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农资头条:控释肥60年,推广为什么缓慢而艰辛?
时间: 2020-12-28 16:07:59  来源:公司宣传
控释肥是上世纪60年代由美国人发明,虽然其推广和应用已经接近60年,但应用作物和推广面积仍然比较有限。

从意外成功到包衣率2.0,回顾控释肥60年技术迭代 

控释肥是上世纪60年代由美国人发明,虽然其推广和应用已经接近60年,但应用作物和推广面积仍然比较有限。

最早的控释肥是醇酸树脂控释肥,其价格昂贵,据说发明人因为坚持而破产,后来应用到花卉上才意外取得成功,再后来美国Scotts的荷兰生产工厂被以色列ICL公司收购。

上世纪80年代,日本人发明聚烯烃工艺,就是把PE/EVA溶解于四氯乙烯等溶剂,喷涂并回收溶剂。

上世纪90年代,美国Pesell公司(现并入科氏)发明了反应层包衣技术RLC(Reactive Layers Coating),革命性地使用无溶剂技术,通过多元醇和MDI交联反应成聚氨酯膜。

2006年,加拿大Agrium公司(现合并成Nutrien)通过技术改进,将控释肥膜包衣率降低到3.3%(现降低到2.9%),同时将单套设备产能放大到15万短吨(13.6万公吨),其包衣设备由德国爱立许提供,聚氨酯膜材料的组合料由亨斯迈提供,膜共混C30+阿尔法烯烃提高释放期,主要生产50-60天的树脂尿素(不能长时间存放,否则阿尔法烯烃和聚氨酯分离析出而缩短释放期),树脂尿素的生产成本为100美金/吨,年生产量为28万吨,成为世界上最大的控释肥生产企业。

2014年,茂施成功将控释肥60天和90天的树脂包衣率降低到2.0%,实现农业部45%缓释肥料唯一登记,登记氮含量高达45.5%,单套装置为10万吨/年,并实现全数字化PLC生产控制,无人化生产,从而保证了产品质量的稳定性。

迄今为止,农业部45%缓释肥料唯一登记

茂施的优势是实现了生产技术从起点到终点控制,构筑了从肥芯(造粒、颗粒缺陷修饰、表面整形)、植物油聚酯多元醇的生产制造、控释肥设备制造和自动化控制、快速的质量管理和检测的产业链的综合竞争优势 

从花卉到大田、经作,控释肥的国内外应用概况

控释肥虽然面世接近60年了,但相对单质肥料和复合肥来讲,生产和消费量还是非常少。

主要的原因还是质量和成本方面,另外就是控释肥的推广前期一般都要经历漫长的试验和教育市场阶段,企业首先面对的就是2-3年的亏损,后面才逐步赢利。

目前成熟的市场主要是花卉市场,比如兰花、金钱树、石斛等高经济价值作物。

随着近年来控释肥技术的进步,控释肥的质量和成本得到很好的控制,重点向大田和经济作物普及。

Nutrien的树脂尿素在北美销售量为28万吨,主要作物是玉米、油菜和小麦。

日本的Jcam的树脂尿素生产量5万吨、住友化学为3万吨(刚刚扩产)、三菱商社为7千吨、中央硝子约为2万吨,几乎全部用在水稻上。

金正大2018年树脂尿素生产量为6万吨(不包含SCU)主要用于玉米。以色列ICL的包衣复合肥生产量为8万吨,树脂尿素为1万吨,主要用于高经济价值作物。

茂施2020年树脂尿素生产量为17万吨,控释BB肥20万吨,主要用于玉米、大蒜、水稻和小麦。

目前,在中国应用比较好的作物是玉米、大蒜、水稻、小麦、生姜等,销售量最大的市场是玉米,普及率最高的作物是大蒜。 

从生产到销售,为什么控释肥的应用和推广如此缓慢

究其原因,主要是三个方面的因素:质量、成本和认知慢推广难。

生产出高质量稳定的产品难,并且要低成本,才能体现出控释肥投入产出的价值,要好产品不贵市场才能接受。

另外就是推广需要专业的队伍和足够的耐心,要根据作物不同时期养分需求设定配方、释放期和施肥组合方案,合理安排好试验示范,教育好农民如何鉴别认知控释肥的效果,同时要接受前几年推广期必要的亏损。

总之,生产出高品质低成本的控释肥难,把控释肥推广出去更难。

(一)高品质控释肥的生产:掌握膜材料技术是核心

控释肥是科学性和艺术性的结合,需要对控释肥有很深的研究基础:包括控释肥膜的本质是什么;水分和养分如何进出膜,养分释放的动力是什么;膜的释放期主要是通过什么调节的,哪几项因素;如何平衡好膜材料的缓释性和降解性;肥芯是如何影响养分释放的;肥芯对膜的完整性影响;肥芯的粒径大小对养分释放速度的影响;肥芯硬度对质量的影响,等等。

