緒論

一、土壤在農業生產中的重要作用

（一）土壤及土壤肥力

土壤是生態系統的重要組成部分，是人類社會所處自然環境的一部分，是自然環境中的生物圈的重要組成部分。在現代農業生產中，土壤是植物生長的基地。從這一點出發，土壤可以泛指是具有特殊結構、形態、性質和功能的自然體。它的特殊形態是地球陸地表面；它的特殊結構是疏松層；具有肥力是它的特殊性；能夠生長綠色植物是其特殊功能。因此，可將土壤定義為：“土壤是指覆蓋于地球陸地表面，具有肥力特征的，能夠生長綠色植物的疏松物質層。”從土壤形成過程來看，通常將未經人工開墾的土壤稱為自然土壤。經過開墾、耕種以后，其原有性質發生了變化，稱為農業土壤或耕作土壤。

土壤之所以能夠生長綠色植物，是因為土壤具有一定的肥力。土壤肥力是指土壤具有能同時并不斷地供給和調節植物生長發育所需的水、肥、氣、熱等因子的能力，它包括水分、養分、空氣、熱量四個主要肥力因子，這些因子在不斷變化，又相互聯系、相互制約和相互協調。

土壤肥力根據其產生原因可分為自然肥力和人為肥力，自然肥力是指在母質、生物、氣候、地形和時間各種自然因素共同作用下形成和發育的肥力。在自然界中尚未開墾的原始土壤和原始森林的土壤才具有自然肥力。人為肥力是指人們對土壤進行耕作、施肥等經營措施影響下所形成的肥力。耕作土壤的肥力是自然肥力和人為肥力的綜合表現。耕作技術愈完善，培肥措施愈合理，在土壤肥力的發展過程中定向改良土壤的作用愈大。

土壤肥力根據其表現的經濟效益可分為有效肥力和潛在肥力。由于土壤性質、環境條件和技術水平的限制，只有其中一部分在當季生產中能表現出來，產生經濟效益，這一部分肥力叫作有效肥力，而沒有直接被當季作物利用的肥力則叫潛在肥力。有效肥力和潛在肥力可以相互轉化，兩者之間沒有明顯的界線。例如大部分低洼積水的爛泥田、冷浸田，這種土壤有機質和氮磷鉀的含量雖然較高，但其有效供應能力卻較低。因此，對于這類土壤應加強農田基本建設，改造土壤環境條件，以促進土壤潛在肥力轉化為有效肥力。

（二）土壤在農業生產中的重要作用

農業是人類生存的基礎，土壤又是農業生產的基礎。“民以食為天，食以土為本”精辟地概括了人類、農業和土壤之間的關系。眾所周知，人類的生存離不開農業，農業最基本的生產是種植業。人類從事種植業生產以來就已認識到土壤是植物生長的天然基地。土壤是農業的基礎，也是農業生產的基本生產資料。農業生產是由植物生產、動物生產和土壤管理三個環節組成的。植物生產（種植業）主要是通過綠色植物的光合作用制造有機物質，把太陽輻射能轉變為化學能貯藏起來，植物產品作為食料和工業原料被人類所利用。動物生產（養殖業）是把一部分植物產品作為喂養畜、禽、魚類的飼料和餌料，以便充分地利用這些有機物質及其包含的化學能，進一步為人類提供動物性食品、工業原料和家畜糞尿。土壤管理是土壤的施肥耕作管理，把未曾利用的動植物殘體和人畜糞尿，通過耕作，歸還土壤，變為植物可利用的養分，同時增加和更新土壤有機質，提高土壤肥力。

土壤是人類生存的再生自然資源。土壤是綠色生命的源泉，是人類生存最基本、最廣泛、最重要、最珍貴的自然資源。它維系著自然界的生態平衡，使萬物充滿生機。它關系到人類的生存和社會的發展。隨著生產的發展和科學技術的進步，人類對土壤的認識也日趨深刻。人類開采利用的自然資源如金礦、鐵礦、煤炭、石油、天然氣等經過開采利用會越來越少，甚至枯竭。而土壤則有其特殊性，它不因人類的開發利用而損失，只要合理利用，就能年復一年地被利用，為人類的生存和繁衍做出貢獻。正如馬克思所說，土壤是人類世代相傳的生存條件和再生產條件。

土壤是陸地生態系統的主要組成部分。生態系統是指生物群落與其環境相互聯系、相互制約的自然整體。土壤不僅是農業生產的自然基礎，還是陸地生態系統的主要組成部分。土壤利用上存在的嚴重問題無一不影響整個生態環境，因此對土壤的利用不但要根據國民經濟和農業生產發展的要求，結合考慮土壤本身的性質特點，還應從環境科學角度，考慮自然界中生態系統的平衡問題，宜農則農，宜林則林，宜牧則牧，防止工業三廢及農藥和濫用化肥對土壤的污染，防止水土流失，防止由于土壤狀況惡化而影響整個環境和生態系統的協調。只有這樣我們才能為子孫留一塊綠地，留一片藍天。

土壤的上述作用使它成為人類賴以生存的基本自然資源之一。在科學發達的今天，隨著設施農業的發展，雖然能在溫室或大棚中進行無土栽培，生產蔬菜或育苗等，但目前人類還不能脫離土壤進行大規模農、林、牧生產，土壤仍然是進行農業生產所不可缺少的重要生產資料，人類的衣、食、住、行和社會的發展都要依賴土壤。土壤作為農業生產的基本生產資料和主要活動對象起著無可替代的作用。因此，如何合理高效地開發利用土地資源、保障土壤的生產力并避免對水土環境的不利影響是現代農業可持續穩定發展的關鍵。

（三）土壤與植物生產的關系

土壤不僅是植物扎根立足之地，而且還能供給植物生命活動所需的大部分生活要素。綠色植物的生活要素有日光（光能）、熱量（熱能）、空氣（主要是氧氣和二氧化碳）、水分和養分。光、熱和空氣主要來自太陽輻射和大氣，稱為宇宙因素。水分和養分主要來自土壤，故稱土壤因素。良好的土壤能使植物能吃得飽（養分供給充足）、喝得足（水分供應充分）、住得好（空氣流通、溫度適宜）、站得穩（根系生長根深蒂固）。總之，土壤在植物生長過程中有如下不可替代的作用。

1．土壤是植物生長的營養庫

植物需要的營養元素除二氧化碳主要來自空氣外，氮、磷、鉀及中量、微量營養元素和水分則主要來自土壤。

2．土壤能使養分轉化和循環

土壤中存在一系列的物理、化學、生物和生物化學作用，在養分元素的轉化中，既包括無機物的有機化，又包含有機物質的礦質化。既有營養元素的釋放和散失，又有元素的結合、固定和歸還。在地球表層系統中通過土壤養分元素的復雜轉化過程，實現了營養元素與生物之間的循環和周轉，保持了生物生命周期生息與繁衍。

3．土壤具有雨水涵養作用

土壤是地球陸地表面具有生物活性和多孔結構的介質，具有很強的吸水和持水能力。土壤的雨水涵養功能與土壤的總孔度、有機質含量等土壤理化性質和植被覆蓋度有密切的關系。植物枝葉對雨水的截留和對地表徑流的阻滯、根系的穿插和腐殖質層形成，能大大提高雨水涵養、防止水土流失的能力。

4．土壤是生物的棲居地

土壤被認為是地球上生物獨一無二的生存環境。土壤不僅是陸地植物的基礎營養庫，綠色植物在土壤中生根發芽，根系在土壤中伸展和穿插，獲得土壤的機械支撐。土壤中還生活和繁育著種類繁多、數量巨大的地下微生物。

5．土壤是環境的凈化器

土壤處于大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈的交界面，是地球表面各種物理、化學、生物化學過程的反應界面，是物質與能量交換、遷移等過程最復雜、最頻繁的地帶。這種特殊的空間位置，使得土壤具有抗外界溫度、濕度、酸堿性、氧化還原性變化的緩沖能力。對進入土壤的污染物能通過土壤生物進行代謝、降解、轉化、清除或降低毒性，起著過濾器和凈化器的作用，為地上部分的植物和地下部分的微生物的生長繁衍提供一個相對穩定的環境。

