【CIS特肥大会】陈清:国际肥料施用新启示与国内特肥品类创新发展方向
中國農業大學教授陳清
礦物肥料是全球糧食供應鏈的重要投入,在過去的六十多年肥料消費數量不斷增加。
1961年至2020年全球施用的農業肥料的數量和組成
但是,未來全球化肥市場面臨需求增長率下降,化肥價格波動劇烈。
原料價格大幅波動導致肥料二次加工行業的盈利更加困難,復合肥市場的集中度在增加。
2020至2022肥料年間許多國家的化肥消費量下降。
從絕對值來看,東亞和南亞是全球衰退的最大拖累者;按相對值來看,有三個地區在兩年內下降了至少10%:西亞、西中歐和非洲。
預計從2023肥料年增長率的4%(部分恢復)降至2027年的1.2%。
土壤質量提升是增加作物產量、提高養分利用效率的基礎。
土壤健康的產業需求拉動了液體肥料、礦物型土壤調理劑、生物有機肥、生物菌劑、的快速發展。
到2040年:
通過4R養分管理計劃(在正確的時間、正確的地點以正確的用量、正確的肥料產品)將作物生產中的氮利用效率從目前的55%提高到70%,提高磷和鉀的利用效率;
通過擴大數據和知識共享,通過與相關第三方合作,找出提高營養利用效率的障礙;
通過開發創新產品和解決方案,改善營養平衡,最大限度地減少營養對環境的損失;
通過開發和支持增加養分回收和養分回收的解決方案,與政府和企業合作,幫助農民提高土地上的養分利用效率。
2021年單質液體肥料占有60.8%的液體肥料市場份額(其中液體氮肥的市場份額占57.1%);復合液體肥料的市場份額在增加。
2016—2028年全球液體肥料市場(按養分、數量、公噸)分列
2021年,全球純液體肥料占60.896%,消費量為2330萬噸,產值為131億美元。另一方面,復合液體肥料占39.26%,同年消費量為1090萬噸,產值為84億美元。
在直接液體肥料中,氮肥占據了全球液體肥料市場的主導地位,2021年的市場份額為57.196%,價值46.7億美元,同年的消費量為1620萬噸。
磷肥是消費量第二大的肥料類型,其中磷酸二銨是消費量最大的液態肥料,2021年的市場份額為50.5%6,其次是磷酸一銨,市場份額為33.596,原因是它們在全球的消費量很大。
由于液體肥料具有易于施用、處理和養分易于吸收等優點,預計全球液體肥料市場將在預測期內增長。
全球液體肥料市場,數量份額(%),按作物類型,2016—2028
大田作物主導著全球液體肥料市場,約占液體肥料總消費量的83.08%。2021年,其液體肥料消費量為2780萬噸,價值173.8億美元。大田作物之所以消耗大量液體肥料,是因為這些作物的種植面積大,全球超過90.096%的農業用地用于種植大田作物。
園藝作物是消耗液體肥料的第二大作物類型,約占2021年全球液體肥料消耗量的9.9%。
隨著COViD—19流行后人們對健康和營養問題的日益關注,全球對水果和蔬菜等高價值作物的需求不斷增加。
葉面液體肥料在水果作物中發揮著重要作用,因為葉面噴灑可以提高水果的品質。
2021年,草坪肥料市場價值為13.7億美元,消費量為260萬噸。
隨著污染問題的日益嚴重、美化園林和生態旅游的日益重要,草皮和觀賞植物的種植面積也在不斷增加。
因此,預計在預測期內,全球液體肥料在各類作物中的消費量將進一步增長。
氮肥的施用與每年約7億噸二氧化碳當量(GtCO2e)的溫室氣體排放以及其他形式的氮污染有關。
到2050年,行業的目標是將與氮肥生產相關的工業直接溫室氣體排放量平均減少70%。
肥料行業正在尋求解決這些排放問題其在遵守《巴黎協定》1.5℃目標方面的作用,同時確保持續供應農民所需的化肥,以確保世界有能力養活不斷增長的全球人口。
大規模農場經營模式:美國
美國大農場的特點:
1.美國大農場的現代化程度很高,包括:
農業的機械化,即用現代的耕作機械、水利灌溉設備等代替手工和耕畜動力、農具,盡量投入機器設備,節約勞動力;
