肥料助剂的探讨

张雪峰，周 龙,2，王云江，周凌翔，韦伟文，杨德荣，4，曾志伟

(1.云南云天化股份有限公司 云南昆明 650228； 2.云南农业大学 云南昆明 650201； 3.云南三环中化化肥有限公司 云南昆明 650113； 4.云南省化工研究院 云南昆明 650228)

2010年以后，我国粮食年人均占有量为407.5 kg(之后的年份均高于400.0 kg)，国家粮食安全方面的压力减轻后，农业生态安全、农产品质量安全成为农业可持续发展、长治久安的必由之路。2015年，农业部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》后，肥料行业走向了转型升级之路，主要体现在3个方面：①节本增效，提高肥料利用率，减少肥料使用实物量，降低农业生产投入成本；②提质增效，在减少肥料使用实物量的同时，提升作物品质，让作物从产量向质量转变，创建绿色品牌，保障农产品质量安全；③减排增效，提升肥料利用率和减少肥料使用实物量将使氮排放量及土壤中磷流失量大幅降低，同时可降低相应的能耗。

朱兆良院士曾提出“添加肥料助剂，是创制新型肥料行之有效的办法”[1]，通过添加形式多样、种类各异的肥料助剂，生产企业在仅需少量的技术改造和工艺调整的情况下，即能实现肥料的提质增效，从而丰富现有产品结构，最大限度满足现代农业生产对肥料的要求。近年来，缓控释肥料、稳定性肥料、多肽尿素、腐殖酸肥料、氨基酸肥料、海藻肥料等新型肥料的开发与应用，都能看到助剂的影子。

1 助剂市场为何如此火

农业部印发的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》中提到，三大粮食作物的氮肥、磷肥和钾肥利用率分别为33%、24%和42%。由于我国肥料养分利用率相对发达国家偏低15%～30%，不仅造成肥料资源的浪费，而且造成较为严重的环境污染及土壤自身肥力损害。国家统计局的《第一次全国污染源普查公报》提供的数据显示，种植业总氮流失量1 597.8 kt(其中地表径流流失量320.1 kt，地下淋溶流失量207.4 kt，基础流失量1 070.3 kt)，总磷流失量108.7 kt。我国太湖蓝藻水华、滇池水污染以及近来部分地区的雾霾等现象与农业施肥均有一定的关联[2-4]。

传统肥料为作物提供了必需的基础养分，但由于其功能性的缺乏和农业生产领域科学施肥知识的相对匮乏，易造成过量施肥，且危害日益凸显，“减肥”刻不容缓。《到2020年化肥使用量零增长行动方案》实施以来，“减肥”效果已经显现，其中有效的肥料助剂起到了很大的作用，缓控释肥料、稳定性肥料等成为推动农业科技进步的促进剂。缓控释肥料中添加的助剂一般为包膜材料，如硫黄、磷酸盐、硅酸盐、木质素、纤维素、聚乙烯、聚丙烯等；稳定性肥料中添加的助剂一般为脲酶抑制剂、硝化抑制剂等，通过调节土壤酶或微生物的活性，减缓尿素的水解和对铵态氮的硝化-反硝化作用，达到肥料氮素缓慢转化和减少损失的目的[5]。

同时，随着设施农业与规模化种植的兴起，对增效类肥料的需求十分旺盛，肥料生产企业纷纷推出自家的“拳头”产品，如云南云天化股份有限公司推出“镁立硼”(产品中添加有镁、锌等中微量元素)、金正大生态工程集团股份有限公司推出“亲土一号”(产品中添加有腐殖酸、菌剂等)、美盛公司推出“美可锌”(产品中添加中微量元素)等，助剂在这些提质增效肥料的开发与应用中起着不可替代的作用。

《农资与市场》肥料助剂专栏指出[6]，在肥料的生产过程中，无论是老产品的改进升级，还是新产品的研发创新，在其中添加增效类助剂，已是业内公开的秘密。得益于此，助剂企业得到了迅速发展，这一趋势将催生肥料助剂千亿级市场。

2 肥料助剂的分类及主要功效

目前，肥料助剂可分为三大类[7]：①改善肥料理化性状的物质，如肥料生产过程中添加的防结块剂、防潮剂等；②改善肥料养分转化的物质，如脲酶抑制剂、硝化抑制剂等；③改善植物生长状况的物质，目前主要是生物刺激素。

