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张卫峰 赵帅翔:十四五我国农业发展形势与化肥需求

发布时间:2021-07-06

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    6月22-24日,中国国际肥料发展与贸易论坛在上海FSHOW肥料展同期成功举办,40余位行业专家及企业代表围绕肥料行业未来发展、生物刺激剂发展与应用、叶面营养与果实转色、土壤改良与根系发育、肥料添加剂及增效剂等领域展开了精彩论述,为我们呈现了一场肥料行业的思想盛宴。


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    2021年是十四五的开局之年,也是全面推进乡村振兴的开局之年,农业农村将进入新的发展阶段,农业也将迎来新的发展形势,在新的农业发展形势下,市场对化肥的需求也产生新的变化,本次论坛我们请到了中国农业大学资源与环境学院张卫峰教授的学生赵帅翔博士,为我们带来“十四五我国农业发展形势与化肥需求——绿色智能复合肥创制思考”的报告。



--------------------以下为演讲内容实录--------------------



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      首先感谢组委会的邀请,我们想把我们的一些思考与参与生产的朋友们一起聊一聊。关于“十四五”应该怎么样走,我们认为应该对标需求,特别是对于参与生产的人来说,谁把握了未来的需求,才把握了未来的发展机会。

      报告主要包括三个方面:

      十四五农业需求

      绿色新型智能复合肥需求

      绿色智能复合肥创制思路

 

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    首先来谈一谈十四五的农业需求。

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    从需求角度来看,我们认为在十四五期间,进一步提高粮食产量、保障国家的粮食安全仍然是我国农业发展的第一大要务。

    从全国的数据可以看出,我国粮食增产潜力还很大,特别是粮食主产区。目前我们只实现了产量潜力的50%,也就是说从理论上来讲,未来粮食产量还能再翻一番。通过现有的技术,比如系统综合管理技术,我们能做到在现有基础之上再增产30%,实现产量潜力的80%。

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    粮食增产,化肥很关键。从现在化肥的用量情况来看,过量很严重。2015年国家为了解决这一问题,提出了化肥减量的行动,这几年我们的用量也有了一定程度的下降。但是整体来看,我们的用量还是普遍过高,由此带来的环境污染问题仍十分的普遍。

    我们做了一个简单的测算,到十四五末,如果想将我国肥料利用率从现在的40%提高到欧美国家普遍达到的50%以上,肥料用量可能至少还要减少20%。

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    国家提出的化肥减量任务,对所有做肥料的伙伴来说,是更高的一个要求。我国化肥行业的发展历程大概70年,我们经过了从无到有、从小到大、从弱到强三个大的阶段。今天面对新的减量需求,专家也好、企业家也好、农民也好,必须要思考肥料产品、工艺路线应该怎样调整,以满足未来持续的减量增效需求。

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    除肥料外,耕地质量也是保障国家粮食安全的重要因素之一,现在我们的耕地质量仍然较差,我们还没法回答习主席提出的藏粮于地的这样大的国家战略。从最新2019年全国耕地质量普查结果来看,我们中低等耕地的占比仍在70%,这个数字是非常非常大的。这给我们也很大的启示,特别是在十四五期间,我国的耕地质量要大幅度提升,这已经是迫在眉睫了,国家也陆续开始出台一系列的政策。

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    过去40年,我们的粮食产量增加了一倍,我们以全球7%的耕地,养活了全球21%的人口,这个在全世界来看都是一个奇迹。但是在整个发展过程中,粗放化、集约化的投入,也带来了非常严的环境代价。


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    十四五期间,我国的粮食生产方式必须要发生转变,我们必须要要求更绿色、更低碳,特别是回答习主席向全世界所宣告的“双碳(碳达峰、碳中和)”的目标,我们做肥料、做农业的要思考如何去完成这个目标,这是每一个中国人的责任。

    另外随着城镇化的不断发展,以及老龄化程度的不断加剧,特别是参与农业的有效劳动力在不断减少,肥料行业应该思考,我们能不能生产更高效、更智能的满足一次性施肥需求的产品和技术。


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    简单总结,我们认为十四五期间,农业绿色发展是我们发展需求的主旋律。在生产过程中必须要考虑多方面的相互协调,它不仅是产量的问题,还是效率问题、环境问题、效益问题等等。我们认为要想实现农业绿色发展,产量至少要增加30%,资源利用效率提高30%,同时排放要大幅度减少,减少50%,收入还要增加。这样的话,农民才会有积极性.



