泥炭绿色环保肥料的发展与创新

1研 究 论文摘 要 泥炭具有特殊的物理、 化学和生物学特性， 在绿色环保肥料制备和绿色、 有机食品生产中的潜在价值巨大。 文章论述了泥炭在绿色环保肥料中的应用价值， 介绍了国内外泥炭绿色环保肥料的发展趋势。 根据作者的泥炭高技术产品开发经验， 对泥炭绿色环保肥料的研制创新方法提出了建议。关键词 泥炭 腐植酸 绿色环保肥料 产品创新Abstract Peat is an ultimately and valuable raw material inmanufacturing of the environmental freind fertilizer due toits special physical, chemical and biological characteristics.This paper outlined the application value of peat in theenvironmental friend fertilize and introduced the developingtrend of international and domestic market of the fertilizer.According to the author’ s experience in the developmentof peat high-technology productor, a suggestion onology of research and development of theenvironmental friend fertilizer was presented in this paper.Key words peat;HA;enovironmental friend fertilizer;productor innovation发展无公害、 绿色和有机农产品生产， 除了建立和完善国家无公害环境标准与农产品安全指标体系， 对农业生产、 食品加工、 流通及销售的全过程进行监督、 检查、 管理、 执法之外， 还必须加强无公害农业关键技术和无公害农业专用生产资料 （农药、 肥料、 种苗基质、 饲料、 饵料等） 的研制开发， 依靠科学技术控制有害化学品的滥用， 为生产符合人类健康或特定需要的安全谷物、 果蔬、 畜禽及水产品奠定物质基础。 泥炭是沼泽中死亡植物残体转化积累形成的有机矿产资源。泥炭的有机质、 腐植酸含量高， 比表面积大，吸咐螯合能力强， 有较强的离子交换能力和盐分平衡控制能力， 对协调营养元素关系， 提高肥料利用效率， 改良土壤结构， 增进土壤肥力都有重要作用。 泥炭腐植酸自由基属于半醌结构， 既能氧化为醌， 又能还原为酚， 在植物体的氧化还原中起着重要作用， 具有较高的生物活性和生理刺激作用， 较强的抗旱、抗病、 抗低温、 抗盐渍的作用， 在绿色环保肥料中有巨大潜在价值 [1,2] 。1 泥炭在绿色环保肥料中的作用和意义由于长期施用化学肥料和农药， 我国土地退化非常严重。 温室和其他保护地土壤也由于连年集约耕种， 缺乏完整的休闲轮作耕作体系， 土壤有机质和营养元素消耗强烈。 为了恢复土地种植环境， 改善土壤生态系统功能和效益， 美国、 日本、 澳大利亚、 法国、 意大利、 荷兰等国家的农业部门都非常重视泥炭利用， 并从国外大量进口泥炭有机 - 无机复合肥料和泥炭 - 矿质均衡肥料， 协调土壤固、 液、 气关系， 促进无机养分运行和植物吸收 [3] 。 埃及、 阿联酋等干旱沙漠国家利用白俄罗斯泥炭复合肥和泥炭土壤改良剂， 改造沙漠为耕地获得良好效果， 推动了泥炭在改造沙漠及盐碱等贫瘠土壤的工作进程。 我国科技工作者在新疆地区进行了较系统的泥炭泥炭绿色环保肥料的发展与创新孟宪民（东北师范大学泥炭研究所 长春 130024 ）专 题评述DOI10.19451/ki.issn1671-9212.2005.03.0022研 究论文改造沙漠土地的实验， 也取得良好效果。