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范园占地1200亩,为中国农业科学院和中国航天设计院等权威部门设计,规划有六大功能
区和一大中心,集科技农业、生态农业、绿色农业和示范农业于一体,不仅是豫东大地独此一家的现代化农业生态科技园,就是在全国也是名列前茅的,因为它集中展现了农业现代化和社会主义新农村的典型风貌。
现年41岁的吴振海在2003年被故乡商丘市招商团“招贤”回到桑梓。2004年2月20日,他以农业产业化为目标,宣告“未来农业科技开发有限公司”成立。之后,该公司在农作物新品种的繁育和主导产品火龙果的开发项目上快速发展,所属区农民收入连年提升。同时,该公司的市场网络建设快速发展,经济效益和社会效益同步增进,有关地方官员评价这个公司,在推进农业产业化结构调整、促进农业增产和农民增收方面起到了积极的示范作用和重要的推动作用。尤其是农业观光园的建设,被商丘市确定为“十一・五”期间的重点建设项目,以至于成为全市农业经济的一个新的增长点。在这种“新思路,大手笔”的迈进下,未来公司连续不断地荣获农业部、国家旅游局和河南省人民政府的各种荣誉,同时还被河南省工商局认定为“重合同、守信誉企业”,还被商丘市政府确定为“十一・五”规划项目重点龙头企业。与此同时,公司高管也被予以各种政治加冕,吴振海作为公司董事长更获殊荣:2005年当上了“感动商丘十大新闻人物”,2008年成了“五一”劳动奖章获得者,甚至被一度指定为2008北京奥运会圣火传递的河南商丘站主火炬手。于是间,从国家部委到省市区各级领导同志纷至沓来,视察并指导工作。农业部副部长张宝文在视察“未来”生态农业时挥笔题写下了“未来农业,农业未来”八个大字,可见其鼓舞、赞叹和鞭策之情之深远。在这种急剧膨胀的外部环境催生下,2006年1月28日,河南省未来农业生物科技发展有限公司以河南未来农业观光园股份有限公司的名义在媒体上刊登招股说明书。盛名之下,加盟者至。在为期不长的时间内,“未来”公司便吸引了来自本省和安徽、河北、江苏、山东等共计13个省份的数十万余民众,一下成立了53家分公司,营销网络亦骤然向全国人多省份迅速铺展。该公司的网站上讲,公司的产品已由单一的农作物原种繁育发展到火龙果系列产品的开发,尤其在与中科农业原子经济研究院合作成立农业原子经济科研基地后,高科技含量和高附加值的火龙果专利系列产品,总共为六大系列的十余个产品备受消费者青睐,且全部通过了国际质量体系认证。2008年3月6日,《商丘日报》在《未来农业快速启动上市工作》一文中称:“……产品投入市场后,受到消费者的欢迎,畅销豫、鲁、苏、皖等1 0多个省的县市,为企业创造了良好的效益,鲜果及其系列产品销售收入达2亿元。”
此外,此前的2008年2月27日,河南省人民政府办公厅下发豫政办(2008)23号文――《河南省人民政府办公厅关于做好2008年企业上市工作的通知》,河南未来农业生物科技发展有限公司被确定为2008年主板重点上市后备企业。
在各种荣誉称号编制而成的耀眼光环笼罩下,在各级领导干部的特别惠顾关怀下,在各项优惠政策的驱策下,“未来”公司如鱼得水,春风得意,人称如同坐上了火箭般的神速前行。可正当其发展如日中天之际,2008年7月1日,商丘警方突然拘留了吴振海并25名公司干职,查封了公司账目,以及观光园基地和火龙果基地。7月1 5日,商丘市人民政府新闻办公室举行新闻会,对外通报“未来”农业涉嫌非法集资案情况,披露并曝光了“未来”公司从事违法违规经营活动的部分事实。
面对这一突如其来的查封决定,全国各地参与了集资的各分公司员工惊恐不已,有一位年逾花甲的老员工说到自己为什么参加“未来”的集资时喟叹道:“高利返现固然是吸引投资的一个原因,但更重要的是人们看中了这是一个由政府支持的企业,而且又是一个有发展前景的现代化农业生态型企业。”另一位山东的投资者坦言:“真正下决心投资加入到未来公司是因为看到了河南省政府对‘未来’建设项目用地的批复,以及‘未来’公司被省政府确定为主板重点上市后备企业之后。”更有一位集资者手拿一大摞当地报纸,报纸上均有吴振海与各级领导握手的照片,他说:“如果是非法,为什么‘未来’非法集资这么久,政府非但不管,却还要处处支持? ”调查知悉:正是基于对政府的高度信任,“未来”的投资者才高达13万户,其中有80%的人是倾囊而出,有的甚至是将房产抵押后,用贷款来投资的。
