氮元素對於滿足植物生長、發育、繁殖至關重要，氮素缺乏會弱化或阻礙作物生長繼而導致作物減產。全球氮肥消費量約佔全部化肥消費量的60%以上，2015年全球氮肥需求量近一億噸（折純養分）。然而，氮肥因受到脫氮、揮發、淋溶、土壤固定以及土壤表面徑流等作用之影響，氮素損失高達50%以上。氮肥的損失以及低效使用，不僅降低農作物的生產潛力， 還會帶來土壤酸化、生物多樣性減少、土壤和水體富營養化等一系列環境問題。因此各大農化企業紛紛加強相關產品和技術的開發，旨在進一步提高氮肥利用率。
提高氮肥利用率的思路和關鍵技術
解決氮肥利用率低的核心問題在於如何在氮循環中找平衡點。氮元素在土壤中以多種形式存在（圖1 ），由於氮元素可在土壤、作物、水、空氣等介質中移動並相互轉化，一些原本可以被作物（如根系區）吸收的氮素通過固定、揮發、反硝化、淋失等方式產生了損失。
氮素循環的各類反應形式：
①空氣中的氮氣（N2）通過豆科作物的根瘤菌、以及閃電的作用發生Haber-Bosch反應，從而和氫元素反應生成氨（NH3）。
②通過礦化反應，存在於植物殘體、動物糞便、土壤有機質中的有機氮可以轉變為無機氮。
③首個參與自然反應的化合物氨（NH3）會被土壤中的細菌轉為亞硝酸根（NO2-），最後通過硝化反應生成硝酸根（NO3-）離子。
④在特殊土壤條件下（主要為缺氧），硝酸根（NO3-）離子會通過反硝化作用轉變為各類氣態氮氧化物（NOx， N2O）以及氮氣。
通常氮素在不同形態的轉化過程中產生損失，如果這些氮素以有機或無機形態的方式施用時，用量越多氮素的損失就越大。最佳氮素管理的目標是確保優化作物產量同時降低氮素在環境中的損失。這一目標一般通過以下幾種方式（表1）得以實現。
表1 提高氮肥利用率的技術途徑
技術類別 | 作物用對象 | 技術 | 原理 |
緩控釋技術 | 醯胺態氮 | PCU / SCU / PSCU / NCU | 在尿素表面進行物理包膜，減緩或控制尿素釋放到土壤溶液中的速度 |
MU / IBDU / UF | 尿素和醛類物質發生縮合化學反應，降低尿素縮合物在土壤中的分解速度 | ||
有機物螯合尿素 | 有機物（如腐殖酸）螯合尿素，減緩尿素分解速度聚合 | ||
脲酶抑制劑技術 | 醯胺態氮 | NPBT / NPPT | 抑制分解尿素的脲酶活性，減緩尿素分解成為銨態氮的速度。 |
硝化抑制劑技術 | 銨態氮 | Nitrapyrin / DCD / DMPP | 抑制硝化細菌活性，減緩銨態氮向硝態氮的速度。 |
施肥方法改進 | 硝態氮、銨態氮、醯胺態氮 | 氮肥深施 | 減少氮肥以NH3形式的揮發 |
平衡水肥比例 | 生產上把握適宜的施氮量和供水量，並根據不同作物不同生長階段的需求特點進行綜合運籌有利於提高肥料利用率。 | ||
平衡N、P、K及 其他養分元素的比例 | 平衡施用大、中、微量元素，保證作物生長期間所需的各種營養成分，提高養分元素間的協同作用，降低養分元素間的拮抗作用。 | ||
分次施肥 | 相比單次施肥，不同時期分次施肥能夠有效減肥料損失，從而提高氮肥利用率。 | ||
生物固氮技術 | N2 | 根瘤固氮菌 | 利用固氮菌固定空氣中的N2，提高銨態氮的供給量。 |
育種技術 | 銨態氮、硝態氮 | 雜交育種、轉基因育種 | 利用育種技術向目標作物中導入高效利用氮肥性狀的基因，從而使作物高效利用土壤中的銨態氮和硝態氮。 |
雖然目前微生物技術、遺傳育種技術以及改進後的施肥技術在提高氮肥效率上起到了一定的功效，但這些技術大規模的市場化運作依然面臨重重困難。隨著科學技術的進步，一些新技術、新觀念、新思想不斷發展應用，提高肥料利用率已不僅僅局限於這些傳統的技術，緩、控釋肥料，及脲酶/硝化抑制劑等技術已經或正在逐步應用到農業生產中來，並為減少肥料損失，提高肥料利用率發揮著重要的作用。
主要氮肥增效產品一覽
緩控釋肥
通過控制肥料釋放速度是減少氮肥損失，提高氮肥效率的重要方法之一，這類產品主要包括緩釋和控釋肥料兩大類：其中，緩釋肥料(SRF) 可以通過產生擁有受控制的水溶性或低水溶性的材料來實現緩慢的營養釋放。緩釋可以推遲營養供應開始的時間，也可以延長營養供應時間。通過將尿素與各種醛類，例如脲甲醛(UF)、甲叉脲(MU) 和異丁叉二脲(IBDU) 等反應來生成此類材料。表二中德國阿魯肯Aglukon 公司生產的Plantosan（脲甲醛）、Nitroform（甲叉脲）以及德國康樸Compo-Expert 公司生產Floranid（異丁叉二脲）都是尿素化學縮合技術的典型代表。
● 德國康樸公司 福絡耐? Floranid?
