吡啶開發(fā)生產(chǎn)出一種硝化抑制劑產(chǎn)品N-Server，1975年美國環(huán)保局正式批準(zhǔn)其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。雙氰胺(DCD) 雖早在1918年被報道其硝化抑制特性，但是直到80年代美國才開始把它當(dāng)作一種商品在農(nóng)業(yè)上推廣[16]。

烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴及四者的衍生物、N雜環(huán)化合物也被發(fā)現(xiàn)具有抑制硝化作用的特性[18]。

日本對硝化抑制劑也進(jìn)行了深入的研究，提出應(yīng)用的品種有 TU(硫脲)、AM (2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶)、MBT (2-巰基-苯并噻唑)、ATC (4-氨基-1,2,4-三唑鹽酸鹽)、ST (2-磺胺噻唑) 等。DMPP (3,4-二甲基吡唑磷酸鹽) 是由德國BASF公司研制的添加到肥料中的硝化抑制劑，注以商標(biāo)ENTEC (含銨態(tài)氮18.5%、硝態(tài)氮 7.5%、硫 14%、DMPP 0.29%) 投入到市場，并在歐洲、南美、澳大利亞、北非以及亞洲地區(qū)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐[17]。

我國硝化抑制劑的研究始于20世紀(jì)70年代，中科院沈陽生態(tài)所周禮愷團(tuán)隊針對硝化抑制劑DCD開展了土壤酶、硝化、反硝化等方面的研究，并在90年代推出基于DCD的長效尿素和長效碳銨產(chǎn)品。

由于單一使用脲酶抑制劑的有效作用時間較短，且僅能延緩氨揮發(fā)的生成時間，而不能減少其總損失；硝化抑制劑的作用效果則取決于尿素氮的水解產(chǎn)物在土壤中的累積進(jìn)程與數(shù)量。只有將這兩類抑制劑配合使用，發(fā)揮其協(xié)同作用，才能有效調(diào)節(jié)尿素氮在土壤中轉(zhuǎn)化的整個進(jìn)程，從而減少尿素氮的多種途徑的損失。90年代中期以后，抑制劑開始轉(zhuǎn)向復(fù)合型，即脲酶/硝化抑制劑組合和兩種脲酶抑制劑組合使用，以期觀測到二者的協(xié)同作用，涌現(xiàn)出了一大批抑制劑組合研究，如HQ + DCD、NBPT +DCD、HQ + ECC (包被碳化鈣)、NBPT + PPD、TU +DCD、TU + PPD、LNS + DCD 及 S (硫) + DCD 等等[5, 19–22]，其中 HQ+DCD 因價格低廉、使用方便、效果好等優(yōu)點使其成為最常見的組合。90年代末，中科院沈陽生態(tài)所推出復(fù)合型氮肥長效增效劑，集脲酶抑制劑、硝化抑制劑于一體，商品名為“肥隆”。21世紀(jì)以來，德國BASF公司推出DMPP，相比DCD，DMPP具有高效、低毒、穩(wěn)定的特點，使其迅速成為新型硝化抑制劑，同時也豐富了脲酶/硝化抑制劑組合的研究。國內(nèi)學(xué)者們對DMPP及其衍生物也展開了大量研究，以中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所和浙江大學(xué)等單位為代表[23–29]，DMPP較高的價格限制了其大面積推廣，武志杰團(tuán)隊研究了DMPP及其改性物質(zhì) DMP (3,5-二甲基吡唑)、DMPZP (3,5-二甲基吡唑磷酸鹽) 和 DMHMP (1-羥甲基-3,5-二甲基吡唑)、CMP (1-甲基吡唑-1 羧酰胺) 等吡唑類硝化抑制劑的室內(nèi)效果和田間效果，并篩選出幾種價格低廉、性能高效的硝化抑制劑[28, 30–32]。

硝化抑制劑的作用機理也被廣泛研究。其抑制途徑主要有：1) 通過直接影響亞硝化細(xì)菌呼吸作用過程中的電子轉(zhuǎn)移和干擾細(xì)胞色素氧化酶的功能，使亞硝化細(xì)菌無法進(jìn)行呼吸，從而抑制其生長繁殖，如DCD[33]；2) 通過螯合AMO活性位點的金屬離子來抑制硝化反應(yīng)，如Nitrapyrin[34]；3) 作為AMO底物參與催化，使催化氧化反應(yīng)的蛋白質(zhì)失活，從而抑制硝化作用，如乙炔[35]；4) 影響土壤氮的礦化和固持過程，從而對土壤硝化過程表現(xiàn)出抑制作用[36]，如單萜等萜 (烯) 類化合物。

