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【专访.张民】控释肥的现在与未来
  • 2018-1-8
  • 来源:农业环境科学
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【导读】控释肥在中国顺着减肥增效的号召而发展迅速,发展过程中也存在着很多人对它的误解:控释肥不适宜干旱土地及沙质土地使用?控释肥所包膜的残留会造成二次污染?等等这些问题。对于这些质疑,山东农业大学张民教授这样说……

今天专访 — 张民

张民:山东农业大学资源与环境学院教授、博士生导师

 

 

“与普通化肥相比,施用控释肥可显著降低肥料氮素的挥发与淋失,大幅度提高肥料养分的利用率,既节省了肥料资源,还极大地减少了施肥对大气和水环境的污染。”——张民

 

专    访

 

2017 年年末,我们在山东农业大学对张民老师进行了专访。对于控释肥未来的一些展望、面对各种有关控释肥质疑的一一回应、以及如何把技术转让给企业的经验之谈,等等这些听过张老师的回答后,我们也更加接近这位控释肥界的大众明星。

 

问:张老师您好,时隔半年再次见到您,依旧感觉那么的亲切。我们知道您在控释肥领域取得了重大的创新成果,请问和普通化肥相比,控释肥有哪些优势呢?

 

张民:欢迎你回到母校。控释肥是通过预先设定肥料在作物生长季节的释放模式,使其养分释放规律与作物养分吸收相同步,从而达到提高肥料利用率的一类肥料。控释肥一季作物可一次使用,省工省时。

 

控释肥按照植物的需要源源不断地供给最直接有效的养分,促使植物生长更健壮。普通化肥的养分释放迅速,施用后使植物处在烧根、烧苗的危险之中。相比之下,控释显示出其得天独厚的优势,不仅施用一次可根据植物的需要持续不断地供给养分达3~12 个月的时间,而且对植物安全,不会造成烧根、烧苗,并易于保存,使用方便。不仅适用于各种大田农作物,而且尤其适合在绿色食品、无公害食品的生产和各种经济作物、观赏植物上应用。

 

大量试验和示范表明,我们研制生产的控释肥控释时间可在2-12 个月,在水稻、玉米、小麦、棉花、花生、烟草、果树、蔬菜、花卉、草坪等作物上均有极显著地增加产量、改善品质或提高观赏价值的效果,氮肥利用率比普通对照肥料提高50%至1 倍以上,在减少1/3-1/2 用量的情况下,仍有明显的增产或促进生长发育的效果,并可改善品质,一季作物,可一次使用,省工省时。

 

同时由于施用控释肥可极显著地降低肥料氮素的挥发与淋失,大幅度地提高了肥料养分的利用率,既节省了肥料资源,还极大地减少了施肥对大气和水环境的污染。

 

 

问:控释肥的优势您刚才说了很多,这种优势是显而易见的,但是我看到也有人在说控释肥在缺少水分的情况下,养分无法有效释放,这就不适宜干旱土地及砂质土地使用。这个问题是真实存在的吗?

 

张民:你说的这种情况是很不对的,控释肥这种由聚合物树脂包膜的颗粒肥料施用后,土壤或基质中的水分使膜内颗粒吸水膨胀,并缓慢溶解,扩散到膜外,将在2~12 个月的时间里持续不断地释放养分。其释放速率受膜内外水汽压的控制,与土壤和基质的温度呈正相关,但在土壤或基质中水汽压达到饱和的情况下与土壤或基质的含水量无关

 

因此,与通常想象的不适用于干旱土和砂质土壤的想法正相反,控释肥尤其适合在干旱土、砂质土和缺少水分的情况下施用,在干旱区或砂质土壤中,控释肥释放速率受膜内外水汽压的控制,土壤相对含水量在40%以上时,土壤空隙中的空气的相对湿度均达到95%以上,即达到水汽饱和状态,控释肥在此孔隙中的释放与浸泡在水中的释放率是相同的,因此控释肥颗粒只要施在植物根系下方或侧下方,即使土壤含水量降到较为干旱(相对含水量40%-50%)的情况下,土壤空隙中的水汽压仍是饱和状态,控释肥的养分释放率与在水中基本相同。

 

同时包膜控释肥在膜内养分释放出来后,膜壳内会储有水分,防止了干旱状态下的快速蒸发,相对保持了有效的水分,可有效延长植物出现凋萎的时间,增加了土壤的抗旱保水性,起到了保水剂的作用。 在砂质土壤中不仅起到了抗旱保水作用,还起到了在灌水或较大降雨时有效防止养分淋失的作用。

 

问:我还看到有很多人在质疑控释肥所包膜的残留会造成二次污染,我也是这么认为的,毕竟控释肥所包的膜是“塑料”,这个问题您是怎么看的呢?

