绪论

一、土壤在农业生产中的重要作用

（一）土壤及土壤肥力

土壤是生态系统的重要组成部分，是人类社会所处自然环境的一部分，是自然环境中的生物圈的重要组成部分。在现代农业生产中，土壤是植物生长的基地。从这一点出发，土壤可以泛指是具有特殊结构、形态、性质和功能的自然体。它的特殊形态是地球陆地表面；它的特殊结构是疏松层；具有肥力是它的特殊性；能够生长绿色植物是其特殊功能。因此，可将土壤定义为：“土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层。”从土壤形成过程来看，通常将未经人工开垦的土壤称为自然土壤。经过开垦、耕种以后，其原有性质发生了变化，称为农业土壤或耕作土壤。

土壤之所以能够生长绿色植物，是因为土壤具有一定的肥力。土壤肥力是指土壤具有能同时并不断地供给和调节植物生长发育所需的水、肥、气、热等因子的能力，它包括水分、养分、空气、热量四个主要肥力因子，这些因子在不断变化，又相互联系、相互制约和相互协调。

土壤肥力根据其产生原因可分为自然肥力和人为肥力，自然肥力是指在母质、生物、气候、地形和时间各种自然因素共同作用下形成和发育的肥力。在自然界中尚未开垦的原始土壤和原始森林的土壤才具有自然肥力。人为肥力是指人们对土壤进行耕作、施肥等经营措施影响下所形成的肥力。耕作土壤的肥力是自然肥力和人为肥力的综合表现。耕作技术愈完善，培肥措施愈合理，在土壤肥力的发展过程中定向改良土壤的作用愈大。

土壤肥力根据其表现的经济效益可分为有效肥力和潜在肥力。由于土壤性质、环境条件和技术水平的限制，只有其中一部分在当季生产中能表现出来，产生经济效益，这一部分肥力叫作有效肥力，而没有直接被当季作物利用的肥力则叫潜在肥力。有效肥力和潜在肥力可以相互转化，两者之间没有明显的界线。例如大部分低洼积水的烂泥田、冷浸田，这种土壤有机质和氮磷钾的含量虽然较高，但其有效供应能力却较低。因此，对于这类土壤应加强农田基本建设，改造土壤环境条件，以促进土壤潜在肥力转化为有效肥力。

（二）土壤在农业生产中的重要作用

农业是人类生存的基础，土壤又是农业生产的基础。“民以食为天，食以土为本”精辟地概括了人类、农业和土壤之间的关系。众所周知，人类的生存离不开农业，农业最基本的生产是种植业。人类从事种植业生产以来就已认识到土壤是植物生长的天然基地。土壤是农业的基础，也是农业生产的基本生产资料。农业生产是由植物生产、动物生产和土壤管理三个环节组成的。植物生产（种植业）主要是通过绿色植物的光合作用制造有机物质，把太阳辐射能转变为化学能贮藏起来，植物产品作为食料和工业原料被人类所利用。动物生产（养殖业）是把一部分植物产品作为喂养畜、禽、鱼类的饲料和饵料，以便充分地利用这些有机物质及其包含的化学能，进一步为人类提供动物性食品、工业原料和家畜粪尿。土壤管理是土壤的施肥耕作管理，把未曾利用的动植物残体和人畜粪尿，通过耕作，归还土壤，变为植物可利用的养分，同时增加和更新土壤有机质，提高土壤肥力。

土壤是人类生存的再生自然资源。土壤是绿色生命的源泉，是人类生存最基本、最广泛、最重要、最珍贵的自然资源。它维系着自然界的生态平衡，使万物充满生机。它关系到人类的生存和社会的发展。随着生产的发展和科学技术的进步，人类对土壤的认识也日趋深刻。人类开采利用的自然资源如金矿、铁矿、煤炭、石油、天然气等经过开采利用会越来越少，甚至枯竭。而土壤则有其特殊性，它不因人类的开发利用而损失，只要合理利用，就能年复一年地被利用，为人类的生存和繁衍做出贡献。正如马克思所说，土壤是人类世代相传的生存条件和再生产条件。

土壤是陆地生态系统的主要组成部分。生态系统是指生物群落与其环境相互联系、相互制约的自然整体。土壤不仅是农业生产的自然基础，还是陆地生态系统的主要组成部分。土壤利用上存在的严重问题无一不影响整个生态环境，因此对土壤的利用不但要根据国民经济和农业生产发展的要求，结合考虑土壤本身的性质特点，还应从环境科学角度，考虑自然界中生态系统的平衡问题，宜农则农，宜林则林，宜牧则牧，防止工业三废及农药和滥用化肥对土壤的污染，防止水土流失，防止由于土壤状况恶化而影响整个环境和生态系统的协调。只有这样我们才能为子孙留一块绿地，留一片蓝天。

土壤的上述作用使它成为人类赖以生存的基本自然资源之一。在科学发达的今天，随着设施农业的发展，虽然能在温室或大棚中进行无土栽培，生产蔬菜或育苗等，但目前人类还不能脱离土壤进行大规模农、林、牧生产，土壤仍然是进行农业生产所不可缺少的重要生产资料，人类的衣、食、住、行和社会的发展都要依赖土壤。土壤作为农业生产的基本生产资料和主要活动对象起着无可替代的作用。因此，如何合理高效地开发利用土地资源、保障土壤的生产力并避免对水土环境的不利影响是现代农业可持续稳定发展的关键。

（三）土壤与植物生产的关系

土壤不仅是植物扎根立足之地，而且还能供给植物生命活动所需的大部分生活要素。绿色植物的生活要素有日光（光能）、热量（热能）、空气（主要是氧气和二氧化碳）、水分和养分。光、热和空气主要来自太阳辐射和大气，称为宇宙因素。水分和养分主要来自土壤，故称土壤因素。良好的土壤能使植物能吃得饱（养分供给充足）、喝得足（水分供应充分）、住得好（空气流通、温度适宜）、站得稳（根系生长根深蒂固）。总之，土壤在植物生长过程中有如下不可替代的作用。

1．土壤是植物生长的营养库

植物需要的营养元素除二氧化碳主要来自空气外，氮、磷、钾及中量、微量营养元素和水分则主要来自土壤。

2．土壤能使养分转化和循环

土壤中存在一系列的物理、化学、生物和生物化学作用，在养分元素的转化中，既包括无机物的有机化，又包含有机物质的矿质化。既有营养元素的释放和散失，又有元素的结合、固定和归还。在地球表层系统中通过土壤养分元素的复杂转化过程，实现了营养元素与生物之间的循环和周转，保持了生物生命周期生息与繁衍。

3．土壤具有雨水涵养作用

土壤是地球陆地表面具有生物活性和多孔结构的介质，具有很强的吸水和持水能力。土壤的雨水涵养功能与土壤的总孔度、有机质含量等土壤理化性质和植被覆盖度有密切的关系。植物枝叶对雨水的截留和对地表径流的阻滞、根系的穿插和腐殖质层形成，能大大提高雨水涵养、防止水土流失的能力。

4．土壤是生物的栖居地

土壤被认为是地球上生物独一无二的生存环境。土壤不仅是陆地植物的基础营养库，绿色植物在土壤中生根发芽，根系在土壤中伸展和穿插，获得土壤的机械支撑。土壤中还生活和繁育着种类繁多、数量巨大的地下微生物。

5．土壤是环境的净化器

土壤处于大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交界面，是地球表面各种物理、化学、生物化学过程的反应界面，是物质与能量交换、迁移等过程最复杂、最频繁的地带。这种特殊的空间位置，使得土壤具有抗外界温度、湿度、酸碱性、氧化还原性变化的缓冲能力。对进入土壤的污染物能通过土壤生物进行代谢、降解、转化、清除或降低毒性，起着过滤器和净化器的作用，为地上部分的植物和地下部分的微生物的生长繁衍提供一个相对稳定的环境。