近十年來，硝化抑制劑的研究也伴隨著分子生物技術(shù)手段的運用，逐漸轉(zhuǎn)移到了其對氮相關(guān)微生物 (主要是氨氧化微生物) 的影響研究[37–40]，國內(nèi)學(xué)者也做了相應(yīng)的研究工作[41–46]，大量硝化抑制劑被報道能夠抑制氨氧化微生物的數(shù)量和活性，尤其是氨氧化細(xì)菌，對硝化抑制劑的作用機理也有一定的補充。DMPP的作用機理仍存在爭議，還需結(jié)合分子生物學(xué)及生物化學(xué)的方法進(jìn)一步開展研究。

目前，申請了專利并注冊商標(biāo)在市場上流通的硝化抑制劑品種十分豐富，但是只有Nitrapyrin (氯甲基吡啶)、DCD和DMPP在農(nóng)業(yè)上得到大量的應(yīng)用。

1.3 植物源抑制劑和生物硝化抑制 (biological nitrification inhibition，BNI)

鑒于能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的生化抑制劑品種非常有限，且多為化工產(chǎn)品[1]，其應(yīng)用不僅會增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還可能對土壤環(huán)境和食品安全造成潛在威脅，因此開發(fā)高效、廉價、環(huán)境友好、來源充足的新型抑制劑具有重要意義。

關(guān)于植物活性成分能夠抑制尿素水解和硝化作用先前已有報道。印度以天然資源作為抑制劑的研究較為突出，如凋落的茶樹葉、楊樹葉和楝樹葉都可以作為脲酶/硝化抑制劑的原料，其中最為有效的是楝樹，其提取物能有效抑制尿素水解和減緩硝化作用[47–48]。木犀科、松科、樟科、?？啤⒉杩坪秃铱浦参锶~片水浸提液，對土壤脲酶活性的抑制率較高[49–50]，水黃皮次素 (來自豆科水黃皮屬的半紅樹植物種子) 的硝化抑制效果弱于Nitrapyrin但好于DCD[51]。用綠薄荷和黃花蒿油包裹的尿素，與DCD和對照處理相比，能顯著增加日本薄荷草本和香精油的產(chǎn)量[52]。十字花科植物的次生代謝產(chǎn)物葡萄糖異硫氰酸鹽，其一系列低分子量的含硫降解產(chǎn)物可抑制硝化細(xì)菌的生長，進(jìn)而抑制硝化作用[36]。史云峰等在室內(nèi)培養(yǎng)條件下，研究了17科30種芳香植物水浸提液對3種土壤中尿素水解和硝化作用的抑制效果。發(fā)現(xiàn)部分植物浸提液能夠抑制脲酶活性和硝化作用，菊科植物洋甘菊和蕓香科植物桔子花既能有效抑制尿素水解，又能有效減緩硝化作用[53]。

此外，植物的根系分泌物也被發(fā)現(xiàn)能夠抑制硝化作用，該現(xiàn)象被科學(xué)家描述為BNI，指的是植物根系分泌的對土壤硝化細(xì)菌有特定抑制效果的有機分子或化合物及其抑制能力。日本學(xué)者Subbara團(tuán)隊報道非洲濕生臂形牧草根系分泌物能有效抑制銨的氧化，之后進(jìn)行了一系列的研究，并將有效物質(zhì)命名為“Brachialactone”，它是一種環(huán)二萜，與Nitrapyrin和DCD相比較后，發(fā)現(xiàn)Brachialactone可視為一種高效的硝化抑制劑[54–57]。高粱根系分泌物也被發(fā)現(xiàn)能夠抑制硝化作用，鑒定出的MHPP (對羥基苯丙酸甲酯) 為硝化抑制劑，是根系分泌物中抑制活性的一部分[57]。2016年，施衛(wèi)明團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)水稻根系分泌物可以調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化，并首次鑒定到1,9-癸二醇這種硝化抑制劑，發(fā)現(xiàn)其主要通過抑制氨單加氧酶(AMO) 過程來抑制硝化作用，并明確了1,9-癸二醇是水稻根系分泌的天然物質(zhì)，其抑制效果顯著好于DCD[58]。

2 穩(wěn)定性肥料的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用推廣及其效益

2.1 穩(wěn)定性肥料的研發(fā)

