刘桂东/姜存仓教授 | 我国微量元素肥料研究及应用的历程与展望

文献信息: 刘桂东, 姜存仓, 石磊, 袁亮. 我国微量元素肥料研究及应用的历程与展望[J]. 植物营养与肥料学报, 2024, 30(9): 1794-1811. DOI:10.11674/zwyf.2024194

Abstract:  Lack of micronutrients in soil is very common in China. Continuous application of chemical fertilizers in large quantity leads to accumulation of nitrogen and phosphorous in soils exaggerates the unbalance and deficiency of micronutrients, in some areas, micronutrient deficiency even causes the mal-micronutrition of human beings. Applying micronutrient fertilizers is an effective measure to alleviate micronutrient deficiencies of crops. The large-scale and systematic research and application of micronutrient fertilizers in China began in the 1970s. Up to now, the micronutrient fertilizer products in China have gone through the development from merely traditional inorganic salts to various types including chelating, slow/control-release, and nanoparticle micronutrient fertilizers. And the application methods are continuously optimized with the innovation of micro-fertilizer products. Micro-fertilizer has been promoted to almost all crop types. As of mid-April 2024, the 31 provincial-level administrative regions in the mainland of China, except Xizang, have all recorded micronutrient water-soluble fertilizer products, Shandong and Henan provinces have the largest number of records, accounting for 29.7% and 26.2% of the records in whole country, respectively. The annual number of applied patents relating to micronutrient fertilizers and preparation methods has rapidly increased since 2011, reaching a maximum of 67 pieces in 2016. However, the micronutrient fertilizers, including those containing micronutrients, that registered and recorded in the Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China are dominated by water-soluble complex fertilizers in liquored and powdered dosages. In the actual production, quite a lot of local agricultural technicians and users do not have enough and academic knowledge about the function and effect of micronutrients, they distrust micronutrient fertilizers if without immediate and visible effect. The micronutrient fertilizer products in the market are not selectable in dosages, and lack of specificity, impacting on the application and promotion of micronutrient fertilizers. From the actual quo of China, more works should be done in very recent future, firstly is to coordinate the comprehensive balance between micronutrients and macronutrients that is suitable for “region-soil-crop” system; continuously innovate the product dosages and supporting application technologies required by the trendy simple and less fertilization technology that is promoting across China; strengthen the popularization of micronutrient knowledge and the necessaries of using micronutrients in the intensive crop production systems at grassroots levels. In addition, more attention on the market supervision and product standard system of micro-fertilizers still need paid. In one word, an integrated action on micronutrient fertilizer should be promoted regrading to “production-academic research-marketing supervision-application”, for the healthy development of China’s micronutrient fertilizer industry.

在地球化学领域，“微量元素”是指在岩石和土壤中以较低含量(通常<1000 mg/kg)存在的元素，而在生物学领域，“微量元素”指的是在植物体干物质中浓度通常<100 mg/kg的元素[1]。尽管微量元素在植物体内含量较低，但其生理功能与氮、磷、钾等大量元素同等重要。不同植物或基因型对微量元素的需求存在较大差异，目前通常被认为是所有高等植物必需的微量元素有：硼(B)、氯(Cl)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、钼(Mo)和镍(Ni)[2]。其中，硼在植物中主要起结构组成作用，维持细胞壁和细胞膜结构完整[3]，氯以阴离子的形式参与渗透调节并维持植物体内电性平衡[4]，其余6种微量元素均为金属元素，作为酶的辅因子参与酶活性调节，稳定蛋白结构，参与电子传递和氧化还原反应等[5]。土壤中微量元素不能满足植物生长需求时，可以通过施用微量元素肥料的方式进行补充。根据《中国大百科全书》中的定义，微量元素肥料是指含有一种或几种植物生长发育必需的微量营养元素并标明其含量的肥料，简称微肥。