 

张民:这个问题问的很好,我也一直想找个平台给大家解释下这个问题,包膜控释肥的膜壳残留在土壤中不仅不会造成二次污染,而且正相反,这种膜壳留在土壤中成为土壤的优质改良剂。任何树脂膜壳都是可降解的,只是完全降解所需时间是不同的,有的可能需要几年、十几年或几十年,这个降解的速率并不重要,关键是降解过程中中间产物所起的作用,目前大量的研究证明,树脂膜壳在土壤中起到了提高土壤肥力的作用。土壤中的腐殖质是高分子聚合物,许多研究表明,腐殖质的年龄可以在2000 年以上,也就是有些腐殖质的降解或分解需要的时间很长,但在土壤肥力保持和提高中起到了重要作用。

 

按照目前树脂包膜肥料约6%膜材料,每年每亩施用100 公斤包膜肥料,每年带入土壤的膜壳约5 公斤,相当于施入了可改善土壤物理性质的优质有机物5 公斤,成为土壤物理性质的优质改良剂。大量试验研究(已发表的十多篇论文)已证明,这种膜壳对任何生物无毒无害,降解过程中的中间产物还为土壤中微生物提供了优质能源,提供了土壤的生物活性,树脂残膜在一定范围内,模拟试验为50-200 年累加施用量(假设200 年不降解),不但没有发现对土壤和作物生长和品质的不良影响,反而显著改善了土壤物理性状,降低了土壤容重,改善了土壤的通气透水和保水性能,改善了土壤结构,提高土壤肥力,促进了作物的生长,增加作物产量。

 

 

问:非常感谢张老师澄清了我们对控释肥的一些误解。请问张老师,控释肥的技术关键在于“包得住,控得准”,这个难点在哪呢?如何让控释肥包的更住,控的更准呢?

 

张民: 包膜控释肥是利用先进的流化床包膜设备进行制作,包膜过程中,肥料颗粒在悬浮或流化的条件下进行包膜,保证每个肥料颗粒涂膜均匀,并提高生产效率。利用加热流化床设备,确定膜材料用量、喷涂速度、气流通量、涂膜温度与时间等各种工艺参数。通过室内肥料释放率测试试验、盆栽与田间试验,用不同作物验证肥料效果。利用试验提供的信息,反馈指导改进工艺,然后摸索出最优的包膜工艺条件,为生产高质量的包膜控释肥提供技术保障。

 

包膜控释的原理就是由于不同膜厚度、不同添加剂和不同肥料颗粒直径都直接影响到肥料养分从膜内到膜外的扩散释放速率,因此利用先进的包膜工艺,根据不同作物的需要,通过调整膜厚度、包膜材料、添加剂、不同粒径颗粒等的比例与组合,以此来调节养分透过控释膜的释放速率和释放时间的长短,使制作或生产的包膜控释肥达到与不同作物吸收养分的规律相一致,解决了控释肥养分释放速率与作物生长吸肥规律相吻合的技术难题。由于包膜控释肥的养分释放率和释放时期是根据作物生长和吸肥规律设计的,因此,一季作物或一茬作物只施用一次控释肥,即可以满足作物整个生长季节的养分需求。

 

问:我们知道,您主持完成并已获授权的5项国家专利已转让到有关的5个生产企业,您转让的技术使金正大集团成为世界规模最大、品种最多的控释肥生产基地。您是如何使得技术对接到企业从而产生巨大的社会效益和经济效益呢?

 

张民:缓控释肥技术通过技术转、设立山东农业大学—企业科研基金、共同承担国家科研项目、共建科研创新平台、共同制定缓控释肥行业标准国家标准和国际标准、在企业建立教学实践基地、建立研究生联合培养基地、设立企业奖学金等产学研紧密合作方式,将缓控释肥工程化专利技术先后转让到金正大集团、山东农大肥业公司、烟台众德集团等企业。研究团队系统指导了设备加工、安装调试,工艺优化及质量监测,促使缓控释肥工程化技术迅速实现产业化。目前金正大集团包膜控释肥年生产能力已达185 万吨,成为世界上规模最大、品种最多的控释肥生产基地,该集团2010 年在A 股成功上市,成为我国肥料行业领军企业,标志着具有我国自主知识产权的缓控释肥生产技术和产业化水平已居国际领先行列。

 

 

问:限制控释肥推广的因素有哪些呢?今后控释肥在减肥增效、提高肥料利用率过程中如何发挥更大的作用呢?