欧盟[Regulation (EC) No. 2003/2003]相关法律及法规指出[8]，肥料是以提供植物营养为主要功能的物料。肥料作为农业生产的重要投入品，被誉为“粮食的粮食”，在保证粮食安全、促进人类社会发展等方面做出了巨大的贡献。助剂之于肥料，首先不能破坏其有效成分[9]，同时有助于引导肥料行业与种植领域向养分高效化、施用简便化、成本经济化、环境影响生态化等方向发展[7]。

2.1 改善肥料理化性状类助剂

此类助剂是肥料领域长期应用的传统助剂，旨在改善产品理化性状，在保证生产工艺平稳、降低物料与能量消耗、利于产品运输等方面具有重要的作用，如着色剂(利于产品外观颜色整齐一致)、防结块剂(利于产品运输与使用)、造粒助剂(利于产品成粒)、悬浮助剂(利于液体肥料悬浮)等。因市场对绿色产品、安全产品的需要，这些助剂的生产研发同样在进行转型升级，在保持原有功能的同时向营养化、功能化方面发展。

2.2 改善肥料养分转化类助剂

脲酶抑制剂、硝化抑制剂为此类助剂的典型代表，旨在减少氮肥的淋洗、挥发、硝化损失，延长肥效期，提高氮素利用率和劳动生产率(降低劳动强度)。脲酶抑制剂主要有苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)、硫代磷酰三胺(TPTA)、N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)等，其中HQ与NBPT应用较广。硝化抑制剂主要有双氰胺(DCD)、磺胺噻唑(ST)、2-巯基苯并噻唑(MBT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)等，其中DCD与DMPP应用较广泛。DCD于20世纪80年代在美国农业上开始推广应用[10]，我国中科院沈阳应用生态研究所于20世纪90年代研究开发出基于DCD的长效尿素等肥料产品[11]。德国BASF公司推出DMPP，相比DCD，其具有高效、低毒、稳定的特点[11]，云南云天化股份有限公司与德国BASF公司技术合作的新产品“美滋乐”稳定性复合肥料(15-15-15-TE)就采用了BASF公司提供的硝化抑制剂DMPP技术。

有学者对全球不同地区施用硝化抑制剂的试验进行了Meta分析[12]，发现硝化抑制剂的施用可显著降低温室气体的排放量、减少硝酸盐淋溶损失(减少氮损失)和增加经济效益。当前，我国很多肥料生产企业推出稳定性肥料，如“美滋乐”(云南云天化股份有限公司)、“第四元素”(史丹利化肥股份有限公司)、稳定性复合肥料(施可丰化工股份有限公司)等，已经得到大面积推广应用，在玉米、花生、水稻、小麦、香蕉、柑橘、苹果等作物上均取得了较好的效果。

2.3 改善植物生长类助剂

该类助剂是当前市场上非常火热的生物刺激素，其是内含某些成分和(或)微生物的物质，既不是农药，也不是传统肥料，是继肥料、农药之后，派生出的一类或促进或调节作物生长的新业态，其靶标是农作物本身。当生物刺激素施用于植物叶面或者根际时，对植物有生物刺激作用，既有利于土壤改良和修复、提高肥料利用率，又可提高生物胁迫抗性，对土壤健康和作物健康具有十分重要的意义。生物刺激素可分为八大类，即腐殖酸类物质、复合有机物质、有益化学物质、非有机矿物、海藻提取物、甲壳素、抗蒸腾剂、游离氨基酸。

近年来，根腐病、灰霉病、枯萎病、细菌性溃疡病、青枯病、立枯病等“疑难杂症”及极端天气的不良影响，已成为压在种植户心中的一块大石头，单独依靠农药或肥料难以祛除，通过生物刺激素、植物生长调节剂、微生物、农药与肥料协同，在培肥地力、改善作物根际微生态环境、增强作物抗逆性、提高作物产量与品质等方面具有非常好的效果[13-15]，这已被众多的科研工作者以及种植户所认可。

2.3.1 腐殖酸类

业界就“腐植酸”和“腐殖酸”2个名词存在一定的争议，2017年9月29日，形成统一用“植”的决议，但近日国家印发的《腐殖酸类肥料 分类》(GB/T 35111—2017)[16]、《农业用腐殖酸和黄腐酸原料制品 分类》(GB/T 35112—2017)[17]等标准中采用“腐殖酸”。因此，文中除原有产品商品名描述及原相关标准描述外，统一使用“腐殖酸”。

在GB/T 35112—2017中，腐殖酸是指“腐殖物质中一组分子量较大的，只能溶于稀碱溶液，不能溶于酸和水，具有芳香族和脂肪族及多种官能团结构特征的，呈黑色或棕黑色的无定型有机弱酸混合物”。标准中将腐殖酸分为矿物源腐殖酸和生物质腐殖酸，矿物源腐殖酸为风化煤、褐煤、泥炭等矿物中含有的腐殖酸；生物质腐殖酸为工农业生产的生物质副产物经化学或微生物发酵工艺转化的腐殖物质中，只能溶于稀碱溶液，不能溶于酸和水的组分。