目前即使在英美等发达的市场经济国家,政府在引导企业技术创新方面仍起着重要作用。
(一)美国政府对企业的研发补贴
尽管美国是信奉自由市场经济的国家,政府仍在企业技术创新中起到重要作用,上世纪六七十年代,美国约一半以上的研发支出是政府资助的。随着企业自主创新能力的提升,美国政府对企业的研发资助主要体现在对中小企业技术创新的资助,1982年美国政府制定和实施的“小企业创新研究计划”规定,国家科学基金会等10个部门每年要拿出其研发预算总额2.5%的经费无偿资助科技型中小企业,且对产品开发阶段的资助金额要达到75万美元以上。利用该项资助计划,从1983~2003年,美国政府共资助企业研发项目超过7.6万个,累计资助金额达154亿美元。
对于未来有发展前景的新兴产业,政府一直给予大量的研发资助,比如为了发展有广阔市场前景的新能源汽车产业,2011年8月美国能源部宣布将在未来五年投入1.75亿资金资助新能源汽车的研发。
(二)德国政府对企业的研发补贴
德国被称为“创意之国”,企业(含中小企业)具有较强的创新能力,企业创新能力的培养过程中政府起到很大的作用。政府除了在基础研究领域进行投资、制定专利法和完善知识产权制度、建设有利于企业技术研发的经济环境外,对于企业的研发活动,政府提供了强有力的资助,这些资助包括两个方面:第一,政府选择特定的产业对其开展研发活动进行直接补贴,比如为了在信息技术、航空航天、生物科技以及新材料等领域追赶美国和日本,2006~2009年,政府耗资150亿欧元资助相关企业进行技术研发。另据德国政府的报告显示,在空客A300、A310和A320的研制过程中,政府提供的研发补贴达到37亿马克,此外政府还为飞机生产的贷款资金提供担保,为A300和A310提供的融资担保资金达到19亿马克;
(三)韩国政府对企业的研发补贴
作为后起的发达国家,韩国也是政府主导下的技术创新模式。1980年前后,韩国政府研发投资占国内研发投资总量的50%以上,政府出资从国外引入大量先进技术,并鼓励企业吸收、消化模仿到再创新。韩国政府非常重视中小民营企业技术创新能力的培养,韩国政府1966年制定的《韩国科学技术研究所扶持法》、1972年的《技术开发促进法》、1973年的《特定研究机构扶持法》规定:私营企业承担国家研究开发项目时,政府给予50%的研究开发补助,从事新技术商业化研究的,政府给予80%~90%的资助,私营企业可以从其销售额中提取5%的技术开发准备金,且这笔基金在3年内免税。
1972年韩国政府颁布的《技术开发促进法》明确规定了企业技术研发的“技术开发准备金制度”,企业可以根据所属行业提取3%~5%的技术开发准备金,并允许在3年内用于技术开发、引进技术的改进等。
(四)主要发达国家资助企业研发投资的经验
分析以上发达国家工业化的过程不难发现,在这个过程中,政府起到核心作用,其共同之处体现在以下几个方面:
(1)在工业化前期,企业技术创新必须靠政府来引导。在工业化前期,企业尚且没有足够的技术研发能力,由于技术研发本身具有外部性,而且其投资资金大、回收期长还面临很大的风险,企业没有动力和能力去开展技术研发活动,此时必须由政府来主导整个研发体系。上世纪五六十年代,美国研发投资超过一半都是政府资助的,20世纪80年代韩国政府研发投资占研发投资总额的50%。政府资助企业研发投资是为了培养企业技术研发能力,除此之外,政府还要建立和完善有利于企业技术创新的制度环境,特别是专利和知识产权保护等。
(2)注重中小企业技术创新能力的培养。长远地看,市场对企业技术创新的引导作用有一个重要前提,那就是中小企业具备一定的创新能力,中小企业技术研发能力竞争的结果会推进技术向前迈进。美国、德国、日本以及韩国中小企业技术创新能力的提高得益于政府对中小企业提供的各种研发资助。
二、我国政府对企业的研发补贴
近年来我国政府拿出大量财政资金资助企业研发活动,国家财政科技拨款从1980年64.6亿元增加到2012年的4634.4亿元。根据我国财政预算的科目,政府财政科技拨款包括四个方面:科技三项经费、科研基建费、科学事业费和其他科研事业费。
其中科技三项经费(2004年单列,更名为“应用技术研究与开发资金”)是政府资助企业研发的一个重要方面,其通常包括三部分:新产品试制费用、中间产品试验费用以及重大科研项目补助,其是为了解决企业技术创新问题而专门设立的经费。此外,财政贴息也是政府资助企业研发活动的一个重要方面,财政贴息是对企业研究开发贷款利息给予的补贴,通过政府补贴利息的形式降低企业技术研发的资金成本。