二、肥料在農業生產中的重要作用

（一）什么是肥料？

肥料是指能為植物直接或間接供給養分的物料。施肥能改良土壤性狀，提高土壤肥力，改善產品品質，增加植物產量。肥料是作物的“糧食”，在作物生產中發揮著不可替代的支撐作用。

（二）肥料的重要作用

俗話說，有收無收在于水，多收少收在于肥。肥料是糧食的糧食，是重要的農業生產資料，在農業生產中起著重要的作用。著名育種學家，在第一次“綠色革命”中做出卓越貢獻并獲得諾貝爾獎的Norman E.Borlaug 1994年在全面分析了20世紀農業生產發展的各相關因素之后指出：“20世紀全世界所增加的作物產量中的一半是來自化肥的施用。”在20世紀80年代，聯合國糧農組織亞太地區31個國家（地區）通過大量田間試驗得出結論：施肥可以提高糧食單位面積產量55%、總產30%。我國全國化肥試驗網在20世紀80年代進行的5000多個肥效試驗結果也證明，在水稻、小麥和玉米上合理施用化肥比對照不施肥處理平均增產48%。近年來，隨著化肥用量的增加和耕地肥力的逐漸提高，施肥的增產作用有所降低，但是，依然是作物增產增收最基本的物質保障。可見，合理施肥不僅可以提高植物產量，改善產品品質，還能提高土壤肥力。施肥的作用可概括為如下幾個方面：

1．肥料是農業優質高產的保證

中國是世界上第一人口大國，因此，保障糧食需求決定了農業在國民經濟中的首要地位。我國用只占世界9%的耕地養活了占全球21%的人口，其中施用化肥是最主要的因素之一。根據聯合國糧農組織（FAO）的資料，發展中國家通過施肥可提高糧食作物單產55%～57%，可提高總產30%～31%，全國化肥試驗網的大量試驗結果表明，施用化肥可提高水稻、玉米、棉花單產40%～50%，提高小麥、油菜等越冬作物單產50%～60%，提高大豆單產近20%。根據全國化肥試驗網的肥效結果推算，1986—1990年糧食總產中有35%左右是施用化肥形成的。毋庸置疑，肥料是我國糧食增產和糧食安全的基本物質保障，正如諾貝爾獎獲得者、綠色革命之父Norman Borlug（1998）指出的那樣，中國要實現糧食生產目標，用好化肥是第一位重要的措施。

2．肥料直接影響農民生產與收入

“三農問題”特別是農民增收問題是黨和政府關注的焦點，國家發展和改革委員會價格司編制的《全國農產品成本收益分料匯編2006》統計結果顯示，我國大糧食作物（水稻、小麥、玉米）的平均生產成本為5445元/hm2，其中化肥平均投入量為304.35kg/hm2，費用為1265.55元/hm2，占生產成本的23%（另外，人工費用占42%，種子費用占7%，農家肥占2%，農藥占4%，機械動力占19%，間接費用占2%），由于化肥價格增長，2005年三大糧食作物化肥投入增加了196.95元/hm2，導致糧食生產凈利潤下降了35.6%。化肥價格小幅度變化就能導致糧食種植從盈利轉向虧損，因此，化肥成為影響農戶生產和收入的主要因素。

3．施肥可提高居民營養水平

施肥不僅保證了糧食產量的增加，而且也保證了居民營養水平的大幅度提高。2005年，我國人均肉、蛋、奶的占有量分別達到了59.22kg、22.02kg、21.91kg，與1980年相比，分別增長了3.74倍、6.45倍、14.07倍。大量肉制品、奶制品以及水果蔬菜的生產也必須依賴于肥料的科學施用。雖然我國作物單產水平較低，水稻、小麥、玉米三大作物施用化肥后蛋白質產量為440～619kg/hm2，但如考慮復種指數為150%，實際我國耕地全年蛋白質產量還要高于發達國家，可達660～929kg/hm2，這就使得我國可以養活世界上21%的人口。2020年糧食需求將達到6.4億噸。在耕地面積難以增加的情況下，大幅度提高糧食單產是解決糧食安全問題的唯一選擇，而發揮肥料的增產作用是其中最為重要的措施。

（三）肥料的來源與分類

傳統肥料大致分為化學肥料和有機肥料兩大類。近年來，為適應農業可持續發展的需要，開發更加高效的新型肥料成為當今世界各國農業發展研究的重點領域。

1．傳統肥料

（1）化學肥料

化學肥料是以礦物空氣和水為主要原料，經提取、物理或者化學工業方制成的肥料。產品大部分為無機物，但也有有機物，如尿素等。化學肥料按其所含元素含量的多少，所含主要養分的不同，又可分為大量元素肥料、中量元素肥料、微量元素肥料和復（混）合肥料等。

1）大量元素肥料，如氮肥、磷肥、鉀肥等。

2）中等元素肥料，如含有鈣、鎂、硫等營養元素的石灰、硫酸鎂、石膏等。

3）微量元素肥料是指含有植物生長發育所需要微量元素的肥料，如硼砂、鉬酸銨、硫酸鋅等。

4）復（混）合肥料。復合肥料和混合肥料的統稱，是指在一種化學肥料中，含有氮磷鉀營養元素中的兩種或者三種的肥料。如磷酸銨，含有氮磷兩種植物所需養分，因此是氮磷二元復合肥料。硝磷鉀為氮磷鉀三元復合肥料。有的復（混）合肥料中，除含有氮磷鉀等主要營養元素之外，還含有多種微量元素，這些含有多種營養元素的復（混）合肥料稱為多元復（混）合肥料。復（混）合肥料的品位以含N-P2O5-K2O（%）的總量來表示，每種養分最低不少于4%。一般總含量在25%～60%。總含量在25%～30%的為低濃度復（混）合肥料；30%～40%的為中濃度復（混）合肥料；大于40%的為高濃度復（混）合肥料。

復（混）合肥料大致可分為三種類型：

a）化成復（混）肥。化成復（混）肥是在一定工藝條件下，用化學合成的方法或者用化學提取、分離的方法制得。具有固定的養分含量和比例，含副成分很少。如磷酸銨、硝酸銨等。

b）配成復（混）肥。配成復（混）肥是根據用戶需要，用高濃度的肥料，如尿素、氯化鉀、磷酸銨等按照一定比例，經混合制造成粒。這一類肥料的養分含量和比例可按不同的要求配制。由于加工工藝中要加入一定的助劑、填料，所以這類復（混）肥多數含有副成分。

c）混成復（混）肥。這類復（混）肥料是以單元肥料或化成復（混）肥料為原料，只通過簡單的機械混合制成。在混合過程中無明顯的化學反應發生，只是把幾種肥料簡單混合，便于施用并提高肥力，因此也稱摻混肥料。如由硫酸銨、磷酸銨和硫酸鉀固體摻混而成的三元復合肥。這類復（混）肥料的養分含量和比例較寬，針對性強，常含有副成分，一般隨混隨用，不宜長期存放。

（2）有機肥料

有機肥料是指利用各種有機廢棄物料，加工積制而成的含有有機物質的肥料總稱，是農村中就地取材、就地積制、就地施用的一類自然肥料，又稱為農家肥料。有機肥料來源廣泛，品種也相當繁多，一般根據其來源、特性和積制方法，可把有機肥料大致分為五類：

1）糞尿肥類 主要指動物的排泄物，包括人糞尿、家畜糞尿、禽糞、海鳥糞、蠶沙以及利用家畜糞便混以各種墊圈材料積制的廄肥。

2）堆漚肥類 主要指各種有機物料經過微生物發酵的產物，包括堆肥、漚肥、秸稈直接還田以及沼氣肥等，秸稈還是家畜墊圈的重要原料。

3）綠肥類 主要指直接翻壓到土壤中作為肥料使用的正在生長的綠色植物（植物整體或植物殘體），包括栽培綠肥和野生綠肥。目前我國多以種飼料綠肥為主，直接翻耕的綠肥較少。

4）雜肥類 主要指能用作肥料的各種有機廢棄物，包括城市垃圾、泥土肥、草木灰、草炭、腐殖酸及各種餅肥等。隨著城鎮人口的增加和農副產品加工業的增多，雜肥類在有機肥料資源中所占比重越來越大。

