大三元肥的研制及应用:大三元肥

　　摘要：介绍了大三元肥的研制，包括研制的技术原理、技术方案、技术路线、解决的关键技术、先进性和创新点以及主要技术指标，对大三元肥的实际应用效果进行了分析，讨论了大三元肥对社会经济发展和技术进步的作用及改进意见。
　　关键词：化肥；大三元肥；研制技术；应用效果
　　中图分类号：Ｓ１４３．６；Ｓ１４４．１文献标识码：Ｂ文章编号：0439－８114（２０11）14－2855-03
　　
　　Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ of Ｄａｓａｎｙｕａｎ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
　　
　　ＷＵ Ｌｉ－ｓｈｕ１，ＺＨＡＯ Ｚｈｕ－ｑｉｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－ｌｉａｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｌｉ－ｍｉｎｇ３，ＬＵ Ｈａｎ－ｙｉｎｇ３
　　（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ；
　　２． Ｈｕｂｅｉ Sｏｉｌ Fｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Wｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｗｕｈａｎ Ｊｉｎｈｅ Tｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Dｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ.，Ｗｕｈａｎ ４３００４０，Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： The development of Dasanyuan fertilizer induding technical principle， technical proposal，technical route， the key technology solved， advancement， innovation and the key technical indexes was introduced， the application effect of Dasanyuan fertilizer was analyzed， its funtion for society’s economic develepment and technical progress and suggestions for improvement were discussed.
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： cｈｅｍｉｃａｌ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； dａｓａｎｙｕａｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
　　
　　大三元肥是指以复合微生物菌剂为核心（包含固氮、解磷、解钾、光合作用的有益微生物），以无机养分为基础，以优质有机物料为载体，集无机养分、有机物料、生物活菌“三大组分”于一体，精心选择，科学配比和特殊工艺而制成的新型多功能肥料。该肥既具有化学肥料的速效，又兼有有机肥的长效，还具有生物肥的促效，除能满足作物生长所需的全面营养外，同时长期使用能提升土壤有机质、补充土壤有益微生物、增加土壤“血液循环”，改良并活化土壤，被广泛用于粮食作物及蔬菜、瓜果、油料、果树、茶叶、棉花、药材、花卉等各种作物。而目前市场上现有的各类肥料，一方面不能满足作物生长所需的全面营养。