U8国际集团科技有限公司-精准营养与水肥一体化解决方案提供商

　　1.1加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力（中共中央国务院2012一号文件）

　　▪快推进前沿技术研究，在农业生物技术、新材料技术、先进制造技术、精准农业技术等方面取得一批自主创新成果，抢占现代农业科技制高点。

　　▪着力突破农业技术瓶颈，在节本降耗良种培育新型肥药等方面取得一批重大实用技术成果。

　　新世纪以来我国粮食生产获得巨大成就，粮食连续七年获得大丰收，总产量不断创新高，2010年全国粮食播种面积109872khm2，比上年扩大886khm2，增长0.8%；2010年全国粮食总产量为54641万吨，比上年增加1559万吨，增产2.9%。人均粮食达400kg。

　　用世界9%的耕地、6%的可更新水资源养活并养好了世界20%的人口。但现代农业表现出了高投入、高产出和高污染的特征。

　　2010年我国规模化养殖已经达到了54%，产禽畜粪便约30亿吨，其生产量是全国工业固体废弃物的2.4倍，COD负荷高达1.1亿吨，超过工业和生活废水的COD之和；粪便中TN约1597万吨，TP越363万吨，肥料价值超过我国化肥的年生产量。

　　据统计，养殖垃圾80%未得到有效治理，对空气（CH4和NOx）、水（COD和N/P）和土壤（重金属和细菌）造成了严重污染。

　　据中国科学院南京土壤研究所的研究调查结果，每年我国有123.5万吨氮通过地表水径流到江河湖泊，49.4万吨进入地下水，299万吨进入大气。长江、黄河和珠江每年输出的溶解态无机氮达到97.5万吨，其中90％来自农业，而氮肥占了50％。据对长江流域调查，来自“农业面源污染”的程度是工业排放的5－6倍。

　　我国2030年化肥需求量6800万吨，比目前每年再增加2650万吨，需增加投资约1500亿，每年多耗费外汇15亿美元，农民需增加1000亿元购肥开支。2030年要使耕地施肥680Kg/hm2是很难达到的，也是土壤、环境难以承受的。

　　要更新观念、打破传统，力争在未来20年，我国肥料产业实施质量替代数量发展战略，化肥供应量力争控制在5000万吨以内，通过研制新型肥料，在不增加或少量增加化肥用量的前提下，通过提高效率，保证我国粮食及农产品的数量和质量安全，持续增强其供给保障能力。

　　减少化肥环境损失（淋溶，硝化与反硝化）和肥料养分供给与作物吸收需求一致，从“源头”控制农业面源污染，将成为环境和农业科学研究的新热点。

　　秸秆富含纤维素，半纤维素，木质素，粗蛋白，热值量极高（折合标煤为3.5亿吨）：

　　▪养殖垃圾经干湿分离，废液作沼气燃料，固废还田作有机肥（NPK养分含量低，有害微生物和细菌污染土壤严重，运输成本高，农作物季节性生产难以有效消纳）。

　　▪养殖垃圾与作物秸秆经堆肥处理，生产商品有机肥是将来资源化利用发展的一个方向。

　　1.5.1当下农业生态系统物质循环链节缩短，导致生态系统失衡和环境污染严重

　　实现物质、能量科学有序流动，提高物质循环利用率（延长农业产业链），增强农业生态系统稳定性，使社会、环境、经济三效益最大化。

　　▪四川是一个人多地少、耕地资源匮乏的农业大省，人均耕地面积只有0.67亩。

　　▪耕地资源质量较低，中产田占70.6％，低产田占17.4％，高产田仅占12％左右。

　　▪农耕地土壤肥力持续降低，50％耕地少氮、58％耕地缺磷、73％耕地缺钾、77％耕地缺锌和钼、99％耕地缺硼，土壤酸化、板结现象日趋严重。

　　▪水土流失严重，四川水土流失面积近20万Km2，其中旱坡耕地流失量占30％以上。

　　世界普通化肥用量出现负增长，但是新型缓控释肥料消费每年以高于5％的速度增长。近20年来，日、美等国聚合物包膜控制释放肥料的消费量年平均增长速度为常规肥料的10倍以上。因而世界各国都把新型肥料的研发作为国际农业高技术领域竞争的重要制高点。

