含腐植酸水溶肥料产业发展成果

2018-10-19成绍鑫曾宪成

腐植酸 2018年5期

李双成绍鑫曾宪成

1 中国腐植酸工业协会北京 100120

2 中国科学院山西煤炭化学研究所太原 030001

含腐植酸水溶肥料是腐植酸（含黄腐酸）与大量元素和（或）微量元素，按照植物生长个性化需求，通过一定的配比制成的液体或固体水溶性肥料，主要以溶液形式为农田灌施、冲施或喷施。近十多年来的研究和应用实践表明，含腐植酸水溶肥除增强肥效外，还兼具“育化土壤+增强作物抗逆性+改善农产品品质”等效果。随着国家“水肥一体化”技术的推广和发展，越来越多的土肥专家、农技工作者、肥料生产企业、农资经销商和农民用户纷纷将目光聚焦到含腐植酸水溶肥料上来。如今，含腐植酸水溶肥料已经成为水溶肥料家族中的重要组成部分，代表着现代农业生产中更加经济、更加环保的肥料产业发展方向，有着巨大的发展潜力，市场前景广阔。

1 含腐植酸水溶肥料的起源

早在上世纪70年代初，发达国家就大力研发水溶肥料（国外统称“液体肥料”），80年代中期，美国和欧洲一些国家水溶肥技术和市场已非常成熟。我国80年代中期水溶肥（主要是叶面肥）刚刚兴起。含腐植酸水溶肥料是中国水溶肥料发展的引领者，后来成为驰名品牌的“叶面宝”和“喷施宝”率先进入市场，影响遍及全国[1]。

1989年，国家开启第一批水溶肥料登记，含腐植酸水溶肥料获登记产品3个，占水溶肥料总数7个产品的43%[2]，在水溶肥料发展初期便居主导地位，之后始终稳定性增长。截至2018年8月31日，农业农村部登记34类肥料产品中，含腐植酸水溶肥料登记产品数量达2576个，仅次于大量元素水溶肥料，位居第二位，主导地位十分突出。这样巨大的发展规模和瞩目成就，在全球肥料界是独一无二的，也是中国对世界水溶肥料产业发展的贡献。

2 含腐植酸水溶肥料产业发展成果

2.1 基本生产工艺

2.1.1 生产原料

生产含腐植酸水溶肥料的原料主要包括腐植酸盐、大量元素化合物和微量元素化合物三大部分。（1）腐植酸盐：主要有腐植酸钾、黄腐酸、黄腐酸钾等。（2）大量元素化合物：主要是化肥，包括尿素、磷酸二氢钾、磷铵、硝酸钾、硫酸钾等。（3）微量元素化合物：主要有硫酸亚铁、硫酸锌、硼砂、硫酸锰、硫酸铜、钼酸铵等。

2.1.2 生产设备

生产含腐植酸水溶肥料的工艺设备主要有粉磨机、乳化机、反应器、离心机、过滤机、蒸发器、干燥机、造粒机等。一般来讲，大多数通用设备即可满足生产需求，但个别产品对反应器和造粒机两种设备需特殊考虑。反应器：对于很粘稠的水溶肥料，需采用高剪切、强混合型的特殊搅拌机。造粒机：对液体产品要求干燥并造粒，需采用喷浆造粒或流化床喷雾造粒。以上两类设备市场上已有销售，但用于含腐植酸水溶肥料生产还要结合实际情况，认真考察，慎重选择。

2.1.3 生产工艺

含腐植酸水溶肥料的生产工艺主要有两条，即粉体混合路线和溶液反应路线。

（1）固体混合工艺路线。

固体混合工艺是将腐植酸盐与各种大量元素或微量元素化合物，按作物对养分的一般需求或特殊需求进行复配，机械混合即可（粉体）；也可对粉体进一步加工造粒（颗粒）。

该工艺过程大致为：大量元素（或微量元素）+水溶性腐植酸盐+助剂→机械混合→造粒（或不造粒）→固体成品（Ⅰ）。

优点：工艺过程简单，成本低。

缺点：产品容易混合不太均匀；有些产品中腐植酸与营养元素没有经过离子交换或络合/螯合反应，使产品效果打折扣。

（2）溶液反应工艺路线。

溶液反应工艺是将腐植酸盐与各种大量元素或微量元素化合物，按作物对养分的一般需求或特殊需求进行复配，添加适量助剂和水，加热搅拌，对液体物料进行离心或过滤，再将稀液进行浓缩，灌装即可作为“液体产品”；如果对产品的不溶物要求不严（如冲施肥），而且液体物料水分少，粘度较高，可以直接作为“膏状产品”；也可将浓缩液干燥，制成粉剂或颗粒产品。

优点：物料反应充分，产品不溶物少，使用效果好，稳定性高。

缺点：成本相对较高；需根据不同物料间的化学反应，调整反应温度和搅拌时间。

（3）其他工艺。

在前两项工艺基础上，增加光辐射等工艺。

2.1.4 技术关键

絮凝沉淀问题是所有含腐植酸水溶肥料生产企业需要面对和解决的一个技术关键。特别是作为喷施和滴灌使用时，要求产品在硬度较高的自来水中溶解不出现絮凝沉淀，并且在溶解≥20%的营养元素情况下仍不粘稠。对此，常用的方法有以下5种。