肥料施用在我国具有悠久的历史，早期主要以农家肥为主，新中国成立以来特别是80年代以后随着高产品种推广以及农业集约化发展，我国氮、磷、钾化肥施用量逐年增加，到2015年达到历史最高的6022.6万t[6]。过量施用化肥导致了土壤退化、大气和水体污染以及生物多样性降低等问题[7−8]。为此，“十三五”期间国家开展了化肥减量增效行动计划，取得了积极成效，2016—2022年连续7年实现了大量元素化肥消费总量负增长[9]。高强度农作物生产每年会从土壤中带走大量养分，氮、磷、钾元素通过化肥施用得到有效甚至过量补充，微肥施用不足的现象普遍，在有机肥施用比例偏低的地方，微量元素缺乏尤为突出[10]。越来越多的研究表明，微量元素缺乏已成为世界范围内农作物生产的主要障碍[11]。据调查，世界上超过50%的土壤缺乏微量元素，直接导致农作物品质下降，间接引发人类饮食中某些必需微量元素(如铁、锌等)缺乏，导致贫血症、心脏病或神经系统损伤等身体和精神疾病的发生，从而带来影响人类健康的“隐性饥饿”问题[12−13]。适当减少大量元素肥料投入，增施微肥已被证实可以提高作物产量和品质[14]。因此，微量元素营养调控正逐渐成为现代高效集约化农业必不可少的技术措施之一 [15−16]。本文就我国微肥研究及应用历程、产业发展现状进行概述，并对其未来发展方向进行探讨，以期为今后我国微肥研究、应用及产业健康发展提供借鉴。

1.   微肥研究与应用的发展回顾

我国微量元素研究始于20世纪40年代，开始系统研究微量元素(如锰和锌)对植物生长和碳水化合物代谢的影响[17]。50年代开始研究土壤微量元素含量及其形态，随着农业生产的恢复发展，此时人们也开始重视微量元素在具体作物上的应用[18]。首先引起重视的是钼肥，1954—1958年中国科学院林业土壤研究所曾连续5年在东北三省几种主要土壤上进行了一系列钼肥对大豆生长影响的试验[19]。随后继续开展了不同微量元素对番茄[20]、大豆[21−22]、小麦[23]、水稻[24]、玉米[23]、棉花[23]、甘薯[23]等多种作物产量和品质影响的研究，揭开了我国微肥应用的序幕。进入60年代后，大量严格的微肥肥效试验广泛开展，1962年12月10—15日中国科学院生物学部在南京召开了“中国科学院微量元素研究工作会议”，总结了这一阶段的研究工作[19]。60年代中期，中国农业科学院油料作物研究所在湖北浠水、蕲春、广济等县发现甘蓝型油菜“萎缩不实病”(即现在的“花而不实”现象)，试验证实是由缺硼引起的，施用硼肥取得了明显的防治效果，推动了硼肥的研究与应用[25−26]。

进入70年代后，中国农业科学院土壤肥料研究所张乃凤等[27]在山东首先开展了田间锌肥试验示范和技术推广，取得了增产效果。而后随着水稻缺锌“坐蔸”和玉米“花白苗”的大面积发生，锌肥首先在水稻和玉米生产中进行了推广应用，并逐步扩展到花生、大豆、甘蔗、果树和蔬菜等作物[28−29]。1975年，华中农学院王运华等[30−31]在湖北新洲发现缺硼导致棉花“蕾而不花”症状，施硼防治效果极为显著，随后开展了系统性的棉花施硼技术研究。此后，科研人员通过大量田间试验进一步验证了硼肥在油菜、棉花、甜菜、果树等作物上的增产效果[28]。1977年11月中国科学院召开了第二次微量元素学术交流会，全面总结了微量元素的生理及生物化学、微量元素施肥与地区土壤类型的关系、微量元素的土壤化学和几种主要微量元素在我国农业上的应用效果等方面的阶段性成果，并于1980年由科学出版社出版了《中国科学院微量元素学术交流会汇刊》[19, 32]。