二、肥料在农业生产中的重要作用

（一）什么是肥料？

肥料是指能为植物直接或间接供给养分的物料。施肥能改良土壤性状，提高土壤肥力，改善产品品质，增加植物产量。肥料是作物的“粮食”，在作物生产中发挥着不可替代的支撑作用。

（二）肥料的重要作用

俗话说，有收无收在于水，多收少收在于肥。肥料是粮食的粮食，是重要的农业生产资料，在农业生产中起着重要的作用。著名育种学家，在第一次“绿色革命”中做出卓越贡献并获得诺贝尔奖的Norman E.Borlaug 1994年在全面分析了20世纪农业生产发展的各相关因素之后指出：“20世纪全世界所增加的作物产量中的一半是来自化肥的施用。”在20世纪80年代，联合国粮农组织亚太地区31个国家（地区）通过大量田间试验得出结论：施肥可以提高粮食单位面积产量55%、总产30%。我国全国化肥试验网在20世纪80年代进行的5000多个肥效试验结果也证明，在水稻、小麦和玉米上合理施用化肥比对照不施肥处理平均增产48%。近年来，随着化肥用量的增加和耕地肥力的逐渐提高，施肥的增产作用有所降低，但是，依然是作物增产增收最基本的物质保障。可见，合理施肥不仅可以提高植物产量，改善产品品质，还能提高土壤肥力。施肥的作用可概括为如下几个方面：

1．肥料是农业优质高产的保证

中国是世界上第一人口大国，因此，保障粮食需求决定了农业在国民经济中的首要地位。我国用只占世界9%的耕地养活了占全球21%的人口，其中施用化肥是最主要的因素之一。根据联合国粮农组织（FAO）的资料，发展中国家通过施肥可提高粮食作物单产55%～57%，可提高总产30%～31%，全国化肥试验网的大量试验结果表明，施用化肥可提高水稻、玉米、棉花单产40%～50%，提高小麦、油菜等越冬作物单产50%～60%，提高大豆单产近20%。根据全国化肥试验网的肥效结果推算，1986—1990年粮食总产中有35%左右是施用化肥形成的。毋庸置疑，肥料是我国粮食增产和粮食安全的基本物质保障，正如诺贝尔奖获得者、绿色革命之父Norman Borlug（1998）指出的那样，中国要实现粮食生产目标，用好化肥是第一位重要的措施。

2．肥料直接影响农民生产与收入

“三农问题”特别是农民增收问题是党和政府关注的焦点，国家发展和改革委员会价格司编制的《全国农产品成本收益分料汇编2006》统计结果显示，我国大粮食作物（水稻、小麦、玉米）的平均生产成本为5445元/hm2，其中化肥平均投入量为304.35kg/hm2，费用为1265.55元/hm2，占生产成本的23%（另外，人工费用占42%，种子费用占7%，农家肥占2%，农药占4%，机械动力占19%，间接费用占2%），由于化肥价格增长，2005年三大粮食作物化肥投入增加了196.95元/hm2，导致粮食生产净利润下降了35.6%。化肥价格小幅度变化就能导致粮食种植从盈利转向亏损，因此，化肥成为影响农户生产和收入的主要因素。

3．施肥可提高居民营养水平

施肥不仅保证了粮食产量的增加，而且也保证了居民营养水平的大幅度提高。2005年，我国人均肉、蛋、奶的占有量分别达到了59.22kg、22.02kg、21.91kg，与1980年相比，分别增长了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产也必须依赖于肥料的科学施用。虽然我国作物单产水平较低，水稻、小麦、玉米三大作物施用化肥后蛋白质产量为440～619kg/hm2，但如考虑复种指数为150%，实际我国耕地全年蛋白质产量还要高于发达国家，可达660～929kg/hm2，这就使得我国可以养活世界上21%的人口。2020年粮食需求将达到6.4亿吨。在耕地面积难以增加的情况下，大幅度提高粮食单产是解决粮食安全问题的唯一选择，而发挥肥料的增产作用是其中最为重要的措施。

（三）肥料的来源与分类

传统肥料大致分为化学肥料和有机肥料两大类。近年来，为适应农业可持续发展的需要，开发更加高效的新型肥料成为当今世界各国农业发展研究的重点领域。

1．传统肥料

（1）化学肥料

化学肥料是以矿物空气和水为主要原料，经提取、物理或者化学工业方制成的肥料。产品大部分为无机物，但也有有机物，如尿素等。化学肥料按其所含元素含量的多少，所含主要养分的不同，又可分为大量元素肥料、中量元素肥料、微量元素肥料和复（混）合肥料等。

1）大量元素肥料，如氮肥、磷肥、钾肥等。

2）中等元素肥料，如含有钙、镁、硫等营养元素的石灰、硫酸镁、石膏等。

3）微量元素肥料是指含有植物生长发育所需要微量元素的肥料，如硼砂、钼酸铵、硫酸锌等。

4）复（混）合肥料。复合肥料和混合肥料的统称，是指在一种化学肥料中，含有氮磷钾营养元素中的两种或者三种的肥料。如磷酸铵，含有氮磷两种植物所需养分，因此是氮磷二元复合肥料。硝磷钾为氮磷钾三元复合肥料。有的复（混）合肥料中，除含有氮磷钾等主要营养元素之外，还含有多种微量元素，这些含有多种营养元素的复（混）合肥料称为多元复（混）合肥料。复（混）合肥料的品位以含N-P2O5-K2O（%）的总量来表示，每种养分最低不少于4%。一般总含量在25%～60%。总含量在25%～30%的为低浓度复（混）合肥料；30%～40%的为中浓度复（混）合肥料；大于40%的为高浓度复（混）合肥料。

复（混）合肥料大致可分为三种类型：

a）化成复（混）肥。化成复（混）肥是在一定工艺条件下，用化学合成的方法或者用化学提取、分离的方法制得。具有固定的养分含量和比例，含副成分很少。如磷酸铵、硝酸铵等。

b）配成复（混）肥。配成复（混）肥是根据用户需要，用高浓度的肥料，如尿素、氯化钾、磷酸铵等按照一定比例，经混合制造成粒。这一类肥料的养分含量和比例可按不同的要求配制。由于加工工艺中要加入一定的助剂、填料，所以这类复（混）肥多数含有副成分。

c）混成复（混）肥。这类复（混）肥料是以单元肥料或化成复（混）肥料为原料，只通过简单的机械混合制成。在混合过程中无明显的化学反应发生，只是把几种肥料简单混合，便于施用并提高肥力，因此也称掺混肥料。如由硫酸铵、磷酸铵和硫酸钾固体掺混而成的三元复合肥。这类复（混）肥料的养分含量和比例较宽，针对性强，常含有副成分，一般随混随用，不宜长期存放。

（2）有机肥料

有机肥料是指利用各种有机废弃物料，加工积制而成的含有有机物质的肥料总称，是农村中就地取材、就地积制、就地施用的一类自然肥料，又称为农家肥料。有机肥料来源广泛，品种也相当繁多，一般根据其来源、特性和积制方法，可把有机肥料大致分为五类：

1）粪尿肥类 主要指动物的排泄物，包括人粪尿、家畜粪尿、禽粪、海鸟粪、蚕沙以及利用家畜粪便混以各种垫圈材料积制的厩肥。

2）堆沤肥类 主要指各种有机物料经过微生物发酵的产物，包括堆肥、沤肥、秸秆直接还田以及沼气肥等，秸秆还是家畜垫圈的重要原料。

3）绿肥类 主要指直接翻压到土壤中作为肥料使用的正在生长的绿色植物（植物整体或植物残体），包括栽培绿肥和野生绿肥。目前我国多以种饲料绿肥为主，直接翻耕的绿肥较少。

4）杂肥类 主要指能用作肥料的各种有机废弃物，包括城市垃圾、泥土肥、草木灰、草炭、腐殖酸及各种饼肥等。随着城镇人口的增加和农副产品加工业的增多，杂肥类在有机肥料资源中所占比重越来越大。