很多科研单位和生产企业对控释肥到底是什么不清楚,知其然不知其所以然,主要的原因就是对控释肥的本质理解的不够透彻,尤其是膜材料如何影响释放并膜材料的技术开发,对膜材料的选择都是撞大运,恰巧碰到一个材料,包完后有缓释性,而不是对膜材料进行分子层面的技术设计和研发,然后进行验证。

举个例子,比如我2010年在UAF新型肥料论坛上公布多年研究的膜内外压强差公式,并在2014年IFA缓控释肥论坛上更系统性的阐述,即

这个公式看起来复杂,其实很容易理解。

因为固体肥料是没有蒸气压的,膜内是饱和溶液,膜外是常温的蒸气压p,而膜内的水溶液被部分固体占据,只有水有蒸气压,m是溶质的质量摩尔浓度,55.5是水的质量摩尔浓度,膜内就是相对的55.5/55.5+m,膜内的溶液只有溶剂的水才有蒸气压,因为固体的溶质是不产生蒸气压的,膜外蒸气压高,形成压强差。

溶解度越大的,如尿素或者硝铵磷颗粒,膜内外压强差越大,膜的材料和厚度相同的情况下,释放越快;而钾盐,尤其是硫酸钾,溶解度低,相同的材料和厚度,释放期会长很多。一般来说,溶解度大的用缓释性能强的膜材料,或者增加包衣率(一般不采用,主要是不经济);而溶解度低的钾盐要达到正常的释放,一般用缓释性差一点的膜材料或者减少包衣率。

从膜材料上说也是如此,要对膜的本质深有刻的理解,对新材料的分子结构进行精准的设计,比如聚酯多元醇,要对羟值、粘度、分子链长短(或分子量)、植物油品类的选择、疏水端、亲水端以及易降解端等等进行科学的设计,技术最好的方案是通过化学反应整合到一个分子上,而不是简单的两种或两种以上材料进行共混

如果基础理论比较薄弱,一般是从几十甚至上百种材料中筛选,有点像浑水摸鱼,摸到什么是什么,典型的撞大运。

2008-2009年的时候,水溶性树脂是研究的热点,水溶性树脂材料和控释肥的基础理论完全是背道而驰的,现在没有再说使用水溶性树脂了;另外还有一些研究使用植物的纤维素类材料,纤维素的透水性极强,看起来比较环保和经济,医药里面做包衣材料,但释放期是以小时为单位的,而农业用控释肥以月为单位,这样的材料要达到农业上需要的释放期,必然要增加包衣厚度大大增加,成本反而会大大增加,从一开始就走错了方向。

要生产出高质量的控释肥,需要对肥芯、膜材料和包衣设备和工艺进行精准控制,同时需要有优良的质量和快速质量检测、控制方法。

首先要包得住,其次要控得准、控得稳。包得住是前提,控得准是释放期和作物生长期要匹配好,控得稳就是在高温或者低温下能够稳定释放,避免高温不稳定快速释放或者低温完全不释放。

控释肥质量要稳定,肥芯和膜材料质量也要稳定,质量管理要控制到上游供应链,膜涂覆时必须要均匀,同时要引入数字化的控释肥的生产技术,不能受人为因素影响控释肥的质量。

控释肥的技术是科学性和艺术性的结合,包衣设备、工艺完善与生产自动化,必须要长期一步一步提升,需要市场养技术,要不停地试错,要通过市场的效果表现来逐步提高控释肥的生产技术水平和完善产品释放期,需要根据市场的需求来大规模生产以完善包衣工艺,需要提高利润来扩大再生产提高生产装置技术。

这就是为什么迄今为止,没有一家高校或者科研单位开发出实用性又有竞争力的控释肥技术,必须要靠企业进行技术提升。

茂施控释肥,采用生物性可降解超薄聚氨酯材料包膜,养分释放完毕的包膜,成了微生物的“食品”,在包膜表面扩繁生长,慢慢降解,成为有利于作物生长的有机肥料。图片来源:茂施农业科技。

(二)成本控制:降低包衣率仅仅是起步

成本一直是控释肥推广的阻碍。

要降低生产成本,首先要降低包衣率,因为膜在成本中占最关键的位置,但降低包衣率很可能导致膜包不住,产品质量不稳定。在低包衣率前提下,保证质量和释放期的稳定,有点像在钢丝上跳舞,必须同时满足两个条件:一是材料的性能必须很强;二是包衣工艺必须完美,二者缺一不可。

其次,降低成本,企业可以自己生产多元醇,控释肥包膜设备规模要大,规模经济性,人工和其他成本相应降低。

茂施在巨野工厂的植物油聚酯多元醇合成项目于2020年下半年投入生产,届时,不仅大幅降低成本,而且新品类也加入生产体系,如水稻SS型树脂尿素聚酯多元醇,主要出口日韩和用于中国高品质大米的生产。