1981年，在当时的农业部农业局和化工部化肥司领导下联合多家科研单位组建了“全国微肥科研协作组”，于1982—1986年期间在全国范围内进行了系统地微肥施用技术研究和试验示范工作[33]。在此工作基础上，协作组1986年出版了《微量元素肥料研究与应用》一书，并首次制定了水稻和玉米锌肥以及棉花和油菜硼肥施用技术规范，在微肥的研究与应用方面取得了大量突破性成就，开创了我国微肥研究与应用新局面[34]。掌握了油菜、棉花、麦类缺硼以及玉米、水稻缺锌的大田典型症状，初步表征了大豆、小麦缺钼，芝麻、向日葵缺硼以及其他作物缺乏微量元素典型症状，首次出版了《主要作物营养失调症状图谱》[35−36]。设置了作物微量元素的长期定位试验点，进行土壤微量元素残留及土壤−作物−大气生态系统中微量元素的循环及施用微肥的去向等研究[12, 37]。

进入90年代后，我国微量元素的研究更加深入和广泛，已基本完成了各省、市、自治区级微量元素含量分布研究[38]，主要开展了微量元素营养生理、微量元素与其他元素的关系、不同作物微量元素的敏感性和适宜用量、土壤微量元素的丰缺指标等方面研究，提出了主要农作物微量元素含量缺乏与中毒的临界值，促进了植物微量元素营养诊断技术在农业生产上的应用[38−39]。各种作物的微肥施用取得显著成效，据不完全统计，到1990年全国微肥施用面积已达1000万hm2左右，微肥用量达3.4万t，取得了良好社会和经济效益[28]。此阶段(80—90年代)出版了大量关于微肥的专著或论文集(表1)，达到了微肥研究工作的一次高峰。

进入21世纪后，随着学科交叉融合以及对环境问题的不断重视，研究人员开始重点关注微量元素营养遗传[40]、微肥影响农产品品质[41]及缓解重金属毒害的生理机制[42−43]、微量元素与大量元素配施[44]以及新型微肥的研制和推广应用等方面研究[45−46]。不同微肥在各种作物类型中的施用范围进一步扩大，研究与应用几乎涵盖了所有类型作物，包括谷类作物[47]、薯类作物[48]、豆类作物[49]、纤维作物[50]、油料作物[26]、糖料作物[51]、饮料作物[52]、嗜好作物[53]、药用植物[54]、饲草作物[55]、园艺作物[56]等。微肥施用在提高作物产量、改善产品品质以及提高作物抗逆性等方面的研究报道也越来越多。对我国主要粮食作物施用锌肥增产效果进行整合分析，发现施用锌肥能有效提高小麦、玉米和水稻的产量(增产范围在9.7%～15.0%)，但是其增产效果受锌肥施用方式、施用量、年代的影响[57−58]。不同种类微肥在部分作物中的施肥方式与推荐用量见表2。随着研究的不断深入，目前我国微肥发展现状呈现出微肥种类及外延产品日益增多、微肥施用技术不断发展以及微肥施用范围逐渐扩大等特点。

2.   微肥种类及外延产品日益增多

20世纪70—80年代期间，我国微肥产业刚刚兴起，研发力量较为薄弱，国内生产的微肥产品以固体无机成分为主，定型产品极少[93]。此时农业应用以土壤施用方法为主，根外施用方法为辅。无机盐微量元素肥料是把植物所需微量元素以无机盐形式复混而成，但由于微量元素以金属离子形式存在，易被土壤所固定，使微量元素的肥效得不到正常发挥[94]。当时，在国家科技部和农业部设立的“六五”科研计划资助下，国内科研单位和高校进行了大量攻关研究，为微肥的生产和施用提供了科学依据[93]。 

20世纪90年代以后，微肥产业开始迅速发展，生产企业和总产量逐年增加，产品类型以液态叶面肥为主，具有多元素与复合型的特点，但企业的生产规模小，工艺技术不精，养分形态仍以无机盐为主，微肥生产成本低[93]。在微量元素肥料产品的研制方面，水溶性金属螯合物开始作为微量元素肥料被利用，取得了明显增产效果。此时的螯合剂以化学合成为主，主要是亚胺多羧型螯合剂，包括乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)和羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)等，但由于价格较高，其大面积推广受到一定的限制[95]。除此之外，微肥的一些外延产品如钛微肥和光合微肥在此阶段研制成功并在试验过程中取得了明显增产效果[38]。钛微肥是以活性钛为主要成分的多元微量元素肥，可以提高作物对养分的吸收运转能力，促进光合作用和碳水化合物合成[96]。光合微肥除含有作物生长发育所必需的铁、锰、硼、锌、钼和铜等微量元素外，还添加了光呼吸抑制剂，具有多元微肥和光合肥的双重功能[97]。