矿物源腐殖酸和生物质腐殖酸因其本身来源、结构和生产工艺的差异，在改良土壤方面的作用也不尽相同[19]。动植物残体(主要为沼泽地植物、动物残体)经千百年矿化而成风化煤、褐煤、泥炭等，经必要的工业处理制得矿物源腐殖酸，其组成、形态、结构、性质与土壤腐殖质十分接近，同时还含有一定量的钾、钙、硫、镁、硅等矿质营养元素，在培肥地力、改良土壤团粒结构等方面的功效显著。矿物源腐殖酸具有更强的化学和微生物惰性，适于作为助剂添加至肥料产品中，《农业用腐殖酸钾》(GB/T 33804—2017)[19]、《含腐植酸水溶肥料》(NY 1106—2010)[20]、《腐植酸复合肥料》(HG/T 5046—2016)[21]等标准要求肥料中腐殖酸来源为矿物源腐殖酸。

工农业废弃物(如畜禽粪便、秸秆、制糖或酿酒废液等)经必要的工业处理制得生物质腐殖酸，由于生产工艺与原料来源的特殊性，有一些物质(如木质素、纤维素、氨基酸、蛋白酶、核酸等)难以有效分离，但从作物营养的角度而言，这些亦是培肥地力、促进作物生长的活性物质，无需分离。生物质腐殖酸与木质素、纤维素等多种活性成分的协同，生理活性和化学活性更强，对作物、土壤的效果更为持久，渗透力强，更容易被作物吸收利用，对作物抗逆能力提高和品质改善具有更好的效果[22-23]。

云南云天化股份有限公司推出的“腐植酸磷酸二铵(15-42-0+HA)”、河南心连心化肥有限公司推出的“心连心黑力旺腐植酸复合肥”、湖北新洋丰肥业股份有限公司推出的“腐植酸复合肥”等均为腐殖酸类助剂与肥料的有机结合。

2.3.2 氨基酸类

氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物，是构成动植物蛋白质的基本单元。对于农作物，氨基酸不仅可以作为植物蛋白的基本单元，可被农作物直接吸收利用，而且还可提供作物生长所需的有机质和有机氮(叶面喷施与灌根时，有机氮易被作物吸收，促进作物生长)，甚至还能响应盐胁迫基因的诱导表达(增强作物在盐碱胁迫下抗逆能力，提高作物品质与产量)[24]。对于土壤微生物，氨基酸是土壤微生物十分青睐的食物，氨基酸施入土壤后，可通过促进土壤有益微生物的生长而抑制一些植物病原菌，改善土壤微生态环境，减少土传病虫害的发生。

在欧洲农业生产领域，氨基酸常被称为植物强壮剂、保护植物卫生的其他物质，已获得广大种植户的青睐与认可。在我国，早期的农资市场可供选择的氨基酸类肥料不多，多数为氨基酸中微肥，此类肥料利用氨基酸螯合(或络合)中微量元素(如镁、锌、铁等)，叶面喷施，对于解决作物缺素症状、改善作物品质(尤其是果树)、提高作物抗逆性(减少农药使用量)的效果非常理想。而今大量元素水溶肥、冲施肥、复合肥等肥料中都能看到氨基酸的影子，如云南三环中化化肥有限公司生产的新型肥料“地耕欣”和“农耕宝”中就添加有氨基酸组分[25]。

2.3.3 海藻提取物类

海藻，即海生的藻类，属低等隐花植物，主要分为褐藻、蓝藻、绿藻、红藻，其中褐藻是生产海藻肥的主要原料，包括泡叶藻、海带、裙带菜、马尾藻等，经必要的工业处理提取海藻中的有效成分，然后制成海藻生物有机肥料，为植物生长提供养分[26]。

天然海藻中含有许多植物生长与培肥地力、改良土壤所需的矿质营养元素和活性物质，其中矿质营养元素含有氮、磷、钾、钙、镁、锌、铁、硼、钼等，活性物质有海藻多糖、氨基酸、吲哚乙酸、甜菜碱、维生素等。在当前农资市场上，海藻酸是海藻提取物中非常火热的农资产品，添加海藻酸生产的肥料产品有海藻酸尿素、海藻酸中微肥、海藻酸水溶肥等。海藻酸广泛存在于褐藻细胞壁和细胞间质中，是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，是植物的主要供能物质，可起到强化细胞壁的作用[27]。