5）商品有機肥 包括工廠化生產的各種有機肥料、有機-無機復合肥、腐殖酸肥料以及各類生物肥料。

有機肥在作物生產中的作用是不可代替的。一是所含營養成分豐富、全面；二是能改善土壤理化性狀，促進微生物活動，活化養分，為作物優良品質的形成創造良好的生長環境。

2．新型肥料

肥料是保障作物產量最重要的因素。中國是農業大國，也是當今世界最大的化肥生產國和消費國。肥料在農業生產性支出中占50%，是農業生產中最大的物資投資。我國之所以能夠用占世界7%的耕地養活占世界22%的人口，關鍵在于提高糧食作物單位面積產量。在發展中國家的糧食生產中，糧食增產的55%歸功于化肥的使用。顯而易見，化肥在糧食增產上起到了舉足輕重的作用。然而，20世紀80年代以來，我國的化肥總用量雖然不斷增加，但是高施肥水平卻導致低的化肥利用率，并呈現利用率不斷下降的趨勢。據有關資料顯示，國外氮肥利用率為50%～55%，我國氮肥利用率僅為30%～35%，磷肥僅為10%～25%，鉀肥為35%～50%，與發達國家水平相差較懸殊。低的化肥利用率導致在作物的一個生長周期中需進行多次施肥，過量肥料在植物根際積累，不僅會破壞植物根系細胞結構，造成鹽害，導致作物減產甚至死亡，還會破壞土壤結構，導致土壤退化以及地表和地下水體污染等。

我國新型肥料的研究主要圍繞提高肥料利用效率這個核心目標進行。為適應農業可持續發展的需要，開發更加高效的新型肥料成為當今世界各國農業發展研究的重點領域。世界各國都在投巨資發展新型肥料，搶占新型肥料研究的制高點。

目前國內外發展較快的有緩/控釋肥料、功能性肥料、全水溶性肥料、有機無機復合肥料、微生物肥料（菌劑）等。

新型肥料泛指應用常規肥料再加工使之具有某些新的特性和功能，或者利用新材料生產出新的肥料品種。新型肥料的研制和開發有其特有的目標，如緩控釋肥的目標是減緩或控制養分的釋放，使其養分供應與作物需求同步，提高肥料養分的吸收利用，提高利用效率，而水溶性肥料則主要用于水肥一體化相關技術的應用，通過水肥正的交互作用，提高水肥利用效率。

（1）功能性肥料

將營養物質與其他限制作物高產的因素相結合的多功能肥料，是21世紀新型肥料發展的重要方向之一。將調理土壤、保水、抗病等功能結合到肥料中去的多功能肥料，對肥料生產工藝提出了新的要求，其技術凝聚了農學、土壤學、植物營養學等領域的相關先進技術。在這一國際農業高技術競爭的重要領域中，美國、日本等國處于世界領先地位；我國雖然起步較晚，但在多功能肥料的開發應用方面也取得了長足進展，有力地推動了我國肥料科技的進步。這些多功能肥料主要包括保水型肥料、改善土壤結構的肥料、提高作物抗性的肥料、具有防治雜草功能的肥料等。

1）具保水功能的肥料

針對我國水資源缺乏的現狀，應用具保水功能的肥料抑制土壤水分損失，改善作物水分利用效率，具有重大的現實意義。土壤保水劑具有調節土壤水肥的功能，緩解和協調農業缺水、缺肥，保持和提高土壤中水分、養分有效性的作用，很早就成為各國農業專家關注的對象，高吸水樹脂（HWAR）等高效保水劑已經在全球30多個國家廣泛應用。隨著對保水劑研究和應用的不斷發展，人們開始將保水劑與傳統肥料結合，開發保水型功能肥料，由于HWAR等保水劑在吸附水分的同時，也可以對水溶液中的肥料產生不同程度的吸附作用，所以一次施用即可達到肥田與保水的雙重效果。利用保水材料實現水肥一體化調控，是一個新興的研究領域。

華南農業大學在我國率先開展了保水型控釋肥的研究，利用高吸水性樹脂包被尿素和包膜型控釋肥料，制成保水型控釋肥料，試驗結果表明作物的水分利用效率和水分產值效率得到了顯著提高。廣東工業大學利用濕雞糞經EM細菌發酵和烘干處理后，加入保水劑和增效劑經造粒制成保水有機肥，不僅原有有機肥料營養得以保持，還可明顯地改善土壤的團粒結構，提高土壤的保水性能，大大節約灌溉用水。杜建軍等開發出以高保水性材料和單質肥料為原料的摻混型節水專用肥，與等養分的復合肥比較，產量增加5.160，節水率達27.70%，同時證明了使用高吸水性樹脂以控制養分釋放能明顯減少肥料的損失。東北林業大學以肥料與羧甲基纖維素、丙烯酸合成了肥料復合型高吸水樹脂，吸水倍率為400g/g，其中所復合的肥料具有良好的緩釋性能，為保水型肥料的開發提供了一種新的思路。

我國對保水型肥料的研究起步較晚，雖然做了一些工作，但要實現產業化所要解決的問題還有很多。①由于高吸水性樹脂HWAR（High Water Absorbent Resin）是一類高分子電解質，容易受到水中離子的影響而使吸水率下降，在用于旱地作物抗旱栽培時，尤其應避免和硫酸鉀等電離性強的肥料高濃度混合使用，這就給保水型肥料的開發帶來一定困難。選擇更適當的保水材料，開發利用適宜覆膜技術解決混合后無機肥料對保水劑吸水效率的負面影響，穩定吸水效率，是保水型肥料研究和應用的一個關鍵問題。②我國對于保水劑的研究大多局限于保水或者保肥的單因子研究，缺乏水肥一體化調控研究。保水劑同樣可用于控制肥料養分的釋放，其擴散速率可由聚合物的化學性質控制；將保水劑用作控釋材料制造新型保水型控釋肥，實現對水、肥的一體化調控，是今后保水功能肥料研究的一個重要方向。③有機肥料不僅在培肥地力、改善作物品質等方面明顯優于化學肥料，更具有天然保持土壤水分的功效，而且不會造成保水劑吸水效率下降的問題。應著眼于有機無機肥料的配合，開發有機型保水肥料，使保水型肥料功能更全面、更合理。

2）具改良土壤功能的肥料

隨著化學肥料的大量使用，我國農產品的產量大幅度提高，但也給土壤帶來了諸如板結、有機質下降、微生態失衡等一系列問題。應用具有土壤改良功能的肥料，改善土壤結構，提高土壤肥力，對農業可持續發展具有重要意義。目前具有調理土壤功能的肥料主要有腐殖酸肥料、膨潤土肥料、沸石肥料、有機肥料等。

腐殖酸除本身的營養作用外，對土壤的改良功能復合肥料，試驗證明能顯著提高肥效。膨潤土施用于土壤，可以有助于土壤團粒結構的形成，提高土壤的保肥保水能力；同時還能增強土壤的緩沖性能，吸附有害元素，減輕土壤污染，在環境保護上也具有很大意義。在肥料生產中加入適量膨潤土，除起到上述的調理作用外，還可以降低肥料的含水率，防止結塊；如果利用膨潤土作為肥料的載體，更具一定的緩釋功效。膨潤土被單純用于改良土壤的報道較少，但近年來膨潤土在我國被廣泛用于復混肥的制造，在增強肥料顆粒強度、減小養分損失的同時，還可以改良土壤結構，效果比較明顯。

沸石應用于土壤中可以提高土壤鹽基交換量，促進團粒結構的形成；另外由于沸石具有很強的吸附力，與化肥混合后，可以提高N、P的利用率，延長肥效。將沸石用作載體生產復混肥在我國應用較多，如將沸石與碳銨混合，以減少銨的揮發損失和改善碳銨的物性；另有將沸石與尿素混合做成沸石包衣尿素，沸石與尿素、磷銨或普鈣、氯化鉀復混做成沸石載體復混肥等多種方法，在一定程度上起到了改良土壤、減輕因化肥施用過多導致的酸化，提高肥料利用率和延長土壤供肥時間，進而提高作物產量的作用。