21世纪以来，我国微肥发展进入快速阶段，各种新型微肥不断推出。新型螯合微肥进一步发展，开始由化学合成螯合剂转向植物生理活性物质等天然螯合剂的开发与应用。目前常见的天然螯合(络合)剂包括氨基酸类、小分子有机酸类、腐植酸类、糖醇类、海藻提取物、木质素磺酸盐等，也被称为微肥助剂或增效载体[98]。上述天然有机物质来源广泛且螯合能力适中，适宜作为微量元素螯合剂[99−100]。利用动物有机废弃物(蹄甲、毛发等)经水解制得氨基酸后制备氨基酸螯合微肥，实现了废弃物的再利用，大大降低了氨基酸螯合肥料的生产成本[101]。以城市污水处理厂污泥为原料，提取其中的菌体蛋白，采用多种化学方法制备氨基酸螯合微量元素肥料，技术更加环保可行[102]。利用植物材料获得木质素进行改性处理后，制备改性木质素等天然高分子螯合微肥研究与应用也获得了成功[103]。林辉东等[104]以废碱锰电池和木质素为原料，采用“焙烧—酸解—螯合”工艺制成(Mn+Zn)-LS螯合微肥，盆栽试验证实其效果良好。此外，新型生物源螯合剂的开发与应用也在持续探索中，如利用微生物分泌物开发微生物铁载体等微量元素螯合剂，显著提高了植物对铁的吸收利用能力[105]。 

将微量高效生物活性增效载体与化学肥料科学配伍，通过综合调控“肥料−作物−土壤”系统改善微量元素肥效的增值肥料的研发和推广应用愈发受到重视[106]。而针对速效肥料利用率低且易导致环境污染等问题，近年来以缓控释微肥为代表的环境友好型微肥也开始受到关注[107]。根据制造工艺和性质差异，缓控释微肥一般包括低溶解度微肥、外涂层/包膜微肥和生物基吸附微肥等，均表现出微量元素释放可控的特性[108]。由山西省高分子复合材料工程技术研究中心研发的不同溶解度高分子缓释微肥，能够较好的控制微量元素在土壤中的释放[109]，应用较多的天然高分子材料包括纤维素、淀粉和壳聚糖等[110]。湖南省农业环境生态所研发了一款多元长效微肥，其由硼砂、硫酸锌和钼酸钠加上养分稳定剂和控失剂以及其他一些辅助成分，经过配方、混合、造粒而成，在水稻上施用效果显著[111]。以丙烯酸单体接枝无定形高分子碱木质素制备了具有保水、缓释功能的聚丙烯酸接枝碱木质素基铁肥，为高效施用铁肥和碱木质素在农业可降解缓/控释载体领域的应用提供了参考[112]。生物基吸附微肥以炭基缓释微肥为代表，因其在土壤质量提升与养分供应方面表现出明显优势而受到广泛关注[113]。