5）商品有机肥 包括工厂化生产的各种有机肥料、有机-无机复合肥、腐殖酸肥料以及各类生物肥料。

有机肥在作物生产中的作用是不可代替的。一是所含营养成分丰富、全面；二是能改善土壤理化性状，促进微生物活动，活化养分，为作物优良品质的形成创造良好的生长环境。

2．新型肥料

肥料是保障作物产量最重要的因素。中国是农业大国，也是当今世界最大的化肥生产国和消费国。肥料在农业生产性支出中占50%，是农业生产中最大的物资投资。我国之所以能够用占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，关键在于提高粮食作物单位面积产量。在发展中国家的粮食生产中，粮食增产的55%归功于化肥的使用。显而易见，化肥在粮食增产上起到了举足轻重的作用。然而，20世纪80年代以来，我国的化肥总用量虽然不断增加，但是高施肥水平却导致低的化肥利用率，并呈现利用率不断下降的趋势。据有关资料显示，国外氮肥利用率为50%～55%，我国氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥仅为10%～25%，钾肥为35%～50%，与发达国家水平相差较悬殊。低的化肥利用率导致在作物的一个生长周期中需进行多次施肥，过量肥料在植物根际积累，不仅会破坏植物根系细胞结构，造成盐害，导致作物减产甚至死亡，还会破坏土壤结构，导致土壤退化以及地表和地下水体污染等。

我国新型肥料的研究主要围绕提高肥料利用效率这个核心目标进行。为适应农业可持续发展的需要，开发更加高效的新型肥料成为当今世界各国农业发展研究的重点领域。世界各国都在投巨资发展新型肥料，抢占新型肥料研究的制高点。

目前国内外发展较快的有缓/控释肥料、功能性肥料、全水溶性肥料、有机无机复合肥料、微生物肥料（菌剂）等。

新型肥料泛指应用常规肥料再加工使之具有某些新的特性和功能，或者利用新材料生产出新的肥料品种。新型肥料的研制和开发有其特有的目标，如缓控释肥的目标是减缓或控制养分的释放，使其养分供应与作物需求同步，提高肥料养分的吸收利用，提高利用效率，而水溶性肥料则主要用于水肥一体化相关技术的应用，通过水肥正的交互作用，提高水肥利用效率。

（1）功能性肥料

将营养物质与其他限制作物高产的因素相结合的多功能肥料，是21世纪新型肥料发展的重要方向之一。将调理土壤、保水、抗病等功能结合到肥料中去的多功能肥料，对肥料生产工艺提出了新的要求，其技术凝聚了农学、土壤学、植物营养学等领域的相关先进技术。在这一国际农业高技术竞争的重要领域中，美国、日本等国处于世界领先地位；我国虽然起步较晚，但在多功能肥料的开发应用方面也取得了长足进展，有力地推动了我国肥料科技的进步。这些多功能肥料主要包括保水型肥料、改善土壤结构的肥料、提高作物抗性的肥料、具有防治杂草功能的肥料等。

1）具保水功能的肥料

针对我国水资源缺乏的现状，应用具保水功能的肥料抑制土壤水分损失，改善作物水分利用效率，具有重大的现实意义。土壤保水剂具有调节土壤水肥的功能，缓解和协调农业缺水、缺肥，保持和提高土壤中水分、养分有效性的作用，很早就成为各国农业专家关注的对象，高吸水树脂（HWAR）等高效保水剂已经在全球30多个国家广泛应用。随着对保水剂研究和应用的不断发展，人们开始将保水剂与传统肥料结合，开发保水型功能肥料，由于HWAR等保水剂在吸附水分的同时，也可以对水溶液中的肥料产生不同程度的吸附作用，所以一次施用即可达到肥田与保水的双重效果。利用保水材料实现水肥一体化调控，是一个新兴的研究领域。

华南农业大学在我国率先开展了保水型控释肥的研究，利用高吸水性树脂包被尿素和包膜型控释肥料，制成保水型控释肥料，试验结果表明作物的水分利用效率和水分产值效率得到了显著提高。广东工业大学利用湿鸡粪经EM细菌发酵和烘干处理后，加入保水剂和增效剂经造粒制成保水有机肥，不仅原有有机肥料营养得以保持，还可明显地改善土壤的团粒结构，提高土壤的保水性能，大大节约灌溉用水。杜建军等开发出以高保水性材料和单质肥料为原料的掺混型节水专用肥，与等养分的复合肥比较，产量增加5.160，节水率达27.70%，同时证明了使用高吸水性树脂以控制养分释放能明显减少肥料的损失。东北林业大学以肥料与羧甲基纤维素、丙烯酸合成了肥料复合型高吸水树脂，吸水倍率为400g/g，其中所复合的肥料具有良好的缓释性能，为保水型肥料的开发提供了一种新的思路。

我国对保水型肥料的研究起步较晚，虽然做了一些工作，但要实现产业化所要解决的问题还有很多。①由于高吸水性树脂HWAR（High Water Absorbent Resin）是一类高分子电解质，容易受到水中离子的影响而使吸水率下降，在用于旱地作物抗旱栽培时，尤其应避免和硫酸钾等电离性强的肥料高浓度混合使用，这就给保水型肥料的开发带来一定困难。选择更适当的保水材料，开发利用适宜覆膜技术解决混合后无机肥料对保水剂吸水效率的负面影响，稳定吸水效率，是保水型肥料研究和应用的一个关键问题。②我国对于保水剂的研究大多局限于保水或者保肥的单因子研究，缺乏水肥一体化调控研究。保水剂同样可用于控制肥料养分的释放，其扩散速率可由聚合物的化学性质控制；将保水剂用作控释材料制造新型保水型控释肥，实现对水、肥的一体化调控，是今后保水功能肥料研究的一个重要方向。③有机肥料不仅在培肥地力、改善作物品质等方面明显优于化学肥料，更具有天然保持土壤水分的功效，而且不会造成保水剂吸水效率下降的问题。应着眼于有机无机肥料的配合，开发有机型保水肥料，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

随着化学肥料的大量使用，我国农产品的产量大幅度提高，但也给土壤带来了诸如板结、有机质下降、微生态失衡等一系列问题。应用具有土壤改良功能的肥料，改善土壤结构，提高土壤肥力，对农业可持续发展具有重要意义。目前具有调理土壤功能的肥料主要有腐殖酸肥料、膨润土肥料、沸石肥料、有机肥料等。

腐殖酸除本身的营养作用外，对土壤的改良功能复合肥料，试验证明能显著提高肥效。膨润土施用于土壤，可以有助于土壤团粒结构的形成，提高土壤的保肥保水能力；同时还能增强土壤的缓冲性能，吸附有害元素，减轻土壤污染，在环境保护上也具有很大意义。在肥料生产中加入适量膨润土，除起到上述的调理作用外，还可以降低肥料的含水率，防止结块；如果利用膨润土作为肥料的载体，更具一定的缓释功效。膨润土被单纯用于改良土壤的报道较少，但近年来膨润土在我国被广泛用于复混肥的制造，在增强肥料颗粒强度、减小养分损失的同时，还可以改良土壤结构，效果比较明显。

沸石应用于土壤中可以提高土壤盐基交换量，促进团粒结构的形成；另外由于沸石具有很强的吸附力，与化肥混合后，可以提高N、P的利用率，延长肥效。将沸石用作载体生产复混肥在我国应用较多，如将沸石与碳铵混合，以减少铵的挥发损失和改善碳铵的物性；另有将沸石与尿素混合做成沸石包衣尿素，沸石与尿素、磷铵或普钙、氯化钾复混做成沸石载体复混肥等多种方法，在一定程度上起到了改良土壤、减轻因化肥施用过多导致的酸化，提高肥料利用率和延长土壤供肥时间，进而提高作物产量的作用。