有機肥料具有改善作物營養，促進養分平衡，協調內源激素濃度與比例，提高作物產量與品質的作用已是不爭的事實。隨著化肥的出現，傳統有機肥因養分濃度低、臟臭等缺點，其地位逐年下降。將禽畜糞便等有機廢棄物經發酵處理后的商品化有機肥，保持了有機肥料的許多優點，在改良土壤，培肥地力，改善作物品質上的作用非化學肥料可比。發達國家在有機肥發酵工藝、技術和設備上已日趨完善，基本達到了規模化和產業化的水平。我國商品化有機肥的生產處于起步階段，生產規模小、效率低、污染較大，關鍵技術設備等亟待完善。

造紙黑液木素在我國已被廣泛用作制造肥料的原料。故當黑液木素作為肥料成分施入土壤時，除了對營養物質的緩釋功能以外，還由于木素的膠體性質及結構中具有的豐富酸性基團，可改善土壤團粒結構、提高土壤陽離子交換量和緩沖土壤酸堿性，從而提高土壤保水、保肥、保溫和通氣能力。

具改良土壤功能的肥料的發展有待研究的問題有：①目前廣泛應用的土壤調理劑種類比較多，但是用于制造肥料的還比較少。需要大力開發多種土壤調理劑在肥料中的應用，以期找到進一步提高調理功效與肥效的配方。②膨潤土肥料、沸石肥料、木素肥料等除了起到調理土壤的功能外，還具有保持并緩慢釋放養分的作用，開發此種具有調理一控釋復合型功能的新型肥料是今后工作的重點。③對傳統有機肥料產品進行升級改造，開展商品有機肥產業化關鍵技術研究，搭建我國商品有機肥產業化技術平臺，提高有機廢棄物資源化利用水平，也是需要進一步研究的問題。

3）具除草功能的肥料

化學除草是提高作物產量和改善品質的有效途徑之一。將除草劑和化肥混合加工而成的除草藥肥是農藥、肥料開發和應用的一個新的方向。除草藥肥的優越性在于一次田間作業，便能收到施肥和除草雙重效果；并且由于除草劑對土壤中硝化細菌的抑制作用，使之與化學肥料的結合往往表現出良好的互作增效效應。

除草藥肥的研究最早始于20世紀60年代的日本，80年代后，我國也開始了有關除草藥肥的研究。浙江省研制的除草尿素，采用包衣法將除草劑包裹在尿素顆粒外表，由于除草劑對土壤中的氨化細菌有顯著的抑制作用，因而能提高尿素的利用率。江蘇里下河地區農科所研制與開發的除草藥肥——稻麥油系列農作物除草專用肥，采用多重復合技術，藥效可增加10%以上，綜合肥效增加8.6%，對農田主要雜草的防效在85%以上，增產8%～15%。現在該系列產品已經形成產業化開發，并在長江中下游地區大面積推廣應用。我國已形成的除草藥肥產品已經比較多，但其中大多數應用效果并不理想。其主要原因在于肥料和除草劑成分相對單一，營養不全面，殺草譜窄。要真正達到高效肥田、除草的雙重效果，還需進一步開發研究。根據平衡施肥法則和田間草相，通過試驗確定多元肥料和多元除草劑的合理配伍，將平衡施肥技術與化學除草技術相結合，開發出更加高效合理的除草藥肥配方及加工工藝。

多功能肥料的研究開發在我國還只是剛剛起步，當前有些新型功能肥料仍處于試驗研究階段，技術還不成熟，應用效果也不穩定，距離產業化生產和大規模推廣應用還有很長的路要走。

目前我國在肥料使用上仍以化學肥料占絕大多數，多功能肥料只是在某些特殊作物、特殊土壤上或者在其他的具體條件下進行應用。常規肥料在今后相當長的時間內仍將是肥料應用的主流。推動多功能肥料研究和產業化的發展，是一項系統工程，需要肥料行業同其他領域的協同努力，更需要國家政策上的支持，我國多功能肥料的研制、生產與推廣將是一個長期穩步發展的過程。

（2）緩/控釋肥料

1）緩/控釋肥料

緩/控釋肥料廣義上是指肥料養分釋放速率緩慢，釋放期較長，在作物的整個生長期都可滿足生長需求的肥料。美國作物營養協會將緩釋和控釋肥料定義為：所含養分形式在施肥后能延緩作物吸收與利用，其所含養分比速效肥具有更長肥效的肥料。但狹義上緩釋肥料和控釋肥料定義大相徑庭。緩釋肥料（slow release fertilizers）是指肥料施入土壤后，轉變為植物有效態養分的釋放速率比速溶性肥料小；控釋肥料（controlled release fertilizers），是考慮作物營養需求規律，結合現代植物營養理論與控制釋放的高新技術，通過使用不同的包膜材料，控制肥料在土壤中的釋放期與釋放量，使養分釋放模式與作物生長發育的肥料需求相一致，是緩釋肥料的高級形式。緩釋肥料只能延緩肥料的釋放速度，達不到完全控釋的目的，現在所謂的緩/控釋肥料包括了控釋肥料和緩釋肥料。

緩/控釋肥料最大的特點是可根據作物吸收養分的規律調整養分供應，做到養分供應與作物吸收同步，同時基本實現一次性施肥滿足作物整個生長期的需要，節時省工，損失少，作物回收率高，一般來講，施用緩/控釋肥可以提高肥料利用率50%以上。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》將研發新型環保型肥料、緩/控釋肥料等列為優先發展主題。研發出當季作物的回收率高、損失少、環境友好的緩/控釋肥料，在節約資源、實現農業生產與生態協調發展、節本增效和節能減排等方面，均具有十分重要的意義。

作為一種新型化學肥料，緩/控釋肥在國際上的研究已有60多年的歷史，工業化生產已經50余年。世界上第1個緩釋脲醛肥料于1948年面世，由美國K.G.Clart 等人合成。1960年以前主要是尿素——甲醛縮合物緩釋肥料的初步研究。20世紀60年代后，緩/控釋肥主要研究方向為尿素——甲醛縮合物聚烯類等，在肥料中摻雜其他難溶物、添加劑、抑制劑生產緩釋肥料。20世紀80年代進入緩/控釋氮肥研發突飛猛進的時代，主要研究以硫黃、磷酸鎂鉸、聚乙烯等作為包裹肥料膜材料以及包裹緩釋肥料的理論模型。20世紀90年代緩/控釋肥趨于成熟，包括對有機高分子聚合物包膜分解過程和吸附緩/控釋肥料的研究等，后來人們意識到有些高分子薄膜材料對環境的污染破壞，包膜材料的研究轉向了可生物降解的高分子材料。包膜新材料的研發、新型化學合成緩/控釋肥料合成工藝方法的研究及新型緩/控釋肥料長期應用對環境影響方面的研究等成了目前的主要研究方向。

美國是世界上最早研究和最大消費緩/控釋肥料的國家，占全球消費量的60%，主要以包硫尿素（SCU）為主，還有包硫氯化鉀（SCK）、包硫磷酸二銨（SCP）等。改進的包硫尿素在其表面包一層烯烴聚合物，產品名為Polys，此產品售價比聚合物包膜肥料便宜，在美國市場上廣泛使用。醇酸樹脂包膜肥（Osmocote）仍為世界上最有影響的包膜肥料。

日本是研究與應用控釋肥料技術較先進的國家，以高分子包膜肥料為主。20世紀80年代研制出熱塑型樹脂聚烯烴包膜肥料（Nulricote），與美國Osmocote同為國際知名品牌，該肥料控釋氮素100～360d，控釋量80%，氮素利用率高達60%～70%，其養分釋放具有精確控制和緩釋的雙重功能。20世紀90年代日本主要生產包膜尿素、熱固性樹脂包膜及含農藥的包膜肥、生物可降解的脂肪族聚酯和微晶石蠟包膜材料，現以生產可降解聚合物包膜肥料為主。

歐洲各國的研究注重于微溶性含氮化合物緩釋肥料。德國研究重點為聚合物包膜材料生產包膜肥。法國的緩釋肥料用三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉包裹金屬過氮化物作為土壤添劑；或者用聚合物包膜肥料與微生物結合在一起。西班牙用松樹木質素紙漿廢液包膜尿素制得系列肥料。荷蘭開發了用菊粉、甘油、土豆、淀粉與肥料捏合制成生物可降解的包裹肥。蘇聯制備包膜肥的專利為脲醛（UF）、鋁粉、磷酸和丁二烯膠乳多層包膜及用聚乙烯乙酸脂和磷酸包膜尿素，肥料利用率可提高15%。前捷克斯洛伐克用脲醛樹脂包膜尿素，通過改變包膜劑粒度和包膜層厚度來調節養分的釋放速度。