德國康樸公司於1972 年開始生產基於IBDU 技術的緩釋肥料福絡耐?（Floranid?），緩釋氮釋放周期為3 個月，有效防止氮肥淋失。適用於各類草坪。主要配方包括：福絡耐Turf20-5-8、福絡耐Master Extra19-5-10、福絡耐Permanent16-7-15-2 和福絡耐Eagle K12-6-24。
而控釋肥料(CRF) 則通過在肥料顆粒表面附加一層或多層物理屏障，控制營養通過薄膜擴散速度，從而實現提高氮肥效率的目的，如硫包衣尿素(SCU) 、聚合物樹脂包衣尿素（PCU）、聚合物硫包尿素（PCSCU）等。如表二中，中國漢楓公司生產的漢楓控釋肥、韓國Namhae Chemical 公司生產的Namhae 控釋肥、印尼PT Hanampi Sejahtera Kanuripan 公司生產的Haracoat 都是硫包衣技術為技術的代表性產品。而新一代的樹脂包衣的技術則為各國控釋肥企業所追捧，如中國金正大的Syncote、中國茂施的semecote、以色列海法化學的Multicote、以色列化工集團的osmocote、日本旭化成的Nutricote、加拿大加陽的ESN、德國康樸（Compo-Expert）的Basacote 等。此外，一些控釋肥公司還將硫包衣和樹脂包衣的技術上衍生出聚合物硫包衣尿素產品PCSCU。
● 日本旭化成 好康多? Nutricote?
好康多Nutricote，由日本旭化成株式會社生產的一種樹脂包膜緩釋肥。利用樹脂將高單位速效水溶性肥料包裹成顆粒，當好康多Nutricote 應用於土壤，土壤中水分子滲入顆粒內，將肥料溶解； 然後受溫度影響形成內部滲透壓，將肥份緩慢釋出，供植物根部吸收。自動施肥機制，肥效供應充份又安全，無肥害，無味清潔，不傷肌膚，安全可靠，不會產生肥傷。 控釋期有70、140、180、270、360 天可供選擇。高氮配方促進生長，特適於幼小植物之發育所需， 對於葉片的發育尤有顯著的效果，觀葉植物、葉菜類、多肉植物的養成，草皮、牧草、茶樹、菸草栽培等。
● 以色列海法化學 魔力康? Multicote?
Multicote? 魔力康? 是海法的控釋肥品牌，包括一系列的控釋肥產品配方。海法控釋肥採用高聚物包衣技術，其養分的釋放速率僅與土壤溫度有關，一次施用可滿足作物整個生育期內的養分需求，控釋肥專門設計用於持續的養分供應，並且最大化養分吸收效率。海法控釋肥可減少田間作業費用，其施肥不依賴於灌溉系統。Multicote 針對不同目標作物細分市場提供多樣化的產品解決方案，如用於園藝市場的Multicote? 、用於經濟作物市場的Multicote? Agri / Multigro?、用於大田作物的CoteN ? 、用於草坪市場的Multicote? Turf / Multigreen? 等。
● 以色列化工集團 奧綠肥? Osmocote?
奧綠肥是ICL 特種肥業務單元旗下的樹脂包膜肥料產品系列， 適用於園藝花卉作物，釋放期有3-4 個月、5-6 個月、8-9 個月， 12-14 個月，甚至16-18 個月等。每一個釋放期通過它的顏色碼進行識別。鹽分水平、pH、微生物活性和水質或降水對養分釋放均無影響。只有溫度最重要，因而奧綠肥(Osmocote) 在使用過程中非常可靠。 一旦所有的養分釋放完畢，包膜開始降解。降解時間長短，取決於土壤或介質的成分和微生物的活動。
● 中國茂施集團 株格靚? Semecote?
株格靚控釋肥是採用國外進口的肥料核心以及可降解的包衣材料，採用領先的無溶劑包膜技術生產的半透膜包衣的高品質肥料，內含氮、磷、鉀、鎂與螯合微量元素，不同包衣養分，釋放期3-9個月，內含硝態氮，能及時滿足作物前期對氮肥的需求。適用於大姜、花卉、草坪、西紅柿、黃瓜等大棚蔬菜，蘋果、葡萄等各種果樹。
● 德國康樸公司 巴薩克? Basacote?