技術的現代化,通過采用化學的、生物的技術,改善與增加農作物品種,提高單產水平;
管理的現代化,即把在工業部門中先發展而后成熟的管理辦法、經驗引入農業,形成生產、加工、銷售一體化,實現產業化經營。
2.美國大農場不僅重視農業生產技術現代化,同時也十分重視農業組織管理現代化,大力推行農業專業化、一體化、社會化,其專業化形式主要有三種:地區專業化、部門專業化、作業專業化。
美國CPS農藝服務:在北美(美國和加拿大)超過1200個零售點。一個分支應該在一兩個小時車程以內。每個農民都能得到支持、幫助和每天的基礎農藝信息供應。
田間管理服務:包括土壤采樣,作物保護措施(整地);
作物觀察:了解病蟲害防控與昆蟲、雜草防御最新信息(噴施殺蟲劑/自蔓延);
機械服務:播種、收獲、施肥,傳統的復混液體肥與干肥,全球定位系統的應用,金融服務等。
田間管理:包括全球定位系統(GPS)、網格采樣、作物觀察、變量技術等。
美國化肥施用管理:美國各州及農業部的科研機構建立完整的土壤肥料服務系統,通過積累大量資料,有效傳達最新研究成果,農場主根據建議對作物進行適量、適當的施肥。美國肥料施用特點是機械化施肥。方法包括撒施、下落式施肥機、旋轉盤施肥機與液體施肥機。農場一般采用撒施,大面積種植時最經濟盡管會造成氮素損失。氮肥施用方面,常使用水肥一體化,液體肥料混入灌溉水施用。基肥常施在條播作物行間。
中小規模農場經營模式:德國
德國農場的突出特點即專業的精細化管理。
采用綠色可持續的耕作方式;
采取種植多樣化、秸稈覆蓋的保護性耕作模式、增加有機肥使用占比、減少施用化學農藥,
采用精準農業作業,
采用信息采集、農藝分析和變量作業等技術,
這種精細化程度是其他國家所不可比擬的。這種科技含量極高的精細化管理是通過高素質的農場工作人員實現的。
近年來德國發布與農業資源管控直接相關的法律和法規主要有:肥料法、肥料施用法規、商品肥料與土壤調理劑法規、肥料與土壤調理劑有害物質限量標準、污泥和污泥堆肥產品使用法規、土壤保護法等。
與20世紀80年代相比,目前德國農田(耕地面積與長期作物面積之和)化肥養分投入量減少了一半。化肥氮磷養分投入量的大幅度消減使地表水富營養化問題明顯改善,地下水硝酸鹽污染惡化趨勢有所緩解。
在過去10年中,歐洲來自有機肥中的養分供給一直保持穩定。
2021年,歐洲農作物生產中來自有機肥中的氮素為850萬噸,而這期間來自化肥的氮素用量為980萬噸。在磷酸鹽方面,2021年消耗了450萬噸來自有機肥的磷素,這期間從化肥中補充了250萬噸磷素。2021年,來自有機肥的鉀素消耗量為1010萬噸,此外還有280萬噸來自化肥。
歐洲農民如何補充缺失的養分?
化肥和有機肥料在循環經濟中都可以發揮重要作用。
基于自然解決方案,從農場內的養分來源開始,如糞便和堆肥。農場內的養分來源難以滿足所有作物的需要,因為它們無法提供適當平衡的全部養分來滿足植物生長的需要。
冬季種植綠肥后進行翻壓,減少對化學氮肥的依賴。在一定程度專業化、規模化、集約化的產業基礎上進行,進而構建起跨產業鏈的大規模、多層次的循環體系,以實現最小程度上的資源浪費及環境污染。
由于脲酶抑制劑(UI)可以將尿素的NH3排放量減少70%,自2020年以來,德國已通過國家肥料條例強制將其添加到顆粒尿素中。
到2030年,基于NEC指令2016/2284/EU,(a)50%或(b)70%效率的用戶界面對減少目標NH3排放量的貢獻。
假定2030年的尿素消耗量與2017年和2018年相似。
缺失條代表尿素消耗量極低或數據缺失(數據來源:IFASTAT2021)。
歐盟在2019年6月5日發布了新的肥料管理法規(FPR/FertilisingProductsRegulation,EU2019/1009),該法規替代原肥料管理法規(EU2003/2003),于2022年7月16日起正式實施。