隨著脲酶/硝化抑制劑的室內(nèi)、田間大量試驗示范研究的進(jìn)行，上世紀(jì)80年代初期，遼河化肥廠、盤錦化肥廠、大慶化肥廠等為代表生產(chǎn)的以脲酶抑制劑為主的緩釋尿素產(chǎn)品已應(yīng)用在東北、華北、華東等地區(qū)的大田上。緊接著，中科院沈陽生態(tài)所成功研制長效碳酸氫銨、長效尿素，并在90年代中后期，完成了長效碳銨的產(chǎn)業(yè)化，于1998年獲得了國家科技進(jìn)步二等獎。在此期間由于技術(shù)及成本的限制，穩(wěn)定性肥料均為單抑制劑類肥料產(chǎn)品。

21世紀(jì)初，在科技部“十一五”、“十二五”國家科技攻關(guān)計劃和支撐計劃項目的支持下，以中科院沈陽生態(tài)所武志杰和石元亮為代表的研究團(tuán)隊，探明了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，開發(fā)出了協(xié)同增效作用技術(shù)用于肥料改性，與施可豐化工股份有限公司、沈陽中科新型肥料有限公司、錦西天然氣化工股份有限公司和黑龍江愛農(nóng)復(fù)合肥料有限公司成功研制的脲酶/硝化抑制劑復(fù)合產(chǎn)品NAM和增銨系列產(chǎn)品開始產(chǎn)業(yè)化，其創(chuàng)新成果“長效緩釋肥料研制與應(yīng)用”于2008年獲得國家科技進(jìn)步二等獎，2010年創(chuàng)立了“穩(wěn)定性肥料技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，成員單位達(dá)到68家，并牽頭制定了《穩(wěn)定性肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2011年3月正式頒布實施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了相關(guān)定義術(shù)語，統(tǒng)一了檢驗方法，規(guī)范了穩(wěn)定性肥料市場，標(biāo)志著我國穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步入了一個新的階段。

國內(nèi)外申請專利并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性肥料產(chǎn)品已經(jīng)非常豐富，主要集中在美國、德國、日本和中國[59–61]。其中穩(wěn)定性肥料在德國的BASF和SKW公司研究生產(chǎn)較多，包括SKW公司生產(chǎn)的DIDIN?、DIDIN?-liquid、PLADIN?、Alzon47和 Alzon27等；德國 BASF 公司生產(chǎn)的 Alzon?、Nitrophos?Stabi、Nitrophoska、Plasin28l和 Basammon?Stabil肥料產(chǎn)品。美國和加拿大的穩(wěn)定性肥料產(chǎn)品均為單一抑制劑技術(shù)。美國主要有DowElanco公司生產(chǎn)的氮–吡啶，即N-Serve?；IMC-Agrico公司生產(chǎn)的Agrotain?；Vigoro工業(yè)公司、Freeport-McMoRan公司和Terra Nitrogen公司經(jīng)營的含DCD的氮肥。其中Agrotain?和 N-Serve?在北美應(yīng)用較多。

針對穩(wěn)定性肥料，我國將脲酶抑制劑和硝化抑制劑在氮素轉(zhuǎn)化調(diào)控中的協(xié)同增效技術(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，實現(xiàn)了長效復(fù)混肥和緩釋尿素一次性基施免追肥。

2.2 穩(wěn)定性肥料的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)業(yè)化

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的穩(wěn)定性肥料主要有穩(wěn)定性尿素、穩(wěn)定性復(fù)合氮肥、穩(wěn)定性復(fù)合肥和穩(wěn)定性摻混肥。穩(wěn)定性尿素生產(chǎn)中實現(xiàn)了生化抑制劑與溶劑載體的復(fù)合、與尿漿熔液的互溶與均勻分布，并進(jìn)一步研發(fā)了穩(wěn)定性大顆粒尿素的生產(chǎn)工藝。該工藝由錦西天燃?xì)饣す煞萦邢薰驹O(shè)計，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)了穩(wěn)定性復(fù)合 (混) 肥的生產(chǎn)工藝，即在生產(chǎn)流程中增設(shè)添加抑制劑的工序，所采用的是即時加入工藝。利用旋轉(zhuǎn)離心分離技術(shù)，研發(fā)出的添加劑即時加入系統(tǒng)，解決了添加劑的分解及設(shè)備腐蝕問題。