　　面对社会经济发展、环境污染控制、农业生态系统平衡协调等种种需求，世界各国纷纷研发各种新型肥料，以支持经济、社会和环境的可持续发展。

　　目前，包膜型缓/控释肥料和基质复合与胶粘型缓释控释肥料发展较快，关键是包膜材料的研制突破。

　　最近20多年里发展较快，研究领域不断拓宽，溶磷、解钾等微生物肥料新产品不断问世。

　　缓/控释肥，指通过各种调控机制使其养分最初缓慢释放，延长作物对其有效养分吸收利用的有效期，使其养分按照设定的缓释率和释放期缓慢或控制释放的肥料。其突出特点是其释放率和释放期与作物生长规律有机结合，从而使肥料养分有效利用率大大提高。

　　国外在有机肥发酵工艺、技术和设备上已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平。

　　我国有机肥提供养分量的比例由1949年的99.9%下降到1980年的49.0%，直到目前的30%。

　　研究的重点，一是秸秆直接还田技术；二是工厂化处理畜禽粪便生产商品化有机无机复合肥技术。

　　目前，我国部分复混肥厂家开始生产有机复肥，原料主要是草炭和风化煤类，真正实行的工厂化处理秸秆畜禽粪便废弃物生产商品化有机肥的厂家还较少，生产规模小，效率低，污染较严重。我国商品化有机肥生产技术还处于起步阶段，发酵技术、除臭技术、关键设备等还有待完善。

　　具有改善水分利用率的肥料，改善土壤结构的肥料，适应优良品种特性的肥料，改善作物抗倒伏性的肥料，具有防治杂草的肥料，以及具有抗病虫害功能的肥料等。

　　有关功能性肥料的研究与开发，国内外做的工作还不多。我国华南农业大学等率先开展了保水型控释肥的研究。

　　（1）有机组分主要来自于泥炭、风化煤等，工厂化处理秸秆和禽畜粪便废弃物的商品化有机肥厂家较少、规模小、污染大。

　　新型肥料既要克服化肥的缺点，又要满足农业生态系统平衡稳定性的要求，并持续提高其生产能力，显然需要多组分、多功能的肥料才能满足农业生态系统平衡稳定性的要求。

　　然而，19世纪40年代以后，化肥的发明和生产以来，农业开始依赖于农业人工生态系统逐渐远离了自然系统的物质循环，使一个个链环脱节，而对深埋于地壳中含P、K矿物进行大量采掘和大气中的N元素进行人工固氮，而忽视了人、畜、禽排泄U8国际平台官网物的资源化利用，使农业生态系统的物质循环处于难以维持平衡的状态，由此需要有协调功能的新型肥料来调节养分循环和平衡，进而持续提高土壤肥力。这就是本项目研究的关键科学问题。

　　本项目从提高农作物生态系统平衡的新视角出发，提出“控释放与促吸收”的肥料设计新理念，把“控释放”作为提高养分利用率的前提，“促吸收”作为提高养分利用率的根本，二者是相辅相存的一个整体。赋予肥料“养分供给者”和“养分转化协调者”的双重功能。基于这一设计理念，本项目将无机、有机、微生物等多组分复合一体化，使其具有保水、缓释、解磷钾和促吸收的多功能一体化的复合肥。

　　克服化肥自身的缺陷、克服人为使用不当的缺点、肥料养分的释放与作物吸收养分的波动需求尽可能的趋于一致

　　土壤的持水保水能力，其次是土壤微生物的活力，再次是提高作物的光合作用效能

　　缓释功能：多孔的有机质、能包裹NPK养分的高分子成膜材料、螯合微 量营养组分

　　促吸收功能：土壤良好的持水保水能力和较高的有机质含量、微生物的活性、促进根系发达和促进光合效能提高的催化剂

　　将无机（化肥纯养分12～20%）、有机（蚯蚓粪和腐殖酸有机质22～30%）、生物（蚓粪中高含量的微生物、酶和添加的溶磷解钾菌群1.2～1.5亿个/g）、添加剂（以蚓粪中的腐植酸与Cu2+、Zn2+等螯合，用量0.04～0.08%）等作为生物有机复合肥的基本组分，以含稀土的改性淀粉作无机、有机和生物组分的胶结剂（用量1.2～1.6%）造粒，并用谷糠纤维素改性高分子吸水剂作颗粒肥包膜材料（用量2～6%），使肥料具有保水、缓释、解磷钾和促吸收等功能，实现了多组分复合化和多功能一体化新工艺。

