水溶肥料的研究现状及展望

彭贤辉 ， 郭 巍 ， 朱基琛 ， 侯翠红 * ， 张保林

(1.郑州大学 化工与能源学院 ， 河南 郑州 450001 ； 2.洛阳瑞泽石化工程有限公司 ， 河南 洛阳 471003)

•综述与述评•

水溶肥料的研究现状及展望

彭贤辉1， 郭 巍2， 朱基琛1， 侯翠红1 *， 张保林1

(1.郑州大学 化工与能源学院 ， 河南 郑州 450001 ； 2.洛阳瑞泽石化工程有限公司 ， 河南 洛阳 471003)

综述了国内外水溶肥料的研究现状、生产工艺，功能型水溶肥料(包括含氨基酸、含腐植酸及含海藻提取物水溶肥料)的研究、生产及应用现状，并介绍了水溶肥料存在的问题和发展前景。

水溶性肥料 ； 功能型肥料 ； 生产工艺 ； 水肥一体化

水溶肥料是经过水溶解或稀释，用于灌溉施肥、叶面施肥、无土栽培、浸种蘸根等用途的液体或固体肥料[1]。它不仅含有作物所需的氮、磷、钾等营养元素，还可以含有腐植酸、氨基酸、海藻酸、植物生长调节剂等营养成分，不但生产成本低，而且其利用效率比传统肥料高一倍左右[2-3]。水溶肥料与灌溉设施相结合，施肥方式简单，具有节水、节肥、省工、环保等优点，是环保型、可持续发展的新型肥料。

1 水溶肥料国内外研究现状

我国水溶肥料起步于20世纪，早期的发展较慢。1995年，水溶性肥料开始进入中国，水溶肥料主要从代理进口，价格很高，只有经济价值很高的花卉才能用得起。21世纪初，一些潜在的消费市场开始显现，国内的一些企业开始开发和生产水溶肥料。2007年，伴随着农业、环保政策的重视及水肥一体化的推广，水溶肥料在我国的推广快速增加，很多传统的肥料公司都开始涉足水溶肥料的生产，如芭田股份、新都化工等。随着国家节水农业、环保农业政策的出台，传统肥料产能过剩的刺激及水肥一体化技术的推广，推动了水溶肥料的发展。我国水溶肥料产量的逐年增长情况见表1[4]。

表1 国内近年来水溶肥料产量变化

近年来，国内水溶肥料的研发大多是在大、中、微量营养元素中添加腐植酸、氨基酸、甲壳素、海藻提取物等营养物质[5-8]。还有很多企业利用需要排放的工业废料酵母液、糠醛渣、木醋酸、壳聚糖等，经过发酵、沤制、浓缩等过程转变为有机营养物质，再混配大量元素、螯合中微量营养元素生产水溶肥料[9]。在实现废物利用，减少污染的同时，也创造了经济价值。

从国内申请专利的情况来看，含腐植酸水溶肥料和含氨基酸水溶肥料的专利较多。仅2014-2015年间，国内相继公布了多项水溶肥料的专利：张承林等[10]公布了一种高磷高锌液体肥的制备专利；孙小刚等[11]开发了一种含黄腐酸的高氮型水溶肥料，其中营养除了氮、磷、钾之外，还包含中微量元素锌、硼、镁、锰、铁，且各含量均高于行业标准中的最低要求；Wang[12]通过大豆豆粕固态发酵生产出富含氨基酸的水溶肥料，并对其在油菜上的施用效果进行实验，得出豆粕中氮回收率高达99.07%，并且能够增强油菜根系生长，根长、根重都相应增加；李小杏等[13]利用膨化羽毛粉沤制、加热生产含氨基酸水溶肥料；豆亚妮等[14]利用糠醛渣制备含腐植酸螯合态水溶肥料，以糠醛行业废渣为原料，生产经济价值很高的水溶肥料。从申请的专利来看，很多都是利用工业、农业生产中的副产品，提取生物活性物质，来生产水溶肥料。

从生产状况来看，2015年我国水溶肥料产量为370万t，主要生产企业有山东金正大、深圳芭田、湖北喜施利及山东史丹利等，其产量都超过30万t/a。截止到2015年6月1日，在农业部登记的水溶肥料品种有6 545个，其中大量元素水溶肥料1 383个，微量元素水溶肥料1 668个，含氨基酸的水溶肥料1 630个，含腐植酸水溶肥料1 527个，中量元素水溶肥料240个，有机水溶肥料97个[15]。国内各种水溶肥料的产量相差较大，其中大量元素水溶肥料占68%，中量元素的占10%，腐植酸水溶肥料占12%，其他类型的占10%。

国外对水溶肥料的研究，起步较早，现在已经非常成熟。据美联社统计，2014年水溶肥料市场主要被加拿大、美国、以色列、挪威这些国家主导。美国有液体肥料工厂近300家，液体肥料占总肥料量的38%[16]。以色列液体肥料工厂生产逾400种配方，满足全国各种作物不同生产阶段需要，“水肥一体化”应用比例达90%以上[17]。预计到2020年，水溶肥料产量将以年5.6%的速率增长，其产值将达到153亿美元[18]。

国外比较著名的水溶肥料有挪威海德鲁光合有限公司的翠康系列产品，德国康朴(COMPO)公司的狮马牌、康朴牌系列产品，其产品在国内销售遍布新疆、甘肃、黑龙江等十余个省份，在深圳成立子公司深圳市德华肥料有限公司。美国施可得(Scotts)公司的花多多、奥绿、爱果利丰系列产品，智利化学矿业公司(SQM)的优聪素、多聚硼、瑞恩系列产品等，其中很多品牌都已进入我国。