氨酸法工藝是近十年來國內(nèi)出現(xiàn)的一種最新的復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)，由施可豐化工股份有限公司設(shè)計，與傳統(tǒng)復(fù)混肥生產(chǎn)工藝相比，氨酸法工藝以其低成本、低能耗、高產(chǎn)量等特點得到了迅速發(fā)展，代表了復(fù)合肥工藝發(fā)展的一個方向，該工藝目前也被運用到穩(wěn)定性復(fù)合肥的生產(chǎn)中。在穩(wěn)定性復(fù)合肥料生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的其他類新型緩釋肥料，結(jié)合團(tuán)粒法和氨酸法，研發(fā)了穩(wěn)定性復(fù)混肥料的生產(chǎn)工藝。

抑制劑的保活加入工藝是通過研究抑制劑在穩(wěn)定性肥料生產(chǎn)中新的加入途徑、工藝和保活技術(shù)，解決了抑制劑在穩(wěn)定性復(fù)混肥料生產(chǎn)中因高溫條件的存在而容易損失的問題。而國際上對抑制劑的?；?，主要是德國BASF研發(fā)的LIMUS產(chǎn)品，劑型配方采用了聚合物技術(shù)，其產(chǎn)品的保存期也大幅延長。

2015年，我國穩(wěn)定性肥料生產(chǎn)企業(yè)約30家，產(chǎn)量約145萬噸 (見表1，僅列20家企業(yè))，其中穩(wěn)定性尿素33萬噸，穩(wěn)定性復(fù)合 (混) 肥112萬噸，年總產(chǎn)量已達(dá)世界穩(wěn)定性肥料產(chǎn)量的1/3以上，居世界第一。德國的COMPO和BASF、比利時的Solvay、北美的DOW和KOCH為國外生產(chǎn)穩(wěn)定性肥料的主要企業(yè)，2014年歐洲消費約80萬噸，北美12萬噸，中東和非洲約8萬噸。

2.3 穩(wěn)定性肥料的應(yīng)用推廣及其效益

鑒于穩(wěn)定性肥料的區(qū)域、作物選擇性，我國穩(wěn)定性肥料產(chǎn)業(yè)也開展了相關(guān)的研究。針對我國東北、黃淮海、南方紅/黃壤地區(qū)的特點，以大尺度為基準(zhǔn)，結(jié)合不同作物需肥規(guī)律及生育期的不同，研制大區(qū)域?qū)Ｓ眯头€(wěn)定性復(fù)混肥料，其中包括穩(wěn)定性玉米、小麥、水稻專用復(fù)混肥和穩(wěn)定性果菜專用肥。針對目前摻混肥料生產(chǎn)中存在的與穩(wěn)定性肥料技術(shù)無法結(jié)合、配方單一的問題，開展了顆粒型抑制劑的研究及液態(tài)抑制劑的研究開發(fā)，以適應(yīng)隨時摻混的需要，此技術(shù)主要用于生產(chǎn)水稻專用肥。

通過對全球不同地區(qū)施用硝化抑制劑的試驗進(jìn)行了Meta分析[62]，發(fā)現(xiàn)硝化抑制劑的施用可顯著降低N2O和NO的排放 (均值分別為44%和24%)，減少硝酸鹽淋溶損失 (均值為48%)，增加氨揮發(fā) (均值為20%)，總計可減少排放16.5%的凈全氮量，同時顯著增加經(jīng)濟(jì)效益。以玉米為例，每公頃可增加163美元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)于增加了8.95%。而將所研究的硝化抑制劑進(jìn)一步細(xì)分，專注于目前主流硝化抑制劑DCD和DMPP的Meta分析[63]，也取得了相似的結(jié)果。由此可見，硝化抑制劑的施用可以有效減少溫室氣體的排放，減少氮損失，并提高經(jīng)濟(jì)效益。

表 1 國內(nèi)穩(wěn)定性肥料主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)銷情況 (2015年)Table 1 Domestic main stability fertilizer manufacturer and their production and marketing situation (2015)

“十二五”期間，穩(wěn)定性肥料已在我國22個省份的水稻、玉米、小麥、蘋果、香蕉等12種作物上示范推廣。肥料產(chǎn)品達(dá)60余個，累積推廣面積已達(dá)3億畝，減少化肥投入64億元，累計增收糧食72億公斤。田間試驗表明，水稻平均增產(chǎn)率為6.5%，玉米平均增產(chǎn)率為9.8%，小麥平均增長率為11.2%。在主要作物上能夠達(dá)到一次性施肥免追肥，省時省工，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本。