泥炭有机质不仅能软化土壤， 泥炭与泥炭复合肥料还能有效地调节土壤固、 液、 气三相分布和最大含水量， 提高土壤有效水， 使毛管水高于重力水， 改善土壤的保水性。 一般的砂质土壤只要加入质量比 5 的风干泥炭， 就能明显的改善土壤物理性质， 提高持水量 20 ～ 30 ， 并且还可以调节土壤温度和湿度， 调控土壤微生物活化和有效氮含量。 此外， 泥炭也是有效的热源基质， 可以起到吸热增高地温作用， 保持地温和调节地温缓慢变化， 特别是在气温和地温日变幅大的干旱区和沙质土壤区， 其作用更加明显。腐植酸是泥炭中最重要的成分之一， 也是泥炭肥料应用中的最有价值的组分。 从藓类泥炭到草本泥炭再到木本泥炭， 腐植酸含量逐渐提高。 腐植酸含量增加的同时， 伴随着泥炭水溶物、 易水解物和还原物质减少。相对于煤炭腐植酸， 泥炭中的腐植酸分子量较小， 凝聚极限大， 活性基团含量高， 因而活性也比煤炭腐植酸高。 国内外的大量研究和应用一致认为， 腐植酸的活性是腐植酸分子结构中多种含氧活性官能团决定的， 泥炭腐植酸在肥料中的应用主要是因为腐植酸本身具有的一系列特殊性质， 因而具有其他肥料所不具有的特殊优势。1 泥炭是湿地沼泽植物残体在渍水还原环境中经历长期生物地球化学作用形成的有机矿产， 不含土传性病菌、 虫卵和草籽， 其酸性还能在一定程度上抑制病虫害的活动。泥炭有机质、 腐植酸和营养元素含量丰富， 重金属和有害元素含量极低， 因此泥炭输入无公害和绿色农业生产系统， 不仅可以提高土壤有机质， 培肥地力， 减少有毒、 有害物质的输入， 还能通过泥炭腐植酸的吸附、 螯合作用减轻土壤中有害元素的活性， 提高农产品的品质。 泥炭腐植酸具有螯合作用， 能与土壤颗粒形成有机 - 无机复合体， 促进土壤团粒结构的形成， 提高土壤的通透性和疏水性， 增大阳离子交换量和土壤代换量， 提高土壤蓄肥保肥能力。 泥炭纤维含量丰富， 比表面积大， 易于加工处理， 是生物菌剂的良好载体， 广泛用于生物肥料的生产。 作为有效的热源基质， 可以起到吸热增高地温作用，维持地温稳定， 调节地温缓慢变化。2 由于泥炭腐植酸中羟基和酚羟基的存在， 使腐植酸一价盐类具有水溶性， 提高了分散性， 有利于一些二价或三价的金属离子形成螯合物， 易于被植物吸收利用和在植物体各组织器官间输送， 泥炭腐植酸增加了植物对养分的吸收和转移分配， 提高了肥料利用率， 降低了养分的消耗和损失， 有利于减少施肥对土壤环境的污染。3 腐植酸分子结构中的多元酚是植物呼收作用的接触剂。 当腐植酸进入植物体内后，在过氧化酶的参与下， 使氧化酶放出原子氧，多元酚被氧化成醌， 形成酚 - 醌结构， 构成氧化还原体系， 使植物对氧的吸收能力加强， 呼吸强度增大， 提高了体内氧化酶的活性， 对植物的生理活性起到了促进作用， 从而提高了植物产量。4 在腐植酸类物质的参与下， 能增强植物光合作用的强度， 增加叶面积， 延长了青叶期， 再加上植物体内酶活性增强， 两者都有利于光合作用的进行， 并促进干物质的形成和积累， 加强植物根系的发育， 根系加长，须根增多， 促进植物生长发育， 提高吸水吸肥能力， 提高植物的抗逆能力。专 题评述3研 究 论文由此可见， 由于泥炭腐植酸分子含有多种官能团和酚 - 醌结构， 从而增强了植物体内氧化酶的活性， 对植物生命活动具有刺激作用。 由于氧化酶代谢作用加强， 增强了原生质的吸附作用， 加速了酶的合成， 促进了矿物养分进入， 使植物生长加速， 提早出苗和提前成熟， 不仅提高产量， 也改善了产品质量， 目前我国开发泥炭复合肥料除了大宗的颗粒肥料以外， 还生产多种喷淋肥、 冲施肥等， 将泥炭腐植酸作为载体发挥其生理活性作用， 取得良好效果， 并继续推广和扩大使用。2 泥炭绿色环保肥料发展我国对绿色食品生产中的绿色环保肥料的规定是 1 不造成使用对象产生和积累有害物质， 不影响人体健康 安全性 ； 2 有利保护或促进使用对象的生长， 或有利于保护或提高产品的品质 有效性 ； 3 对生态环境无不良影响 无污染 。 