巴薩克是康樸公司基於樹脂包膜工藝的控釋肥產品，獨特氣候適應釋放技術CAR (Climate Adapted Release) 可以滿足作物在於不同氣候條件下對養分吸收。適用於園藝、果蔬、油棕、作物，養分釋放周期3-12個月。主要配方包括：巴薩克16-8-12-2+TE(3, 6, 9M)、巴薩克15-8-12-2+TE(12M)、巴薩克14-14-14+TE(6M) 和巴薩克14-3-19-2+TE(6M)。
● 馬拉西亞綠豐公司 綠豐? Greenfeed ?
使用活化的吸附性材料作載體，將大、中、微元素以「吸附」的方式形成「肥庫」，再依土壤的離子濃度和作物的需求釋放。效期2-6個月。可修復土壤CEC、節約肥料和人工。已有配方應用於熱、溫帶果樹、水稻或及觀賞作物等。
● 中國阿諾肯公司 美世? Supocote?
阿諾肯公司2001年成立以來，率先將歐洲「品質播種，優享生活」的概念引入中國，阿諾肯科技集團 (LGAGRO)銳意創新，積極進取，將德國高新技術和中國植物營養理念結合，研發製造出國際頂尖品質的控釋肥料系列產品。養分釋放性能大幅度提高，一定的溫度下，肥料嚴格按照設定的釋放期進行養分釋放,特別是在溫度高的國家和地區釋放更穩定。吸收與釋放同步，供需平衡，肥料利用率提高到70%以上，可節省肥料用量50%以上，釋放期可達1年以上，一次施肥，無需追肥，大大節省勞動力成本。在中國是第一家在農業部獲得控釋肥料登記證的企業，目前也是唯一一家能做NPK控釋肥的企業。
穩定性肥料
在肥料中添加氮穩定劑可以延長肥料中的氮元素在泥土中（以尿素氮或氨態氮的形式）停留的時間，加了穩定劑的肥料，包括含有硝化抑制劑(NI)或脲酶抑制劑(UI)的穩定性肥料兩類。陶氏、巴斯夫、柯氏公司都有相應的穩定劑產品供應市場。其中硝化抑制劑能夠選擇性地抑制土壤中硝化細菌的活動，從而阻緩土壤中銨態氮轉化為硝態氮的反應速度。代表性的產品如德國康樸公司的Nitrophos（雙氰胺DCD）、NovaTec（正丁基磷代磷醯三胺 DMPP）、美國陶氏益農公司的N-Serve（2-氯-6-三氯甲基吡啶 Nitrapyrin）等。
● 美國陶氏益農 伴能? N-Serve?
伴能?氮肥增效劑，其有效成分2-氯-6-三氯甲基吡啶，通過抑制亞硝化細菌功能，延緩銨態氮向硝態氮轉化，減少土壤中硝化-反硝化造成的氮肥損失，提高氮肥利用率。
● 德國康樸公司 諾泰克? NovaTec?
諾泰克採用DMPP作為硝化抑制劑，專一作用於亞硝化細菌，降低土壤中銨態氮轉化為硝態氮的速度，合理向作物提供氮營養，肥效長達2—4 個月，減少施肥次數，節省勞動力。恩泰克有一定比例的硝化氮，能提高氮的利用率，還通過改善根際環境，提高土壤中磷和微量元素的有效性。諾泰克肥效快、後勁足，可提高農作物產量20--25%，比常規複合肥顯著增產，品質也大為改善。對果樹、菠蘿、香蕉、馬鈴薯等作物尤其明顯。
而脲酶抑制劑是抑制脲酶將尿素水解成氨和二氧化碳兩種成分的物質。脲酶抑制劑在某些條件下可以降低氨的揮發性。經過30 多年的研究開發，目前脲酶抑制劑的種類已經有一百多種，包括醌類、醯胺類、多元酸、多元酚、腐殖酸、甲醛等。其中應用較為廣泛的是N- 丁基硫代磷醯三胺 (NBPT) ，NBPT 在鹼性土壤、通氣性較好的條件下對NH3 的揮發損失抑制較好。代表性的產品如美國柯氏Koch Agronomic Services 公司的AGROTAIN? （N- 丁基硫代磷醯三胺 NBPT）、德國巴斯夫公司的LIMUS（N- 丁基硫代磷醯三胺 +N- 苯基磷醯三胺 NBPT+NPPT）等。
● 美國柯氏農業服務公司 AGROTAIN?