有机肥料具有改善作物营养，促进养分平衡，协调内源激素浓度与比例，提高作物产量与品质的作用已是不争的事实。随着化肥的出现，传统有机肥因养分浓度低、脏臭等缺点，其地位逐年下降。将禽畜粪便等有机废弃物经发酵处理后的商品化有机肥，保持了有机肥料的许多优点，在改良土壤，培肥地力，改善作物品质上的作用非化学肥料可比。发达国家在有机肥发酵工艺、技术和设备上已日趋完善，基本达到了规模化和产业化的水平。我国商品化有机肥的生产处于起步阶段，生产规模小、效率低、污染较大，关键技术设备等亟待完善。

造纸黑液木素在我国已被广泛用作制造肥料的原料。故当黑液木素作为肥料成分施入土壤时，除了对营养物质的缓释功能以外，还由于木素的胶体性质及结构中具有的丰富酸性基团，可改善土壤团粒结构、提高土壤阳离子交换量和缓冲土壤酸碱性，从而提高土壤保水、保肥、保温和通气能力。

具改良土壤功能的肥料的发展有待研究的问题有：①目前广泛应用的土壤调理剂种类比较多，但是用于制造肥料的还比较少。需要大力开发多种土壤调理剂在肥料中的应用，以期找到进一步提高调理功效与肥效的配方。②膨润土肥料、沸石肥料、木素肥料等除了起到调理土壤的功能外，还具有保持并缓慢释放养分的作用，开发此种具有调理一控释复合型功能的新型肥料是今后工作的重点。③对传统有机肥料产品进行升级改造，开展商品有机肥产业化关键技术研究，搭建我国商品有机肥产业化技术平台，提高有机废弃物资源化利用水平，也是需要进一步研究的问题。

3）具除草功能的肥料

化学除草是提高作物产量和改善品质的有效途径之一。将除草剂和化肥混合加工而成的除草药肥是农药、肥料开发和应用的一个新的方向。除草药肥的优越性在于一次田间作业，便能收到施肥和除草双重效果；并且由于除草剂对土壤中硝化细菌的抑制作用，使之与化学肥料的结合往往表现出良好的互作增效效应。

除草药肥的研究最早始于20世纪60年代的日本，80年代后，我国也开始了有关除草药肥的研究。浙江省研制的除草尿素，采用包衣法将除草剂包裹在尿素颗粒外表，由于除草剂对土壤中的氨化细菌有显著的抑制作用，因而能提高尿素的利用率。江苏里下河地区农科所研制与开发的除草药肥——稻麦油系列农作物除草专用肥，采用多重复合技术，药效可增加10%以上，综合肥效增加8.6%，对农田主要杂草的防效在85%以上，增产8%～15%。现在该系列产品已经形成产业化开发，并在长江中下游地区大面积推广应用。我国已形成的除草药肥产品已经比较多，但其中大多数应用效果并不理想。其主要原因在于肥料和除草剂成分相对单一，营养不全面，杀草谱窄。要真正达到高效肥田、除草的双重效果，还需进一步开发研究。根据平衡施肥法则和田间草相，通过试验确定多元肥料和多元除草剂的合理配伍，将平衡施肥技术与化学除草技术相结合，开发出更加高效合理的除草药肥配方及加工工艺。

多功能肥料的研究开发在我国还只是刚刚起步，当前有些新型功能肥料仍处于试验研究阶段，技术还不成熟，应用效果也不稳定，距离产业化生产和大规模推广应用还有很长的路要走。

目前我国在肥料使用上仍以化学肥料占绝大多数，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体条件下进行应用。常规肥料在今后相当长的时间内仍将是肥料应用的主流。推动多功能肥料研究和产业化的发展，是一项系统工程，需要肥料行业同其他领域的协同努力，更需要国家政策上的支持，我国多功能肥料的研制、生产与推广将是一个长期稳步发展的过程。

（2）缓/控释肥料

1）缓/控释肥料

缓/控释肥料广义上是指肥料养分释放速率缓慢，释放期较长，在作物的整个生长期都可满足生长需求的肥料。美国作物营养协会将缓释和控释肥料定义为：所含养分形式在施肥后能延缓作物吸收与利用，其所含养分比速效肥具有更长肥效的肥料。但狭义上缓释肥料和控释肥料定义大相径庭。缓释肥料（slow release fertilizers）是指肥料施入土壤后，转变为植物有效态养分的释放速率比速溶性肥料小；控释肥料（controlled release fertilizers），是考虑作物营养需求规律，结合现代植物营养理论与控制释放的高新技术，通过使用不同的包膜材料，控制肥料在土壤中的释放期与释放量，使养分释放模式与作物生长发育的肥料需求相一致，是缓释肥料的高级形式。缓释肥料只能延缓肥料的释放速度，达不到完全控释的目的，现在所谓的缓/控释肥料包括了控释肥料和缓释肥料。

缓/控释肥料最大的特点是可根据作物吸收养分的规律调整养分供应，做到养分供应与作物吸收同步，同时基本实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，节时省工，损失少，作物回收率高，一般来讲，施用缓/控释肥可以提高肥料利用率50%以上。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将研发新型环保型肥料、缓/控释肥料等列为优先发展主题。研发出当季作物的回收率高、损失少、环境友好的缓/控释肥料，在节约资源、实现农业生产与生态协调发展、节本增效和节能减排等方面，均具有十分重要的意义。

作为一种新型化学肥料，缓/控释肥在国际上的研究已有60多年的历史，工业化生产已经50余年。世界上第1个缓释脲醛肥料于1948年面世，由美国K.G.Clart 等人合成。1960年以前主要是尿素——甲醛缩合物缓释肥料的初步研究。20世纪60年代后，缓/控释肥主要研究方向为尿素——甲醛缩合物聚烯类等，在肥料中掺杂其他难溶物、添加剂、抑制剂生产缓释肥料。20世纪80年代进入缓/控释氮肥研发突飞猛进的时代，主要研究以硫黄、磷酸镁铰、聚乙烯等作为包裹肥料膜材料以及包裹缓释肥料的理论模型。20世纪90年代缓/控释肥趋于成熟，包括对有机高分子聚合物包膜分解过程和吸附缓/控释肥料的研究等，后来人们意识到有些高分子薄膜材料对环境的污染破坏，包膜材料的研究转向了可生物降解的高分子材料。包膜新材料的研发、新型化学合成缓/控释肥料合成工艺方法的研究及新型缓/控释肥料长期应用对环境影响方面的研究等成了目前的主要研究方向。

美国是世界上最早研究和最大消费缓/控释肥料的国家，占全球消费量的60%，主要以包硫尿素（SCU）为主，还有包硫氯化钾（SCK）、包硫磷酸二铵（SCP）等。改进的包硫尿素在其表面包一层烯烃聚合物，产品名为Polys，此产品售价比聚合物包膜肥料便宜，在美国市场上广泛使用。醇酸树脂包膜肥（Osmocote）仍为世界上最有影响的包膜肥料。

日本是研究与应用控释肥料技术较先进的国家，以高分子包膜肥料为主。20世纪80年代研制出热塑型树脂聚烯烃包膜肥料（Nulricote），与美国Osmocote同为国际知名品牌，该肥料控释氮素100～360d，控释量80%，氮素利用率高达60%～70%，其养分释放具有精确控制和缓释的双重功能。20世纪90年代日本主要生产包膜尿素、热固性树脂包膜及含农药的包膜肥、生物可降解的脂肪族聚酯和微晶石蜡包膜材料，现以生产可降解聚合物包膜肥料为主。

欧洲各国的研究注重于微溶性含氮化合物缓释肥料。德国研究重点为聚合物包膜材料生产包膜肥。法国的缓释肥料用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠包裹金属过氮化物作为土壤添剂；或者用聚合物包膜肥料与微生物结合在一起。西班牙用松树木质素纸浆废液包膜尿素制得系列肥料。荷兰开发了用菊粉、甘油、土豆、淀粉与肥料捏合制成生物可降解的包裹肥。苏联制备包膜肥的专利为脲醛（UF）、铝粉、磷酸和丁二烯胶乳多层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树脂包膜尿素，通过改变包膜剂粒度和包膜层厚度来调节养分的释放速度。

