Abstract：
There are three main problems in production and application of chemical fertilizer in China, they are serious disproportion of nutrients, lack of secondary and microelement nutrients, and conditioned functioning of nutrients caused by soil pH. In connection with problems in production and application of chemical fertilizers, based on absorption and consumption of secondary and microelements, different types of amino acid and humic acid corresponding to target yield, soil supply ability, and the effect of organic maters, fulvic acid etc. in soil on crop development, with optimum mass ratio of three major elements N :P :K of 1.0 :0.3~0.5 :1.0, accompanied by chelated microelements, supplemented by active substances such as amino acid, humic acid, fulvic acid, etc., the double chelated multi-microelement compound fertilizer is developed. Study shows that the application of double chelated multi-microelement compound fertilizer has an important significance in development of sustainable agriculture, and production of pollution free agricultural product.
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目前我国化肥生产与应用中面临的突出问题
我国单位耕地面积化肥的施用量是世界平均用量的3.75倍，是发达国家的8.85倍[1]。据农业部最新发布的《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》，目前我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物的氮肥、磷肥和钾肥当季平均利用率分别为33%，24%和42%，远低于世界平均水平，并且造成我国土壤质量呈下降趋势，面源污染和地下水污染较为严重。多种迹象表明，传统化学肥料正在逐渐走向困境，而新型肥料的替代效应正在逐渐显现[1]。
长期以来，我国肥料的利用率低，养分流失严重，究其原因，主要是30多年大量元素肥料的不均衡施用，造成土壤中不同营养元素的富集，给大部分土壤造成了一定程度的破坏。主要表现为土壤活力下降、土壤板结和盐渍化严重、有机质含量不适宜高产高品质需求、有益微生物锐减、蚯蚓消迹、有的菜区根结线虫病蔓延、化肥报酬递减等，随之而来的是对土壤造成污染，相应的土传病害严重，作物缺素症在一些集中产区发生，进而影响作物的正常生长，给农民收入造成损失，给食品安全带来了隐患[2-3]，特别是当前肥料生产与应用所面临的三大突出问题亟待解决。
(1) 化肥中营养元素的比例不协调
众多的试验研究与生产实践证明，粮食、水果、蔬菜、油、麻等作物对氮、磷和钾的吸收量有差异，但比例趋势是一致的，即N :P2O5 :K2O=1.0 :0.3~0.5 :1.0~1.3(质量比，下同)[4]，但目前多数企业所生产的化肥的N :P2O5 :K2O=1 :1 :1，如15-15-15，16-16-16和17-17-17。据全国农技推广中心调查，上述3个配方的肥料占农民选购肥料总量的90%以上。从作物对氮、磷、钾的吸收比例分析，P2O5供给量比实际植物吸收利用量多1倍，致使P2O5的拮抗作用影响了整个化肥体系的转化利用率，从而导致缺素症、农产品品质下降、病害严重等问题的发生[5]。