总的说来,我国企业获取政府研发补贴主要是通过申请中央和地方政府的一系列科技计划,这些补贴均来自财政预算资金,通常先由企业申报,再由政府科技部门会同其他部门进行评审,最后由财政部门进行资金拨付。
我国农业已进入高产、优质,高效、生态、安全阶段,促进农民增收,农业增效已成为农业发展的主旋律。我国政府支持新型肥料的研究是极为必要的,是促进肥料品种多元化、提高施肥效益、确保粮食安全的重要手段,对于我国农业的集约、清洁,安全生产与可持续发展具有重大的战略意义。新型肥料的发展趋势与农业发展趋势密切相关,随着人口的增长,人类对粮食和农产品需求量增多,只有加快新型肥料的发展速度,才能保证农业生产沿着高产、优质、低耗和高效的方向发展。
新型肥料是有别于传统的,常规的肥料,是指加入新材料,采用新技术、新工艺,新设备,改变原有品种或剂型而创制的提高肥料利用率,适合多种土质和作物的化肥产品。新型肥料有别于常规肥料,首先在于肥料功能拓展或功效提高,除了提供养分作用以外,还具有保水、抗寒、抗旱、杀虫,防病,除草等其他功能。其次是形态更新,是指肥料的形态出现了新的变化,除了固体肥料外,根据不同使用目的而生产的液体肥料、气体肥料、膏状肥料等。此外是新型材料的应用,其中包括肥料原料、添加剂、助剂等,使肥料品种呈现多样化、复合化、功能化、易用化和高效化。
当前金融危机余波未平,市场需求乏力,化肥行业处于尿素持续低迷,磷复肥大面积亏损的困境中,产能过剩形势严峻,产业调整刻不容缓。专家指出。从本质上说,目前的化肥产能过剩其实就是基础肥料的过剩,而随着我国农业水平的不断发展,更需要走一条复合化、专业化、精细化的肥料发展道路,基础肥料总量应该控制,在新型肥料上加大开发力度才是根本出路。各种新型肥料正在迅速发展,正曰益得到市场认可。从肥料品种到产业格局的角度,发展新型肥料将成为行业发展的大趋势。在化肥产业调整大力发展新型肥料的机遇之下,新型肥料有望突破资源和市场的双重制约。产业必将进入一个加速发展的新时期。以下介绍国内近期生物酶活化磷肥、硝基腐植酸生态肥、多肽尿素、双酶尿素,水溶性肥料等一些最新研制品种的开发及应用情况。
1 生物酶活化磷肥
生物酶活化剂是在生物酶解磷菌的基础上,加入了促进磷分解的活性有机物而制取的高效活化剂,生物酶活化剂与磷矿粉均勻混合后,即可生产生物酶活化磷肥,成为一种新型的低碳环保肥料产品。用生物酶活化剂能代替硫酸生产磷肥,可节酸降耗,与普通磷肥生产相比,其生产工艺无磷矿粉与硫酸的混合、化成过程,无需专用设备,只需普通的混合设备,整个生产过程可在一个密闭的搅拌混合设备中完成,没有任何固、液、气态的污染物产生,且磷矿粉和活化剂对设备没有腐蚀。不仅降低了生产成本。简化了生产过程,而且还能充分开发我国难以利用的中低品位磷矿,大大扩充我国的有效磷资源库。这种生物酶活化剂还可以用于现有磷铵、过磷酸钙,钙镁磷肥等各种磷肥的生产。使其利用率大幅度提高,一般可节肥2整理0%,高者达30%,而肥效不减。与过磷酸钙、钙镁磷肥等传统磷肥相比,活化磷肥肥效高而生产成本大大降低。磷活化技术具有突出的减碳效果,不仅可以降低磷肥生产中的能耗物耗,还可以大幅度提高磷的利用率。
生物酶活化技术的研制成功顺应了全球性的低碳经济发展的需求,突破了国内外的经典技术框架,在常温常压的温度条件下即可生产活化磷肥,这与目前国内外通用的强酸、高温煅烧等激烈反应条件有很大区别。活化磷肥的生产过程既可免除强酸、高温煅烧的高能(碳)耗物耗,又可获得适度、均衡的水溶性,不用对过高的水溶性进行缓释处理,因而可以减少对环境污染而提高肥料利用率。与钙镁磷肥、磷矿粉,过磷酸钙、磷铵相比,生物酶活化磷肥水溶性磷动态释放特性非常明显,靠需求拉动释放,从而大大提高磷的利用率。是一种长效缓释的肥料。这种活化态肥料不仅在生产环节具有节碳低能效果,而且在使用环节也有节碳环保效果。
用生物酶活化剂生产的生物酶活化磷肥与普通磷肥相比,其优势非常明显,通过添加生物酶来提高肥料的利用率,减少了对环境造成的污染。同时有效减缓或逆转磷与土壤中的钙,铝、铁等发生沉淀反应,避免土壤中磷浓度大起大落的波动,在植物生长期内维持磷的供求平衡,从而提高其利用率,也避免普通磷肥施用过多的游离酸而造成农田板结。