　　土壤作为作物根系生长发育的环境，它不仅要供给作物生长过程所需要的营养物质，而且还要供应作物正常生理机能所必需的水分和空气。植物吸收土壤中的水分来维持正常的生命活动，通过溶液中的离子交换作用来吸收养分，而近年来气候异常，干旱频频发生，因此增加肥料的保水抗旱功能、保持土壤中良好的持水保水状态是十分必要的。据专家预测保水剂有可能成为继化肥、农药、薄膜之后的第四大农业化学投入品。但保水剂研究中存在的主要问题：

　　从蚓粪、谷壳、玉米芯、稻草、谷糠等原料中经实验研究选择谷糠作为保水剂的合成原料之一

　　通过正交实验和极差分析，吸水树脂的吸水率，RA﹥RB﹥RD﹥RC，过氧化苯甲酰、亚硫酸氢钠及交联剂用量对吸水率影响较大，过硫酸铵用量对吸水率的影响较小，A1B2C2D2为最佳组合，即在固定条件25mL1％稀硫酸活化谷糠；活化温度70±5℃；活化时间0.5小时；反应温度35℃；反应时间3.5h。0.1g过氧化苯甲酰，0.05g亚硫酸氢钠，3.5mL 0.06g/mL过硫酸铵溶液引发反应体系；5mL0.01g/mL N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液交联的条件下，得到的吸水树脂的吸水率最高为136g/g。

　　在接枝共聚产物的红外谱图上可以看到3413cm-1处吸收峰变宽，可能是由于聚丙烯酸上的－OH，与纤维素中的－OH共同作用，1700cm-1处的吸收峰是C＝O的特征吸收峰。

　　1022cm-1－1155cm-1处出现了较强的C－O特征吸收峰，可能是由于自由基产生在纤维素的氧原子上，再与丙烯酸上的双键结合形成C－O键的特征吸收峰。

　　图3.2-10 (a)丙烯酸自聚物、(b)谷糠与丙烯酸接枝共聚吸水树脂和(c)谷糠电镜扫描图

　　图3.2-11 （a）丙烯酸自聚物（b）谷糠与丙烯酸接枝共聚吸水树脂吸水凝胶电镜扫描图

　　图3.2-12 （a）谷糠和（b）谷糠与丙烯酸接枝共聚吸水树脂的XRD图

　　当经过接枝共聚后，其在20°的衍射峰强度减弱，这说明经过接枝共聚后其非晶区域增加了，而31.5、33.6°处出现的衍射峰可能是由于接U8国际平台官网枝共聚后形成一定的晶格而带来的。

　　由于本项目所研制的多功能有机复合肥是有机、无机和微生物三种组分的复合化，三者之间有明显的界面，其复合一体化的难度很大，利用传统颗粒复合肥的粘合剂无机粘土类或水玻璃（Na2SiO3）经试验证明，无用成分加得越高，蚓粪的比例就会减少，对新型肥料的质量影响很大。

　　选择改性淀粉作粘合剂。以淀粉为原料，添加必要助剂进行化学改性使之成为复合肥的造粒粘合剂。淀粉胶是历史最悠久的一种天然有机粘合剂，目前世界上直接以淀粉为原料或经化学改性所得的粘结剂已有2000多种，广泛用于医药、纺织、服装和造纸等行业。但淀粉基粘合剂在有机复合肥的应用上还鲜见报道。

