Abstract：
Under the background of ecological priority and green development, green development of agriculture has become a national strategy, and environmentally friendly fertilizers are the important material basis for green development of agriculture. The connotation, research progress and development trend of environmentally friendly fertilizers are summarized, the challenges in the development of green agriculture in China and the opportunities for the development of environmentally friendly fertilizers are analyzed, and the suggestions and prospects for the development of environmentally friendly fertilizers in China are put forward. New fertilizers such as slow/controlled-release fertilizers, organic-inorganic compound fertilizers, and microbial fertilizers are important directions of development of environmentally friendly fertilizers. The research and development, promotion and popularization of the core technology of new green fertilizers should be strengthened, the standard and evaluation system should be improved, and scientific and technological innovation and achievements transformation should be intensified and new environmentally friendly fertilizers with more categories, better effects and lower costs should be developed.
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前言
我国是一个人口大国，粮食安全至关重要。肥料是重要的农业生产资料之一，是粮食的“粮食”，保障全球粮食安全，肥料的贡献举足轻重，可以说肥料在促进粮食生产和农业发展中起到了不可替代的作用[1]。施用化肥对粮食增产的贡献较大，据报道发展中国家粮食增产的50%来自肥料的作用[2]，因此在一定程度上可以认为肥料问题就是粮食问题。目前，我国化肥有效利用率为35%左右，其中三大粮食作物的肥料利用率为40%，即有60%~65%的肥料留在了环境中，对环境有污染，成为制约我国农业可持续发展的重大诱因[3]。过量、不合理施用化肥不仅增加了农业生产成本，而且造成资源浪费，甚至还会导致环境污染严重和出现食品安全问题[4]。随着农业生态发展的需求和人们食品安全意识的不断增强，对肥料的生态和环境要求也不断提高。
国家推进农业绿色发展势必带动新型肥料的研究与开发，环境友好型肥料是21世纪肥料工业的重点研究方向。但目前对环境友好型肥料的认知、生产和应用仍存在一些问题，如传统肥料是否会对环境造成影响缺乏统一的评价指标和评价体系；环境友好型肥料的肥效慢且不稳定，实际使用效果不理想；环境友好型肥料生产成本高，相应的售价也高，农户购买使用的意愿较低[5-7]。因此，必须加快环境友好型肥料的研究和应用，以助推农业绿色发展，这对于减少农业面源污染、保障国家粮食和生态安全具有十分重要的意义。本文总结了国内外有关环境友好型肥料的内涵以及研究进展，分析了我国农业绿色发展的挑战与环境友好型肥料面临的机遇，探讨了基于农业绿色发展的环境友好型肥料的研发途径和思路，并对我国环境友好型肥料的发展提出了建议和展望。
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环境友好型肥料的内涵、研发及生产现状