(2) 中微量元素缺失
目前，国内化肥品种繁杂而多，但大多数都是以氮、磷、钾为核心变换比例，缺乏中微量元素，造成土壤养分供应不均衡，违背了作物所需营养元素的“不可代替率”[6]。
(3) 土壤pH限制营养元素作用的发挥
土壤pH会影响微量元素的利用。多数试验显示，铁、锰、铜、锌、硼5种微量元素被作物利用的pH在5.5~6.5；肥料学测定pH在5以下或7以上，微量元素的活性会降低，甚至发生沉淀而不能被利用[7-8]。
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双螯合多微复混肥的研发
面对化肥生产与应用所面临的三大问题，在遵循土壤基础养分现状的情况下，以“最小养分律”为理论基础[9]，结合氨基酸、腐殖酸、黄腐酸对土壤改良修复和对植物根、茎、叶以及叶绿素合成的激活作用[10-11]，配以植物同化酶、转氨酶、糖化酶等所必需的中微量元素，在充分考虑各营养元素的拮抗与促进作用[12]的前提下，通过螯合工艺解决各元素之间的拮抗反应，并利用原、辅料重组调节，在中微量元素能充分发挥作用的pH范围内(5.5~6.5)，实现拮抗元素在螯合态结构下的高度同化与缓慢释放，保证在作物不同生育时期对不同营养元素的吸收利用效果[13-14]。沣田宝农业科技有限公司经10多年探索与实践，结合各种作物对大量元素的吸收利用比例，目标产量对中微量元素、各种氨基酸、腐殖酸的吸收消耗与土壤供给能力，土壤中有机质、黄腐酸等对作物发育的影响度，以氮、磷、钾三大元素1.0 :0.3~0.5 :1.0的最佳比例，辅以螯合态微量元素，配以氨基酸、腐殖酸、黄腐酸等活性物质，完成了EDTA与氨基酸双螯合多微添加剂及复混肥的研制。
2.1
双螯合多微添加剂研发的技术理论
多年来，普遍认为除了碳、氢、氧和氮之外，仅有几种矿质元素(灰分元素)是植物正常生长发育所必需的，即磷、钾、钙、镁、硫。随着科学技术的不断发展，又证实了植物生长还需要若干微量元素，最重要的是硼、锰、锌、铁、铜和钼，一些高等植物还需要钴、镍等元素，一些低等植物还需铝、钒、钪、镓、钨等元素。在农业生产中，增施肥料是提高农作物产量的一项主要措施，一般正常情况下，投入多才能产出多。若从系统的观点出发，农作物需要的肥料可看作一个系统, 氮、磷、钾及各种微量元素是此系统的组成因素, 各种元素比例是否合理与产出效果有着密切的关系。
1843年，德国著名的农业化学家李比西提出了“最小养分律”，即当土壤中某一种养分短缺或不足时，其他养分再多，植物生长也会受到抑制，此短缺养分被称为“最小养分”，后引伸为“限制因子论”。施肥时，应首先补充此最小养分元素以维持土壤养分的平衡。近年来，我国有些地方化肥施用量增速惊人，但微量元素肥料却没有使用，而氮、磷等常量化肥作为农业生产物质技术因素组成之一已超越了其他因素，经济效益和增产效应受到了微量元素等因素的制约，不能得到很好发挥。随着化肥施用量的提高，微量元素肥料的推广使用显得越来越重要。
众多试验研究表明，微量元素参与许多酶系统的活动，在氮、磷、碳的代谢过程中以及生物氧化过程中均有微量元素参与，呼吸作用、光合作用、碳水化合物的运转均离不开微量元素。因此，微量元素在植物体内占有举足轻重的地位，起着不可忽视的作用。铁是植物体内一些重要酶的辅基，如细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等，在植物体内的运转主要以柠檬酸络合物形态存在，由于其常位于一些重要氧化还原酶结构上的活性部位，起着电子传递的作用，因而对糖类、脂肪和蛋白质等物质代谢过程中还原反应的催化有着重要的影响，并与叶绿素形成以及碳、氮代谢有着密切联系，其主要作用包括有助于叶绿素的形成、促进氮素代谢和增强抗病能力[15-16]。锌是碳酸酐酶、胸腺嘧啶核苷激酶、DNA和RNA聚合酶、碱性磷酸酶、胰腺羟基肽酶及乳酸脱氢酶的主要成分，这些酶与生长素的合成、光合作用以及干物质的积累有关，因此，锌的主要作用包括增强光合作用、促进氮素代谢、有利于生长素的合成、增强抗逆性[17-18]和抑制植物对有毒元素镉的吸收[20]。铜在植物体内的功能是多方面的，是多种酶的组成部分，参与碳素同化、氮素代谢、呼吸作用以及氧化还原过程，其主要作用包括增强光合作用、有利于生长发育、提高抗病能力以及增强抗寒、抗旱、抗热能力[20]。硼是作物生长必需的微量元素之一，硼充足时，能促进植物体内糖的运输，改善植物各器官有机物质的供应；可促进细胞分裂和生长，促进木质素的生物合成；促进花粉的萌发，促进花粉管和根的生长[20]。锰也是作物生长的必需元素之一，它是许多呼吸酶的活化剂，能提高植株的呼吸强度，促进碳水化合物的水解；调解体内氧化还原过程，保持对铁元素吸收的比例平衡；在叶绿体内具有结构作用，同时对于氮素代谢有重要影响，参与硝酸还原过程，促进氨的形成[21]。钼是植物体内硝酸还原酶和固氮酶的组成部分，其主要作用是与电子传递系统相联系，对于豆科作物来说具有十分重要的作用[22]。