在全球范圍內，以美國、歐洲、以色列、日本等對緩/控釋肥用量較大，多數以經濟作物和高效益草坪等用量較大，其中美國、歐盟等主要用于非農業領域，高爾夫球場、草坪，景觀植物等，而農業領域主要用在蔬菜、水果等經濟作物。可見成本高是限制其在農業大田作物應用的原因之一，與普通肥料相比，緩/控釋肥的應用比例仍相對較小。

我國緩/控釋肥研究相對起步略晚，但隨著近年來農業面臨污染、社會資源消耗、增加農業收入等多方面的壓力加大，促進了緩/控釋肥料行業的技術研發與產業化的發展。2000年以后“十五”期間科技部將環境友好型緩釋肥料研究列入863計劃，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》指出：將研發新型環保肥料、緩/控釋肥料等列為優先發展主題。

近幾年我國緩釋肥料發展迅速，主要采取2種技術路線，分別是將肥料進行微溶化和包膜處理來實現肥料養分的緩/控釋。前者的代表性產物有脲醛化合物（UF），后者的代表性產物有硫包膜尿素（SCU），聚合物包膜尿素（PCU）等。目前已開發出了具有我國特色的技術和產品種類，包括樹脂包膜緩/控釋肥料、包裹型肥料、硫包衣緩釋肥料、合成型微溶態脲醛類緩釋肥料等。中國緩/控釋肥料消費量已占到世界的1/3，逐漸成為世界上緩/控釋肥料生產和使用的重要國家之一。

但是，目前國內緩/控釋肥料的發展還存在以下問題：①國內研制的包衣型緩/控釋肥料的成膜材料多以苯、甲苯、石油醚等作為溶劑，毒險較高，有些以三氯乙烯、四氯甲烷等作為溶劑，破壞臭氧層，造成大氣污染；②緩/控釋肥料價格太高，難以廣泛地被農民所接受而應用在大田作物上。

2）緩/控釋肥料的類型

根據處理方式可分為物理型緩/控釋肥料、化學型緩/控釋肥料和物理化學型緩/控釋肥料；根據溶解性釋放方式可分為降解性因素控制水溶性肥料、微溶性有機含氮化合物、微溶性無機含氮化合物；根據化學性質可分為化學合成微溶性有機化合物、化學合成微溶性的無機化合物、加工過的天然有機化合物、包膜添加成氮肥；根據化學組成可分為包裹緩釋肥料、混合緩釋肥料、縮合物或聚合物緩釋肥料、吸附緩釋肥料。

a）物理型緩/控釋肥料

經過簡單的物理處理使肥料具有緩控性，叫作物理型緩/控釋肥料，大多為包膜肥料。一般通過噴涂、加熱、干燥等手段，使肥料顆粒表面形成致密的低滲透性膜，進而控制養分溶液從膜內向外部擴散，減慢肥料養分的釋放速度。包涂材料包括有機和無機2類，無機化合物包裹膜材料有硫黃、金屬氧化物和金屬鹽等；有機化合物及聚合物包膜材料有不飽和油、石蠟、烯烴聚合物或共聚物、天然橡膠等一些特定的橡膠類物質及熱塑性和熱固性樹脂等。

b）化學型緩/控釋肥料

化學型緩/控釋肥料分為兩類：①是化學添加物不與目標肥料結合，如在目標肥料中添加阻溶性物質，或是在目標肥料中添加養分釋放抑制物質，如在尿素中混加脈酶活性抑制劑、硝化抑制劑；②化學添加物與肥料結合形成新物質，養分釋放機理是該化合物在外界環境條件的影響下分解，特定化合物與尿素之間的化學鍵斷開，重新生成尿素和特定化合物，然后尿素再釋放出植物生長所需的氮素。

c）物理化學型緩/控釋肥料

結合物理和化學方法對目標肥料進行處理稱為物理化學型緩/控釋肥料。

根據緩釋材料和加工方式的不同，大致分為兩種類型：包膜型肥料、化學抑制型肥料。

a）包膜型肥料

包膜肥料由包裹膜和肥料心組成。肥料心常用的是普通氮、磷、鉀單元或多元肥料、含微量元素的復合肥料、含有植物所需營養元素的礦物等。作為肥料心的這些肥料水溶性好，易于被植物吸收，但也容易流失和浪費，特別是在經常灌溉的田塊，這種現象更為嚴重，因而人們通常在這些肥料的外面包裹上一層膜來阻止或延緩上述現象的發生，從而形成了包膜肥料。美國最早先后進行了包硫氯化鉀（SCK）、包硫磷酸二銨（SCP）“控釋農藥——肥料聚合物”包膜肥料的研究。日本在研究初期學習美國的技術，從20世紀70年代開始研制熱塑性樹脂聚烯烴包膜肥料。該包膜劑是由聚乙烯（PE）和乙酸乙烯醋的共聚物（Ethalene vinylaccetate, EVA）和無機填充料滑石粉所組成。PE可形成水滲透性很低的薄膜，而EVA能形成水滲透性很強的薄膜。將PE與EVA按不同的比例混合，便能控制氮的釋放速率，添加滑石粉可以調節包膜肥養分釋放的溫度系數。在眾多的日本專利中，以開發可被生物和光降解的聚合物包膜肥料及具有不同養分釋放模式的包膜肥料為主體。包膜肥料所用的包裹膜常是一層難溶物或者微溶物。當肥料施入土壤后，包裹膜發生緩慢地溶解、分解或腐化，肥料心暴露，通過土壤中的水分，使肥料被植物緩慢吸收，從而達到緩釋的目的。

常用的包膜材料可分為：

天然高分子材料：包括淀粉及其衍生物，動植物膠類，植物蠟和蜂蠟等。

半合成高分子聚合物：纖維素類，淀粉衍生物，黃化木質素，脲甲醛等。

合成高分子聚合物：聚烯烴類熱塑性樹脂，聚丙烯醇，聚乙烯塑料，泡沫硬塑料，乙烯樹脂，丙烯酸樹脂等。

混配或改性的高分子聚合物：淀粉及其衍生物與樹脂混配并改性。

無機化合物：無機化合物作為包裹膜有硫黃、MgNH4PO4· 3H2O、硅酸鹽、磷酸鈣、P2O5/CaO玻璃體以及改性氧化物A12O3制成的無機物束膠。

b）化學抑制型肥料

該肥料目前主要向兩種類型發展，一種是添加服酶抑制劑和硝化抑制劑，調節土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對氨態氮的硝化一反硝化作用，從而達到肥料氮素緩慢釋放和減少損失的目的；劑包膜，如乙酸乙烯醋和聚丙烯酞胺共聚物（EVA）既是較好的土壤調理劑，又是較好的肥料包膜劑，通過改變微環境，提高肥料利用率。

緩/控釋肥是“肥料的一次革命”，是“低碳經濟”時代的新型增值肥料，其發展將給農業領域乃至人類生活帶來深刻影響和變化，對促進農業可持續發展，構建節約型社會，減輕農民負擔等都有十分重要的意義。

（3）水溶性肥料

近年來，我國農業生產水肥資源消耗、浪費現象嚴重，水肥資源緊缺問題日益凸顯，已經成為制約我國農業發展的主要瓶頸，因此，節水節肥是發展特色可持續農業的必然趨勢。我國在水資源及化肥資源的雙重挑戰背景下，以噴灌、微噴灌、滴灌為主要施肥方式的水肥一體化技術正在成為省水、省肥、增效及環保的現代農業新舉措。

水溶性肥料是指能夠完全溶解于水的多元素復合型肥料。不同于傳統的過磷酸鈣、造粒復合肥等品種，水溶性肥料可以被作物的根系和葉面直接吸收利用，有效吸收率高出普通化肥一倍多，并且其肥效也比較快，可解決高產作物快速生長期的營養需求。比如在我國山東的壽光地區，當地的村民就對記者表示，當地原來長期使用復合肥，結果大棚內土壤板結，鹽漬化加重，不但導致蔬菜病害多發，還導致蔬菜產量低。后來，當地開始改用水溶肥，不僅解決了土壤板結等問題，而且增產增收效果明顯。