近年来,中国农业科学院德州实验站与华南农业大学开展的肥效对比试验表明,施用生物酶活化磷肥的地块,作物产量和品质明显优于施用过磷酸钙,可使小麦增产9.4%、大豆增产15.4%~32.2%,水稻增产10%,甘蔗增产30.9%,辣椒增产4.6%~8.8%、菠萝增产2.9%~8.1%,西瓜增产22.7%。尤其是在甘蔗,西瓜等将碳水化合物转化为糖类的作物上,生物酶活化磷肥的施用效果更为明显。
为进一步研究发展和推广应用生物酶活化剂及低碳环保肥料生物酶活化磷肥生产技术,北京中农瑞利源高科技发展有限公司、中国农业科学院德州实验站、华南农业大学新肥料资源研究中心、国家钙,镁、磷、复合肥技术研究推广中心四家单位近期共同成立了中国首家肥料低碳技术研发中心。目前北京中农瑞利源高科技发展有限公司与华南农业大学新肥料资源研究中心已经联合开发成功生物酶高科技产品生物酶活化剂,并推出了采用生物酶活化剂技术生产的新型活化磷肥产品,生产成本比普通磷铵每吨低280元左右,市场竞争力强,是传统磷铵的升级换代的理想产品。目前该肥料已获得中国专利和美国、俄罗斯等国际专利,并荣获第十六届全国发明展览会金奖。
以生物酶活化剂为载体生产的生物酶活化磷肥,现已分别在湖北吉顺磷化有限公司、钟祥福林化工厂、湖北农乐化肥有限公司相继投产,年总产能达到30万吨。同时此项技术也与湖北龙祥磷化工有限公司,湖北金明珠化工有限公司等企业达成合作意向,届时将形成年产50万吨的生产规模。
2 硝基腐植酸生态肥
21世纪是绿色革命时代,开发及生产绿色生态肥料至关重要,近年来,经过众多的科研机构和腐植酸生产企业的共同努力,利用腐植酸类肥料改良土壤、提高化肥肥效已取得了很大的进展。腐植酸在农业上的科学合理应用及腐植酸产品开发与生产,是我国发展有机一无机复混肥料切实可行的途径。实践表明,腐植酸生产的复合肥在提高化肥利用率,改良土壤,增加作物的抗逆性能和改善农产品质方面的作用逐步受到人们重视,腐植酸绿色生态肥以实现农作物目标产量的同时追求肥料投入的最经济为目的,彻底改变传统肥料配伍观念、施肥应用模式,被称为是第三代化肥。
硝基腐植酸(NHA)外观为黑褐色粉状,微溶于水,呈酸性,含有羟基,羧基,酚羟基等活性基团,是任何煤种经硝酸氧化后生成的一种高活性腐植酸的产物。在所有的煤种中,褐煤的氧化活性最高,硝酸氧化后,褐煤的腐植酸收率都明显提高。利用泥炭、褐煤,风化煤等含有腐植酸的低级别煤在硝酸作用下,其中的腐植酸被硝化和氧化,生成具有较高化学活性和生物活性的多环硝基芳香羧酸的混合物硝基腐植酸。硝基腐植酸中腐植酸含量≥45%、水分≤15%,盐基交换容量(以干基计)≥205mol/mg,可增强作物体内过氧化氢酶,多酚氧化酶的活性,刺激生理代谢,具有改变化肥特性、改良土壤结构、增强抗逆特性、改善果实质量等特性。
硝基腐植酸的生产工艺为将原料煤粉碎后与硝酸,水在反应器中混合、加热,在90℃下反应1小时左右,离心分离后过滤,将固体干燥,得NHA产品,每吨产品成本约900元。硝酸废液含有黄腐酸和各种无机盐,可用于提取黄腐酸或制造液体肥料,由于硝酸来源较少和价格高,只有在充足硝酸资源条件的地方才适于用该方法加工。此外,为节省硝酸且不排放废液,最好采用干法工艺,即固/液比不超过0.5。美国和日本采用生产硝酸过程中产生的含有HNO3蒸汽、NO2、NO,N2O4气处理低级别煤来生产硝基腐植酸、既能降低生产成本又可减少环境污染。此外,硝酸反应尾气(主要是NO和NO2)有毒性,尾气处理无疑是不可忽视的一个重要环节。除采用碱液吸收,分子筛吸附及催化还原法除掉大部分NOx后,可用泥炭+碱(氨或石灰)吸附残余尾气,获得较好的;争化效果,吸附饱和的泥炭还可用于制作肥料。
作为制备高效有机一无机复混肥的原料,硝基腐植酸对肥料有明显增效作用,如将尿素100℃下熔融后加入硝基腐植酸,混合后得到具有较好缓释性能、质量稳定的硝基腐植酸尿素。又如用硝基腐植酸生产的硝基腐植酸铵复合肥,是一种有机和无机混合的多功能复合肥料,既有有机肥料的长效性,又兼有无机化肥的速效性,还有改良土壤的特效性,是一种理想的发展绿色生态农业产品的新型肥料。这种肥料中含有腐植酸(以干基计,下同)≥10%、N≥7.2%、P2O5≥6.4%、K2O≥6.4%、水分≤15%,除富含腐殖酸铵、黄腐酸、氨基酸,多肽等水溶性有机物外,还按作物生长需要配进氮、磷、钾、微量元素,能提供农作物生长发育所需的氮、磷、钾和钙,镁、硫以及锌、锰、钼,铁等微量元素和生长刺激素,既能提高肥料的利用率,获得增产,又有改善农产品的质量,提高农业经济效益、生态效益和社会效益,在增产节肥、增收节支上,一般增产率达15%~20%,最高可达30%以上。