AGROTAIN? 系列產品核心脲酶抑制劑 NBPT(N- 丁基硫代磷醯三胺) 獲得美國植物食品管理官員協會AAPFCO 認可，可以有效抑制土壤中脲酶活性從而減少因氨揮發造成的養分損失。在過去20 年中，該產品在全球使用推廣面積達百萬英畝，以其卓越的性價比和高效的控氮能力得到全球用戶的青睞和認可。此外， AGROTAIN? 產品線還擁有多種特殊製劑的配方產品以滿足客戶的不同混拌和使用需求。
● 德國巴斯夫公司 力謀士? Limus?
該產品包含的兩種活性成分N- 丁基硫代磷醯三胺（NBPT） 和N- 苯基磷醯三胺（NPPT）可有效抑制土壤中各類形態結構的脲酶。因為單個有效成分並不能與所有脲酶的作用位點結合。而力謀士Limus? 中的NBPT 和NPPT 則可相互配合，有效作用於不同脲酶的結合位點，阻礙脲酶和靶標底物結合，繼而達到全面抑制的效果。該雙效活性成分是巴斯夫的專利技術，使用該技術的產品不論在實驗室還是在世界各地的田間都取得了卓越的表現。研究表明， 使用該技術後，僅需投入同類產品40% 的用量即可達到控氮目標， 使用力謀士Limus? 的田塊相對產量提升幅度是市場上標準脲酶抑制劑NBPT 的兩倍。
縱觀全球市場，緩釋肥、控釋肥和穩定性肥料的生產能力在2011 年至2014 年間整整翻了一番，從650 萬噸迅速增至1200 萬噸。亞洲無疑在全球增效氮肥市場中佔據主導地位，中國是全球最大的SRF/CRF 消費國，2014 年的消費量估計為280 萬噸。而印度的消費僅限於苦楝油包膜尿素(NCU)，2013-2014 財年的消費量為630 萬噸。日本2014 年SRF/CRF 消費量為14.5 萬噸。 除中國和印度以外的全球市場規模估計為360 萬噸，其中170 萬噸是緩控釋肥SRF/CRF，其餘是穩定性肥料。北美消費大約120 萬噸， 其中90% 是SCRF。 西歐SRF/CRF 消費量為14 萬噸。SF 市場比SCRF 大4-5 倍。中歐的SCRF 和SF 消費量為2 萬噸。中東和非洲的SCRF 與SF 消費量為8 萬噸。
表2 主流公司產品技術
公司名稱 | 國家 | 核心產品 | 控氮技術 | 類別 |
金正大 | 中國 | Syncote | 樹脂包衣PCF | 緩控釋肥S/CRF |
茂施 | 中國 | Semecote | ||
西安阿諾肯 | 中國 | Supocote | ||
翠筠 | 中國 | BENEFIT | ||
以色列化工 | 以色列 | Osmocote | ||
海法 | 以色列 | Multicote | ||
旭化成 | 日本 | Nutricote | ||
雅苒 | 挪威 | Plantacote Top N | ||
辛普勞 | 美國 | APEX | ||
SK Specialties | 馬來西亞 | SK Cote | ||
加陽 | 加拿大 | ESN | ||
Mivena | 荷蘭 | Granucote,Field-Cote | ||
Ekompany(金正大收購) | 荷蘭 | Ekote | ||
東部韓農 | 韓國 | Long Star | ||
KG Chemical | 韓國 | KG | ||
阿魯肯 | 德國 | Plantacote | ||
康樸 | 德國 | Basacote | ||
漢楓 | 中國 | Hangfeng-SCF | 硫包衣 SCF | |
Namhae Chemical | 韓國 | Namhae | ||
PT Hanampi Sejahtera Kanuripan | 印尼 | Haracoat | ||
阿魯肯 | 德國 | Plantosan | 脲甲醛 UF | |
康樸 | 德國 | Floranid | 異丁叉二脲 IBDU | |
阿魯肯 | 德國 | Nitroform | 甲叉脲 MU | |
阿魯肯 | 德國 | Azolon | ||
綠豐 | 馬來西亞 | Agrofeed | 沸石控釋 Zeolite | |
康樸 | 德國 | Nitrophos | 雙氰胺 DCD |
硝化抑制劑NI |
康樸 | 德國 | NovaTec | 正丁基磷代磷醯三胺 DMPP | |
陶氏益農 | 美國 | N-Serve | 2-氯-6-三氯甲基吡啶 Nitrapyrin | |
浙江奧復託化工 | 中國 | NMAX | ||
柯氏農業服務 | 美國 | Agrotain | N-丁基硫代磷醯三胺 NBPT | 脲酶抑制劑UI
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索爾維 | 比利時 | AgRHO® N-Protect | ||
巴斯夫 | 德國 | LIMUS | N-丁基硫代磷醯三胺 +N-苯基磷醯三胺 NBPT+NPPT |