綜上所述，穩(wěn)定性肥料的施用不但能夠減少溫室氣體的排放，減少氮損失，提高生態(tài)效益，而且還能增產(chǎn)增收，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 展望

環(huán)境友好、穩(wěn)定高效、緩釋控釋、有機無機、生物促生是未來肥料發(fā)展的總趨勢。如今穩(wěn)定性肥料技術(shù)在不斷集成創(chuàng)新中蓬勃發(fā)展。今后仍將繼續(xù)研發(fā)環(huán)境友好的新型抑制劑，且需要具備環(huán)保高效經(jīng)濟(jì)的特點；開發(fā)生化抑制劑的保護(hù)技術(shù)；根據(jù)不同作物及地區(qū)的特點，將穩(wěn)定性肥料的調(diào)控技術(shù)和增效劑的富集與促進(jìn)吸收的增效技術(shù)等相結(jié)合，研發(fā)有針對性的、適合不同區(qū)域、不同作物的專用穩(wěn)定性肥料。

為了進(jìn)一步促進(jìn)穩(wěn)定性肥料健康發(fā)展，還要亟需解決以下關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題：脲酶抑制劑、硝化抑制劑作用效果持久性；不同抑制劑配伍協(xié)同、抑制劑和增效劑復(fù)合作用機理與技術(shù)；不同種類氮肥專用抑制劑的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化生物化學(xué)過程調(diào)控；新型高效脲酶/硝化抑制劑的篩選與合成、專用脲酶/硝化抑制劑構(gòu)建技術(shù)；新型脲酶/硝化抑制劑活性分子模擬設(shè)計技術(shù)；提高脲酶/硝化抑制劑穩(wěn)定性、延長有效期的保護(hù)技術(shù)；與高效脲酶/硝化抑制劑相匹配的穩(wěn)定性氮肥、復(fù)混肥生產(chǎn)工藝技術(shù)等。

提高化肥利用率，降低化肥投入量，達(dá)到農(nóng)業(yè)部《到2020年化肥使用量零增長行動方案》的要求，穩(wěn)定性肥料的創(chuàng)新工作仍需進(jìn)一步開展。而未來的穩(wěn)定性肥料企業(yè)不僅要掌握化肥核心科技，更要強化產(chǎn)品研發(fā)能力、創(chuàng)新市場模式、加強行業(yè)自律。

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The development and outlook of stabilized fertilizers

WU Zhi-jie1, SHI Yuan-liang1, LI Dong-po1, LU Zong-yun1, WEI Zhan-bo1, ZHANG Li-li1, GONG Ping1, WANG Ling-li1, FANG Na-na1, LI Jie1, LI Zhong1, XUE Yan1,2, SONG Yu-chao1
( 1 Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China )

Stabilized fertilizers refer to fertilizers added with urease or/and nitrification inhibitors during manufacture. Stabilized fertilizers have showed good agronomic and environmental effects, and their application is one of the methods for cost saving and effectiveness increasing in agriculture. Scientific researches and application of the stabilized fertilizers exhibit rapid progress in recent years. We summarized relative works and proposed some research directions in the future. The key point of stabilized fertilizers is urease and nitrification inhibitors. The research and development of urease and nitrification inhibitors, as well as their effecting paths,were reviewed firstly. Then the type, manufacturing technique, productivity capacity, and the popularization and application were summarized. The crop yields and environmental effects for the application of stabilized fertilizers were discussed at last. For the sustainable development of stabilized fertilizers industry, the research and development of environmental friendly inhibitors should be paid more attention. At the same time, the technologies for inhibitors protection should be reinforced to keep their function lasing longer and stable.Furthermore, researches on the effect mechanism and methods of compatible use of different types of inhibitors,the combined use of inhibitors with synergists is necessary. Specified fertilizers for different districts, crops should also be developed in the future.

urease inhibitors; nitrification inhibitors; plant-derived inhibitors; stabilized fertilizers

2017–08–03 接受日期：2017–09–21

國家重點研發(fā)計劃課題（2017YFD0200707，2016YFD0300904）；國家自然科學(xué)基金項目（41401291，41571290）資助。

武志杰（1962—），男，山西萬榮人，研究員，長期從事新型穩(wěn)定性肥料研制與高效利用及產(chǎn)業(yè)化研究。E-mail：wuzj@iae.ac.cn