Abstract：
Medium trace elements are indispensable nutrient for crop regular growth, but the antagonism of elements can significantly decrease fertilizer efficiency. The traditional chelating agent has not only high production cost, but also does not degrade easily after a long time use. The cost of newly developed double chelated multi-microelement additive, which uses amino acid and fulvic acid as chelating agent and humic acid as masking agent, is 8%~10% of the cost of EDTA chelate, it not only increases crop production and fertilizer efficiency, but also has the functions of drought resisting, cold resistance, precocious, disease-resistant and improving the quality.
早在18世纪50年代，农业科学家就已证实微量元素是农作物正常生长不可缺少的营养元素，但直至第二次世界大战以后才作为肥料被普遍施用。随着农业科学的不断发展和农业机械化程度的不断提高，农业生产已步入多项作业联合发展的新时代，特别是施肥要求氮、磷、钾、有机肥和微肥在一次作业中完成，这对化肥生产企业提出了新的要求。本研究课题是在借鉴、吸纳众多研究成果的基础上，以节本增效、化肥减量、综合协调利用为宗旨，开发出以氨基酸和黄腐酸为螯合剂、腐殖酸为掩蔽剂的新型多元素复混肥生产所需的双螯合多微添加剂，成本仅为EDTA螯合物的8%~10%，其与氮、磷、钾三大元素混配制得的双螯合多微复混肥可提高肥料利用率10%~20%，较通用型三元复合肥增产10%~25%，同时具有抗旱、抗寒、早熟、抗病、提高品质的作用。
1
螯合剂的筛选
含有中微量元素的肥料一般都是通过加入可溶性无机盐制取，但由于各元素间的拮抗作用会大幅降低肥效，影响植物的吸收效果。含有硼、锰、铜、锌、钼、铁6种元素的微肥，除硼能与植物体内的糖类螯合外，其余5种元素都需人工螯合成相应的螯合微肥，以提高其利用率。美国等发达国家以乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸等为螯合剂，有效防止了拮抗作用，但螯合剂的生产成本较高，故开发价廉质优的螯合剂是含中微量元素肥料研究的一个方向。
目前化肥行业常用的螯合剂主要有EDTA系列，二乙烯三胺五乙酸(DTPA)，1, 2-环己二胺四乙酸(CDTA)，腐殖酸系列N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、乙二胺二邻羟苯基乙酸(EDDHA)，氨基酸系列乙二胺二琥珀酸(EDDS)，木质素磺酸系列氨基丁二酸(IDHA-D, L)，柠檬酸，糖醇，酒石酸等。然而传统的螯合剂产品长期使用后很难被生物降解，一般会在环境中积累，在江河湖泊、土壤及水处理过程中均已被检测出[2]。针对常用螯合剂的优缺点以及代表性产品的特征特性分析，本着原料来源广泛、性能稳定、价格适中、螯合系数高、功能全面且互补性强的原则，以氨基酸、腐殖酸和黄腐酸为优选螯合剂原料。
2
螯合工艺路线的开发
通过生产工艺创制，利用优劣比选确立的螯合剂(氨基酸、黄腐酸及腐殖酸)与植物必需的中微量营养元素(如钙、镁、铁、铜、锌、钼等)在特定的温度、比例、时间下进行二次复混螯合，所制得的肥料称为双螯合多微复混肥，若与大量元素混配，因其添加量较少(质量分数在10%左右)，故称其为双螯合多微添加剂。
通过对多种螯合剂优缺点的比对，按照原料来源广泛、成本合理、工艺便捷、作用明显、互补性强的原则设计的双螯合工艺路线如图 1所示。
图 1
(1) 利用氨基酸巨大的表面活性和吸附、保持能力强的螯合特性[3]，在耐酸反应釜中添加植物生长发育所需的中微量元素(钙、镁、铁、铜、锰、锌、硼、钼等)，经螯合(络合)形成有机-无机复合物。该有机-无机复合物既能保持大量元素的缓慢释放和充分利用，又能保证微量元素的稳效和长效；能增强植物呼吸作用，改善植物氧化还原过程，促进植物的新陈代谢；促进植物光合作用和叶绿素的形成，对氧化物活性酶类活性、种子发芽、营养物质吸收、根系生长发育等生理生化过程均有明显的促进和激活作用，尤其是其与植物的亲合性是其他物质所无法比拟的。