    二、绿色新型智能复合肥需求

    农业要绿色,就要求农业投入品,特别是肥料产品要绿色。要想搞明白肥料产品的绿色,我们首先要弄清楚肥料绿色的需求到底是什么,当然这是一个非常大的科学问题,我们下面以一些具体的、小的案例,来给大家总结一下我们在这方面的一些思考。

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    第一个案例,是我们在河北夏玉米上做的案例,我们那边有一个科技小院的平台,要想做当地产品的绿色需求,首先要发现当地的问题,所以我们前期通过大面积的农户调查,对夏玉米体系里面的产品进行了分析,我们对当地产品做了调查,主要发现一下问题:

    1. 绝大多数农户在施用产品的时候,主要以17-17-17或者15-15-15平衡型的配方为主。这个配方和我们玉米的需求是不匹配的;

    2. 专业化程度不够,而且绝大多数农户分次施肥;

    3. 肥料产品氮磷的含量比例较高,都在10以上,这与土壤的绿色需求不匹配,而且通过对当地土壤的测试,目前该区域土壤磷钾的有效含量已经足够了;

    4. 市面上表现较好的一次性产品,大部分还是用树脂包膜的,是缓释肥的一种。但这里面有与未来农业绿色需求非常不匹配的一点,如果长期使用树脂包膜产品,它在土壤里面会造成     膜残留的问题,我们未来的产品创新要同时思考怎样满足不同区域的农业需求,以及环境的生态的需求。

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    基于这些需求,我们设立了四点调控策略:

    1. 要想对土壤磷钾进行控制,产品设计时我们就要对磷和钾的含量进行控制,我们把磷钾含量控制在5左右;

    2. 因为华北地区绝大多数土壤的pH值都是比较高的,我们进行原料选择的时候,优先选择酸性肥料;

    3. 通过一次性施肥来提高劳动的效率;

    4. 用同种缓释技术手段来替代包膜的肥料产品。

    基于这几点考虑,我们和当地的肥料公司共同设计了一款产品,通过全县10个点以上一年的田间实验,发现效果很好,减肥30%以上,同时产量大幅度提高,实现了当地产量潜力的80%左右,达到了差不多50%的氮肥利用效率,这是第一个案例,在华北地区。


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    第二个案例,我们在上海崇明也有一个科技小院,同样通过在当地进行农户调查,了解当地肥料产品的关键问题。主要问题和夏玉米面临的问题基本相似:

    一是水稻侧深施肥专用肥仍比较少:

    二是缓释肥包膜产品比较多;

    水田体系养分的淋洗严重。


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    基于这个问题,我们提出了绿色调控的产品创新技术思路:

    通过基于土壤-作物-环境的平衡设计合适的产品、配比和需求;

    硫铵/尿素配合增效;

    调整水稻耕地的PH值,调控到一个合适的范围,使氨挥发损失降到最低。


    我们和当地企业联合设计生产了一款产品,在田间进行验证,最后的结果,我们减氮30%以上,氮肥利用效率在50%左右,增收达到10%左右,实现了75%的产量潜力,后面可以进一步优化。

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    第三个案例,集约化的蔬菜生产体系其实比大田的问题更多、需求更多、挑战更大。通过农户施用的产品可以看出,施用的产品种类非常多,高达二三十个,农户在选择的时候也是一个问题。蔬菜专用化产品相对好一些,但针对特定时期的产品还比较少。最重要的是在这样的种植体系里面,土壤问题非常严重,主要表现在以下几个方面:

    首先是土壤里面养分的失衡,特别是土壤碳/氮和碳/磷的失衡;还有养分盈余的问题,我们想通过产品优化,怎样能够把土壤中累积的磷挖掘出来;还有一点,连作障碍问题非常严重。