1.1
环境友好型肥料的内涵
环境友好型肥料包括缓/控释肥料、有机－无机复混肥料、微生物肥料、植物促生菌剂等，是一类能有效改善耕地质量、提升农业生产效率、提高作物品质、保障农产品安全、减轻环境污染的新型肥料[8]，符合人们对食品安全、环境保护和农业绿色发展的需求。
(1) 缓/控释肥料
缓释肥料又称长效肥料，国家标准《缓释肥料》(GB/T 23348—2009)中的定义：通过养分的化学复合或物理作用，使其对作物的有效态养分随着时间而缓慢释放的化学肥料。化工行业标准《控释肥料》(HG/T 4215—2011)中对控释肥料的定义：能按照设定的释放率和释放期来控制养分释放的肥料。缓/控释肥料主要分为硫包膜型、脲醛缓释型、生物复合基包膜型、保水缓释型、聚合物包膜型和微生物型等[9]。
(2) 有机－无机复混肥料
有机－无机复混肥料是以有机物质为基础，辅以化学肥料制成的商品复混肥。有机－无机复混肥料中有机物质大多来源于生化处理后的畜禽粪便、动植物残体、风化煤、草炭、腐殖酸、褐煤、氨基酸等富含有机质的资源，而无机营养部分主要来源于普通化学肥料。有机－无机复混肥料兼有有机肥料和无机肥料的特点，可以活化土壤中的大、中、微量元素养分，调节作物生长，具有肥效长、养分供应平衡、肥料利用率高、土壤理化性状持续得到改善等效果。
(3) 微生物肥料
微生物肥料又称生物肥料、接种剂或菌肥等，是指含有特定微生物活体的制品，有提高作物产量或品质等特定肥料效应，所含微生物在增产、提质等效应中起关键作用[10]。常见的微生物肥料有固氮、解磷、解钾、抗病等功能，施用微生物肥料具有改良土壤结构、提高肥力、增加产量、提升品质和保护环境等效果，是我国新型肥料中产量较大、应用面积较广、发展潜质较好的肥料品种。
1.2
环境友好型肥料的研发及生产现状
随着国家对农业科研投入的增加，新型肥料特别是环境友好型肥料的研究与开发将成为21世纪肥料工业发展的重要方向。
(1) 缓/控释肥料的发展
20世纪60年代末，我国开始了缓/控释肥的研究；20世纪70年代，南京土壤研究所研制出了缓释氮肥——碳酸氢铵粒肥[11]；1985年，郑州工业大学成功研制出了磷酸铵钾盐包裹尿素[12]；2004年，兰州大学研制出了吸水保水型缓释肥[13]；2005年，我国研制出了生物可降解聚氨酯包膜肥料[14]。目前，我国缓/控释肥料产业发展迅速，已建立起由科研机构与企业联合的缓/控释肥料技术研发与产业化生产体系，其中包膜材料及工艺流程等关键技术已达到或领先于国际先进水平。2007年10月1日，化工行业标准《缓控释肥料》(HG/T 3931—2007)正式实施，标志着我国缓/控释肥产业进入规范发展的新阶段。
(2) 有机－无机复混肥料的发展
有机－无机复混肥料在我国农业生产中的效果显著，深受用户喜爱，是我国肥料发展的方向之一[15]。近年来随着人们对无公害产品的重视，促进了有机－无机复混肥料的使用和发展[16]。与传统复合肥相比，有机－无机复混肥料不仅克服了有机肥养分供应的不足，而且提高了无机肥的养分利用率[17]，对改良土壤、增产提质、减轻农业污染具有明显效果。
(3) 微生物肥料的发展
微生物肥料是一类微生物活体制品，含有能够进行繁殖的微生物，可产生活性物质(植物激素、抗菌物质等)，促进植物对营养元素的吸收利用并抑制有害微生物的活性[18]。世界上第一个微生物肥料是1895年生产的根瘤菌接种剂[19]。我国微生物肥料的发展分为3个阶段：①20世纪50年代早期，开始研究根瘤菌等肥料；②20世纪70年代中期，开始研究丛枝菌根；③20世纪90年代进入快速发展阶段，总结经验后大力发展固氮菌肥等适合农业生产的新品种[20]。
我国生产的微生物肥料主要分为粉剂、颗粒和液体等三大类。粉剂和颗粒微生物肥料虽保质期长，但容易结块、降低或杀死微生物活性；液体微生物肥料不易运输。目前总体情况是粉剂微生物肥料的应用最为广泛。微生物肥料不但可以提高土壤肥力、减少化肥用量，而且能够净化和修复土壤，在提质增产、降低植物病害发生、提高食品安全等方面发挥着重要的作用[21]。
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我国农业绿色发展的挑战与环境友好型肥料的机遇
2.1
农业绿色发展的挑战
农业的高质量发展不仅需要农业生产力的可持续提升，还需要绿色农业生产方式[22]。农业绿色发展的基本内涵是以绿色发展理念引领农业，以优质农产品和农业生态产品持续供给为目标，以资源节约型、环境友好型和生态保育型技术、装备为支撑，逐步建立生产、生活、生态相协调的多功能农业生态体系。目前，我国农业绿色发展主要存在以下几个方面的挑战[23]。
(1) 农业资源投入量大