(2) 充分考虑黄腐酸的作用机理与农业生产所面临的干旱、生理性病害频发的现状，以黄腐酸为辅助螯合剂，以增强植物体内氧化酶活性并促进其他代谢活动，增强作物抗逆性，改善土壤团粒结构。利用黄腐酸络合能力强的特点，添加适量的黄腐酸可以提高植物微量元素的吸收与运转能力，使其更好地为植物所利用，增强其抗病性[4]。
(3) 综合考虑腐殖酸在改良土壤团粒结构方面的功效[5]，用其作为不同螯合元素按比例调配后的掩蔽剂。
(4) 以氨基酸和黄腐酸双重螯合中微量元素、腐殖酸为掩蔽剂生产的中微量元素螯合物的成本仅为EDTA中微量元素螯合物的8%~10%。
3
双螯合多微添加剂及其复混肥的特点与应用效果
3.1
特点
(1) 协调功能
双螯合多微添加剂在植物的细胞中能有选择性地捕捉某些金属离子，又能在必要时适量释放出此金属离子，即其在植物体内承担着平衡根、茎、叶、花、果实之间的营养供给，使植物茁壮生长。
(2) 增强抗性
双螯合多微添加剂可增强作物对干旱、高温、低温、盐碱的抗逆能力和抗倒伏能力，同时还能提高植物体内多种酶的活性，分解和清除病原菌，提高作物的抗病虫害能力，明显降低发病率，减少农药使用量。
(3) 提质功能
可增加粮食作物中的淀粉和蛋白质含量，可提高果菜类作物的糖度、着色度和保鲜耐储性。
(4) 改土功能
能激发自生固氮菌的活性，提高土壤肥沃度。除了具有有机肥料的优点外，在改善土壤环境、促进植物根际生态平衡、提高作物产量和农产品品质等方面，各项指标均达到或优于无公害有机农产品的生产标准。
(5) 增效功能
双螯合多微复混肥能促进农作物的光合作用和各种养分的互补、平衡及协调，促进根系发育；氮、磷、钾综合利用率提高20%~35%，肥效期较普通肥料延长1倍以上；在减少大量元素投入30%~50%的施肥条件下，大田作物可增产10%~20%，经济作物可增产15%~30%。
3.2
应用效果
2016年，在河北省玉田县亮甲店镇、丰宁县鱼儿山镇、沽源县彦龙农场对马铃薯生产中应用双螯合添加剂生产的双螯合多微复混肥进行了试验研究，示范田与对照田按等规模大区设置，每区面积0.66~33.3 hm2，施肥量均为2 100 kg/hm2，一次性底施，其他管理措施一致。与对照田相比，示范田纯养分N，P2O5和K2O投入量分别减少43.4，42.0和273.0 kg/hm2，综合减少投入36.26%，结果马铃薯增产6 840.0 kg/hm2，增产率为12.48%，增收8 208.0元/hm2。
2016年7月22日，委托科标技术(青岛)研发中心对示范田与对照田产品进行检验，结果表明：16种氨基酸中有13种增加10%以上，最高达40.91%；人体所需微量元素除锰外，其余均有所增加；淀粉含量提高1.29%，粗多糖含量提高15.73%；重金属除镉外，其余均未检出，但镉含量降低7.69%。
为检验双螯合多微复混肥对马铃薯生育性状的影响，在对上述示范田测产的同时，还对马铃薯发育的相应指标进行了检测，调查结果显示：双螯合多微复混肥对马铃薯的生育性状具有明显的促进作用，示范田较对照田单株结薯增加22.63%，单薯质量增加17.41%；在明显增产的同时，提高了商品薯率，同时疮痂病发病薯块减少18.57%。
为探究双螯合多微复混肥对土壤理化性状的影响，在马铃薯收获前进行了土壤容重变化情况的调查。调查结果表明：不同立地条件下，施用双螯合多微复混肥的土壤容重变化较为显著，其中以耕作层最为显著，土壤容重减小8.21%；犁底层变化不太明显，土壤容重减小1.16%；同时，通过灌溉使肥料中所含的有机酸下渗，深层40~60 cm土壤也呈现了明显的容重减小的趋势。土壤容重变小，表明土壤孔隙度增大，有利于空气的透入，增强了土壤微生物的活性并促进植物根系发育，有利于植物对营养物质的吸收，进而实现强根、壮苗、早发、增产。
4
结语
(1) 利用氨基酸和黄腐酸的螯合特性螯合中微量元素、以腐殖酸为掩蔽剂所开发的双螯合系列多微复混肥的功效在于培肥地力、刺激生长、减少土传病害、促进根系发育、释放土壤中固定的磷元素、增加土壤的含氧量，为作物根系的生长创造有利条件。
(2) 中微量元素肥料的施用大大改善了植物的无机营养平衡，不仅使农作物产量大幅提高，而且使农产品品质大为改善，有效降低了农产品中亚硝酸盐的含量，一些地方性缺素造成的生理病害也可得到有效预防和治疗。
(3) 微肥的科学施用，既满足了农作物对营养元素的需求，提高了农产品的质量，又减少了大量元素氮、磷和钾的剩余，避免了肥料浪费，减轻了对土壤的污染。
(4) 产品富含铁、锰、硼、锌、铜、钼等多种螯合态微量元素，能被植物直接吸收利用，满足作物生长对微量元素的需求，防治缺素症状，同时避免了流失、拮抗等现象，肥料利用率高。
(5) 针对性地施用微肥是提高中低产田产量有效的技术措施，也是维持高产田连续增产的重要手段。
(6) 研制的双螯合多微添加剂和双螯合多微复混肥产品满足农业部制定的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》的要求。
沪公网安备 31010702007066号