在全球范围内，以美国、欧洲、以色列、日本等对缓/控释肥用量较大，多数以经济作物和高效益草坪等用量较大，其中美国、欧盟等主要用于非农业领域，高尔夫球场、草坪，景观植物等，而农业领域主要用在蔬菜、水果等经济作物。可见成本高是限制其在农业大田作物应用的原因之一，与普通肥料相比，缓/控释肥的应用比例仍相对较小。

我国缓/控释肥研究相对起步略晚，但随着近年来农业面临污染、社会资源消耗、增加农业收入等多方面的压力加大，促进了缓/控释肥料行业的技术研发与产业化的发展。2000年以后“十五”期间科技部将环境友好型缓释肥料研究列入863计划，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》指出：将研发新型环保肥料、缓/控释肥料等列为优先发展主题。

近几年我国缓释肥料发展迅速，主要采取2种技术路线，分别是将肥料进行微溶化和包膜处理来实现肥料养分的缓/控释。前者的代表性产物有脲醛化合物（UF），后者的代表性产物有硫包膜尿素（SCU），聚合物包膜尿素（PCU）等。目前已开发出了具有我国特色的技术和产品种类，包括树脂包膜缓/控释肥料、包裹型肥料、硫包衣缓释肥料、合成型微溶态脲醛类缓释肥料等。中国缓/控释肥料消费量已占到世界的1/3，逐渐成为世界上缓/控释肥料生产和使用的重要国家之一。

但是，目前国内缓/控释肥料的发展还存在以下问题：①国内研制的包衣型缓/控释肥料的成膜材料多以苯、甲苯、石油醚等作为溶剂，毒险较高，有些以三氯乙烯、四氯甲烷等作为溶剂，破坏臭氧层，造成大气污染；②缓/控释肥料价格太高，难以广泛地被农民所接受而应用在大田作物上。

2）缓/控释肥料的类型

根据处理方式可分为物理型缓/控释肥料、化学型缓/控释肥料和物理化学型缓/控释肥料；根据溶解性释放方式可分为降解性因素控制水溶性肥料、微溶性有机含氮化合物、微溶性无机含氮化合物；根据化学性质可分为化学合成微溶性有机化合物、化学合成微溶性的无机化合物、加工过的天然有机化合物、包膜添加成氮肥；根据化学组成可分为包裹缓释肥料、混合缓释肥料、缩合物或聚合物缓释肥料、吸附缓释肥料。

a）物理型缓/控释肥料

经过简单的物理处理使肥料具有缓控性，叫作物理型缓/控释肥料，大多为包膜肥料。一般通过喷涂、加热、干燥等手段，使肥料颗粒表面形成致密的低渗透性膜，进而控制养分溶液从膜内向外部扩散，减慢肥料养分的释放速度。包涂材料包括有机和无机2类，无机化合物包裹膜材料有硫黄、金属氧化物和金属盐等；有机化合物及聚合物包膜材料有不饱和油、石蜡、烯烃聚合物或共聚物、天然橡胶等一些特定的橡胶类物质及热塑性和热固性树脂等。

b）化学型缓/控释肥料

化学型缓/控释肥料分为两类：①是化学添加物不与目标肥料结合，如在目标肥料中添加阻溶性物质，或是在目标肥料中添加养分释放抑制物质，如在尿素中混加脉酶活性抑制剂、硝化抑制剂；②化学添加物与肥料结合形成新物质，养分释放机理是该化合物在外界环境条件的影响下分解，特定化合物与尿素之间的化学键断开，重新生成尿素和特定化合物，然后尿素再释放出植物生长所需的氮素。

c）物理化学型缓/控释肥料

结合物理和化学方法对目标肥料进行处理称为物理化学型缓/控释肥料。

根据缓释材料和加工方式的不同，大致分为两种类型：包膜型肥料、化学抑制型肥料。

a）包膜型肥料

包膜肥料由包裹膜和肥料心组成。肥料心常用的是普通氮、磷、钾单元或多元肥料、含微量元素的复合肥料、含有植物所需营养元素的矿物等。作为肥料心的这些肥料水溶性好，易于被植物吸收，但也容易流失和浪费，特别是在经常灌溉的田块，这种现象更为严重，因而人们通常在这些肥料的外面包裹上一层膜来阻止或延缓上述现象的发生，从而形成了包膜肥料。美国最早先后进行了包硫氯化钾（SCK）、包硫磷酸二铵（SCP）“控释农药——肥料聚合物”包膜肥料的研究。日本在研究初期学习美国的技术，从20世纪70年代开始研制热塑性树脂聚烯烃包膜肥料。该包膜剂是由聚乙烯（PE）和乙酸乙烯醋的共聚物（Ethalene vinylaccetate, EVA）和无机填充料滑石粉所组成。PE可形成水渗透性很低的薄膜，而EVA能形成水渗透性很强的薄膜。将PE与EVA按不同的比例混合，便能控制氮的释放速率，添加滑石粉可以调节包膜肥养分释放的温度系数。在众多的日本专利中，以开发可被生物和光降解的聚合物包膜肥料及具有不同养分释放模式的包膜肥料为主体。包膜肥料所用的包裹膜常是一层难溶物或者微溶物。当肥料施入土壤后，包裹膜发生缓慢地溶解、分解或腐化，肥料心暴露，通过土壤中的水分，使肥料被植物缓慢吸收，从而达到缓释的目的。

常用的包膜材料可分为：

天然高分子材料：包括淀粉及其衍生物，动植物胶类，植物蜡和蜂蜡等。

半合成高分子聚合物：纤维素类，淀粉衍生物，黄化木质素，脲甲醛等。

合成高分子聚合物：聚烯烃类热塑性树脂，聚丙烯醇，聚乙烯塑料，泡沫硬塑料，乙烯树脂，丙烯酸树脂等。

混配或改性的高分子聚合物：淀粉及其衍生物与树脂混配并改性。

无机化合物：无机化合物作为包裹膜有硫黄、MgNH4PO4· 3H2O、硅酸盐、磷酸钙、P2O5/CaO玻璃体以及改性氧化物A12O3制成的无机物束胶。

b）化学抑制型肥料

该肥料目前主要向两种类型发展，一种是添加服酶抑制剂和硝化抑制剂，调节土壤微生物的活性，减缓尿素的水解和对氨态氮的硝化一反硝化作用，从而达到肥料氮素缓慢释放和减少损失的目的；剂包膜，如乙酸乙烯醋和聚丙烯酞胺共聚物（EVA）既是较好的土壤调理剂，又是较好的肥料包膜剂，通过改变微环境，提高肥料利用率。

缓/控释肥是“肥料的一次革命”，是“低碳经济”时代的新型增值肥料，其发展将给农业领域乃至人类生活带来深刻影响和变化，对促进农业可持续发展，构建节约型社会，减轻农民负担等都有十分重要的意义。

（3）水溶性肥料

近年来，我国农业生产水肥资源消耗、浪费现象严重，水肥资源紧缺问题日益凸显，已经成为制约我国农业发展的主要瓶颈，因此，节水节肥是发展特色可持续农业的必然趋势。我国在水资源及化肥资源的双重挑战背景下，以喷灌、微喷灌、滴灌为主要施肥方式的水肥一体化技术正在成为省水、省肥、增效及环保的现代农业新举措。

水溶性肥料是指能够完全溶解于水的多元素复合型肥料。不同于传统的过磷酸钙、造粒复合肥等品种，水溶性肥料可以被作物的根系和叶面直接吸收利用，有效吸收率高出普通化肥一倍多，并且其肥效也比较快，可解决高产作物快速生长期的营养需求。比如在我国山东的寿光地区，当地的村民就对记者表示，当地原来长期使用复合肥，结果大棚内土壤板结，盐渍化加重，不但导致蔬菜病害多发，还导致蔬菜产量低。后来，当地开始改用水溶肥，不仅解决了土壤板结等问题，而且增产增收效果明显。