　　项目组在20世纪90年代曾经研究淀粉改性胶水用于制药行业。当时的改性剂以NaOH为糊化剂，然后再以H2O2作氧化剂，FeSO4做催化剂，添加少量助剂即得高粘性的药用造粒粘剂。而现在需要的是肥料的粘合剂，其糊化剂改为KOH和Na3BO3·7H2O，催化剂改为Ce3+（稀土），其K和Ce都是所研制的新型肥料所需的营养元素，对制备新型肥料有降低成本的作用。

　　将淀粉葡萄糖C6的羟甲基和C2、C3还原性链端部分氧化，形成醛基、羧基及乙醛基的分子结构，由于醛基具有防霉防腐能力，羧基对于纤维具有较大的亲和性，因此，淀粉胶粘剂中醛基和羧基的生成，可增加胶液的稳定性和流动性。含羧基的淀粉可与KOH反应生成钾盐，增加了粘结剂的水溶性，提高淀粉的初粘性；其中含羧基及乙醛基的淀粉可与尿采发生缩醛反应，使粘结剂形成网状结构，增加粘结剂与有机组分的亲和力和缩短干燥时问。所发生的反应如下：

　　经实验证明，用凹凸棒土与硅酸钠无机粘结剂作造粒剂，其用量在15～17％，而用含稀土改性淀粉有机粘结剂作造粒剂，其用量在1.2～1.6％之间，有利于提高复合肥的有机质养分含量。

　　肥料微量元素中易和土壤中的一些离子（如PO43- 、SiO32-等）发生化学反应而失效，同时，微量元素的过量使用将可能造成在作物体内的累积，从而有可能使其在人体内富集。解决这个问题的有效办法是使用螯合剂，使金属离子和螯合剂生成稳定的五元或六元螯合物。使用螯合剂可以减少微量元素的用量，控制其向作物大量的迁移。目前国内使用较多的螯合剂是有乙二胺四乙酸及其二钠盐等氨羧络合剂，也有使用磺化腐殖酸作螯合剂的。但这些螯合剂都比较贵，本项目采用蚯蚓粪中的腐殖酸和有机质作为微量元素的螯合剂，初步研究其对铜的吸附和螯合。

　　该研究成果已申请国家发明专利《一种微量元素肥料的制备方法》，申请号：2.1

　　项目组胡佩老师经三年多的悉心研究，已获得溶磷解钾菌群的培养和驯化方法。其菌群包括：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、丛枝泡囊菌。

　　本项目以蚯蚓粪作基质，依据土壤和作物需要量配以NPK化肥和各微量元素、适当添加以谷糠为原料经接枝聚合的高分子保水剂、含铈改性淀粉粘结剂、溶磷解钾菌和螯合微量元素等作功能组分，经适当机械加工成肥料颗粒。其肥料的配方和工艺流程如下：

　　注：根据土壤、作物和种植区域的不同，具体调节其含量，根据气候和种植区域调节保水剂用量。

　　依据项目组前期研究的无机有机复合肥（生产许可证号：2004准字0441）和有机复合肥（生产许可证号：2009临字1759）经田间试验结果确定有关组分和含量的配方。

　　按GB/T 23348-2009要求，缓释肥料的28 d累积养分释放率≤80%。结果如下：

　　结果可知，其养分缓释效果：CSSN-ICSSN-IICSSN-III，这主要与材料对养分的吸持性能和材料组分有关。

　　CSSN-II肥料是在CSSN-I作基料，以改性淀粉作选粒粘结剂的颗粒肥，其水浸提时有明显的凝胶团聚，V28为78.13％，不符合缓释肥国标;

　　CSSN-III肥料是在CSSN-II颗粒肥基础上，以谷糠改性高分吸水树脂包膜， V28为49.22％，优于缓释肥国标。

　　结果可知，其养分缓释效果：CSSN-ICSSN-IICSSN-III，这主要与材料对养分的吸持性能和材料组分有关。

　　CSSN-II肥料是在CSSN-I作基料，以改性淀粉作选粒粘结剂的颗粒肥，其水浸提时有明显的凝胶团聚，V28为80.37％，基本符合缓释肥国标;

　　CSSN-III肥料是在CSSN-II颗粒肥基础上，以谷糠改性高分吸水树脂包膜，V28为69.07％，优于缓释肥国标。