可见， 要求增产提质是前提， 保护生态环境是关键。 从循环经济和绿色化学角度分析， 绿色环保肥料必须是对土壤环境和作物品质无害的天然物质， 减少对农业生产环境有毒有害物质的投入， 同时又能够保持和提高植物产量和品质， 保证用户的经济效益。 由于泥炭具备这些优良特征， 因此以 泥炭为原料的绿色环保肥料具有很好的发展前途。泥炭在绿色环保肥料的应用领域可以分为商品有机肥、 有机无机复混肥、 有机 - 无机 - 微量元素复混肥、 有机 - 无机 - 生物复合肥、 喷淋肥与冲施肥等 5 种 [1,4] 。 在上述肥料中适当和合理地添加泥炭及其腐植酸物质，都可以有效改进上述肥料的物理、 化学和生物 学性能， 提高复合肥料的使用效果。 作为肥料的活性添加成分， 泥炭在添加前除进行必要的降水和粉碎之外， 几乎不需要进行复杂的前处理， 仍然可以保证较高的腐植酸活性和肥料效果， 这是褐煤、 风化煤所没有的独特性质。 当然， 泥炭原料如果进行适当处理， 其腐植酸活性会有明显提高， 有利于肥料效果的改善。 常见的改性活化工艺包括氧化降解、 氯化降解、 氨化处理等等， 可以根据泥炭特性与应用目的不同采用不同的活化工艺。2.1 商品有机肥商品有机肥料是指以畜禽粪便、 动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料，经发酵熟化后加工制成、 达到规定标准、 能够作为商品有机肥进入流通的肥料， 绿肥、 农家肥和其他农民自积自造的有机粪肥不符合上述标准， 不属于商品有机肥料。 商品有机肥中加入泥炭可以提高肥料的保肥性能， 减少不良气味， 改进肥料的物理、 化学和生物学性能。 商品有机肥的有机质含量最小要达到 35 ， 总养分含量不能低于 5 ， 水分含量小于 20 。 一般商品有机肥料为褐色或灰褐色， 柱状或球状颗粒或粉状， 无机械杂质， 无刺激性臭味或其他不良气味。2.2 有机 - 无机复混肥料以泥炭腐植酸为主要有机成分的有机 -无机复混肥已经被列为国家无公害食品、 绿色食品允许使用的肥料， 是现今和未来生产量最大的一种新型绿色环保肥料， 国内外大多数以有机质 20 ～ 30 ， N 、 P 、 K 含量在20 ～ 25 ， 水分含量 5 ～ 15 ， 颗粒状或粉状为产品标准。 泥炭有机质和腐植酸含量高，营养元素丰富， 特别是含有许多低分子腐植专 题评述4研 究论文酸等生理活性物质， 有利于无机氮、 磷、 钾营养 协同作用和相互配合， 减少养分流失， 提高植物根系活力和叶片光合作用效率， 增加作物产量， 改善产品品质， 是有机 - 无机复混肥料的最佳原料。 为了进一步提高泥炭在有机 - 无机复合肥料中的效果， 越来越多的生产者将泥炭进行氨化和硝化处理， 提高了肥料效果。2.3 有机 - 无机 - 微量元素复混肥有机 - 无机 - 微量元素复混肥料的标准与有机 - 无机复混肥相似， 只是在有机 - 无机复合肥中再加入一定量的微量元素， 有的还加入一定量的中量元素 钙、 镁、 硫 ， 其总含量在 8 左右， 在满足作物大量元素需要的同时， 也满足本地土壤缺少的微量元素或中量元素的吸收需要， 对提高作物开花结实率，减少落花落果效果十分明显。 需要注意的是合理的养分配合比例和配合次序， 保证各种元素的活性， 避免工艺技术不当造成微量元素固定， 失去吸收能力。2.4 生物肥料和微生物 - 无机复混肥生物肥料是通过微生物生命活动而使作物得到特定的肥料效应的制品。 与普通肥料不同， 微生物肥料是一种辅助性肥料， 它通过微生物参与土壤养分的转化， 促进植物吸收， 并分泌植物生长激素， 抑制有害微生物活动， 减轻植物病虫害。 泥炭在微生物肥料中的主要作用是作为菌剂的载体， 同时为活菌提供全面的生长保存条件。 国家对微生物肥料制定了相关标准。 微生物肥料的肥效取决于施用到土壤中以后是否扩展为优势群落，所以要求每克菌肥的最低活菌数要在 1 亿以上。 把微生物肥料与一定浓度的氮、 磷、 钾肥料原料混合可以制成微生物 - 无机复合肥。