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化肥有机化是化肥减施增效的有效途径

来源:2023中国钾盐(肥)产业链发展大会会议报告,钾肥与中微肥部整理 时间:2023-11-20
导读:“化肥小分子有机化生产小分子水溶肥是减施增效的有效途径”,这是刘文治教授所带领的团队30年来不懈耕耘的总结。上世纪九十年代初,刘文治教授采用催化水解小分子化技术减少化肥用量,又结合枯草芽孢杆菌的应用完成了增产型绿色肥料研制,并得到农业部科技司的支持,该研究成果申请了发明专利《高养分复合肥的生产方法》,并被农业部评为优秀新产品奖。

《化肥小分子有机化生产小分子水溶肥是化肥减施增效的有效途径》

目录

一、单施化肥存在利用率低的问题
二、有机肥长期堆肥发酵腐熟的局限性
三、传统有机肥替代化肥的局限性
四、有机废弃物水解小分子有机营养的优越性
五、化肥小分子有机化的原理及优越性
六、化肥小分子有机化的动力学机制
七、有机固体废弃物水解小分子化应用历程
八、结语

“化肥小分子有机化生产小分子水溶肥是减施增效的有效途径”,这是刘文治教授所带领的团队30年来不懈耕耘的总结。上世纪九十年代初,刘文治教授采用催化水解小分子化技术减少化肥用量,又结合枯草芽孢杆菌的应用完成了增产型绿色肥料研制,并得到农业部科技司的支持,该研究成果申请了发明专利《高养分复合肥的生产方法》,并被农业部评为优秀新产品奖。

一、单施化肥存在利用率低的问题

  • N在土壤中受氨化菌作用,产生气化氨的挥发损失。
  • 氨态N在土壤中受到硝化菌作用形成硝酸盐同磷肥造成淋溶损失,污染江河,使之富营养化。
  • 磷肥同土壤中的铁、铝产生磷酸铁和磷酸铝的土壤固定,钾肥被土壤中二氧化硅固定形成硅酸钾使磷钾当季利用率降到20%—25%。

二、有机肥堆肥发酵腐熟的局限性
  • 营养损失:小分子营养糖类、氨基糖类、有机酸类大量挥发损失。

  • 长期堆肥发酵产生大量二氧化碳等温室气体污染,尤其恶臭污染。

  • 肥效差,施用量大:由于堆肥发酵,小分子营养大量损失,剩余物以腐植酸为主,肥效差施用量大,只能做基肥,以改良土壤的物理性质为主,和极有限的保水、保肥作用。

  • 经济效益差:生产企业经济效益差,市场竞争激烈,销售困难。

三、传统有机肥替代化肥的局限性

  • 改良土壤物理性质,疏松通透性,增加农药施用量,解决不了有机营养问题,解决不了化肥损失,利用率低的问题。
  • 复混掺混形式是靠范德华力的静电吸引,不是离子键结合和化子键结合,解决不了化肥挥发损失、淋溶损失和土壤固定损失,更解决不了有机营养问题。
  • 避免不了化肥损失
  • 利用传统有机肥替代化肥出现了瓶颈,替代多了,产量减少,还是以牺牲产量为代价。

四、催化水解成小分子有机营养的优越

  • 为作物直接提供小分子有机营养:秸秆中的纤维素、半纤维素、淀粉分解成不同分子量的糖类、糖醛酸类,蛋白质分解成氨基酸肽类,脂肪分解成脂肪酸和糖醇酸,木质素分解成类黄腐酸类,核糖核酸分解成核苷酸。作为植物的小分子营养,作物根系直接通过胞饮式吸收
  • 没有营养损失。
  • 无三废:没有气体污染,没有恶臭,没有污水排放。
  • 零碳排放,符合减碳政策。

五、化肥小分子有机化的原理及优越性

  • H3PO4的加成反应:磷酸的一个氢离子置换了一个氧原子的未成对电子进入碳的空轨道,氧原子的另一个未成对电子进入磷的空轨道,氧原子以单键形式同磷酸连接,形成6—磷酸糖或5-磷酸糖、磷酸糖醛酸、磷酸脂肪酸、磷酸黄腐酸。

  • —NH3基对羟基、酚羟基—OH的取代反应形成氨基糖,氨基糖醛酸,脂肪酸铵,黄腐酸铵。

  • K对糖类、糖醛酸类、脂肪酸类、黄腐酸类中的—OH的活泼氢进行取代反应,—OH+K+→—OK+H+形成—OK。形成糖钾、糖醛酸钾、脂肪酸钾、黄腐酸钾。

  • 作物根系吸收方式,不是无机钾肥的离子选择性吸收而是有机钾分子的胞饮式吸收。

  • 化肥有机化避免了氮的挥发损失,氮磷的淋溶损失,磷钾的土壤固定损失,使化肥利用率达到最大化,是化肥减施增效的最佳途径。
有机肥料的小分子营养化,化肥无机营养的有机化,避免了无机氮肥在土壤中由于挥发损失和淋溶损失,造成的大气和水环境的污染。避免施用无机磷、钾肥的土壤固定损失,提高了土壤质量、提高了土壤无机质正电荷数量。提高了土壤吸附有机质的吸附容量,有利于土壤有机质的质量提高和数量的提升。

有机营养小分子化,化肥无机营养的有机化。有利于提高土壤微生物的小分子碳源和氮源水平,提高土壤微生物生态系统的数量和质量,有利于活化土壤中已被固定的磷、钾,得以重新释放。有利于土壤微生物自净能力,解毒能力的提高,有利于健康土壤的形成,这种健康土壤是高质量高水平的,是能生产绿色农产品的健康土壤,是增产型健康土壤。区别于西方发达国家以牺牲产量为代价换取的低水平低生产力、低产量的所谓健康土壤。

六、化肥小分子有机化的动力学机制
  • 机械力化学——物质受机械力作用而发生的化学变化用机械力研磨的方式,增加小分子有机焓值,用反复机械力研磨方式使小分子有机部分同大量元素强制结。

  • 等离子体化学——主要研究低温等离子体条件下发生的化学反应,人为进行的等离子体化学反应主要用放电电离方法:即气体在外加电场作用下放电。

七、有机固体废弃物水解小分子化应用历程
  • 1996年申请了发明专利《高养分复合肥的生产方法》,2000年获得了专利权,树立了小分子有机营养即速效有机碳素营养的新概念,将小分子有机营养和矿质营养加起来称为高养分。

  • 在农业部获优秀新产品奖并在国内外多次获奖。

  • 全国已建成小分子工厂17多个,分布吉林、四川、上海、贵州、浙江、广东、湖北等省市。

  • 在建和筹备项目15个,分布广西、江苏、湖南、上海、新疆等省市。
八、结语
小分子有机钾肥代替纯无机钾肥,以小分子有机氮磷钾复合肥代替了3个15或3个17的高浓度化肥复合肥,一是增产,二是提高了农产品质量,实现了绿色农产品。三是有利于培养高水平的健康土壤。
实践证明小分子化有机营养,化肥有机化,不仅是理论上的突破和创新,目前已经实现了小规模工厂化和产业化了。需要政府加大支持力度,加大资本的投入力度,合力推广有机钾肥及有机复合肥。使创新型小分子有机钾肥和小分子氮磷钾复合肥发挥它的绿色化的增产潜力,才能培育出健康的土壤。才能保证绿色农产品的社会需求,才能实现无机钾肥不再进口。才能实现在国际上领先的小分子有机钾肥和小分子有机复合肥的出口。
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