(三)作物控释肥配方和应用方案,必须量身定做

有高质量低成本的控释肥是否一定会成功呢?实际上这只是万里长征刚刚迈出的第一步,因为最关键的还在后面。

因为每种作物的生育期、需肥高峰、需肥总量完全不同,控释肥的营养方案必须根据作物特点去量身定制,底肥和追肥必须科学合理设计,要将速效、不同释放期的控释肥进行合理组配,和其他速效肥料(氮肥、复合肥、水溶性)组合成作物控释肥营养方案,施肥量和施肥次数是关键性因素。

作物不同控释肥配方完全不同。同一种作物,生育期不同,控释肥营养方案和释放期也不同。同一个品种,如水稻,采用直播和插秧,控释肥营养方案也是完全不同的。

通用化的几个控释肥配方,如高氮型、平衡型和高钾型的控释肥包打天下是完全行不通的,必须为每种作物量身定做控释肥营养方案和调整释放期。

即便是为每个品种设计了科学的控释肥营养方案组合,至少还需要有3年以上的配方优化和试错时间,要不断调整技术方案和释放期,直到达到效果、成本和农民施肥习惯兼顾才会成功。

营养方案要兼顾短期和长期,逐步引导农民免追或少追,刚开始不能太理想化,和农民习惯太左,否则农民不敢尝试。

水稻是最复杂的品种,有早稻、晚稻、直播杂交稻、插秧杂交稻、直播粳稻、插秧粳稻、直播糯稻、插秧糯稻、再生稻,茂施为每种水稻设计了至少2种以上的施肥方案,保证了每种水稻都达到满意的效果,生产上也必须采用柔性生产,保证多品种的配方生产万无一失。

(四)专业的控释肥销售队伍,3-5年方初步成型

专业化的控释肥推广队伍必须要长期打造,技术型的推广队伍,要3-5年才能初步成型,这个时期是需要投入大量的资金和足够的耐心。

控释肥一定是推广的核心品种,或者说让销售人员没有更多的选择或者退路,因为卖控释肥又难见效又慢,销售人员很容易卖其他容易推广的产品。

(五)控释肥为什么市场认知非常慢,“乌龟肥料”还有很多优点

在一个作物上推广需要经历2-3年才能逐步让农民认识到控释肥的优点,主要的原因就是肥效来的太慢,控释肥就像乌龟肥料,通常是前期效果不好,季节结束后才能逐步看到效果,需要经历1-2年才能被农民看到效果,还需要1-2年进行效果的强化,农民才能放心;而普通对比的复合肥、水溶肥等速效肥料就像兔子肥料,见效快,一年可以使用无数次进行强化认知。

控释肥的很多特点不能为普通人所认知,普通人对控释肥的印象就是提高肥料利用率和省工免追,除此之外还有其它的优点:

1、降低肥料盐分对根系、土壤和微生物的影响,减少盐分或铵态氮对根系影响,根系粗壮,节距缩短;减少肥料尤其是磷酸盐对土壤的影响,尤其是保护地的肥料使用量大,未吸收的肥料盐分对土壤结构的破坏,减少线虫危害;低浓度的养分持续供给,控释肥的氮浓度低且安全,氮是微生物的食物,提高了土壤微生物的活性

2、低浓度的氮或养分的持续供给,可以提高氮或者养分的吸收库容,并发挥基因的增产潜力,使用控释肥一般有5%-10%以上的增产。

3、经济作物品质下降的普遍的原因就是前期氮过量造成的,使用控释肥可以更好地平衡前中后的氮平衡,提高作物品质。

控释肥的国内应用前景展望

随着国家对生态环境的重视,以及化肥负增长政策的实施,同时由于农村劳动力的日益减少,控释肥省工、稳产和提高品质产量的优点会逐步显现。

在不同作物上应用需要专业的公司去开拓,首先必须开发出高质量经济适用的的控释肥技术,同时要为作物量身定制控释肥营养方案,配置专业的技术型营销队伍进行示范推广,不断调整和完善控释肥的配方和释放期组合,需要经历3-5年才能在某个作物上开花结果,期间要付出极大的耐心。

目前,大田的玉米、水稻、小麦的控释肥应用取得了巨大的成功,而经济作物上需要进一步加强应用和推广。

未来,比较适合控释肥的经济作物除了大蒜、生姜和石斛外,有前景的经济作物有蓝莓、草莓、甘蔗、葡萄、柑橘、桉树、菠萝、芒果等作物。

控释肥尤其适合高温降雨量大的区域,劳动投入量大的作物,以及山区坡地肥料容易流失,施肥不方便的坡地经济作物。

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