2 水溶肥料的生产工艺

水溶肥料的生产过程主要包括配料、混合、出料、包装,产品为液体或固体，液体包括清液型和悬浮型，固体有颗粒状、粉状及膏状。

原料选择对水溶肥料的影响至关重要，直接影响水溶肥料的水溶性和稳定性。原料选择有两个指标：原料的水不溶物含量与原料的盐度指数。通常大量元素原料有尿素、硝铵、磷酸盐、聚磷酸铵、磷酸脲、硝酸钾等，中微量元素原料通常为元素的盐类，如硫酸盐、硝酸盐等。

混合工艺直接影响水溶肥料的质量，包括原料的加料顺序、混合系统的酸碱度、体系的温度等因素，都对最终的产品品质有直接的影响。混合过程中涉及到溶解、结晶等物理过程及螯合等化学过程，是整个生产工艺的关键步骤。

营养元素之间的混合溶解存在拮抗作用，不同原料在同一溶液体系中溶解存在拮抗作用，原料之间形成新的难溶物质，都会影响水溶肥料的溶解性，导致结晶、沉淀、分层等问题。合肥工业大学王亮亮[19]采用相图研究不同水溶肥料原料的溶解平衡来指导混配水溶肥料，通过相图，可以划定溶解平衡区，便于设定全水溶的配方。物理混配的水溶肥料中水不溶物的含量比较高，用于滴灌、喷灌系统，很容易造成管路堵塞现象[20]。当磷酸盐作为磷源时，磷酸根离子易与微量元素的盐离子发生沉淀，严重影响水溶肥料的质量。因此采用物理混配生产水溶肥料时，可以采用水溶性聚磷酸铵作为磷源，聚磷酸铵不但磷含量高，还能与金属离子螯合而共存[21-22]。化学合成的方法是将原料在一定的条件下化学反应生成新的稳定物质，最终得到全水溶的产品。

3 功能型水溶肥料

功能型水溶肥料由大、中、微量营养元素肥料和生物活性物质复配而成，使其具有特定的功能，其添加的生物活性物质有腐植酸、氨基酸、海藻提取物等。功能型水溶肥料因其添加的功能型活性物质不同，其具有的功能也不同，但总体上来说，由于加入了生物活性物质和其他有益成分，其对作物的生长有良好的调节作用[23]。常见的功能型水溶肥料有促根型、抗逆型、改土型、除草型、抗病型等多种功能型水溶肥料。

腐植酸能释放出活泼氢离子，使腐植酸表现出弱酸性和化学反应性，具有较强的离子交换性、吸附、络(螯)合作用。在分散体系中可作为聚电解质，有凝聚、胶溶、分散等作用[24]。因此含腐植酸的水溶肥料具有增加土壤团粒结构；提高土壤阳离子吸收性能，增加土壤保肥能力，对化学肥料具有调控和增效作用等功能[25-27]。氨基酸易被作物吸收进入植物体内而被利用，对调节作物生长、增加作物产量、改善品质、增强作物抗逆性、提高养分利用率等都有很大的作用[28]；氨基酸还能螯合微量元素，提高微量营养元素的利用效率[29]。氨基酸能与金属离子按一定比例以共价键结合而成氨基端、羧基端与金属离子按一定的配比形成环状结构，具有良好的化学稳定性[30]。海藻提取物中富含氨基酸、维生素、植物生长调节剂、海藻酸等营养成分，能够促进种子发芽，提高作物品质，增强作物抗逆性[31]。

功能型水溶肥料是相对于简单物理混配的产品，不但具有外观好、品相均匀等特点，速溶性和吸收率更好。大田试验的结果表明，螯合态微量营养元素肥效通常是无机微肥的2～5倍[32]。研究表明，盆栽玉米施加了螯合态微量元素肥料后，作物鲜重增加了46.5%，干重增加了28.5%，同时作物的抗病能力和抗倒伏性能都显著增强[33]。

4 水溶肥料存在问题及展望

目前，水溶肥料存在产品及规模参差不齐、监管不严、价格偏高、与水溶肥料配套的水肥一体化灌溉设施落后、现代化农业灌溉技术还不成熟等问题,严重影响了水溶肥料的推广。

目前水溶肥料正从单纯营养型向功能型发展,从常规营养释放形态向缓、控释形态发展，随着现代农业集约化、规模化、自动化的发展，节水灌溉农业将进一步发展，水溶肥料的推广与应用将不断增加。

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Present Situation and Prospect of Water-soluble Fertilizer

PENG Xianhui1, GUO Wei2, ZHU Jichen1, HOU Cuihong1*, ZHANG Baolin1

(1.School of Chemical Engineering and Energy , Zhengzhou University , Zhengzhou 450001 , China ; 2.Luoyang Ruize Petrochemical Engineering Co. Ltd , Luoyang 471003 , China)

Research status and production process of water-solulle fertilizer at home and aboard are introduced,reseach and production,application of statis functional water-soluble fertilizer such as amino acid-containing,humic acid-containing and seaweed extract-containing water-soluble fertilizer are summarized,as well as existing problems and development prospect are introduced.

water-soluble fertilizer ; functional fertilizer ; production process ; integration of fertilizer

2016-09-21

“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFD0200401)

彭贤辉(1991-)，男，硕士研究生，从事腐植酸水溶肥的研究工作；联系人：侯翠红(1970-)，女，教授，从事磷复肥技术研发工作，E-mail:hch92@zzu.edu.cn。

TQ444

A

1003-3467(2016)12-0007-03