例如，化学复合肥的氮、磷比例偏高、中量微量元素缺失和添加不够科学合理、肥料营养不全且容易挥发、肥效过快后劲不足，致使作物生长发育不良、前期旺长、后期早衰、免疫低下、易发病害；有机无机复混肥和有机复合肥其有机物及其他各种营养物含量偏低、转化慢、吸收差、利用率低，而且某些元素一旦被土壤固定，肥料得不到充分利用，作物产量低下。另一方面现有各类肥料对土壤破坏严重，单施化肥造成土壤板结、地力下降、地下水被污染、土壤自毒现象严重，导致农产品质量下降而“瓜不甜、果不香、菜不鲜、粮无味”；单施有机肥除产量大幅下降外，还会给土壤带去大量的有毒有害物，因为现今有机肥来源广泛，既有工业污水、生活污水，又有城市垃圾、人畜粪便，它们化学成分复杂，有毒有害物繁多［１］。为了提高肥料利用率，人们进行了许多研究，开发了复合生物肥、缓释肥、控释肥等，然而这些多数停留在单项研究领域上，对提高化肥利用率有一定的促进作用，却不能从根本上解决作物生长中所需要的全面营养和在施肥过程中造成的土壤板结、地力下降的问题［２］。肥料能否供给作物生长所需的全面营养、克服重茬障碍、改良土壤质量、提高农产品品质，是未来肥料开发和应用的重点和难点。大三元肥的研制及应用在这些方面作出了有益的探索。
　　１大三元肥的研制
　　１．１大三元肥研制的技术原理
　　大三元肥研制的技术原理就是根据作物需肥规律及土壤特性，将无机养分、有机物料、生物活菌三大组分，依其物理、生物特性，运用现代工业技术和生物工程技术，分别作为独立单元，采用先分别加工后进行复配的工艺路线，使三大组分有机结合溶于一体，保证了化肥与生物活菌隔离、共生、共存及相互协同作用，兼顾“速效、长效、促效”合一，实现养分供给与满足作物全生育期需要的动态平衡，实现作物根际环境与保护耕地微生态平衡，达到满足作物生长所需要的全面营养、抗病防病、改良活化土壤的目的。
　　１．２大三元肥研制的技术方案
　　大三元肥研制技术方案的核心部分是生物活菌的菌种选育培养。所选生物菌种的特殊功能、生物活菌的活性大小、生物菌数的含量高低，是决定大三元肥成败的关键因素，影响到大三元肥的使用效果。考虑到生物活菌的活性特点，将选育的功能菌种在发酵过程中使菌种完全形成孢子后，再单独进行低温造粒，确保其活性和含量不受无机养分的影响。生物活菌的活性和含量在较高的无机养分中会受到抑制，其存活时间有限，在其没有造粒之前，不能与无机养分直接混合。无机养分、有机物料和生物活菌三大组分因其物理、化学、生物性质各不相同，其工厂化处理的工艺及工序完全不一样，采取的措施是将其各自作为独立单元，分别进行对应的工厂化加工处理。在完成各自相应工艺处理后，可根据不同作物需要和土壤基质进行科学配比混合，三大组分协调共存，相互促进，
　　１．３大三元肥研制的技术路线
　　大三元肥研制的技术路线是根据图1的生产技术路线，将无机养分、有机物料、生物活菌各自作为独立单元，依其物理、生物特性分别进行工厂化加工，最后再进行复合即得到大三元肥。
　　１．４大三元肥研制解决的关键技术
　　大三元肥是指以无机养分为基础，以微生物活菌为核心，以优质有机物料为载体，集三大营养组分于一体，通过特殊非典型工艺加工生产的全营养、多功能的新型肥料。大三元肥成功研发共解决了三个方面的关键技术。
　　１．４．１在无机养分、有机物料中添加了特定的生物活菌
　　１）大三元肥的菌种选择及配比。化肥、有机肥的利用率低下，其原因是肥料施入土壤之后，由于土壤对养分的固定，降低了养分在土壤中的转化效率，影响了作物对养分的吸收利用，使得土壤中残留着大量的没有被完全利用的无机磷、无机钾以及不能直接被作物吸收利用的有机磷、有机钾，既降低了肥效、又浪费资源、还污染了环境。选择具有解磷、解钾功能的生物活菌，可提高养分在土壤中的转化效率，减少肥料的土壤固定及损失，提高肥料利用率，提高肥料使用效果，实现养分供给与满足作物全生育期需要的相互平衡。由于长期大量施用化肥，使得土壤有机质严重缺失，土壤盐分过度累积，养分供应失衡，残留在土壤中的有毒有害物增多，土传病害滋生，直接影响作物正常的生理表现，轻者造成根系发育不良、死苗、烂苗，重者缺株、矮化、减产，最严重的可导致作物绝收。在生物活菌中选择具有抗病和生防功能的菌种，就能有效防治病原微生物对作物造成的重大破坏，可保证粮食安全和食品安全。基于此，筛选大三元肥的微生物菌种就有了明确的方向，依据微生物菌种间相互有共生、互生作用，且不产生拮抗作用的原理，在大量试验的基础上，最后选定“巨大芽孢杆菌＋胶冻样芽孢杆菌＋枯草芽孢杆菌”作为大三元肥的生物活菌的复合菌种组配。该复合菌种能有效分解土壤中含量丰富的难溶性磷、钾，将农作物难以利用的物质转化为可被利用的有效营养物质，既培肥了地力，又使废弃物、残留物得到充分利用，解决了废弃物对环境的污染问题，达到有效利用农业废弃资源，提升土壤有机质，改良活化土壤的目的，另外抗病生防的微生物及其衍生物，在肥料中得以充分应用，创造了“肥、药、健”三效合一的功能肥料，改善并提高农产品品质，有益于人们的健康生活。