水溶性肥料不僅利用率高，還有養分含量高、營養全面、節水等優點。普通復合肥總養分在25%以上，而水溶肥總養分在50%以上，水溶肥還會添加微量元素，營養更全面。而通過水肥一體化技術，水溶肥應用中的節水效率更是驚人。統計顯示，利用管道灌溉系統，將液體肥料或水溶性固體肥料溶解在水中，通過管道和滴頭形成滴灌，使水和肥料在土壤中以優化組合狀態供應給作物供其吸收利用，一般可以節水30%～70%，節省施肥及灌溉人工80%以上，作物普遍增產30%以上，并且還能顯著改善農產品品質。

水溶性肥料是一種可以完全溶于水的多元復合速效肥料，易被作物吸收，吸收率為普通化肥的2～3倍，營養更全面。我國“十二五”規劃將水肥一體化的正式納入以及2011年中央一號文件為水溶性肥料的發展提供了良好機遇，2013年《水溶肥化工行業標準》將水不溶物比例由5.0%降到0.5%，水溶性肥料產業開始邁入規范發展新時代。農業部辦公廳印發的《水肥一體化技術指導意見》提出，截至2015年水肥一體化技術推廣總面積達到533萬hm2以上，新增推廣面積333萬hm2以上，實現節水50%以上，節肥30%，糧食作物增產20%，經濟作物節本增收40元/hm2以上。2015年初農業部推出《到2020年化肥使用量零增氏行動方案》，在實現化肥使用零增長的具體措施中，指導意見明確提到：截至2020年，水肥一體化技術推廣面積0.1億hm2，增加533萬hm2。在相關政策的扶持下，近年來我國水溶性肥料備受業內關注，已成為化肥市場的一大亮點，因此發展水溶性肥料符合我國現代農業發展方式，未來發展空間廣闊。

1）水溶性肥料的分類

水溶性肥料簡稱水溶肥，有廣義和狹義之分。廣義上的水溶肥包括傳統的大量元素單質水溶肥（如尿素、氯化鉀等）、水溶性復合肥料（磷酸一銨、磷酸二銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等）、農業部行業標準規定的水溶性復混肥（大量元素水溶肥、中量元素水溶肥、微量元素水溶肥、氨基酸水溶肥、腐殖酸水溶肥）和有機水溶肥等。狹義上的水溶肥是農業部行業標準規定的水溶性肥料產品，對養分配方、分類、pH和水不溶物等都做了嚴格的登記規定，對于產品的適用性、針對性和復合化等方面都有很大促進作用。與傳統的復合肥產品相比，通過滴灌施用方式可以使水溶性肥料養分更容易被作物吸收，且利用率相對較高，其吸收率高出普通化肥1倍多，能達到70%～80%，更為關鍵的是可以通過與噴灌、滴灌等農業設施相結合，實現水肥一體化，達到省水省肥省工的效果。在目前水資源短缺的情況下，水溶性肥料成為保證農業持續、高效發展的有效途徑之一，是未來肥料發展的主要方向之一。

用于水溶性肥料生產的功能性原料包括：

a）腐殖酸

葉面噴施腐殖酸可引起植物葉面氣孔關閉，起到抗旱作用；增強作物抗逆性能；增加土壤團粒結構，改善孔隙狀況；提高土壤陽離子吸收性能，增加土壤保肥能力。

b）濃縮糖蜜發酵液

以甘蔗糖蜜、淀粉、甜菜抽出物等為主要原料，經深層液態微生物發酵技術發酵，再經濃縮制成，主要成分為氨基酸與生化黃腐酸，廣泛用于肥料、飼料產業。

c）氨基酸

能夠促進植物根系吸收養分、改良作物品質等。氨基酸可以螯合微量元素，促進植物的吸收和運輸。

d）海藻肥

除為作物提供N, P, I, Fe, B, Mo等元素外，還含其他活性物質如海藻多糖及低聚糖，其吸水性和對無機離子、重金屬離子的螯合作用強，能提高植物機體免疫力。海藻中含有植物內源生長素和類植物生長素。

e）微生物及益生菌

能夠活化并促進植物對營養元素的吸收；產生多種生理活性物質，刺激調節植物生長激素、酸類物質等；產生多種抑病物質，提高植物的抗逆性，間接促進植物生長。

現代農業的一個基本特征是在可持續發展的前提下，以現代科學技術和現代化設備為支撐，提高資源產出率、勞動生產率和農產品商品率，其中，科學施肥是現代化農業的核心技術之一。水肥一體化技術，能滿足設施農業、高效農業的需要，進一步提高肥料有效成分的利用率，減少化肥投入，保護生態環境，將成為現代化農業發展的必然趨勢。針對阻礙水溶性肥料推廣發展的問題，可以采取一定的措施與對策予以解決。隨著我國農業現代化的推進，節水灌溉也正在加速發展，水肥一體化技術的推廣將給水溶性肥料帶來巨大商機，水溶性肥料正朝著高效化、多效化、速溶化的方向發展，新型的水溶肥料產品將不斷出現，從而適應我國農業新形勢日益發展的需求。

（4）微生物肥料

近年來，大量使用化肥帶來的環境污染、土壤板結、地力衰退、生態惡化等問題日益嚴重，破壞了環境，影響了土壤肥力，降低了農產品的品質。另外，化肥利用率的逐年降低，致使農業成本增加，生產效益降低。為了實現農業的可持續發展，達到高產、優質、高效、生態、安全的目的，世界各國都在積極尋求更好的解決方案。微生物肥料以其改良土壤、增加產量、提高品質且保護環境等特點而成為研究的熱點。微生物肥料中特定的功能微生物通過自身的生命活動促進土壤中物質的轉化、提高作物營養水平、促進和協助營養吸收、刺激調控作物的生長，防治有害微生物等，從而達到增加作物產量和提高作物品質的目的。

世界上最早的微生物肥料是1895年德國推出的“Nitragin”，根瘤菌接種劑。到20世紀三四十年代，美國、澳大利亞、英國等國家都有了自己的根瘤菌接種劑產業。除了根瘤菌以外，很多國家在其他一些有益微生物的研究和應用方面也做了大量的工作。1901年荷蘭學者別依林克首次從運河水中分離出自生固氮菌。之后，蘇聯及東歐的一些國家將從土壤中分離出來的硅酸鹽細菌、解磷細菌及固氮菌應用到農業生產。20世紀60年代以后，世界各國都加強了對微生物肥料的研究并取得了一定的進展。

中國微生物肥料研究始于20世紀初對于根瘤菌的研究。在著名的土壤微生物專家張憲武帶領下利用大豆根瘤菌接種技術，使得當時大豆的平均產量增加10%以上。中國在20世紀50年代末開始生產和使用微生物肥料，先后推廣使用了固氮綠藻肥料、5406抗生素肥料、VA菌根以及作為拌種劑的聯合固氮菌和生物鉀肥。微生物肥料發展的總趨勢是所用菌種范圍不斷擴大，應用中強調多菌種和多功能的復合，甚至是菌劑和有機、無機肥料的混合。在總結微生物肥料研究、生產及應用經驗的基礎上，又推出了微生態制劑、聯合固氮菌肥、生物鉀肥、生物有機復混肥、有機物料腐熟劑等適合農業發展的新品種，其中的植物根際促生菌（PGPR）已成為目前研究的重點微生物肥料，其以增產明顯，改良品質，特別是對微生態環境的保護作用，越來越受到人們的認可，同時國家也進行了政策和資金的扶持，并制定一系列行業標準進行規范。中國在1994年由農業部頒布了《微生物肥料標準》，對微生物肥料的技術要求和檢測方法提出了具體規定，這是中國微生物行業的第一個標準，之后又不斷進行了一系列的修改和補充，對于規范市場、引導科研、提高品質和安全起到了積極的監督、引導作用。近年來，受益于國家政策和產業化專項，微生物肥料產業發展迅速。2014年召開的“第五屆全國微生物肥料生產技術研討會”指出，我國微生物肥料年產量已突破1000萬t，應用面積超過1333萬hm2（2億畝），成為肥料應用的新趨勢，其應用幾乎遍布所有農作物。