但是将微生物菌剂与高浓度的营养盐一起混合、 造粒、 烘干会使菌肥中活菌数和存活时间下降， 微生物活性受到很大影响。 因此微生物 - 无机复合肥还有一些理论和技术问题需要解决。2.5 喷淋肥与冲施肥喷淋肥和冲施肥是近年发展较快的新型肥料， 施用时以液体形态提供给作物， 适于采用现代农业喷灌装置进行喷淋施肥， 具有吸收快， 利用率高， 养分补充及时等特点。 这种肥料配制和使用技术要求高， 作物、 土壤针对性强， 需要严格制备工艺标准， 仔细标注使用方法和注意事项， 防止用错用过量， 造成植物危害。 对泥炭进行硝酸和氨化处理以后， 可以大幅度提高冲施肥和喷淋肥的缓冲性能， 提高肥料效果， 减轻使用不当造成的危害。3 泥炭绿色环保肥料创新产品创新是把知识变为商品并在市场上销售， 从而获得经济效益的过程和行为。 在泥炭绿色环保肥料产品创新过程中， 概念创新是主导， 组织创新是基础， 技术创新是核心， 产品创新是载体， 市场创新是体现。 只有由新颖的概念创新引导组织创新， 由高效的组织创新保证技术创新， 由科学的技术创新支撑产品创新， 由先进的产品创新推动市场创新， 才能实现绿色环保肥料的从产品创新到产业创新的跨越发展。3.1 概念创新没有出色的概念创新， 就不会有高水平的技术创新和差异性的产品创新， 市场创新就没有特色， 泥炭绿色环保肥料的产业创新专 题评述5研 究 论文就无从谈起。 随着社会进步和人类对环境和健康认识的提高， 市场对安全高效的生产资料产生了巨大需求， 形成了与 20 世纪 70 年代大搞腐植酸肥料运动时完全不同的市场环境，这是时代给予泥炭腐植酸肥料的历史机遇。由于泥炭具有的独特物理、 化学和生物学特性， 有其他材料所不具备的独特优势， 因此，以泥炭为原料开发绿色环保肥料， 必须突出绿色安全特色， 大打绿色安全品牌， 培育泥炭肥料的绿色产品概念， 创造有别于其他复混肥料的差异性产品， 并在概念创新基础上，通过技术创新、 产品创新和市场创新相互配合， 实现绿色环保肥料的产业创新。3.2 组织创新将绿色环保肥料产品概念转化成用户手中的商品， 必须建立与此相适应的组织机制，与专业科研机构合作， 通过建立大研发、 大营销、 小生产的哑铃型经营模式和产学研合作方式来实现组织创新， 为绿色环保肥料的产业创新提供机制保证。 要根据企业的长期发展战略， 与大专院校、 科研院所合作建立新产品开发实验室， 合作开发新型绿色环保肥料的配方、 工艺、 标准和设备， 创造差异性产品特色， 增强企业的核心竞争力。 企业自身也要建立各种激励机制， 建立积极向上、勇于竞争的企业文化， 调动各方面人员的积极性， 不断提高企业工作效率， 提高企业竞争力。3.3 技术创新技术创新是探索实践绿色环保肥料概念创新的过程和行为。 在技术创新环节就必须根据概念创新提出的创新目标， 采用各种技术手段， 解决制约产品指标的关键问题。 如在泥炭与无机肥料混合过程中如何提高腐植酸活性和水溶率问题 ； 如何有效配加微量元素， 合理调配大量元素与微量元素的平衡， 保证微量元素的水溶性和有效性 ； 如何让腐植酸液体肥料解决抗硬水、 提高水溶率问题， 减少因为水质偏硬导致肥料效果降低问题 ； 生物有机复合肥要解决制备过程中生物活菌数与高浓度无机肥料的混合制备保藏问题等。这些关键技术不解决， 泥炭绿色环保肥料的绿色安全效应就不能得到体现， 概念创新和产品创新就无法实现。 在概念创新的引导下，加强技术创新， 才能在产品性能指标上得到突破， 取得自主知识产权， 为参与国际国内市场竞争奠定基础。 技术创新不仅可以提高产品使用效果， 也能够增加产品种类， 满足不同用户的个性化需求， 还可以进一步扩大产品的应用范围， 为企业的组合经营和梯度营销提供后备产品。3.4 产品创新产品是技术创新的载体， 是各种技术创新的实现过程。 尽管各种技术创新解决了产品生产具体的技术问题， 但当各种技术手段要在同一个产品中实现， 就必然产生不同技术之间的配合协同效应和拮抗效应， 也必然产生技术先进性与生产成本的矛盾， 出现产品使用效果与外观美学的冲突。 