新FPR法規涵蓋了更多的肥料類型,其中包括:
根據新的歐盟肥料法規,歐盟肥料產品按照肥料的功能類別分為以下幾類:肥料:有機肥料、有機礦物肥料、無機肥料;石灰材料;土壤改良劑;生長基質;抑制劑;植物生物刺激素;肥料產品混合物。
極端氣候條件抑制了肥料養分消費數量,但增加了生物刺激劑的市場規模。
生物刺激劑的最新法律定義2019年5月21日由歐盟委員會正式通過。
“歐洲標準化委員會生物刺激素技術委員會”定義:生物刺激素是一種可以促進植物營養過程的產品,這種產品不依賴于它的營養成分,其唯一目的是改善植物或植物根際的下列一種或多種特性:①養分的利用效率;②對非生物脅迫的抵抗力;③土壤中或者植物根際有限養分的品質特征或有效性。
小規模特色農場經營模式:日本。
日本的國土狹小,農地分散比較細碎。日本大力發展生物技術,改造傳統農業,優先實施水利化、化學化、機械化工程,并把生物技術的研究、推廣和施肥方法改進、土壤改良等放在極其重要的地位,形成集約化、專業化、小型化、高品質的家庭農場特色,顯著提高了家庭農場經營績效,成為亞洲小型化家庭農場的典型代表。
日本農協非常注重有機農業的發展。常見的水果、蔬菜、糙米、菇類、藥食同源中藥等都可以作為微生物酵素發酵的原料。
協調糧食保供與農業污染減排,實現生態文明戰略與糧食安全雙贏。
借鑒歐洲生態農業理念,發展可持續集約化農業是協調糧食安全與生態文明的關鍵。精準控制碳、氮、磷在農業生態系統合理流動,減少養分向土壤水體和大氣環境中的排放。
我國農業經營模式發展方式:
農地經營模式中的兩大構成元素———農地面積和經營主體。但是,現在小農戶分散經營困境對農業經營模式創新形成倒逼機制。
我國的農地經營逐步從家庭聯產承包責任制的小農模式向規模化經營的家庭農場模式過渡:日本模式、德國模式?農墾系統的農地經營模式向美國大農場經營模式過渡?
第三次農業普查數據顯示,我國全國小農戶數量占到農業經營主體98%以上,小農戶從業人員占農業從業人員90%,小農戶經營耕地面積占總耕地面積的70%。我國現在的農戶有2.03億戶,戶均經營規模7.8畝,經營耕地10畝以下的農戶有2.1億戶,這是個小規模甚至超小規模的經營格局。
未來,我國肥料產業正在重復歐洲走過的道路。
“減肥提效”是未來我國肥業發展的趨勢。
每次技術變革所帶來的作物增產變化。生物刺激劑將在未來30年幫助作物克服非生物脅迫,以增加大約33%的產量。
生物發酵產品中的發酵物質(酵素)成分和微生物是非常典型的(含)生物刺激素的活性材料。
譬如我們常見的生物刺激素分為八類,即腐殖物質、發酵處理的有機材料(廢物堆肥、污泥和肥料的提取物)、有益元素(Co、Se、Al、Si和Na)、無機鹽如亞磷酸鹽、海藻提取物(大型藻類)、甲殼素和殼聚糖衍生物、防蒸騰劑(聚丙烯酰胺和高嶺土),游離氨基酸和含氮物質。
另外,玉米生化提取濃縮液。玉米浸泡液經發酵后、采用特殊工藝進行三級濃縮分離得到的生化提取濃縮液,富含糖類、可溶性蛋白質、多種氨基酸、多肽、脂肪酸、維生素、肌醇以及其他有機化合物。
同時,我們還要挖掘天然的礦物土壤調理劑的改土促根補充中微量元素作用。譬如,堿性的硅藻礦粉:適合南方酸性土壤改良和補充鈣鎂硅。
未來我國的特肥創新的關鍵:
特肥的活性物質與其他化學物質的混配與增效的進一步探究:如微生物組分之間以及生物刺激素與根際/內生微生物群之間的相互作用;
生物刺激素的生測效果評估需要有效的監測步驟。
肥料增效技術由注重養分供給向土壤環境、作物吸收和有效供給綜合調控發展,肥料增效材料向高效、環保和價廉方向發展,肥料產品向營養、土壤改良和抗逆等多功能發展;
以農業需求為導向,提升特肥產品與生產需求的匹配度;肥料公司需提供與特肥產品施用相配套的、基于自然解決方案的技術和產品組合,并在決策過程中提供幫助。