水溶肥料的研究现状及展望

瞯综述与述评瞯

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）

摘要：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。

关键词：水溶性肥料；功能型肥料；生产工艺；水肥一体化

中图分类号：ＴＱ444 文献标识码：Ａ文章编号：１００３-３4６７（２０１６）１２-０００７-０３

ＰｒｅｓｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＷａｔｅｒ-ｓｏｌｕｂｌｅＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

ＰＥＮＧＸｉａｎｈｕｉ１，ＧＵＯＷｅｉ２，ＺＨＵＪｉｃｈｅｎ１，ＨＯＵＣｕｉｈｏｎｇ１*，ＺＨＡＮＧＢａｏｌｉｎ１（１．ＳｃhｏｏｌｏｆＣhｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＺhｅｎｇｚhｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚhｅｎｇｚhｏｕ 4５０００１，Ｃhｉｎａ；

２．LｕｏｙａｎｇＲｕｉｚｅＰｅｔｒｏｃhｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Lｔｄ，Lｕｏｙａｎｇ 4７１００３，Ｃhｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃhｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗａｔｅｒ-ｓｏｌｕｌｌｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｔhｏｍｅａｎｄａｂｏａｒｄａｒｅｉｎ-ｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｒｅｓｅａｃhａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｗａｔｅｒ-ｓｏｌｕｂｌｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｕｃhａｓａｍｉｎｏａｃｉｄ-ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ，hｕｍｉｃａｃｉｄ-ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇａｎｄｓｅａｗｅｅｄｅｘｔｒａｃｔ-ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｗａｔｅｒ-ｓｏｌｕｂｌｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ-ｓｏｌｕｂｌｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

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年份２００９２０１０２０１１２０１２２０１３２０１4２０１５产量／万ｔ３０６０１５８２２８２９６３０９３７０

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

收稿日期：２０１６-０９-２１

基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＤ０２００4０１）

作者简介：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。

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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６５4５个，其中大量元素水溶肥料１３８３个，微量元素水溶肥料１６６８个，含氨基酸的水溶肥料１６３０个，含腐植酸水溶肥料１５２７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

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