水溶性肥料不仅利用率高，还有养分含量高、营养全面、节水等优点。普通复合肥总养分在25%以上，而水溶肥总养分在50%以上，水溶肥还会添加微量元素，营养更全面。而通过水肥一体化技术，水溶肥应用中的节水效率更是惊人。统计显示，利用管道灌溉系统，将液体肥料或水溶性固体肥料溶解在水中，通过管道和滴头形成滴灌，使水和肥料在土壤中以优化组合状态供应给作物供其吸收利用，一般可以节水30%～70%，节省施肥及灌溉人工80%以上，作物普遍增产30%以上，并且还能显著改善农产品品质。

水溶性肥料是一种可以完全溶于水的多元复合速效肥料，易被作物吸收，吸收率为普通化肥的2～3倍，营养更全面。我国“十二五”规划将水肥一体化的正式纳入以及2011年中央一号文件为水溶性肥料的发展提供了良好机遇，2013年《水溶肥化工行业标准》将水不溶物比例由5.0%降到0.5%，水溶性肥料产业开始迈入规范发展新时代。农业部办公厅印发的《水肥一体化技术指导意见》提出，截至2015年水肥一体化技术推广总面积达到533万hm2以上，新增推广面积333万hm2以上，实现节水50%以上，节肥30%，粮食作物增产20%，经济作物节本增收40元/hm2以上。2015年初农业部推出《到2020年化肥使用量零增氏行动方案》，在实现化肥使用零增长的具体措施中，指导意见明确提到：截至2020年，水肥一体化技术推广面积0.1亿hm2，增加533万hm2。在相关政策的扶持下，近年来我国水溶性肥料备受业内关注，已成为化肥市场的一大亮点，因此发展水溶性肥料符合我国现代农业发展方式，未来发展空间广阔。

1）水溶性肥料的分类

水溶性肥料简称水溶肥，有广义和狭义之分。广义上的水溶肥包括传统的大量元素单质水溶肥（如尿素、氯化钾等）、水溶性复合肥料（磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸钾、磷酸二氢钾等）、农业部行业标准规定的水溶性复混肥（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）和有机水溶肥等。狭义上的水溶肥是农业部行业标准规定的水溶性肥料产品，对养分配方、分类、pH和水不溶物等都做了严格的登记规定，对于产品的适用性、针对性和复合化等方面都有很大促进作用。与传统的复合肥产品相比，通过滴灌施用方式可以使水溶性肥料养分更容易被作物吸收，且利用率相对较高，其吸收率高出普通化肥1倍多，能达到70%～80%，更为关键的是可以通过与喷灌、滴灌等农业设施相结合，实现水肥一体化，达到省水省肥省工的效果。在目前水资源短缺的情况下，水溶性肥料成为保证农业持续、高效发展的有效途径之一，是未来肥料发展的主要方向之一。

用于水溶性肥料生产的功能性原料包括：

a）腐殖酸

叶面喷施腐殖酸可引起植物叶面气孔关闭，起到抗旱作用；增强作物抗逆性能；增加土壤团粒结构，改善孔隙状况；提高土壤阳离子吸收性能，增加土壤保肥能力。

b）浓缩糖蜜发酵液

以甘蔗糖蜜、淀粉、甜菜抽出物等为主要原料，经深层液态微生物发酵技术发酵，再经浓缩制成，主要成分为氨基酸与生化黄腐酸，广泛用于肥料、饲料产业。

c）氨基酸

能够促进植物根系吸收养分、改良作物品质等。氨基酸可以螯合微量元素，促进植物的吸收和运输。

d）海藻肥

除为作物提供N, P, I, Fe, B, Mo等元素外，还含其他活性物质如海藻多糖及低聚糖，其吸水性和对无机离子、重金属离子的螯合作用强，能提高植物机体免疫力。海藻中含有植物内源生长素和类植物生长素。

e）微生物及益生菌

能够活化并促进植物对营养元素的吸收；产生多种生理活性物质，刺激调节植物生长激素、酸类物质等；产生多种抑病物质，提高植物的抗逆性，间接促进植物生长。

现代农业的一个基本特征是在可持续发展的前提下，以现代科学技术和现代化设备为支撑，提高资源产出率、劳动生产率和农产品商品率，其中，科学施肥是现代化农业的核心技术之一。水肥一体化技术，能满足设施农业、高效农业的需要，进一步提高肥料有效成分的利用率，减少化肥投入，保护生态环境，将成为现代化农业发展的必然趋势。针对阻碍水溶性肥料推广发展的问题，可以采取一定的措施与对策予以解决。随着我国农业现代化的推进，节水灌溉也正在加速发展，水肥一体化技术的推广将给水溶性肥料带来巨大商机，水溶性肥料正朝着高效化、多效化、速溶化的方向发展，新型的水溶肥料产品将不断出现，从而适应我国农业新形势日益发展的需求。

（4）微生物肥料

近年来，大量使用化肥带来的环境污染、土壤板结、地力衰退、生态恶化等问题日益严重，破坏了环境，影响了土壤肥力，降低了农产品的品质。另外，化肥利用率的逐年降低，致使农业成本增加，生产效益降低。为了实现农业的可持续发展，达到高产、优质、高效、生态、安全的目的，世界各国都在积极寻求更好的解决方案。微生物肥料以其改良土壤、增加产量、提高品质且保护环境等特点而成为研究的热点。微生物肥料中特定的功能微生物通过自身的生命活动促进土壤中物质的转化、提高作物营养水平、促进和协助营养吸收、刺激调控作物的生长，防治有害微生物等，从而达到增加作物产量和提高作物品质的目的。

世界上最早的微生物肥料是1895年德国推出的“Nitragin”，根瘤菌接种剂。到20世纪三四十年代，美国、澳大利亚、英国等国家都有了自己的根瘤菌接种剂产业。除了根瘤菌以外，很多国家在其他一些有益微生物的研究和应用方面也做了大量的工作。1901年荷兰学者别依林克首次从运河水中分离出自生固氮菌。之后，苏联及东欧的一些国家将从土壤中分离出来的硅酸盐细菌、解磷细菌及固氮菌应用到农业生产。20世纪60年代以后，世界各国都加强了对微生物肥料的研究并取得了一定的进展。

中国微生物肥料研究始于20世纪初对于根瘤菌的研究。在著名的土壤微生物专家张宪武带领下利用大豆根瘤菌接种技术，使得当时大豆的平均产量增加10%以上。中国在20世纪50年代末开始生产和使用微生物肥料，先后推广使用了固氮绿藻肥料、5406抗生素肥料、VA菌根以及作为拌种剂的联合固氮菌和生物钾肥。微生物肥料发展的总趋势是所用菌种范围不断扩大，应用中强调多菌种和多功能的复合，甚至是菌剂和有机、无机肥料的混合。在总结微生物肥料研究、生产及应用经验的基础上，又推出了微生态制剂、联合固氮菌肥、生物钾肥、生物有机复混肥、有机物料腐熟剂等适合农业发展的新品种，其中的植物根际促生菌（PGPR）已成为目前研究的重点微生物肥料，其以增产明显，改良品质，特别是对微生态环境的保护作用，越来越受到人们的认可，同时国家也进行了政策和资金的扶持，并制定一系列行业标准进行规范。中国在1994年由农业部颁布了《微生物肥料标准》，对微生物肥料的技术要求和检测方法提出了具体规定，这是中国微生物行业的第一个标准，之后又不断进行了一系列的修改和补充，对于规范市场、引导科研、提高品质和安全起到了积极的监督、引导作用。近年来，受益于国家政策和产业化专项，微生物肥料产业发展迅速。2014年召开的“第五届全国微生物肥料生产技术研讨会”指出，我国微生物肥料年产量已突破1000万t，应用面积超过1333万hm2（2亿亩），成为肥料应用的新趋势，其应用几乎遍布所有农作物。