海藻酸除营养物质和活性物质含量丰富外，还可以减小水的表面张力、增大叶面肥(农药药液)与植物叶面的接触面积，从而提高肥料利用率。常规叶面喷施时，由于许多植物的叶面表层有一疏水蜡质层(具有一定的表面张力)，使叶面不易被肥料液和药液润湿，从而降低了水溶肥料的利用率，造成了肥料及药剂资源的浪费。在水溶肥中添加一定量的海藻酸，可有效降低表面张力，使得水溶性营养成分和活性物质通过植物茎叶细胞膜更好地进入植物细胞，促进作物生长。

此外，海藻酸盐在土壤中可与钙离子迅速发生离子交换并生成凝胶，其具有热不可逆性，有利于疏松和净化土壤、刺激作物根系生成发育和增强土壤微生物活性。

海藻资源量规模大、种类多，对其在作物上的应用还需更深入的研究。

2.3.4 甲壳素及其衍生物类

甲壳素在自然界中来源广泛，资源储备十分丰富。据统计，每年生物体产生的甲壳素大约在百亿吨，甲壳动物(如螃蟹、虾、昆虫)的外壳、海藻及真菌酵母的细胞壁中均含有丰富的甲壳素资源，甲壳素是自然界中仅次于纤维素的第2大多糖类物质，而且是可再生资源。甲壳素分子量较大，化学性质不活泼，在农业上应用的多为其衍生物。甲壳素经必要的工艺处理，如脱乙酰化可以得到壳聚糖，壳聚糖可解聚为分子更小、活性更高的壳寡糖物质。

20世纪60年代，美国在土壤中施入甲壳素，发现可以减少植物病原菌引起的病害[28]。之后，许多学者就壳聚糖及其衍生物在抑制病菌方面开展了大量的研究，发现壳聚糖及其衍生物一方面可以破坏菌丝(如灰霉病菌、镰刀菌等)，尤其是液泡，直接拮抗病菌；另一方面可促进有益微生物的繁殖与活动，微生物产生更多的几丁质酶、抗生素等，几丁质酶能分解真菌及昆虫(包括线虫等)体内的几丁质组织，从而杀灭病菌。

此外，壳聚糖及其衍生物在增强种子萌发[29-30]、果蔬保鲜[31-32]等方面也有特别的功效。目前，农资市场添加有壳聚糖及其衍生物的肥料产品有“虾肽根苗壮”(深圳市深博泰生物科技有限公司)、“地耕欣”(云南三环中化化肥有限公司)等。

3 肥料助剂市场发展趋势

3.1 产业耦合

清洁生产、循环经济仍是化工行业发展的主题，肥料行业通过添加助剂开发新型肥料的进程中，在很大程度上将推动新一轮的产业耦合，单一肥料生产企业将向产业、产品藕合和循环经济一体化模式转变。

“一体化”是指将多个具有价值的产业链整合在一起，未来的趋势是多产业联合的集群化生产，小型独立的生产线将在竞争中处于劣势，而产业横向多品种的藕合共生和纵向产业链的拓展延伸是增加产品附加值的有效途径。在新形势下，已有部分化肥生产企业与有机肥生产企业共同开发有机-无机复混肥，与酵母生产企业合作开发新型肥料等。此外，还有部分其他行业的企业进军肥料市场，如：一些酵母或制糖企业建有自己的有机肥生产装置，利用副产物加工制成有机肥；一些保健品领域的生产企业建有自己的水溶肥生产装置，利用保健品生产中不具备提取价值的氨基酸、壳聚糖等制取水溶肥。

未来还将有更多不同领域的企业合作开发适合当前农业发展的高效、经济的新型肥料产品，在产业耦合发展进程中逐步建立起跨行业的循环经济模型，保健品、化妆品、医药等行业中无提取价值的氨基酸、壳聚糖、海藻多糖、黄腐酸、甜菜碱、木质素、纤维素等都将作为助剂，变废为宝，在肥料行业得到资源化的利用，服务农业生产；酵母、味精、制糖、酿酒等行业的一些副产物(含有丰富的有机碳、氨基酸、木质素、纤维素、核酸等)也将在肥料行业得到资源化利用，服务农业生产。

3.2 助剂将呈现复合化、多功能化

当前，农业生产中的作物营养、植保、土壤修复等都非常复杂，各类问题(或因素)交织在一起，需要“组合拳”。大规模设施农业和规模化种植的兴起，基地业主们都希望肥料具备这样的“组合拳”性质，即：在作物营养上，不仅能给作物提供基本的氮、磷、钾营养，还应提供钙、镁、硫、锌、硼、铁等中微量元素营养；在植保上，能增强作物抗病害能力；在土壤修复与改良上，不仅能改善作物根际微生态环境，培养起有益菌群，抑制病菌生长，而且能改善土壤团粒结构，协调土壤水肥气热。此款肥料的研究与开发，使助剂开发者感受到了较大的挑战与机遇。