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　　１．４．２采用最新低温造粒工艺技术生物活菌的菌种及菌群的选育培养、生物活菌的活性大小、含量高低直接影响大三元肥的使用效果，是决定大三元肥成败的关键。为了不影响生物活菌的活性和含量，在生物发酵过程中，当功能菌株形成孢子状态后，采用最新低温造粒技术，对其进行单独造粒，使功能菌株活性和含量能够保持在７５％以上。
　　１．４．３采用非典型生产工艺技术路线生物活菌的活性和含量在较高的无机养分中会受到抑制，其存活时间相当有限，在其没有造粒之前，不能与无机养分直接混合。同时无机养分、有机物料和生物活菌三大组分因其物理、化学、生物性质各不相同，其工厂化处理的工艺及工序也完全不一样，该项目是将其各自作为独立单元，分别进行对应的工厂化加工处理，最后按要求进行复配，从而使生物活菌与无机养分隔离共生共存、协同作用、相互促进。
　　１．５大三元肥研制的先进性和创新点
　　１．５．１理论创新传统肥料的研发生产是从作物生长所需的“基本营养”出发，完全忽略了种子、土壤、产量与肥料之间的利害关系，所研发生产的各类肥料带有避免不了的局限性。大三元肥在研制上提出肥料不仅要满足作物所需全面营养，还要在连续使用中，保护耕地、改良并活化土壤，这一理论观念已作为大三元肥研发生产的理论基础。
　　１．５．２配方创新大三元肥产品养分配方实现全营养化，将无机养分、有机物料和生物活菌三大组分融为一体，满足了作物不同生育期的营养需要，集速效、长效和促效于一体；生物活菌实现功能化的全新组合，把分解残留提高肥效的解磷、解钾菌和抗病毒细菌、生防细菌有效复合，抗病、生防微生物及代射产物中的多种生命元素在肥料中应用，创造了“肥、药、健”三效合一的功能肥料，实现了养分由单一向多元，功能由单项向全能的转变。
　　１．５．３工艺创新大三元肥在生产技术上采用非典型的特殊工艺，通过低温造粒技术，在不影响生物活菌的活性和含量的前提下，实现了无机养分、有机物料及生物活性物质的有机结合。
　　１．６大三元肥研制的主要技术指标
　　大三元肥作为一种创新肥料目前尚无农业部行业标准和国家标准［４－７］，武汉金禾科技发展有限公司起草制定的《大三元肥企业标准》（Ｑ／ＪＨＳ００９―２０１０）已通过专家评审，并在湖北省质量技术监督局备案，大三元肥按照此标准检验和生产。
　　２大三元肥应用效果分析
　　大三元肥在湖北武汉、荆州、襄阳、黄冈，河南郑州、南阳，福建夏门，安徽安庆等地进行试验示范和推广应用，以其养分全、功能多、肥效好、利用率高、适用广五大特点而优于其他肥料，使示范户、用户在使用大三元肥之后起到增产增收、改善农产品品质、改良土壤、提高作物抗性、保护环境五大作用。
　　２．１肥效提高，产量增加
　　人类生存的耕地和水体环境，被大量使用的化肥、农药污染，大量使用化肥形成的化肥依赖症使得化肥利用率越来越低，要想维持上年的产量就要投入更多的肥料，而大量投肥，作物在苗期供肥过剩形成疯长，中后期缺肥造成早衰，需要多次追肥，使肥料成本和人力资源成本大幅上升。施用大三元肥伴随着大量繁殖起来的多种有益菌群，则充分起到固氮、解磷、解钾、进行光合作用、供肥柔和持久的作用，使肥料的平均利用率由３０．０％提高到４５．３％，增强了作物对养分的吸收。例如，武汉市江夏区安山镇株山村严广明种植的水稻２０１０年５０％的田块施用金禾圣牌大三元肥，每公顷施用大三元肥４５０.0 ｋｇ，追施尿素７５.0 kｇ；另５０％的田块每公顷施用４５％含量复合肥３７５.0 ｋｇ和碳酸氢铵３７５.0 ｋｇ，追尿素１１２．５ ｋｇ。结果表明，整个生产过程中施用大三元肥的水稻生长平衡，茎秆粗壮，抗倒伏；病虫害少，可以防止纹枯病的发生；穗粒饱满，千粒重比未施大三元肥的重２ ｇ；米质好，米宽为２．８ ｍｍ，达到优质米的标准；每公顷水稻产量增长６．８％，少打药两次。而用４５％含量复合肥的田块，因氮肥太重导致水稻成熟期推迟，纹枯病严重，水稻茎秆细易倒伏。