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    通过对蔬菜种植体系里问题和需求的简单总结,针对每一个问题,我们前期设想了一些调控的途径和思路,比如说对于土壤质量的问题、对于磷的问题,我们采用高碳氮比、碳磷比的有机肥,来充分挖掘土壤磷的活化;另外,我们必须要思考整个生命周期的技术集成和优化,我们从蔬菜“娃娃”时期开始抓起,从育苗的时候就开始考虑这个问题,通过控施肥的机制,比如控释肥移载技术、高碳比有机肥技术、专用化肥料产品技术等。

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    在蔬菜体系里面减肥可能没有太多,大概减少20%左右,可以基本上实现增收。为什么没有大幅增产?因为我们发现在这个体系里面来做增产难度很大,但是农产品品质能上去。蔬菜和大田不太一样,蔬菜最根本的问题是土壤质量问题,这证明开始谈到的要想大幅度提高肥料的效率,土壤质量首要进行改善的。


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    第四个案例,我们在上海的果园也做了一些探索,通过前期的生产调查,我们总结了上海滴灌柑橘施用肥料的一些问题,比如说土壤酸化问题、盐分问题等等,我们在思考针对这个问题采取的产品方案是什么样的,技术途径是什么样的,然后提出我们的绿色产品创新思路。

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    简单总结一下前面我们提到的未来绿色智能复合肥的需求。我们认为所谓的绿色需求,就是指针对特定区域生产系统问题进行设计,基本上考虑这么几个大的方面:首先保障养分的合理配比和元素的配合增效,另外要提高肥料利用效率,省时省工也是一个问题,还有土壤质量改良的问题,还有有机无机配合的问题。不同有机碳源增效的效果是有很大差别的,而且在整个加工过程中如何保证碳的保活和增效,这是需要充分思考的。另外关于省时省工的问题,用的比较好的是包膜肥料,但是膜的残留问题我们必须要思考。

 


    三、绿色智能复合肥创制思路

    第三部分,面对多元化的肥料需求,绿色需求,我们整个肥料行业应该怎么做?这部分也是张卫峰、张福锁老师们思考的一些大的思路。

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    整体来说,未来肥料行业要想满足绿色需求,单一一个环节是远远不够的,我们必须要上下游结合,必须要全产业链来系统综合优化,我们需要考虑至少三个方面;

    一个方面是源头资源全元循环利用,特别是磷石膏的问题,磷石膏里面有很多对农业生产有益的元素,在源头怎样考虑充分利用起来;

    第二是加工过程中要绿色无污染,我们需要考虑什么样的工艺养分损失最少,同时要考虑产品里面养分的形态、养分的空间分布以及物理之间的匹配;

    最后在应用的时候,一定要注意产品和绿色技术的综合配合。

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    具体来说,以氮肥为例,在整个源头全元利用方面,进行产品结构和工艺路线选择时,我们就要从全产业链考虑,每一个产品到底对资源消耗、环境影响、经济收益和农田收益有什么样的影响,我们必须算一笔综合帐,才能选择出合适的产品和工艺路径。

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    另外在复合肥料产品升级时,我们需要考虑至少五方面的增效,第一叫物理形态的增效,这里面需要考虑粒径和养分释放,需要考虑肥料硬度与肥料施用效率,肥料颗粒中不同元素分布与增效;第二,我们需要考虑化学形态增效,特别是尿素态、铵态、硝态的互作;第三,元素互作增效;第四,新材料增效;还有第五点,生物学增效。

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    在产品选用方面,要考虑每一个产品对于不同区域的响应,要根据不同的土壤、作物、气候条件来选择合适的产品。以氮肥为例,不同的氮肥种类在不同的土壤上面是有不同的效果的。我们为什么极力推硫氮和尿素工艺,特别是在北方地区,土壤pH值本来是比较高的,我们通过硫氮和尿素的配合,可以改善土壤的pH值等等。

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    在肥料产品施用时,要考虑整个系统的综合优化,比如需要考虑选用合适高效的氮肥品种、考虑群体结构的调整、考虑土壤地面管理、有机肥替代技术等等。核心目标就是,分发挥绿色产品的效率、最大化的挖掘产量潜力、保护环境、提高效率。

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    最后,工农要融合,这是未来五年甚至十年肥料行业需要解决的重大问题,这不仅是中国的问题,也是全球目前没法解决的问题,要加强化肥产业与农业的融合。

 


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