1）微生物肥料的分类

我国微生物肥料种类繁多，暂时还没有完整统一的分类系统。根据分类的标准不同，有如下几种分类方法：

按作用机理可将微生物肥料分为两类：一类是狭义的微生物肥料，指通过微生物的生命活动增加植物营养元素的活性和供应量，进而增加产量，即含有肥料特性的微生物制剂，这类产品虽不具有养分，但却有肥料的功能。另一类是广义的微生物肥料。略有或没有养分供应功能，但却有其他功效，如刺激植物生长或拮抗某些病原微生物的致病作用，降解有害污染物等。这类微生物肥料更应该称为“微生物制剂”而不是肥料，但现都统称为微生物肥料，在农业部统一登记备案。

按照微生物种类划分：细菌肥料，如固氮细菌肥料、溶磷细菌肥料、解钾细菌肥料；真菌肥料，包括外生菌根菌剂和内生菌根菌剂两种类型，如丛枝菌根、菌根菌剂、兰科菌根菌剂；放线菌肥料，如抗生素菌肥；藻类肥料，如固氮蓝藻等。

根据功能不同，又可分为溶磷微生物肥料、解钾微生物肥料、有机质分解微生物肥料等，如豆科植物接种剂和土壤磷素活化剂等。同一类功能的微生物肥料也可以是不同微生物种类的肥料，如溶磷菌肥，既可以是细菌肥料也可以是真菌肥料，因为同一微生物具有不同功能或不同微生物具有相同功能的现象非常普遍。

根据含有微生物种类的多少，又可分为单一微生物肥料或复合微生物肥料等。复合微生物肥料，即多种微生物通过一定比例混合在一起所形成的微生物制剂。微生物与有机肥结合成生物有机肥，微生物与化肥混合成生物复混肥，微生物与有机肥和化肥结合成生物有机无机复合（复混）肥等。

农业部登记的微生物肥料产品共有9个菌剂类品种（根瘤菌剂、固氮菌剂、溶磷菌剂、硅酸盐菌剂、菌根菌剂、光合菌剂、有机物料腐熟剂、复合菌剂和土壤修复菌剂）和2个菌肥类品种（复合生物肥料和生物有机肥料）。

2）微生物肥料的主要功效

施用微生物肥料旨在改善土壤营养状况，增加植物营养元素供应，产生植物激素促进植物生长和减轻植物病害等。概括起来主要有5个方面的作用：

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，硅酸盐类微生物可以将土壤中难溶态的磷、钾降解成可被农作物吸收利用的状态，从而改善作物生长时土壤环境中营养元素的供应状况，同时增加土壤中有机质含量，提高土壤肥力。

b）促进植物生长

许多微生物能够产生植物激素，如赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯、酚类化合物及其衍生物等植物激素，烟酸、泛酸、生物素、VB12等维生素以及核酸类和水杨酸都能不同程度地刺激和调节植物的生长，使植物生长健壮，营养状况得到改善。

c）降低植物病虫害

研究证明，多种微生物可以诱导植物的过氧化物酶、多酚氧化酶、苯甲氨酸解氨酶、脂氧合酶、几丁质酶、B-1,3葡聚糖酶等参与植物防御反应，利于防病、抗病。有的微生物种类还能产生抗生素类物质，有的则由于在植物根区形成优势种群，使病原微生物难以生长繁殖而降低了作物病虫害的发生。

d）协助植物吸收营养

微生物肥料中最重要的品种之一是根瘤菌肥，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类菌体利用豆科植物寄主提供的能量将空气中的氮转化成氨，进而转化成谷氨酞胺和谷氨酸类植物能吸收利用的优质氮素，供给豆科植物一生中氮素的主要需求，既能被全部利用，又无污染问题。

e）减少化肥使用量，降低成本

使用微生物肥料能够适量减少化肥的用量，另外微生物肥料所消耗的能源要少，成本更低，有利于生态环境保护。

3）微生物肥料的作用机制

目前人们对微生物肥料中有益促生菌的认识已经到了基因组学、蛋白质组学、细胞学以及植物与环境互作的关系上，促生菌的作用机制主要包括：诱导植物产生生长激素、产生嗜铁素提高土壤中铁活性、提高土壤中可溶性氮、磷、钾以及增强植物对病原菌和环境胁迫的抗性和忍耐力等。根际促生菌的作用机理综合起来可以分为促进植物生长机制和生物防治机制。

三、肥料与生态环境

20世纪80年代以来，我国化肥施用量与日俱增，2010年达到5545万吨，是1980年用量的4.4倍。目前，我国是世界第一大化肥使用国，化肥用量占世界总用量的30%以上，单位面积用量也超过欧洲平均水平。国际公认的化肥施用安全上限是225公斤/公顷，而我国单位面积平均施用化肥量超过400公斤/公顷，接近安全上限的2倍。然而，任何种类和形态的化肥，施用到农田后，都不可能全部被植物吸收和利用。据统计，化肥利用率分别为氮30%～60%、磷20%～25%、钾30%～60%。由此可见，每年约有1000多万吨的肥料养分流失。这不仅造成了巨大的经济损失，而且对土壤、水体、大气、生态及人体健康造成严重污染和危害。

（一）化肥污染的危害

1．化肥污染对土壤的危害

化肥施用量增加对土壤产生的不良影响，主要表现在：增加了土壤重金属与有毒元素；导致土壤硝酸盐积累；破坏土壤结构，促进土壤酸化；降低土壤微生物活性。从而改变了土壤的理化性状，降低了土壤肥力和再生产能力，产生追施化肥的恶性循环。长期过量而单纯地施用化肥，土壤溶液中和土壤微团上有机、无机复合体的铵离子量增加，可与土壤中的氢离子起代换作用，致使土壤酸化；同时，还能溶解土壤中的一些营养物质，如钾、钙、镁等，在降雨和灌溉的作用下，向下渗漏到地下水，使土壤中的营养成分流失；造成土壤胶体分散，破坏了土壤结构，使土壤贫瘠化，并直接影响农业生产成本和作物的产量及品质。施用氮肥造成土壤硝酸盐污染和土壤次生盐渍化。由于土壤的硝化作用，使土壤富有硝酸盐和亚硝酸盐，从而导致种植的各种作物中硝酸盐含量大大增加，危害人类健康。有些化肥中含有多种金属、放射性物质、有机污染物和其他有害成分，这些成分随施肥进入农田造成土壤污染。例如，随磷肥施用，镉、锶、氟、铀、镭等元素也进入土壤。施用磷肥过多，会使土壤含镉量比一般土壤高数十倍，甚至上百倍，长期积累造成土壤镉污染。大量盲目施用化肥，用养不结合，造成土壤有机质缺乏，土壤微生物和蚯蚓等有益生物减少，进一步影响了土壤微生物的活性，降低了土壤肥力。

2．化肥污染对水体的危害

在农业生产中，化肥是水体富营养化的主要氮源和磷源。例如，不根据土壤养分和作物需求，大量施用氮肥，过剩氮素将随农田排水进入河流、湖泊；旱田因地面坡度、施肥后进行强烈灌溉或遇雨水冲刷，会使氮素随地表径流而损失；水田施用氨水、硫酸铵等铵态氮肥后，过早排水，也使氮素随排水进入水源，导致水中营养物质含量增加。最终致使水生生物的大量繁殖，水中溶解氧含量降低，从而形成厌氧条件，造成水质恶化，严重影响鱼类生存，引起鱼类大量死亡和湖泊老化。化肥除地表流失外，还会随水淋失，污染地下水。化肥中的硝酸盐和亚硝酸盐随土壤内水流移动，透过土层经淋洗损失进入地下水。例如，硝酸铵施入土壤后，很快解离成铵离子和硝酸根离子，硝酸根离子因土壤矿质胶体和腐殖质带大量负电荷受到排斥，很容易随水向下淋失，其淋失量随氮肥用量和灌溉量的增加而加大。大量使用磷肥，也会引起地下水中镉离子等升高。钾肥的使用会使地下水的化学类型变得复杂化。农业上长期大量施用化肥是造成地下水硝酸盐污染的重要原因。研究表明，地下水中的硝酸盐含量增加主要是由施氮过量引起的。地下水中硝酸盐和亚硝酸盐含量过高，将对饮水人畜造成严重危害。亚硝酸盐类在一定条件下会产生致癌物质亚硝胺，成为癌症发生的主要环境因素之一。