应该深入研究目标客户的市场需求， 认真评估技术先进性和成本合理性之间的差异， 力求技术先进性和经济合理性、 使用效果和外观美学的和谐统一。 在保证产品使用效果的同时， 大力改进剂型设计， 根据不同的用户提供不同的产品和使用方式。 为了减少土壤固定， 便于储存运输， 泥炭绿色环保肥料都要制成一定的粒型。 对旱田作物来讲， 机械化施肥需要粒型规则、 流动性好， 就必须用盘式造粒机专 题评述6研 究论文制备小颗粒肥料产品， 而水田用的肥料对颗粒大小要求就不甚 严格。 温室、 大棚土壤湿润， 颗粒肥料释放条件好， 可以选择挤压式造粒方式， 以提高生产速度， 降低生产成本。 生物有机肥或者菌肥生产过程中， 要控制适宜粒度和水分条件， 提高活菌存活率。 有的企业将菌剂用泥炭粉吸附， 然后用无机肥料包裹造粒， 提高了菌肥的养分浓度， 减少造粒烘干过程中对菌剂的杀伤作用。3.5 市场创新市场创新是产品价值的实现过程。 泥炭绿色环保肥料是一个创新的产品和创新的技术， 但如何把这个创新的概念转变为回笼的资金则是每个企业的主要目标。 首先必须正确选择目标市场和目标客户， 在充斥着无数竞争产品的市场中寻找到属于自己的区隔市场， 然后根据目标市场的特征和行为进行产品定位。 泥炭绿色环保肥料作为一种新型肥料， 是否给用户带来增产的利益是次要的， 其绿色安全才是产品的核心利益， 因此应该围绕产品的核心利益进行产品定位。 在当前和未来重视食品安全、 关心身体健康的市场形势下， 应该选择经济收益较高的保护地蔬菜、花卉、 瓜果种植者作为目标客户。 这些作物产值高、 利润大、 增产增收效果明显， 农户科技意识强， 容易接受新技术新产品 ； 每亩肥料使用量大， 也恰好弥补了绿色环保肥料总养分含量低， 肥料效果缓慢的不足。 同时要制定系统完整的销售策略、 价格策略、 市场策略、 品牌策略和渠道策略， 着力打造产品的高科技内涵和绿色肥料专家的品牌形象。 充分利用各种新闻媒体介绍产品的科技内涵和使用效果， 积极参加国内外各种知名农业展览会、 博专 题评述览会， 进行市场导入和前期开发。 按照宽渠道、 短路径的原则， 选择具有相当经营实力、稳定客户群和较好技术服务能力的生产资料经营者作为自己的代理商， 并注意按区域设置独家代理， 防止窜货甩货。 与此同时， 要建立起高效快捷的物流运输体系和售后技术支持系统， 保证产品直接运送到用户手中后， 技术服务部门直接服务到户， 确保产品使用效果。加强无公害、 绿色农业专用绿色环保肥料的研制创新， 依靠科学技术控制有害化学品的滥用， 为谷物、 果蔬的安全生产提供物质基础，是保证社会、 经济和环境可持续发展， 促进社会进步和人类健康的重要任务 [5] 。 泥炭及其腐植酸在无公害、 绿色农业中的特殊效果已经得到人们关注和重视， 随着泥炭绿色环保肥料的发展创新， 泥炭绿色环保肥料的应用领域将进一步拓展， 应用数量也将不断增加。参考文献[1] 张则有 . 泥炭资源开发与合理利用 . 长春 吉林科技出版社， 2000[2] 孟宪民 . 我国泥炭资源利用研究进展和展望 . 腐植酸， 2004 ，5[3] Eino Lappalainened..Global Peat Resources,InternationalPeat Society, peatlands in biosphere, country reports, cons-ervation and use, 368 pages, 4-colour photos, maps, llustrationsJyvskyl, 1996 ， ISBN 952-90-7487-5[4] 孟宪民 , 马学慧 , 崔保山等 . 泥炭资源农业利用现状与前景，农业现代化研究， 2000 ， 21 ， 3[5] 孟宪民 , 赵恒田 , 王忠强等 . 发展一体化育苗营养基， 推动种苗产业技术进步 . 农业系统科学与综合研究， 2003 ， 19,1 收稿日期 2005-1-10 ）