氮肥生產車間
肥料是“糧食的糧食”，是重要的農業(yè)投入品，對糧食增產貢獻率超過50%，直接關系到國家糧食安全和國計民生。但是目前我國化肥產品性能落后，以及不科學、不合理的施用方式，造成養(yǎng)分利用率低、肥料資源浪費、面源污染等一系列問題。據統(tǒng)計，我國三大糧食作物肥料養(yǎng)分當季利用率為42.6%，落后歐美國家約20個百分點，其中氮素最為活躍、最易損失、環(huán)境影響最大。氮素離開農田進入水體造成面源污染；進入大氣成為溫室氣體或霧霾的重要組成成分。我國氮肥主要由高能耗的“N2+H”路徑合成而來，據估算每浪費一噸尿素相當于直接排放約4噸二氧化碳。因此，提高氮肥利用率不僅是我國農業(yè)和環(huán)境領域的戰(zhàn)略需求，也是亟待解決的關鍵問題。
科學研究證實，氮肥利用率過低的核心因素是氮在土壤中活躍度較高，與之轉化相關的微生物和酶在一定條件下活性較高，短時間內作物來不及吸收，且土壤吸附能力有限，造成氮素外溢到水體和大氣中。穩(wěn)定性肥料指通過添加特定抑制劑（脲酶抑制劑和/或硝化抑制劑），延緩土壤中氮素養(yǎng)分轉化速率，從而延長肥效期、減少養(yǎng)分損失的含氮肥料。全球許多農業(yè)科研人員和農化企業(yè)在機理研究、田間效果等多方面開展了大量的研究，結果證實，穩(wěn)定性肥料在提高氮肥利用率、增加作物產量、減少人工投入、降低環(huán)境污染等方面具有顯著效果。穩(wěn)定性肥料的核心在于脲酶抑制劑和硝化抑制劑，但目前全球大規(guī)模商業(yè)化應用的抑制劑材料僅有5種，且存在高溫易失活、效果受土壤性質影響、功能單一等問題。
中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所自1969年開始，在周禮愷研究員帶領下開展抑制劑的機理和應用研究，是我國抑制劑研究的起點，與美國同步開展相關研究。經過幾代人持續(xù)不斷的攻關，至今已開發(fā)出穩(wěn)定性復合肥、穩(wěn)定性尿素等多個大宗產品，技術孵化肥料產品遍布我國農業(yè)主產區(qū)。特別是近幾年，在“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目的支持下，針對現有脲酶抑制劑和硝化抑制劑存在的技術問題，以我國豐富的植物材料為基礎，開發(fā)出3種效果優(yōu)良、具備雙控功能的新材料，并開發(fā)出配套的大裝置生產工藝，在多家復合肥和尿素企業(yè)實現大規(guī)模生產和應用。特別是山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司通過技術轉化，生產緩釋的穩(wěn)定性尿素，已在東北、華北等區(qū)域廣泛應用。
本項目存在以下4個創(chuàng)新點
1.創(chuàng)制出植物源雙控抑制劑材料，實現源頭創(chuàng)新：以80余種富含酚類物質的植物材料為母本，經過生物活性測試、田間驗證、毒理測試、環(huán)境評價、成本分析等系列研究，篩選出3種效果突出、性價比高、同時具備脲酶抑制和硝化抑制功能的新材料，極大豐富了全球抑制劑材料庫，實現了原始創(chuàng)新，占領了植物源抑制劑材料開發(fā)的制高點。
2.實現了新材料的改性升級，提升了穩(wěn)定性：植物源材料存在易揮發(fā)、熔點低、不穩(wěn)定等問題，通過超分子共晶組裝和分子結構修飾，增強了結構穩(wěn)定性，提高了熔點，減少了揮發(fā)損失，為大裝置工藝中的規(guī)?；瘧么蛳铝嘶A。
3.開發(fā)出多元保護技術和物質載體：針對抑制劑在土壤中易受土壤pH、有機質等因素影響，項目團隊開發(fā)出空間阻隔保護技術，并篩選出系列環(huán)保、穩(wěn)定的保護性溶劑，提升了新材料在土壤中的作用時間，保障了持效期。
4.構建了全營養(yǎng)快速吸收技術，實現養(yǎng)分釋放與作物需求高效匹配：針對穩(wěn)定性肥料前期養(yǎng)分供應偏弱的問題，項目團隊創(chuàng)制基于生物合成高分子材料的促吸收劑（分子量≥130萬單位），通過吸附螯合減少養(yǎng)分離子流失和協(xié)同促進吸收，促進根系發(fā)育與地上部生長，強化植物對養(yǎng)分的吸收能力。除此之外，本項目還開發(fā)出抑制劑新材料應用配套的尿素和復合肥大裝置清潔化生產工藝，解決了產業(yè)化應用的后顧之憂。
本項目具有非常廣闊的市場前景
預計未來5年新材料達到年產銷3億元，利稅1.4億元，年孵化穩(wěn)定性尿素、穩(wěn)定性復合肥等新型肥料產品超300萬噸，應用面積超6000萬畝。這主要基于以下幾點：
1.市場空間巨大，且發(fā)展趨勢明顯：肥料是必不可少的投入品，是糧食安全的基本保障。肥料產業(yè)市場空間巨大，且總產值年變化小，市場規(guī)模穩(wěn)定在7000億元左右，是“常青樹”行業(yè)。目前我國新型肥料占比仍然偏低，不足20%，常規(guī)產品仍占據主要地位。常規(guī)產品利用率偏低這一核心問題困擾著我國農業(yè)綠色轉型發(fā)展，高利用率的新型肥料對常規(guī)產品的逐步替代已是必然趨勢。
2.技術先進性和引領性：中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所自1969年開始穩(wěn)定性肥料的研究，持續(xù)至今已有50余年，四代科研人員一直堅守氮肥利用率提高和穩(wěn)定性肥料技術的研究。特別是最新的雙控型抑制劑的突破，使得我國穩(wěn)定性肥料技術實現了大跨越，在經濟成本、增產效果、減排等方面均優(yōu)于國內外現有主流技術。
3.已有良好的產業(yè)化基礎：中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所自20世紀80年代開始長效碳銨的研制與產業(yè)化，至今已建立了完整的技術和產品的推廣網絡，籌建并運行“穩(wěn)定性肥料產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，長期與50余家大中型肥料企業(yè)穩(wěn)定合作。基于新產品的技術和成本優(yōu)勢，在現有渠道網絡基礎上，可以實現對原有產品的快速替代。
穩(wěn)定性尿素和穩(wěn)定性復合肥料具有成本低、增產效果顯著等特點，特別是具有降低農田氨揮發(fā)和氧化亞氮排放的天然技術優(yōu)勢，必將為我國農業(yè)綠色發(fā)展和肥料產業(yè)轉型升級提供重要的支撐。
成果聯(lián)系人?
魏占波 博士 中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所
電話：18577185597
郵箱：huanke217@163.com