（1）高速剪切粉磨。采用超微气流粉碎、超声波处理、乳化等措施，目的是使粉体充分分散，避免堵孔。

（2）添加化学助剂。例如，木质素磺酸盐、合成表面活性剂（十二烷基磺酸钠等）、助溶剂（例如，甲基纤维素、海藻酸钠、黄原胶、聚丙烯酸钠等）。

（3）添加络合/螯合剂。如EDTA、柠檬酸、酒石酸、聚磷酸盐等。

（4）用螯合态元素替代普通元素。如用螯合硫酸锌代替硫酸锌、螯合硫酸锰代替硫酸锰等。

（5）添加其他分散和润湿渗透剂。如吐温、脂肪酸聚氧乙烯醚、羟乙基纤维素、丁香酚、乙二醇等。

以上技术措施实际可能是“治标不治本”，关键措施是引用高活性的腐植酸、黄腐酸类产品，采用定向控制氧化和磺化技术，使腐植酸最大限度地降低分子量、增加活性官能团。

2.2 含腐植酸水溶肥料产品

2.2.1 产品种类

目前市场上的含腐植酸水溶肥料分为大量元素型和微量元素型，大量元素型产品分为固体或液体两种剂型，微量元素型产品仅为固体剂型。此外，在含有大量元素和微量元素基础上，产品中还复合添加中量元素、特种元素（硒、钛、稀土元素等）、海藻酸、氨基酸、有益菌剂、酪蛋白磷酸肽、农药及其他有益物质等营养成分，制成功能更全面的含腐植酸水溶肥料产品，具有既土既肥、既肥既药、既药既养的效果，拓宽了含腐植酸水溶肥料产品的应用范围。

2.2.2 产品数量

根据农业农村部网站公布含腐植酸水溶肥料产品，1989—2018年8月31日累计登记产品数量2576个（表1），基本分为4个阶段：初识期（1989—2008年）、缓慢增长期（2009—2011年）、稳定增长期（2012—2015年）、快速增长期（2016—2018年）。其中，2018年1—8月登记产品数量最多，达823个，是前25年总和508个的1.62倍。

2.2.3 适用作物

根据农业农村部网站公布含腐植酸水溶肥料登记产品统计，适宜作物包括大田作物、茄果类、瓜类、根菜类、薯芋类、叶菜类、薹菜类、果树类、核果类、仁果类等累计76种作物（表2），完全可以满足农业生产多样化需求。

2.3 含腐植酸水溶肥料标准

目前，含腐植酸水溶肥料相关的行业标准有两个（表3）。根据许多用户反映，对NY 1106-2010《含腐植酸水溶肥料》标准中不溶物≤5%的要求显得过宽，化工行业标准HG/T 4365-2012《水溶性肥料》中对不溶物的要求为≤0.5%。两个指标之所以不同，与用途的限定范围有关。《水溶性肥料》中用途的限定范围只用于滴灌和喷灌，而《含腐植酸水溶肥料》标准中则可用于灌溉施肥、叶面施肥、无土栽培、浸种蘸根等，因此水不溶物的要求相对较低些。含腐植酸水溶肥料用于滴灌和喷灌时，水不溶物指标一般也需要小于0.5%，以免堵塞喷头。对此，中腐协将站在农业生产和产业发展的角度，组织专家进行应用调查和技术验证，制定更为科学和严格的协会标准。

表1 1989—2018年8月含腐植酸水溶肥料登记数量Tab.1 The number of registered water-soluble fertilizers containing humic acid from 1989 to August 2018

表2 含腐植酸水溶肥料适宜作物Tab.2 Suitable crops of water-soluble fertilizers containing humic acid

表3 含腐植酸水溶肥料行业标准Tab.3 Industry standards of water-soluble fertilizers containing humic acid

2.4 含腐植酸水溶肥料专利

根据国家知识产权局网站，检索标题和摘要中含有“腐植酸”“黄腐酸”“腐殖酸”“风化煤”“褐煤”“泥炭”等关键词的含腐植酸水溶肥料专利，经筛选统计，2010—2018年8月31日申请受理含腐植酸水溶肥料专利共318项（表4），包括审中专利239项，有效专利42项，失效专利37项。年专利申请受理量呈现明显的上升趋势。这些专利中以生产及应用类专利最多，达304项；设备装置类专利8项；包装类专利6项。

2.5 含腐植酸水溶肥料科研文献

根据中国知网检索主题中含有“腐植酸水溶肥”“腐殖酸水溶肥”“黄腐酸水溶肥”等关键词的文献共107篇，主要涉及农业科技、工程科技、经济与管理科学等领域（图1）。这些科研文献分别刊发于52种不同的期刊上，其中《腐植酸》杂志发文量最多，25篇，占比23.4%（图2）。

表4 2010—2018年8月含腐植酸水溶肥料专利数量Tab.4 The number of water-soluble fertilizers containing humic acid patents from 2010 to August 2018