1）微生物肥料的分類

我國微生物肥料種類繁多，暫時還沒有完整統一的分類系統。根據分類的標準不同，有如下幾種分類方法：

按作用機理可將微生物肥料分為兩類：一類是狹義的微生物肥料，指通過微生物的生命活動增加植物營養元素的活性和供應量，進而增加產量，即含有肥料特性的微生物制劑，這類產品雖不具有養分，但卻有肥料的功能。另一類是廣義的微生物肥料。略有或沒有養分供應功能，但卻有其他功效，如刺激植物生長或拮抗某些病原微生物的致病作用，降解有害污染物等。這類微生物肥料更應該稱為“微生物制劑”而不是肥料，但現都統稱為微生物肥料，在農業部統一登記備案。

按照微生物種類劃分：細菌肥料，如固氮細菌肥料、溶磷細菌肥料、解鉀細菌肥料；真菌肥料，包括外生菌根菌劑和內生菌根菌劑兩種類型，如叢枝菌根、菌根菌劑、蘭科菌根菌劑；放線菌肥料，如抗生素菌肥；藻類肥料，如固氮藍藻等。

根據功能不同，又可分為溶磷微生物肥料、解鉀微生物肥料、有機質分解微生物肥料等，如豆科植物接種劑和土壤磷素活化劑等。同一類功能的微生物肥料也可以是不同微生物種類的肥料，如溶磷菌肥，既可以是細菌肥料也可以是真菌肥料，因為同一微生物具有不同功能或不同微生物具有相同功能的現象非常普遍。

根據含有微生物種類的多少，又可分為單一微生物肥料或復合微生物肥料等。復合微生物肥料，即多種微生物通過一定比例混合在一起所形成的微生物制劑。微生物與有機肥結合成生物有機肥，微生物與化肥混合成生物復混肥，微生物與有機肥和化肥結合成生物有機無機復合（復混）肥等。

農業部登記的微生物肥料產品共有9個菌劑類品種（根瘤菌劑、固氮菌劑、溶磷菌劑、硅酸鹽菌劑、菌根菌劑、光合菌劑、有機物料腐熟劑、復合菌劑和土壤修復菌劑）和2個菌肥類品種（復合生物肥料和生物有機肥料）。

2）微生物肥料的主要功效

施用微生物肥料旨在改善土壤營養狀況，增加植物營養元素供應，產生植物激素促進植物生長和減輕植物病害等。概括起來主要有5個方面的作用：

a）增加土壤肥力

肥料中的固氮菌可以增加土壤中的氮元素的含量，硅酸鹽類微生物可以將土壤中難溶態的磷、鉀降解成可被農作物吸收利用的狀態，從而改善作物生長時土壤環境中營養元素的供應狀況，同時增加土壤中有機質含量，提高土壤肥力。

b）促進植物生長

許多微生物能夠產生植物激素，如赤霉素、細胞分裂素、脫落酸、乙烯、酚類化合物及其衍生物等植物激素，煙酸、泛酸、生物素、VB12等維生素以及核酸類和水楊酸都能不同程度地刺激和調節植物的生長，使植物生長健壯，營養狀況得到改善。

c）降低植物病蟲害

研究證明，多種微生物可以誘導植物的過氧化物酶、多酚氧化酶、苯甲氨酸解氨酶、脂氧合酶、幾丁質酶、B-1,3葡聚糖酶等參與植物防御反應，利于防病、抗病。有的微生物種類還能產生抗生素類物質，有的則由于在植物根區形成優勢種群，使病原微生物難以生長繁殖而降低了作物病蟲害的發生。

d）協助植物吸收營養

微生物肥料中最重要的品種之一是根瘤菌肥，其中的根瘤菌可以侵染豆科植物根部，在根上形成根瘤，生活在根瘤里的根瘤菌類菌體利用豆科植物寄主提供的能量將空氣中的氮轉化成氨，進而轉化成谷氨酞胺和谷氨酸類植物能吸收利用的優質氮素，供給豆科植物一生中氮素的主要需求，既能被全部利用，又無污染問題。

e）減少化肥使用量，降低成本

使用微生物肥料能夠適量減少化肥的用量，另外微生物肥料所消耗的能源要少，成本更低，有利于生態環境保護。

3）微生物肥料的作用機制

目前人們對微生物肥料中有益促生菌的認識已經到了基因組學、蛋白質組學、細胞學以及植物與環境互作的關系上，促生菌的作用機制主要包括：誘導植物產生生長激素、產生嗜鐵素提高土壤中鐵活性、提高土壤中可溶性氮、磷、鉀以及增強植物對病原菌和環境脅迫的抗性和忍耐力等。根際促生菌的作用機理綜合起來可以分為促進植物生長機制和生物防治機制。

三、肥料與生態環境

20世紀80年代以來，我國化肥施用量與日俱增，2010年達到5545萬噸，是1980年用量的4.4倍。目前，我國是世界第一大化肥使用國，化肥用量占世界總用量的30%以上，單位面積用量也超過歐洲平均水平。國際公認的化肥施用安全上限是225公斤/公頃，而我國單位面積平均施用化肥量超過400公斤/公頃，接近安全上限的2倍。然而，任何種類和形態的化肥，施用到農田后，都不可能全部被植物吸收和利用。據統計，化肥利用率分別為氮30%～60%、磷20%～25%、鉀30%～60%。由此可見，每年約有1000多萬噸的肥料養分流失。這不僅造成了巨大的經濟損失，而且對土壤、水體、大氣、生態及人體健康造成嚴重污染和危害。

（一）化肥污染的危害

1．化肥污染對土壤的危害

化肥施用量增加對土壤產生的不良影響，主要表現在：增加了土壤重金屬與有毒元素；導致土壤硝酸鹽積累；破壞土壤結構，促進土壤酸化；降低土壤微生物活性。從而改變了土壤的理化性狀，降低了土壤肥力和再生產能力，產生追施化肥的惡性循環。長期過量而單純地施用化肥，土壤溶液中和土壤微團上有機、無機復合體的銨離子量增加，可與土壤中的氫離子起代換作用，致使土壤酸化；同時，還能溶解土壤中的一些營養物質，如鉀、鈣、鎂等，在降雨和灌溉的作用下，向下滲漏到地下水，使土壤中的營養成分流失；造成土壤膠體分散，破壞了土壤結構，使土壤貧瘠化，并直接影響農業生產成本和作物的產量及品質。施用氮肥造成土壤硝酸鹽污染和土壤次生鹽漬化。由于土壤的硝化作用，使土壤富有硝酸鹽和亞硝酸鹽，從而導致種植的各種作物中硝酸鹽含量大大增加，危害人類健康。有些化肥中含有多種金屬、放射性物質、有機污染物和其他有害成分，這些成分隨施肥進入農田造成土壤污染。例如，隨磷肥施用，鎘、鍶、氟、鈾、鐳等元素也進入土壤。施用磷肥過多，會使土壤含鎘量比一般土壤高數十倍，甚至上百倍，長期積累造成土壤鎘污染。大量盲目施用化肥，用養不結合，造成土壤有機質缺乏，土壤微生物和蚯蚓等有益生物減少，進一步影響了土壤微生物的活性，降低了土壤肥力。

2．化肥污染對水體的危害

在農業生產中，化肥是水體富營養化的主要氮源和磷源。例如，不根據土壤養分和作物需求，大量施用氮肥，過剩氮素將隨農田排水進入河流、湖泊；旱田因地面坡度、施肥后進行強烈灌溉或遇雨水沖刷，會使氮素隨地表徑流而損失；水田施用氨水、硫酸銨等銨態氮肥后，過早排水，也使氮素隨排水進入水源，導致水中營養物質含量增加。最終致使水生生物的大量繁殖，水中溶解氧含量降低，從而形成厭氧條件，造成水質惡化，嚴重影響魚類生存，引起魚類大量死亡和湖泊老化。化肥除地表流失外，還會隨水淋失，污染地下水。化肥中的硝酸鹽和亞硝酸鹽隨土壤內水流移動，透過土層經淋洗損失進入地下水。例如，硝酸銨施入土壤后，很快解離成銨離子和硝酸根離子，硝酸根離子因土壤礦質膠體和腐殖質帶大量負電荷受到排斥，很容易隨水向下淋失，其淋失量隨氮肥用量和灌溉量的增加而加大。大量使用磷肥，也會引起地下水中鎘離子等升高。鉀肥的使用會使地下水的化學類型變得復雜化。農業上長期大量施用化肥是造成地下水硝酸鹽污染的重要原因。研究表明，地下水中的硝酸鹽含量增加主要是由施氮過量引起的。地下水中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量過高，將對飲水人畜造成嚴重危害。亞硝酸鹽類在一定條件下會產生致癌物質亞硝胺，成為癌癥發生的主要環境因素之一。