除可用作化肥增效剂,生产多功能高效复合肥料外,硝基腐植酸还具有广泛的应用领域,可用于土壤改良剂、水稻育秧调酸剂、石油钻井液处理剂、陶瓷泥料添加剂、混凝土减水剂、重金属吸附剂等方面。低级别煤生产硝基腐植酸及绿色生态复合肥。是变废为宝的高效利用途径,符合国家节能减排、绿色环保、矿肥结合的方针和产业政策,对于我国现行化肥企业的产品结构调整,深化有整理机农业、发展现代农业具有深远的战略意义,特別适合环境治理、生态农业建设、无公害农业生产,绿色环保产品和循环经济发展的需要。
3 多肽尿素
肽是一种有机两性化合物,由氨基酸脱水而成,含有羧基和氨基,由三个或三个以上氨基酸分子脱水而成的肽为多肽。多肽的相对分子量在1000—3000之间,是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质。肽键是氨基酸在蛋白质分子中的主要连接方式,肽键金属离子化合而成的金属蛋白酶具有很强的生物活性,酶是生物发育成长不可缺少的催化剂,因为生物体进行新陈代谢的所有化学反应,几乎都是在生物催化剂酶的作用下完成的。金属蛋白酶可以被植物直接吸收,因此可节省植物在转化微量元素中所需要的体能,大大促进植物生长发育。酶鲜明地体现了生物的识别、催化,调节等功能,可激化化肥,促进化肥分子活跃。
多肽尿素是一种淡黄色,无嗅,粒状结晶体。其制取是在尿素形成过程中,在尿液中加入金属蛋白酶、聚天冬氨酸或SOD(超氧化物歧化酶),经蒸发器浓缩造粒而成。也可以将多肽增效剂直接与熔融的尿素混合,然后在尿素造粒塔造粒。其中多肽的重量含量为0.01%~1.5%,尿素的重量含量为,98.5%~99.99%,多肽尿素的产业化生产工艺,与普通尿素生产工艺比较,无新增废水、废气、废渣排放,符合环境保护标准要求,符合国家产业政策。作为无毒、无害、无残留属环境友好型产品,多肽尿素真正实现了施肥成本降低,尿素含量不变。施肥方法不变,节约肥料、能源、水资源,提高化肥利用率、农作物产量,农作物品质和增加农民收入,在为农民提供高性能尿素的同时,也为节约国家资源,实现可持续发展打下了基础。
2002年10月,河北石家庄中农兴泰生物科技有限公司开始介入此领域研究,经科研人员多年努力,开发出超过美国的同类产品仿生多肽,申请了国家发明专利和商标,并在全国29个省作了大量田间试验。2003年,山东禹城中农润田化工有限公司与北京中农瑞利源高科技发展有限公司、中国农业科学院德州实验站联合研发了多肽尿素,专家鉴定为“国内首创、国际领先”,被誉为普通尿素的换代产品。
目前国内生产多肽尿素的厂家有山东鲁西化工,中盐安徽红四方、江苏华昌化工,河南心连心化肥,济南山东明水大化集团明泉化工等。在中国石化镇海炼油化工股份公司52万吨/年尿素生产装置,中国石油宁夏化肥厂52万吨/年尿素进口装置、中国海洋石油海南富岛天然气化肥厂52万吨/年尿素上均进行过多肽尿素工业试验,已取得成功,产品推向了市场,目前国内已有山东华鲁恒升、山东中化平原、湖北三宁化工、山东瑞星,山西晋丰,山东齐鲁一化、河北正元等多家尿素企业计划新增多肽尿素生产装置。
多肽尿素主要功能特点是智能缓释,根据作物生长需要供给养分,防脱肥防早衰,平均提高肥料利用率30%以上,并且能改善作物品质,促进蛋白质合成。果实饱满,作物增产增收20%以上。多肽尿素能与任何肥料掺混水溶性、无残渣、pH中性,解决了肥料工业与农业生产中应用的难题。经试验,施用多肽尿素,由于节省了微量元素的氧化物和盐类在植物体内的转化时间和植物体能消耗,植物一般可提前5~15天成熟,如玉米提前5天左右,棉花提前7~10天,西红柿提前10~15天,且可以提高化肥利用率和农作物品质等。具有同量增产(与施用同量尿素相比,作物增产15%~20%),同价增效(施用80千克的多肽增效尿素与施用100千克普通尿素效果基本相同,作物产量且有所提高),提高肥效20%左右,改良上壤、改善作物品质、绿色环保、使用广泛等特点。
4 双酶尿素