图1 含腐植酸水溶肥料科研文献领域分布Fig.1 Distribution of scientific literature on water-soluble fertilizers containing humic acid

图2 含腐植酸水溶肥料科研文献的主要期刊Fig.1 Main journal of scientific literature on water-soluble fertilizers containing humic acid

2.6 含腐植酸水溶肥料企业队伍

根据农业农村部登记含腐植酸水溶肥料产品，涉及企业数量累计达1738家。其中56.44%的企业只登记1个产品，39.57%的企业登记2个产品，3.34%的企业登记3个产品，登记4个以上产品的企业共11家（表5）。

表5 登记含腐植酸水溶肥料的企业数量Tab.5 The number of companies registering water-soluble fertilizers containing humic acid

3 含腐植酸水溶肥料发展前景

3.1 国家政策支持

近10年来，在大力发展精准农业、生态农业、气候智慧型农业背景下，水肥一体化技术受到国家政策（表6）的大力支持，使得水溶肥料产业迅猛发展，在全国各地得到了广泛的应用，为含腐植酸水溶肥料发展提供了广阔w的空间。

3.2 农业发展必需

我国以仅占世界9%的耕地、6%的淡水资源生产出占世界25%的农产品，养活占世界20%的人口，水土资源约束越来越大，缺水比缺地更加严峻。对此，必须从根本上转变农业发展方式，努力突破水肥资源约束，提高水肥资源利用效率，变资源消耗型农业为资源高效型农业，才能实现农业可持续发展[3]。

与传统的单元肥料、二元肥料和复合肥料相比，水溶性肥料的应用效果优势更为突出：省水、省肥、省时[4]，肥料利用率高[5]，降低农业成本；营养元素较全面[6]，降低病虫害发生几率，保证农作物品质和产量[3，7]；改善土壤微环境、提高微量元素使用效率、减少环境污染、应对气候变化等，是现代农业健康科学发展的必然要求。

表6 水溶肥料相关国家利好政策Tab.6 Relevant countries’ favorable policies for water-soluble fertilizers

3.3 比较优势突出

含腐植酸水溶肥料是农业农村部登记6类水溶肥料之一，与其他5类水溶性肥料相比，在原料成本、生产工艺、产品数量、养分特点、作用效果等方面优势十分突出（表7），发展潜力十分巨大。

表7 6类水溶肥料比较Tab.7 Comparisons of six types of water-soluble fertilizers

4 含腐植酸水溶肥料产业发展建议

腐植酸是土壤的生命力，既关土又关肥，构筑“土肥和谐”离不开腐植酸。大力发展含腐植酸水溶肥料产业，是构筑“土肥和谐”的基础内容之一，也是推动我国“资源节约、环境友好”的水溶肥料产业发展的重大战略举措。

4.1 制定产业政策

腐植酸是土壤本源性物质，通过肥料反哺腐植酸，可以一举多得。建议一是从国家层面对含腐植酸水溶肥料给予一定技术性政策支持；像小麦“一喷三防”腐植酸肥料作为政府采购产品那样，明确设立“土肥和谐肥料”政府采购产品。二是在全国范围内建立含腐植酸水溶肥料试验田，通过不同地区、不同作物的示范样板，辐射带动其推广应用。

4.2 优化技术体系

由于含腐植酸水溶肥料生产企业规模偏小，技术质量参差不齐，导致产品使用效果差异很大。对此，建议企业一是严格把好原料关，二是严格把好标准关，三是创新优化破解絮凝沉淀的技术关，四是避免产品同质化，五是逐步形成规模化，六是进一步加强腐植酸成分的定性与定量、作用效果与机理等相关基础性研究。

4.3 完善服务体系

目前，广大农民使用腐植酸肥料带有很大的被动性和盲目跟风性，在一定程度上使得对腐植酸肥料效果的认识大打折扣。对此，建议构建以政府为主导，以行业协会为纽带，以企业技术服务为主体，以基层农技推广机构、农村合作经济组织为基础，农业科研、教育单位等社会力量广泛参与的服务体系，通过分工协作，搭建农业全程化、社会化、多元化的信息和产品服务平台，让农民不仅认识和了解含腐植酸水溶肥料，而且喜欢用，自愿用。

4.4 打击假冒伪劣产品

随着国家开展化肥零增长行动的持续深入，腐植酸肥料越来越“抢眼”，假冒伪劣产品也蜂拥而起。鉴别真假腐植酸肥料的专业性很强。打击假冒伪劣的腐植酸肥料是一项系统工程，需要动员社会各方力量统一行动。首先，需进一步完善“含腐植酸水溶肥料标准”核心内容；二是国家和地方执法部门、质量技术监督部门需要提高专业水平和打假执法水平；三是业界要互相监督，互相促进，共同提高；四是维护广大农民的合法权益，鼓励用户检举揭发造假者；五是通过媒体广泛宣传，提高鉴别真假腐植酸肥料的能力。为此，中腐协还设立了腐植酸肥料市场情报员，及时发布腐植酸肥料市场信息，提供专业科普知识，提高用户识别真假腐植酸肥料的鉴别能力。