3．化肥污染对大气环境的危害

化肥对大气的污染主要集中在氮肥上。施用于农田的氮肥，一部分以氨气、氮氧化物气体进入大气，造成一系列的影响。一般地表施硫铵3天后损失氮素7%，硫酸氢铵损失10%。还有相当数量的氮肥以有机或无机氮形态的硝酸盐进入土壤，在土壤微生物反硝化细菌作用下，会以难溶态、吸附态和水溶态的氮化合物还原成亚硝酸盐，同时转化生成氮和氮氧化物进入大气，使空气质量变坏。特别是氧化二氮气体，在对流层内较稳定，上升至同温层后，在光化学作用下，与臭氧发生双重反应，从而降低臭氧量，破坏臭氧层，使到达地面的紫外线增加，对植物、微生物产生影响，并可引起人和动物发生皮肤癌。氮肥的施用对其他温室气体，如CH4, CO2的释放也有影响。随着农业集约化程度的提高，化肥的大量施用将会促进农田CO2的排放。

4．化肥污染对农产品及食物链的危害

过量施用化肥，不但造成肥料养分损失，而且对植物的新陈代谢产生不利影响。在这种情况下，植物体内可能积累过量的硝酸盐和亚硝酸盐。过量的硝酸盐和亚硝酸盐在植物体内积累一般不会使植物受害。但是这2种化合物对动物和人都有很大的毒性，特别是亚硝酸盐，其生物毒性比硝酸盐大5～10倍，亚硝酸盐与胺类结合形成的N-亚硝基化合物则是强致癌物质，食品和饲料中亚硝酸盐含量过高，曾引起小儿和牲畜中毒事故。植物性产品中高含量的硝酸盐会使其产品品质明显降低。农业生产中施用过多的磷肥，可与土壤中的铁、锌形成水溶性较小的磷酸铁和磷酸锌，使农产品中铁与锌的含量减少，人畜食用后，往往造成铁、锌营养缺乏性疾病。又因磷肥中镉含量较高，长期积累致使土壤和动植物体内镉含量显著增加，从而造成次生危害。

（二）肥料中的潜在危害因子及其研究现状

随着WTO贸易的不断深入，国际上对肥料中一些限量物质的检测指标要求越来越高，新的潜在性危害物不断出现（如POPs——持久性有机污染物、抗生素、MEL、DMP, Dioxins，等）。欧美等发达国家均建立了不同类别及用途的有机肥和化肥的质量标准。如欧、美将有机肥分为2或3个等级，如A +（用于有机农业）、A（用于农业和儿童公园）、B（用于园林、土地整治）。不同级别有害物质的限量值差别甚大。我国是肥料生产大国，但对肥料中尤其潜在的新型有毒有害危险物因子的检测、有害因子的分布及转移、吸收/降解风险评估及应对措施、危险物质的限量/阈值评价研究几乎是空白。加强组织开展化肥及肥料中有毒有害和潜在危害物质的检测方法标准的研究、新型危害因子的迁移转化风险（安全）评价，具有重大的现实意义。

首先值得关注的是三聚氰胺。近年来，由于超高的含氮量，三聚氰胺已引起人们将之用以氮肥的极大兴趣。新型肥料如缓释肥/复混肥能否将含氮量高达66.6%的三聚氰胺用作氮素养分，一直是没有完全解决的问题。由于使用三聚氰胺的化工原料废渣存在普遍（我国每年有上百万吨）。粱英采用室内模拟、盆栽试验相结合的方法表明，三聚氰胺废渣全氮含量为50.01%，养分释放缓慢，可以作为生产缓释氮肥的原料进行资源化再利用。中、美、德等国曾利用反刍动物瘤胃中的微生物能利用非蛋白氮来合成肌体所需要的氨基酸和蛋白质来添加三聚氰胺（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，也有报道指出，三聚氰胺肥料能大量转移至农作物中。目前国内外有关肥料中三聚氰胺对土壤及其农作物生物风险评价尚缺乏系统研究，肥料中三聚氰胺对植物性农产品的风险，是否能转移至农作物果实中，国内外的研究报道极不一致。值得警惕的是上海出入境检验检疫局最近对相关进出口肥料样品的普查结果显示，近20%～30%的缓释肥、复合肥含有相当量的三聚氰胺。开展肥料/土壤中三聚氰胺的检测，尤其降解、转移风险评价研究，将能科学地提出其限量和监控指标。

其次，有机肥、生物有机肥品种繁多。我国至今尚未出台相关的标准和法规对其进行分类和有效监管。近年来，由于有机生物肥料施用偏少，土壤板结、保肥、保水和缓冲能力下降等一系列问题开始凸显。农作物的免疫力减弱，各种病虫害也越来越频繁。各界之士均已认识到推广施用有机肥势在必行。从2004年至今，中央“1号文件”连续六年提出，实施“沃土工程”和“农业生态保护”。有机肥、生物肥企业雨后春笋般冒出，但一系列的问题也接踵而至。2010年3月，广东省化肥质量检测所对抽查的18个批次的商品有机肥中，合格率仅为16.7%。有机生物肥中抗生素、激素以及POPs（持久性有机污染物）如多环芳烃（PAHs）、DMP等，几乎没有检测方法和标准。尤其肥料中的POPs禁限物质因子是当前国际上十分关注的对象。一方面这些污染物因子来自现代工业中的新型有害物质的残留背景，目前尚无法根除（除非采用更新工艺、提高工业技术来避免），需要高度重视；另一方面，国际上的协同禁限，对其肥料中POPs禁限因子存在与否的合格评定就显得极为重要。莫测辉等在21种肥料中，几乎均检出邻-苯二甲酸二甲酯（DMP），以及DMP的同系物，多环芳烃（PAHs），六氯环戊二烯等。这给赖以生存的农作物带来了巨大的食品安全风险，对人体健康构成极大威胁。肥料中这些新的有毒有害和潜在危害的物质、禁用物质等已受到世界的关注。欧美国家已开始了本国范围的农用化肥的安全风险普查和评估。我国对当前使用的各种化肥肥料存在的上述危害因子状况还没有确切的数据，有关迁移转化风险研究处于空白状态。随着畜禽产品的集约化，畜禽排泄物用作有机肥料时，其所含抗生素（如阿维拉霉素）、激素（如雌醇）也正日益成为农业生态环境的污染源，有些甚至会直接影响食用消费者的身体健康。如最近报道的某家企业奶液含有的致癌病毒是由于奶牛食用饲料含有黄曲霉素等病菌引起。研究生物有机肥中上述有害因子残留在植物等食物链中传递、迁移、检测等，将具有非常重要的前瞻性意义。

对肥料中可能存在的三聚氰胺、抗生素、有机污染物（DMP，多环芳烃PAHs）进行标准方法制定和普查检测；对有代表性的、典型的危害因子，如三聚氰胺、抗生素（如阿维拉霉素等），在肥料中的溯源、迁移、吸收、降解进行较为深入的风险评估和安全评价，无疑对我国农业密切相关的肥料安全使用、有害因子限量设置和监管，提供了强有力的技术支撑和科学依据，对于保护土壤生态环境、保障食用农产品安全具有重要的理论和实践意义。化肥的合理生产与科学消费是提高养分资源效率、保持生态平衡和环境优美、实现我国可持续发展的核心。