　　２．２改良土壤，防止病害
　　大三元肥显著增加土壤有机质和土壤有益微生物，改善土壤的保水、保土、保气功能，活化改良土壤，使用后有效减少和防止土壤板结；并通过抑制病原菌的入侵，增加和激发作物免疫能力，减少作物的病害。通过对大三元肥在武穴市水稻栽培区土壤情况调查，处理Ａ为施用金禾圣牌大三元肥，处理Ｂ和Ｃ为施用同量其他品牌的４５％复合肥，对各小区土壤进行有机质、速效磷、速效钾的测定，其结果见表１。
　　２．３作物生长快，果实增大
　　传统肥料因其营养不全，加上吸收不好，导致利用率低下，作物在生长中因营养不良，经常会出现生长发育不良，死苗、缺株、矮化，影响正常生长。通过施用大三元肥，满足作物生育期的全部营养，前期肥稳，使得苗齐苗壮；中期肥不脱，作物根系发达，须根多３０％；后期肥不缺，生长不早衰，果实肥硕。潜江市张金镇杨桥村９组曾樊香种了１ ｈｍ２棉花，每年都出现早衰，２０１０年他进行大三元肥示范，其中处理每公顷施用金禾圣大三元肥６００.0 ｋｇ作基肥，对照每公顷施用４５％含量复合肥６００.0 ｋｇ，其余追肥管理措施相同。棉花定植１个月观察，施用大三元肥的棉苗缓苗期短，生长健壮，没有缺株，而施用化学复合肥的棉苗生长快慢不一，有缺株现象；棉花花蕾期观察，施用大三元肥的棉花不徒长，分枝多，枝条粗壮，花蕾大而多，病害少，少打１～２次缩节胺，而施用化学复合肥的棉花旺长，花蕾小，出现枯、黄萎病；棉花采收盛期观察，用大三元肥的棉花棉铃和叶片都生长健壮，花白，棉纤维比一般棉纤维长１～２ mｍ，生育期推迟１０～１５ ｄ，而施用化学复合肥的棉花叶片开始发黄有早衰现象。
　　２．４作物品质改良，口感舒适
　　由于传统肥料养分不全，造成作物畸形生长，空秕率高，品质差。土壤中反硝化细菌易产生亚硝酸盐被作物吸收，损害人体健康。大三元肥能有效降解土壤中有害物质和植物体内的有害残留，且满足了植物生长对大量、中量、微量元素的需要，使“瓜变甜、果变香、菜变鲜、粮有味”，所生产的农产品能达到AA级绿色食品标准，产品恢复到自然风味。河南省南阳市童喜辣椒合作社的段卫强，施用金禾圣大三元肥种植小辣椒，每公顷施用大三元肥６００.0 ｋｇ作基肥，追肥每公顷施用６００.0 kｇ，辣椒叶片粗壮肥厚，根系发达，没有根腐病，而且结果率高，果形大小一致，且辣味纯正，品质好，卖价高出０．２～０．４元／ｋｇ。大三元肥补充土壤有机质，改善辣椒品质，提高经济效益，辣椒检测达到绿色食品ＡＡ级。湖北枣阳西郊桃园夏云定，２０１０年在桃树上每公顷施用金禾圣大三元肥７５０.0 ｋｇ，其余用等量４５％的复合肥，施用大三元肥的油桃含糖量达１６．８％，而对应未施的含糖量仅为１０．６％。
　　３讨论
　　大三元肥研制理论严谨，生产工艺、技术路线科学先进，生物活菌与无机养分、有机物料结合巧妙，主要技术指标精准严格，实现了肥料养分由单一向多元、肥料功能由单项向多能的发展。从试验示范的结果看，使用大三元肥能迅速提高肥料利用率，及时提供作物所需的各种养分，对作物生长及增产有显著的作用；提升土壤有机质、补充土壤有益微生物、有效改善土壤通透性和土壤结构、改善土壤理化性能，对保护耕地、改良和活化土壤有促进作用；同时能抑制病原微生物的繁殖，减少病害对作物的影响，增强作物抗性，提高作物免疫力，对作物病害具有保护防范作用。大三元肥研制及应用对于保护国家粮食生产安全、实现农业可持续发展，对于资源的节约利用、保护环境，对于治理农业三废、保护改良耕地，对于保障食品安全、维护人民群众身体健康，对于节约农民种田成本、增加农民收入，都具有一定的作用，值得在全国进行大力推广应用［８］。
　　大三元肥研制应用工作的当务之急，是针对不同作物开发效果更好、功效更稳、成本更低、针对性更强、使用更方便的各类农作物的专用大三元肥料。
　　
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