农产品产量和资源效率有待进一步提升。目前，农业用水占总用水量的75%，大水漫灌问题突出，用水方式较为粗放；我国农药、化肥投入量居世界第一，高农药、高化肥投入量未实现相应的高产出。
(2) 农产品品质有待提升
农产品中农药残留、抗性基因残留、重金属污染等问题仍然不容乐观。在农业生产过程中，不合理使用农药会造成有毒有害物质残留污染；过量施肥，导致农产品产地环境恶化；农田土壤重金属过量累积，不仅会降低农产品的产量和质量，而且对人体健康产生危害。
(3) 农业绿色发展对科技创新提出了更高的要求
实现农业绿色发展，需要科技支撑。过去一个时期，农业科技更多服务于产量提升，而有关农业绿色发展的科技创新和推广相对不足。面对农业绿色发展的新要求，需要推广先进的技术模式，在废弃物资源化利用、产地环境修复等制约农业绿色发展的关键环节，应尽快取得一批突破性的科研成果。
2.2
环境友好型肥料的机遇
农业绿色技术的进步是实现农业高质量发展的重要手段和根本途径[24]。农业绿色发展的重点是在绿色发展的过程中减少资源环境代价，平衡好“绿色”与“发展”的关系[25]。环境友好型肥料的目标是协调作物的养分需求、提高肥料利用效率、保障粮食安全、节约资源和保护环境，环境友好型肥料也是发展绿色农业的重要物质保障和支撑。化肥施用不合理的问题，既与我国粮食增产压力大、耕地基础地力低、耕地利用强度高、农户生产规模小等因素有关，也与肥料生产脱离农业需求、施肥技术落后等密切相关[26]。过量施肥、盲目施肥在造成资源浪费的同时也带来了一系列环境问题, 因此亟需研发新型高效、环境友好的绿色肥料，促进农业绿色发展。
2013年，国家加强生态文明建设的政策为化肥行业带来了前所未有的契机[27]。2015年，原农业部印发的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》中指出，要推进测土配方施肥、新肥料新技术应用和有机肥资源利用，走可持续发展之路，促进粮食增产、农民增收和生态环境安全[28]。2017年9月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》指出，要尊重农业发展规律，转变农业发展方式，节约利用农业资源，保护农产品产地环境[29]。化肥承担着我国粮食安全和资源环境的双重压力，化肥不可或缺，施用量又大，但过量施用将带来环境问题。因此，环境友好型肥料的研发将有助于缓解农业绿色发展中肥料的问题。
3
基于农业绿色发展的环境友好型肥料的研发思路
在耕地面积有限的情况下，施肥是增产提质最有效的措施，但是不合理施用肥料会破坏农业绿色发展[30]。化肥在促进粮食增产、保障国家粮食安全方面发挥了重要的作用，有研究表明，化肥对我国粮食增产的贡献率达到了50%左右，但肥料当季利用率仍然偏低，对环境造成污染[31]。发布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》的目的是促进化肥减量提效，减少环境污染[32]。国内学者为了提高肥料的利用效率，在肥料产品创新上开展了大量工作，使缓/控释肥料、有机－无机复混肥料、微生物肥料等获得了长足发展。
环境友好型肥料的研发思路大致可分为4个阶段：第1个阶段是消除肥料的障碍因子，即找到影响肥料生产和应用的限制因子，如土壤缺少的元素、肥料利用率低、环境污染、原料种类单一、肥料成本高等，有针对性地进行消除；第2个阶段是以绿色发展理念为指导，结合市场现状、资源状况、应用情况和已有的技术条件，对肥料产品进行优化升级；第3个阶段是建立并完善标准和评价体系，从理化特性、养分释放、农学效果以及环境效应等方面进行综合评价，并提出实现化肥绿色发展的优化方案；第4个阶段是综合评价筛选出新型肥料产品，实现规模化生产并推广应用。
4
展望
未来需以绿色发展理念为指导，研究开发新型高效、环境友好的绿色肥料，建议从以下几个方向展开工作。
(1) 新型肥料是开发环境友好型肥料的重要方向。由于新型绿色肥料不仅可以提质增产，而且能提升耕地质量，注重环境友好、食品安全和可持续发展，因此进一步加强对新型绿色肥料核心技术的研发、推广普及，是化肥行业淘汰落后产能、调整结构、转型升级的必由之路。
(2) 完善标准和评价体系。由于缺乏完善的标准和评价体系，导致肥料产品质量参差不齐，不仅损害了农民的利益，也影响了环境友好型肥料的长期发展。因此，亟需制定基于农业绿色发展的环境友好型肥料的国家标准。
(3) 建立国家级的研发平台，加大科技创新力度。通过国家级研发平台，促进科研机构与企业、农户间的合作，同时加大基础研究的投入，进行新材料、新技术和新工艺的研发，形成高新技术。
(4) 降低肥料成本，开发面向大田作物的环境友好型肥料。根据土壤和作物的供肥、需肥规律，研制并筛选性能优异、价格低廉、对环境影响小的新型肥料；加大宣传，鼓励农民使用新型肥料，防止发生农业面源污染。
沪公网安备 31010702007066号