3．化肥污染對大氣環境的危害

化肥對大氣的污染主要集中在氮肥上。施用于農田的氮肥，一部分以氨氣、氮氧化物氣體進入大氣，造成一系列的影響。一般地表施硫銨3天后損失氮素7%，硫酸氫銨損失10%。還有相當數量的氮肥以有機或無機氮形態的硝酸鹽進入土壤，在土壤微生物反硝化細菌作用下，會以難溶態、吸附態和水溶態的氮化合物還原成亞硝酸鹽，同時轉化生成氮和氮氧化物進入大氣，使空氣質量變壞。特別是氧化二氮氣體，在對流層內較穩定，上升至同溫層后，在光化學作用下，與臭氧發生雙重反應，從而降低臭氧量，破壞臭氧層，使到達地面的紫外線增加，對植物、微生物產生影響，并可引起人和動物發生皮膚癌。氮肥的施用對其他溫室氣體，如CH4, CO2的釋放也有影響。隨著農業集約化程度的提高，化肥的大量施用將會促進農田CO2的排放。

4．化肥污染對農產品及食物鏈的危害

過量施用化肥，不但造成肥料養分損失，而且對植物的新陳代謝產生不利影響。在這種情況下，植物體內可能積累過量的硝酸鹽和亞硝酸鹽。過量的硝酸鹽和亞硝酸鹽在植物體內積累一般不會使植物受害。但是這2種化合物對動物和人都有很大的毒性，特別是亞硝酸鹽，其生物毒性比硝酸鹽大5～10倍，亞硝酸鹽與胺類結合形成的N-亞硝基化合物則是強致癌物質，食品和飼料中亞硝酸鹽含量過高，曾引起小兒和牲畜中毒事故。植物性產品中高含量的硝酸鹽會使其產品品質明顯降低。農業生產中施用過多的磷肥，可與土壤中的鐵、鋅形成水溶性較小的磷酸鐵和磷酸鋅，使農產品中鐵與鋅的含量減少，人畜食用后，往往造成鐵、鋅營養缺乏性疾病。又因磷肥中鎘含量較高，長期積累致使土壤和動植物體內鎘含量顯著增加，從而造成次生危害。

（二）肥料中的潛在危害因子及其研究現狀

隨著WTO貿易的不斷深入，國際上對肥料中一些限量物質的檢測指標要求越來越高，新的潛在性危害物不斷出現（如POPs——持久性有機污染物、抗生素、MEL、DMP, Dioxins，等）。歐美等發達國家均建立了不同類別及用途的有機肥和化肥的質量標準。如歐、美將有機肥分為2或3個等級，如A +（用于有機農業）、A（用于農業和兒童公園）、B（用于園林、土地整治）。不同級別有害物質的限量值差別甚大。我國是肥料生產大國，但對肥料中尤其潛在的新型有毒有害危險物因子的檢測、有害因子的分布及轉移、吸收/降解風險評估及應對措施、危險物質的限量/閾值評價研究幾乎是空白。加強組織開展化肥及肥料中有毒有害和潛在危害物質的檢測方法標準的研究、新型危害因子的遷移轉化風險（安全）評價，具有重大的現實意義。

首先值得關注的是三聚氰胺。近年來，由于超高的含氮量，三聚氰胺已引起人們將之用以氮肥的極大興趣。新型肥料如緩釋肥/復混肥能否將含氮量高達66.6%的三聚氰胺用作氮素養分，一直是沒有完全解決的問題。由于使用三聚氰胺的化工原料廢渣存在普遍（我國每年有上百萬噸）。粱英采用室內模擬、盆栽試驗相結合的方法表明，三聚氰胺廢渣全氮含量為50.01%，養分釋放緩慢，可以作為生產緩釋氮肥的原料進行資源化再利用。中、美、德等國曾利用反芻動物瘤胃中的微生物能利用非蛋白氮來合成肌體所需要的氨基酸和蛋白質來添加三聚氰胺（李玲，1996）。Hauck（1964）和Mosdel研究表明，三聚氰胺中的氮素可以在微生物作用下被植物吸收利用。然而，也有報道指出，三聚氰胺肥料能大量轉移至農作物中。目前國內外有關肥料中三聚氰胺對土壤及其農作物生物風險評價尚缺乏系統研究，肥料中三聚氰胺對植物性農產品的風險，是否能轉移至農作物果實中，國內外的研究報道極不一致。值得警惕的是上海出入境檢驗檢疫局最近對相關進出口肥料樣品的普查結果顯示，近20%～30%的緩釋肥、復合肥含有相當量的三聚氰胺。開展肥料/土壤中三聚氰胺的檢測，尤其降解、轉移風險評價研究，將能科學地提出其限量和監控指標。

其次，有機肥、生物有機肥品種繁多。我國至今尚未出臺相關的標準和法規對其進行分類和有效監管。近年來，由于有機生物肥料施用偏少，土壤板結、保肥、保水和緩沖能力下降等一系列問題開始凸顯。農作物的免疫力減弱，各種病蟲害也越來越頻繁。各界之士均已認識到推廣施用有機肥勢在必行。從2004年至今，中央“1號文件”連續六年提出，實施“沃土工程”和“農業生態保護”。有機肥、生物肥企業雨后春筍般冒出，但一系列的問題也接踵而至。2010年3月，廣東省化肥質量檢測所對抽查的18個批次的商品有機肥中，合格率僅為16.7%。有機生物肥中抗生素、激素以及POPs（持久性有機污染物）如多環芳烴（PAHs）、DMP等，幾乎沒有檢測方法和標準。尤其肥料中的POPs禁限物質因子是當前國際上十分關注的對象。一方面這些污染物因子來自現代工業中的新型有害物質的殘留背景，目前尚無法根除（除非采用更新工藝、提高工業技術來避免），需要高度重視；另一方面，國際上的協同禁限，對其肥料中POPs禁限因子存在與否的合格評定就顯得極為重要。莫測輝等在21種肥料中，幾乎均檢出鄰-苯二甲酸二甲酯（DMP），以及DMP的同系物，多環芳烴（PAHs），六氯環戊二烯等。這給賴以生存的農作物帶來了巨大的食品安全風險，對人體健康構成極大威脅。肥料中這些新的有毒有害和潛在危害的物質、禁用物質等已受到世界的關注。歐美國家已開始了本國范圍的農用化肥的安全風險普查和評估。我國對當前使用的各種化肥肥料存在的上述危害因子狀況還沒有確切的數據，有關遷移轉化風險研究處于空白狀態。隨著畜禽產品的集約化，畜禽排泄物用作有機肥料時，其所含抗生素（如阿維拉霉素）、激素（如雌醇）也正日益成為農業生態環境的污染源，有些甚至會直接影響食用消費者的身體健康。如最近報道的某家企業奶液含有的致癌病毒是由于奶牛食用飼料含有黃曲霉素等病菌引起。研究生物有機肥中上述有害因子殘留在植物等食物鏈中傳遞、遷移、檢測等，將具有非常重要的前瞻性意義。

對肥料中可能存在的三聚氰胺、抗生素、有機污染物（DMP，多環芳烴PAHs）進行標準方法制定和普查檢測；對有代表性的、典型的危害因子，如三聚氰胺、抗生素（如阿維拉霉素等），在肥料中的溯源、遷移、吸收、降解進行較為深入的風險評估和安全評價，無疑對我國農業密切相關的肥料安全使用、有害因子限量設置和監管，提供了強有力的技術支撐和科學依據，對于保護土壤生態環境、保障食用農產品安全具有重要的理論和實踐意義。化肥的合理生產與科學消費是提高養分資源效率、保持生態平衡和環境優美、實現我國可持續發展的核心。