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实现农业增产、农民增收与化肥污染控制相统一 ——“环境友好型系列肥料的研制与应用”项目成果展示
2013-03-20
现代农业已离不开使用化学肥料，目前我国生产中应用的肥料主要包括化肥、有机肥和微生物肥料，其中主体肥料依然是化学肥料，占我国肥料施用总量的75%，大量化学肥料的使用，在增加作物产量的同时，也带来了环境污染和农产品质下降等一系列的问题。
以提高肥料利用效率和减轻化肥污染为目标，研究开发环境友好型系列肥料既能够有效促进肥料产业节能减排、又能促进农业生产节本增效、还有利于保证粮食安全和环境友好。云南农业大学张乃明教授带领的科研团队联合云南云叶化肥股份有限公司、昆明农家乐复合肥有限公司在承担国家、省、市级以及企业横向委托等多个项目研究工作的基础上，围绕“环境友好型肥料的研制与应用”先后开展了“滇西南甘蔗专用肥配方研究”、“云龙水库水源区面源污染控制关键技术研究与示范”（云南省科技计划项目）、“设施土壤盐分累积规律与调控技术研究”（教育部重点项目）以及教育部“春晖计划”等科研项目。
在开展研究基础上，对上述项目的研究成果进行了重大集成应用。“环境友好型系列肥料的研制与应用”项目针对缓／控释肥包膜材料难以降解和生产成本高的问题，发明了长效专用肥料制备工艺与装备；针对农业有机废弃物利用前处理困难的问题，发明了简捷高效的处理工艺；农业废弃生物质为原料研制成生物炭，并对生物炭基复合肥进行配方筛选优化，实现了肥料高效化和农业有机废弃物的循环利用。针对微生物肥料效果稳定性差，开发出活化土壤磷素的微生物菌株，并将其应用到土壤磷素的活化工艺，开发成功土壤磷素激活剂，在田间示范验证中效果良好。
一、主要研发内容与技术路线
1．长效专用肥料研制与应用
长效稳定性肥料是指经过一定工艺加入脲酶抑制剂或硝化抑制剂，施入土壤后能通过脲酶抑制剂抑制尿素的水解，或通过硝化抑制剂抑制铵态氮的硝化，使肥效期得到延长的一类含氮素肥料。项目组经过反复试验，筛选出一种铵稳定剂，成功用于复混肥生产线，实现产业化。目前生产的长效稳定性肥料年产量已达18万吨。
2．甘蔗专用BB肥的研发与应用
针对云南甘蔗种植业发展中存在的实际问题，以云南英茂糖业有限公司甘蔗原料基地比较集中的版纳州勐海县和德宏州的盈江县、陇川县、瑞丽市和潞西市为研究区域。通过对英茂糖业原料基地土壤养分空间分布状况和糖业原来基地土壤养分盈亏情况的对比以及甘蔗目标产量，研制出不同原料基地的甘蔗专用肥和BB肥；建立原料基地土壤养分状况数据库查询系统，便于各糖厂远程访问和信息反馈，指导蔗农做到精准化施肥。
3．生物炭基复合肥的研制
以云南特色农用废弃物玉米秸秆、紫茎泽兰、甘蔗渣、咖啡壳、葡萄藤烟梗等为原料，进行生物炭制备，并对不同制备工艺条件下的产炭率、pH、氮、磷含量、比表面积、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等吸附指标做研究探索，将改性后的生物炭用于复合肥生产，显著提高了肥料的氮、磷有效利用率。
4．土壤磷素活化剂的开发
针对土壤全磷含量高但可被作物吸收利用的速效磷缺乏的实际，采用磷高效品种筛选、物理化学解磷方法、解磷微生物菌株筛选等研究手段，通过对高效解磷细菌分离筛选及其溶磷能力鉴定、不同改性处理方式增强活化红壤磷素效果、土壤磷素激活剂应用对玉米生长的影响来验证土壤解磷效果。
5．烟草生物有机专用肥料的研制
针对云南烟草大省对肥料需求大、环境风险也大的实际，研制有机–无机、生物有机系列肥料，代替或者部分代替化学肥料的施用，达到降低无机养分投入控制农业生产的面源污染的目标。
图1 “环境友好型系列肥料的研制与应用”技术路线图
二、主要研究结论与取得成果
1．项目组对云南全省经济作物、粮食作物施肥情况进行了调查，在土壤养分测定的基础上进行了专用肥配方筛选，研制出系列专用肥包括针对玉米、水稻、甘蔗、核桃、板栗、葱蒜、咖啡、马铃薯、橡胶、香蕉、油菜、小麦、茶叶、辣椒、豌豆等20种作物32个配方专用肥。长效稳定性肥料能够比传统肥料氮肥利用率提高12%，达到42%，同时肥效期达到100天，在大田作物能够实现一次底肥施入增产10%～15%。在西双版纳、普洱、昆明分别建立了橡胶、茶叶、蔬菜、花卉配方施肥示范基地，实现了土壤分析—配方优化与肥料、实现生产—定向施用—跟踪服务的肥料技术体系。项目执行期间，累计生产产品48907.4吨，销售收入4875.37万元。