多项研究表明，影响微量元素吸收利用的主要因素有5个方面：①土壤含水率。土壤含水率是影响微量元素有效性的一个主要因素，植物通过根部获取土壤中的营养元素主要是以截获、扩散和质流3种途径进行的，其中质流是植物获取营养的主要途径，限制质流的主要因素是土壤含水率，干旱土壤内部质流作用明显低于湿润土壤，从而在很大程度上降低了土壤中微量元素的有效性[22]。②土壤pH。pH是与微量元素有关的最重要的因子，正常的土壤pH在5~8。有的酸性土壤的pH小于4，碱性土壤则高达11，在这个pH范围内，许多微量元素形成难溶的氢氧化物沉淀，严重影响了微量元素的移动能力，从而降低了微量元素的有效性[23-24]。③有机质。土壤中有机质含量高，有助于提高微量元素的有效性，这是因为有机质中富含多种有机酸，可以溶解相当一部分的微量元素，同时有机质的存在也有助于减少微量元素与土壤颗粒的接触，减少被固定的可能性，并随着有机酸在土壤中流动，有助于微量元素在土壤中向根部的迁移，从而提高其有效性[25]。④氧化还原电位。氧化还原电位对一些微量元素的可给性有深刻的影响，特别是渍水土壤，如水稻土。通气良好的土壤氧化还原电位介于400~700 mV，而在高度还原的渍水土壤中，则可能低至-300 mV。当氧化还原电位发生改变时，铁和锰的价态与结合状态都会发生改变，如铁在渍水状态由三价铁降为二价铁，有效性得到提高，锰也随着氧化还原电位的降低而增强自身的有效性[26]。⑤土壤质地。由于土壤中的黏粒部分有助于富集各种营养元素，所以当土壤中黏粒比例增加，在一定程度上也增加了土壤中微量元素的含量。各种黏粒矿物对微量元素的吸附能力大小为蛭石＞镁黏土＞白云母＞黑云母＞斑脱石＞高岭石[27]。其他影响微量元素有效性的因素还有成土母质、植物吸收、微生物活动以及人类活动等[22]。此外，稀土元素能够调整植物细胞内生化代谢网络，维持植物自由基防御系统，增强植物对环境改变的耐受幅度。将外源的稀土元素(镧、钕等)及其配合物加入到一般的肥料之中，也会影响植物细胞对土壤中微量元素的吸收和土壤微量元素的有效性[22]。
微量元素与果实品质关系十分密切，对提高水果品质有明显的促进作用，可增加维生素C含量、减少裂果率、延长保鲜时间、提高耐储性。研究表明：喷施微肥对桃和草莓的维生素C、糖、酸等含量有很大影响；无籽西瓜施用锌、硼等微肥，果皮变薄，可溶性固形物增加，中心部位与边缘的可溶性固形物含量变化梯度减小；施用锌+硼的西瓜边缘部位的含糖量相当于对照区西瓜中心部位含糖量，西瓜的甜度品质大大改善[28]。
2.2
双螯合多微复混肥的特点
双螯合多微复混肥的主要特点如下：
(1) 氮、磷、钾严格按照作物所需配比，因其含有氨基酸、腐殖酸、黄腐酸、有机质等，在效能上具有速效与缓释、稳控功能，使植物生长发育的每一个时期都能充分补给养分，不会出现浪费和拮抗现象。
(2) 在保证氮、磷、钾三大营养元素供给的同时，将中量元素钙、镁、硫，微量元素铁、锰、锌、铜、硼、钼和各种有机酸、有机质等14种物质复混配制于一体，植物在生长过程中不会出现缺素症。
(3) 在合成工艺中，通过添加碳酸氢铵等碱性调节剂将pH调整至5.5~6.5，产品施入土壤后，可对植物根际周围土壤的pH进行微观调控，确保微量元素高效释放和转化，也是大、中量元素利用率最佳的条件之一，从而保证了作物对全元素的吸收利用。
(4) 由于选用了特殊的螯合剂，使各元素之间不拮抗，相互协调。
(5) 辅助添加植物生长与土壤调节剂，科学激活元素的转化利用，使养分供应充足，同时还具有释放土壤中潜在养分的功能。
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结语
肥料的复合化、多样化，生产工艺的螯合化是肥料发展的趋势。研究表明，施用双螯合多微复混肥具有促进土壤团粒结构的形成，有利于土壤中水、肥、气、热状况的调节，改造贫瘠土壤及盐碱地以及促进土壤微生物的活性等功效，对发展可持续农业、无公害农产品生产具有重要意义。
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