双酶尿素是通过对原有尿素生产装置工艺和设备的改造,在普通尿素生产过程中添加了多肽金属蛋白酶、生物辅酶、双歧因子等营养成分加工而成的一种高科技含量的草绿色颗粒状尿素新产品。主酶即多肽金属蛋白酶,辅酶即非金属生物酶。在作物生长新陈代谢的过程中,在酶的催化参与下,主酶和辅酶二元协同互补,相辅相成,同时存在时才能起更好的作用,如果二者单独存在时均无催化作用。作物可以自我合成内源双酶,当外源双酶的王酶和辅酶同时补充或替代时,作物便可以更有效加快新陈代谢,而多肽尿素只补充外源主酶仍靠植物的内源辅酶起作用。当作为外源的尿素中同时加入了具有催化和调控功能的双酶主酶和辅酶后,作物便会节省自我合成双酶所需要的时间和能量,这样不仅能加快作物的生长和成熟过程,而且还大量节省为提供作物自我合成双酶所消耗的化肥量,提高了肥料中各种养分的利用率,并能够激活土壤中被固化的氮、磷、钾等多种养分被作物重新吸收利用,真正实现了节肥增效的效果。
除了能提高提高肥料利用率和肥效外,双酶尿素还具有自主生物调控功能,能根据作物生长各个过程中的不同需肥特性,自主调控各种养分的释放速度,使作物前期不疯长,后期不脱肥。并且能提高作物的抗病性、抗逆性和抵抗恶劣天气的能力,大大减少了各种灾害对作物的影响,是具有广阔发展前景的一种新型尿素产品。
双酶尿素适用广泛,可应用于小麦,玉米、水稻、棉花,豆类,油菜,瓜果,茶叶、药材、土豆,大蒜、葱、姜,花生、花卉,水产,畜牧等,在提高作物产量和改善作物品质方面作用明显。中国农业科学院德州实验站在禹城市安仁镇赵集村“郑单958”夏玉米上进行肥效试验,同时与附近农田设置大田进行对比示范,实验结果显示,与普通尿素相比,在等量施肥的情况下,玉米能增产6.60%。减量50%施用,仍能增产0.89%。施用双酶尿素作物品质也有了较大改善,表现为小麦面筋增加,水果蔬菜中果糖、氨基酸等含量提高,口感好,色泽美,耐贮存。此外,双酶尿素施用方便,可穴施、抛施、冲施、滴施,使肥料中的营养成分更好地作用于作物的根部并被吸收利用,而且还可对作物进行叶面喷施,促进光合作用。双酶尿素可提高化肥利用率20%以上,减少能源浪费和氮磷钾的流失,在一定程度上避免了因过度用肥造成的土壤板结、水系污染的弊端。
国内山东禹城中农润田化工有限公司与北京中农瑞利源高科技发展有限公司,中国农业科学院德州实验站采用低碳技术对多肽尿素产品进行技术升级,目前已研制成功并推出双酶尿素。在产品问世之初,生产企业与中国农业科学院德州实验站、山东禹城市土肥站合作做了大量的田间试验,针对不同区域、不同土壤与不同作物上进行多点试验,为大面积示范推广提供依据。仅就中农润田生产双酶尿素28万吨/年计算,农民可减少普通尿素用量28万吨,可节省标准煤14.76万吨/年。如果全国推广双酶尿素,对于节约煤炭,减少二氧化碳排放。对减轻环境污染将起到明显的作用。
在取得了大量的试验数据后,2010年春季,中农润田公司才正式推出这一新产品,深受各地经销商欢迎。在2010年4月12日召开的“山东禹城中农润田化工有限公司双酶尿素产品推介暨全国订货会”上,农业部全国农技推广服务中心、中国氮肥工业协会,中国农业科学院等有关专家一致认为,双酶尿素的研发成功对提高肥料利用率和推动普通尿素的升级换代具有重要意义。与传统尿素相比,双酶尿素利用率高,营养全面、速效长效、绿色环保,节能低碳,从真正意整理义上破解了氮肥利用率低的难题,是多肽尿素的更新换代产品,符合我国农业可持续发展的要求。
5 水溶性肥料
水溶性肥料(WaterSolubleFertilizer,WSF)是一种可以完全迅速地溶于水的多元复合肥料,更容易被作物吸收,而且其吸收利用率相对较高。水溶性肥料可以含有作物生长所需要的氮、磷、钾、钙、镁、硫以及微量元素(添加的微量元素主要有硼,铁,锌,铜,钼,其中以添加螯合态微量元素最优)等全部营养元素,由于根据作物生长所需要的营养需求特点科学的配方,不会造成肥料的浪费,使得其肥料利用率差不多是常规复合化学肥料的2~3倍。水溶性肥料不但配方多样而且使用方法十分灵活,一般有滴灌、喷灌和无土栽培,土壤浇灌,叶面施肥三种。更为关键的是水溶性肥料还可以应用于喷滴灌等设施农业,实现水肥一体化,达到省水省肥省工的效能,其效益是显而易见的。