 

张民:国内外控释肥料推广应用的经验证明,限制控释肥推广应用特别是在农业上应用的主要因素是生产成本和销售价格。但是依据我们多年对包膜控释肥在多种作物上进行的盆栽试验、田间试验和示范结果来看,包膜控释肥可以提高肥料的养分利用率50%至一倍以上,按此计算,在肥料用量减施1/3 至一半的情况下还有明显的增产效果,施用缓控释肥料是目前国家提出的减肥增效和化肥使用量零增长的最有效途径之一。如果控释肥价格能够控制在原肥料价格的两倍之内,农民可以在少施1/3 至一半肥料的情况下,仍可获得相同或更多的经济产量,这就会给农民带来显著的经济效益。

 

缓控释肥料可以一季作物一次施用,节省大量的施肥、运输用工、时间和能耗,同时还减少了追肥可能给作物带来的损伤。施用控释肥对各种作物都具有可靠的安全性,尤其是花卉及观赏植物,以及各种作物的育苗和苗期。如果将缓控释肥所产生的社会效益和环境生态效益考虑在内,其应用规模将迅速扩大,应用前景非常广阔。

 

问:您刚才也谈到了,销售价格是限制控释肥推广应用的主要因素之一,那么您有没有计算过农民施用控释肥后每亩的成本增加多少呢?

 

大量资料表明,欧美等发达国家也正大力推广控释肥,限制在大田作物大面积推广的主要因素是价格太高。但在我国缓控释肥从一开始研制就针对大田作物,在保证质量的同时,注重降低生产成本,使国外被称为“贵族肥料”的控释肥,能够让中国的农民在大田作物上用的起,十几年的应用推广实践证明,我国生产的缓控释肥已在玉米、小麦、水稻、棉花、花生、马铃薯、果树、蔬菜等作物上大面积应用。

 

问:国外的控释肥几乎都因遇到成本问题而缓慢发展,中国为何有如此快速的发展?控释肥接下来的研究热点在哪里呢?

 

张民:我国缓控释肥从一开始研制就针对大田作物,坚持自主创新、坚持产学研相结合,在保证质量的同时,注重降低生产成本,使国外被称为“贵族肥料”的控释肥,能够让中国的农民在大田作物上用的起。只有在大田作物上大面积应用,才能使缓控释肥具有广泛的市场和更强的生命力,才能取得更大的经济、社会和生态效益。

 

今后的热点是围绕化肥缓释增效和零增长目标,突破一批新型绿色环保缓控释肥料的关键技术,以绿色环保、价廉质高的包膜材料研发为突破口,通过规模化、连续化和自动化工艺和设备的升级换代,创制缓控释肥料新产品,通过田间试验和信息反馈,不断改进和修正新型膜材配方、生产工艺等技术,最终生产出质量合格、性能稳定、价格更低的产品,实现产业化生产和规模化应用,同时建设国际一流的研发平台及团队,使总体研究水平达到国际领先水平,为我国化肥减施增效和实现零增长目标提供理论和技术支撑。

 

缓控释肥团队 

 

缓控释肥研究团队是产、学、研相结合的典范,研究团队组织申报和组建了国家缓控释肥工程技术中心、土肥资源高效利用国家工程实验室、国家缓控释肥产业技术创新战略联盟等研发平台, 系统研究了缓控释肥等新型肥料创制与工程化技术,提出了缓控释肥养分同步释放时间上的平衡与作物养分配方平衡相结合的双平衡施肥理论,揭示了作物养分吸收、缓控释肥养分释放和土壤养分循环供应的同步关系与机理。创建了缓控释肥生产工艺、工程化技术体系和大规模工业化生产线,制订了缓控释肥的行业标准、国家标准和ISO 国际标准,实现了理论与技术的重大创新。系统进行了缓控释肥料高效施用技术的理论研究与应用,主持制定的“高效缓释肥料施用技术”被农业部定为主推技术在全国大面积推广。相关成果获国家科技进步二等奖、山东省科技进步一等奖、2 个山东省专利一等奖、3 个中国专利优秀奖,推动了行业技术创新与产业发展,团队创建的研究平台获2012 年《缓控释肥技术创新平台建设》国家科技进步二等奖,为我国肥料行业科技进步和缓控释肥产业快速发展做出了突出贡献。

 

以上访谈感谢 张民老师!!

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