在当前的农资市场中，已经由一部分助剂企业在开展此项研究了。王欣[33]利用海藻酸钠、聚乙烯醇、膨润土等原料，经必要的加工工艺所制得的缓释肥料包膜液可生物降解，绿色环保，不仅实现肥料成分释放的可控性，而且补充了土壤有机质，可疏松板结的土壤。此类助剂，既能帮助肥料实现缓释功效，又能发挥海藻酸活性功效，二者兼得。

湖北富邦科技股份有限公司早年是一家肥料防结块剂、包裹剂、造粒助剂等传统助剂的原料提供商，近年来，该公司在新型肥料发展的大趋势下，以“化肥助剂整体解决方案提供者”的理念，加大研发投入，科学地将生物刺激素、中微量元素添加至防结块剂中。肥料生产企业使用此类助剂后，无需技术改造与工艺调整，沿用现有的防结块剂添加装置，既可实现产品的防结块，又可实现产品功能化升级(增加中微量元素和一些生物刺激素)。

深圳市深博泰生物科技有限公司按订单要求开发的复合生物刺激素组合YCB[25]，内含氨基酸、壳聚糖及其衍生物等多种活性成分，与肥料、农药协同，可有效培肥地力、减轻病虫害、提高作物品质与产量[34-36]。云南三环中化化肥有限公司利用复合生物刺激素组合YCB，成功开发出“地耕欣”和“农耕宝”2款新型肥料产品。

未来，多种肥料助剂将更多地被复配，以实现农业生产对“组合拳”的需求。随着现代农业和肥料行业发展的需要，肥料助剂企业将进一步围绕新型肥料开发，为肥料生产企业提供一站式集成供给与服务，在肥料供给侧改革中扮演特殊的角色。

4 存在的问题及发展建议

4.1 存在的问题

(1)着色剂是肥料行业的传统助剂，多数肥料企业由于规模化生产要求外观颜色整齐统一等原因，长期使用着色剂。但部分合成着色剂带有一定毒性，其中一些偶氮类着色剂经裂解可能产生致癌的芳香胺化合物[37]，部分着色剂含有砷、铅、汞等[38]，将会在一定程度上对人体健康造成不利影响。

(2)部分助剂添加量过多，可能引起肥害。如复硝酚钠、吲哚乙酸、赤霉素等，在一定剂量范围内施用可刺激作物生长，但超过该剂量后，反而起到抑制作用。又如中微量元素，施用一旦过量，容易引起肥害。

(3)对一些助剂，特别是生物刺激素物性的研究有待深入，其对作物的利弊分析还不够透彻，目前只注重有利方面的分析与探讨，对其危害还缺乏科学的评价体系。

(4)助剂标准制订滞后，导致肥料助剂使用混乱，一些企业利用这些漏洞，夸大宣传助剂的作用，严重影响有效安全助剂的推广。当前，还没有相应的标准规定肥料中可以添加哪些助剂、添加的助剂限量指标等，检测技术的滞后也不利于肥料助剂市场的监督管理。

(5)由于农户对助剂不了解，一些添加有助剂的肥料价格虚高，偏离市场规律，不利于新型肥料的推广。

4.2 发展建议

(1)加大肥料助剂的研究，可建立科研机构、大型肥料生产企业及现代农业种植户联合研发平台，推进安全有效的肥料助剂的研发。

(2)加大肥料助剂宣传与科普的力度，让农户对肥料助剂有一定的了解。

(3)借助行业协会力量，推动助剂标准的制订，整治行业乱象，引导行业健康发展。

(4)建立助剂检测技术体系，起草有毒有害物质或易产生肥害的物质限量标准与检测方法，以利于行业监督；建立农业生态安全评价体系，就助剂施用过程中对环境、农产品质量等方面的影响进行评价。

(5)加强肥料助剂在市场上的监督管理，维护合法生产企业和种植户的利益。

5 结语

安全有效的肥料助剂对农业生产节本增效、提质增效、减排增效起着重要作用，希望业内形成合力，在肥料助剂研发、技术交流、生产使用、市场监管等方面共同合作，有序开展各项工作，促进肥料助剂及肥料产业的健康发展，支撑中国农业绿色发展计划，助力中国肥料走向国际，打造中国肥料品牌。