因为水溶性肥料具有使用方法简单、使用方便,营养全面等特点。在世界得到了广泛的应用。在国外,被广泛用于温室中的蔬菜和花卉、各种果树以及大田作物的灌溉施肥,园林景观绿化植物的养护。高尔夫球场,以及家庭绿化植物的养护。在国内,由于其高价位影响了农民的接受和使用。但近年来由于我国花卉业和观赏园艺的飞速发展。也已经被广大专业种植者用于盆花、草花,鲜切花种植及一些高尔夫球场等。在一些大型的种植业农场,安装喷滴灌设施等现代化灌溉设备后,要达到水肥一体化,则必须施用水溶性肥料。
国内直到2007年开始,相关企业才开始关心国际上已经普遍使用的全水溶性肥料,并且开始有了初步的技术研究和产品开发,我国农业部也已经开始水溶性肥料的登记批准。水溶性肥料的种类主要有通用型、高氮型、高磷型,硫磷酸铵型,硝基磷酸铵型等。国内生产厂家有陕西巨川富万钾股份有限公司、深圳市芭田生态工程股份有限公司、上海永通化工有限公司、山东粮源生物有机肥有限公司、武汉格林凯尔农业科技有限公司、河北萌帮水溶肥料有限公司,南京加农和信植物保护有限公司等。
水溶性肥料并不是几种营养元素通过简单的物理混配就可以生产,而是采用化学合成方法生产。要实现全化学反应,必须在生产系统的液相中进行化学反应。然而,单一物质的溶液容易掌握,存在两相、三相甚至更多相的循环溶液,在低温冷却结晶的过程中就会出现共结晶现象,也就是产品在析出过程中实际形成了较为复杂的复盐,直接导致产品氮磷钾的养分出现波动,不会按照设想的配比析出产品。化学反应合成的水溶性肥料相对于简单物理混配的产品,具有外观好、品相均匀,纯白结晶的特点,可以真正确保100%全水溶。
我们国家是一个人口大国,也是一个资源大国。但是,经济的发展带动了资源的消耗量日益加大,人口的数量仍在持续增加,人均可分配的各种资源也越来越少。目前摆在我们国家面前最大矛盾就是——是牺牲环境来换取经济的高速发展,还是限制人均资源的使用来保护现有的生态环境不再被破坏。我国的工业为整个国民经济的发展起到了举足轻重的作用,其中的化学工业为其他各个行业持续不断地提品和服务。但是,我们在创造了快速的经济增长率和经济增长量的同时,整个大自然也遭受了前所未有的破坏。严重的环境污染和生态破坏制约了经济的发展,也严重损害着人们的身体健康,加剧了社会的各种矛盾。这种现状迫切要求我们改变生产模式,改变研究模式,在化学工业中引“绿色化学”的理念,将末端治理环境污染转为源头防范和治理。
绿色化学又称环境无害化学(EnvironmentallyBenignChemistry)、环境友好化学(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清洁化学(CleanChemistry),绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产品等的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不在产生废物,不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的化学,是更高层次的化学。我们从绿色化学的定义上就能够知道它是秉承着对人类可持续发展的责任而产生的。
绿色化学引导人们更加关注环境、关注公众问题。1996年美国设立的“总统绿色化学挑战奖”就是美国“绿色化学挑战计划”的内容,这个奖项旨在鼓励人们努力探索绿色化学,应用绿色化学的成果。日本的新阳光计划确定了绿色化学在这个国家的技术研究和开发。我们国家在上个世纪90年代仍在努力发展经济,只有1996年开过一次研讨会,主题是“工业生产中绿色化学与技术”,虽然只是一个研讨会,但是这表明我们国家已经开始重视环境保护和绿色化学工业成果的研制和开发。一年之后,召开的香山会议则正是宣告我国开始了以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的绿色化学研发工作。上述这些例子都是我们在化学教学的过程中应该努力研究并在教学过程和教学成果中体现出来的良好借鉴。
二、绿色化学秉承的发展思路和模式
它在现有的科学技术前提下,努力应用各种无害无污染的原材料来替代有毒有害的原材料、在应用各种原材料的过程中尽量实现节约和效率转化最大化、在污染物的排放尽量实现减少零排放化。
(一)高效是化学始终追求的目标
高效体现的思路是尽可能少地利用原材料,尽可能多地制造成品;尽可能少地排放污染物,尽可能多地提高转化率。国家制定的污染物排放标准实际上是建立在假设每一个化学工业企业都按照高效生产的操作前提上的。