2．在对云南省甘蔗主要原料基地土壤监测结果分析的基础上，依据《测土配方施肥技术规范》、和甘蔗产区的气候、地貌、土壤、耕作制度的相似性和差异性等特点，结合甘蔗需肥规律、产量情况以及土样监测结果等参数，划分不同施肥区域，分区域针对甘蔗营养特点和目标产量制定肥料配方，并开发出甘蔗专用BB肥、甘蔗种植区土壤信息数据库查询系统及配方技术施肥技术，已在滇西西双版纳和德宏等的8个糖厂原料基地推广区及普洱、红河蔗区进行了三年的推广。配方施肥区的甘蔗产量比习惯施肥平均增产8%～15%，含糖量增加1.5个百分点，化肥利用率可提高8%～10%，因用肥量和用工量的减少，一般每亩可节省成本20元左右，蔗农综合效益提高15%～30%。近三年在上述蔗区推广应用150万亩，累计新增甘蔗和肥料产值分别为23328万元和9900万元，农民节省肥料成本2500万元。
3．通过以云南特色农业废弃物——玉米秸秆、紫茎泽兰、甘蔗渣、咖啡皮、葡萄藤烟梗等为原料，进行生物炭制备，并对不同制备工艺下的产炭率、pH、氮含量、磷含量、比表面积、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等吸附指标做了研究探索。研究结果表明：随着裂解温度的上升，不同炭材的产炭率都会逐渐下降，裂解温度达到
裂解温度对生物质炭水溶性氮含量影响不大，但原料类型本身对生物炭水溶性磷含量有一定影响。
模拟验证实验表明，生物炭基肥料对增加作物产量，提高氮、磷有效利用率、减轻氮磷地表径流浓度方面均有明显的效果，筛选出的生物炭基肥料配方，可作为下一步大规模产业化应用。
4．从云南低磷土壤中分离出的两株具有较强解磷功能的菌株PSB23和PSB45，经过形态学鉴定为巨大芽孢杆菌，在以Ca3(PO4)2为唯一磷源的无机磷液体培养基中，连续培养14天，最大溶磷量分别为174.86mg/L和156.32mg/L。不同处理对红壤素磷活化率大小顺序为高温改性铵饱和沸石＞铵饱和沸石＞高温改性沸石＞普通沸石。在此研究基础上，将高温改性铵饱和沸石与解磷菌剂相结合施入土壤，这种促进土壤磷素活化的施肥方式对玉米的生长有很好的促进作用。
项目获得国家发明专利1项；出版代表性学术著作3部。
三、成果推广应用情况
项目实现产学研一体的科技创新合作模式，以高校为主要研发力量，以企业为主体，按照企业化、市场化、产业化模式开展规模化产品研发和推广应用。本项成果，有3项产品实现产业化，技术成功转化累积实现产值6.03亿元，企业累计实现利润5800万元，经济、社会、环境效益显著。其中与云南云叶化肥股份有限公司研发成功烟草专用复合肥料、烟草生物有机肥料并实现产业化，在全省植烟区推广应用3年累计实现产值1.7亿元，企业累积实现利润1600万元；与昆明农家乐复合肥有限公司研发成功的长效系列专用肥料应用推广累积实现产值2.44亿元，企业累积实现利润2500万元；与云南英茂农化科技有限公司研发成功的系列甘蔗专用BB肥料及配方应用推广累计实现产值1.89亿元，企业累计实现利润1800万元。
项目实施过程中，为了促进环境友好型肥料的推广普及，编著出版了《绿色农业知识读本》《作物营养与合理施肥》等3部科普著作，累计发行6000余册。
总之，环境友好型系列肥料的研发成果不仅为提高化学肥料的利用率、减轻农业面源污染、保障农产品有效供给提供了实用的技术与产品，而且提高了我国生物炭基肥料和土壤磷素激活技术研究水平，最终为实现农业增产、农民增收和化肥污染控制相统一提供了强有力的科技支撑。
四、项目负责人简介
张乃明，男，1963年9月生。现任云南农业大学研究生处处长、博士、教授、博士生导师、云南省政协常委。长期从事土壤肥料与农业环境保护的教学科研工作，先后主持和参加包括国家863项目、国家科技支撑计划项目、国家重大科技专项、国家自然科学基金、云南省科技攻关、科技强省、自然科学基金重点项目、社会发展项目、教育部重点项目和“春晖计划”项目等科研项目20余项，发表论文108篇，出版专著教材22部，获得省部级科技奖项15项。2006年获澳大利亚Latrobe大学国际杰出学者奖，先后被聘为国家可持续发展实验区专家委员会委员、中国绿色食品发展中心专家咨询委员、云南省人民政府滇池治理专家督导组专家、云南省环境保护专家咨询委员会委员。他还是中国农学会农业资源与环境分会常务理事、中国植物营养与肥料学会理事、中国土壤学会土壤环境专业委员会委员。