(二)回收和重复利用材料
回收体现的是降低节约资源的理念,重复利用体现的是降低成本的理念。两者都是资源节约型社会下改善企业经营成本的有效方法。对于自然环境难以净化或在短时期内难以净化的各种材料,应实现重复利用;而对于那些高污染的化学制成品比如电池应当尽量实现回收利用。在社会倡导回收利用材料是一种有效的绿色途径。
(三)通过回收实现的再生利用和对高成本高污染原材料的拒绝使用
在化学制成品的生产设计环节就应当考虑再生利用,高分子原材料在自然环境中的污染时最为明显的,只有在设计的时候就考虑到将其纳入回收的范畴,才能使废物变成宝物,将污染变为绿色。而拒绝使用的那部分高污染、无法替代和无法回收、重复利用和再生的高危材料应当尽量寻找替代品,拒绝使用之。
三、绿色化学教学的探索和应用
绿色化学教学和研究在高校的课程设置中上没有明确的规定,但是在各种教材和政策中都有体现。我们先从国外的一些学校的实验来看:美国的俄勒冈大学是美国绿色化学课程的先行者,该学校在1997年就将绿色化学的原理和实践引入到了化学教学课程中。通过各种绿色化学实验取代传统的实验在美国率先创造出了安全无污染的实验环境和研究环境;澳大利亚的莫纳什大学则在2000年成立绿色化学中心,这个大学成为了世界上研究和教育绿色化学的领导者。
国外的大学对绿色化学的探索和应用为我国的高校提供了经验,因此我国的高校在探索和应用绿色化学的过程中应加强对教学的渗透。大学生毕业后进入到社会研究和生产的过程中将成为我们国家化学工业的主要力量。在大学的教学内容中融入绿色化学的理念,是加强他们绿色环保意识和可持续发展意识的重要教学任务。首先要对教材进行改革,要增加化学教材中有关绿色化学的理论知识和各个国家在绿色化学领域中的先进成果。对于学生来说,多与老师加强绿色化学方面知识的探讨和交流是十分必要的;对于老师来说,要主动引导学生在学习和生活中多对绿色化学方面的知识关注程度。比如说,对于各种工业原料的附加产品的研究,既要对工业原料在加工过程中的有害气体加以研究,又要对工业原料的制成品、附加产品和工业废料的环境危害程度进行研究和对比;再比如从同样一种工业原料提取各种有机物,使用蒸馏的方法还是其他方法能减少有害气体的排放等等。
其次是要在教学中树立绿色环保节能意识。教师要起表率作用,首先树立这种意识。要多阅读各种相关的书籍、文章文献,要改变传统的教学方式和思维,要在课堂教学和实验时多强调化学物质的排放有害性,而不是只顾及化学物质的功能性和有效性。教育工作者要在课余时间关注绿色化学的教学和研究的各种动向和轨迹,努力在课堂中将这些动向和轨迹传授给学生。
然后要针对教材的固定性和信息资讯的变动性努力做教学内容的灵活补充。由于教材编写出来之后的一段时间内是不会变动的,其中的教学内容在一段时间内是相对固定的,但是目前日新月异的科技发展速度将绿色化学定格在一个比较滞后的位置。所以,教学工作者应当在教学中进行适当的内容补充,使学生的绿色化学意识能够在一个完整的链条上得到延续。特别是有机化学,许多有机物都会对环境产生污染和破坏,这需要老师在教学过程中对这些有机物多加强调,对这些有机物的减少排放上多借鉴生物科技,以微生物作为催化剂,成功合成所需要的化学制剂。
最后对学生而言,单一而枯燥的教材授课不能达到加强印象的效果,所以,化学实验绿色理念的融入必不可少。实验能够使学生加深印象,使教材中的各种概念更加形象化,巩固化学知识,但是最重要的还是使学生将分析问题、动手解决问题的能力得到强化。多做实验有利于学生强化实验的技能,同时对学生对待科学的严谨、认真、实际的态度融入意识中去。绿色化学是可以通过化学的实验教学有效实现的。无论是试剂、溶剂还是催化剂,在试验的过程中都应当首先尽量考虑使用无害的环保的物质,而各种溶剂和催化剂,在试验前的准备阶段要优先考虑各种替代品或者避免使用有毒有害的物质。特别是催化剂,要优先考虑各种具有生物活性的酶和产生化学反应后生成水和二氧化碳的氢氧化合物。在进行化学实验的过程中,教师要强调学生合理使用剂量,尽可能地节约、尽可能地小剂量使用化学试剂,这对今后学生在化学工业领域工作时牢固树立节约意识是十分有用的。同时在实验的设计方面应该尽量实现试剂的完全化学反应,避免不完全燃烧和不完全反应等低效率的化学过程。目的是为了实现有害物质的低排放和零排放。