随着纳米技术的发展，在肥料领域纳米微肥也开始研发并在生产上应用，主要包括纳米结构肥料、纳米材料胶结包膜型缓/控释肥料、纳米碳增效肥料、纳米生物复合肥料等[114]。尽管纳米微肥对作物产量和品质提升的报道较多[115−116]，但纳米颗粒的植物毒性效应尚需持续关注[117]。其他微肥外延产品如稀土微肥、含硒微肥等也有大量报道[118]。研发了提质增效型、土壤改良型和重金属污染土壤修复型稀土微量元素螯合有机肥，证实其对水稻增产提质、节本增效具有明显效果[119]。探讨了不同配方含硒微肥在水稻、玉米等多种作物上的施用效果，结果表明含硒微肥不仅能提高产量，也能生产出富硒农产品[120]。随着水肥一体化灌溉施肥技术在我国大面积推广应用，(含)微量元素水溶肥也逐渐成为市场上的主要微肥品种，近些年发展迅猛[121]。除此之外，含有微量元素的种衣剂也表现出了较好效果，陆艳等[122]以0.2%黄腐酸、0.02%胺鲜酯和0.15%微肥包衣处理，提高了苜蓿种子发芽势和出苗率，并促进了苜蓿分枝。根据微量元素形态及制作工艺的不同，总结了微肥发展过程中主要的种类或形态(图1)。综上，我国微肥产品体系的不断完善经历了由单一的无机盐类到多元化的新型微肥、由单质微肥到微肥复合化等发展过程。

3.   微肥施用技术不断发展

微肥对植物的生长发育起着重要作用，但微肥的肥效易受作物种类、土壤性质、施用量、施用时期以及施用方式等多方面因素的影响[123]。微肥施用方式伴随微肥产品的创新而不断发展，土壤施肥、叶面施肥、种子处理、灌溉施肥和树干输液是最常用的微量元素施用技术。

土壤施肥是将微肥作为基肥施入土壤中，一般是在播种前翻土均匀施入，也可与氮、磷、钾等大量元素肥料混合一起均匀施入土中[124]。这种施用方式不需要额外增加设备或劳动力，因此比较实用和经济，也是最古老和传统的一种施肥方法，适用于大部分作物。向土壤直接施用微量元素是向植物提供充足营养的有效方式，优点是可以解决土壤长期缺乏微量元素的问题，其缺点是养分的生物有效性受土壤特性(如酸碱性、有机质含量、阳离子交换量等)和根系吸收能力的影响较大[125]。在微量元素严重缺乏的土壤上或对某种微量元素需求较多的作物上，常采用土壤施肥的方式。我国南方柑橘产区土壤普遍缺硼严重，采用土壤施硼的方式明显改善了脐橙的生长发育和硼营养状况，和不施硼的对照相比产量提高20%以上，经济效益良好[62]。油菜等双子叶植物对硼的需求量较高，采用土壤施肥的方式能显著增加直播油菜产量并提高油菜籽的含油率、油酸和亚油酸含量[126]。无机盐类微肥和缓控释微肥是土壤施肥常选用的微肥种类，金属螯合微肥由于可以避免离子在土壤中的固定，在石灰性土壤上施用则是较优的选择[59, 73]。

叶面施肥是根外追肥最常用的方式，通常指将微肥悬液或微肥配成一定浓度的水溶液，在合适的时期对作物叶片进行喷施，通过气孔和表皮细胞的渗透作用直接进入叶肉细胞。相较于土壤施肥，叶面施肥具有更高和更快的吸收效率，避免养分在土壤中的固定和淋失[127]。由于植物对微量元素的需求量较少，叶面施用能够满足植物需求，因此叶面喷施矫正微量元素缺乏的效果优于氮、磷等大量营养元素[12]。在小麦生长后期喷施锌肥是提高潜在性缺锌土壤上小麦籽粒锌含量和生物有效性较为经济的方式，对改善小麦锌营养品质有较好作用[128]。在旱地低锌区，与土施锌相比，叶面喷施是更加经济有效、环境友好的锌肥施用方式，是提高小麦锌营养品质切实可行的措施[65]。而在辽东南地区种植的玉米锌肥施用效果表现为土施优于叶面喷施[67]。因此，叶面喷施的效果与作物种类及作物生长过程中喷施时期有关。另外，无机盐类微肥、螯合微肥、水溶性微肥和纳米类微肥常被用做叶面施肥，对微量元素潜在性缺乏土壤上种植的作物进行叶面喷施是比较经济有效的方式。 

灌溉施肥则是利用灌溉系统提供微量元素，将养分直接输送到根区[129]。灌溉施肥技术的发展与水溶肥的大力推广密切相关。灌溉施肥可以实现相对精准施肥，并且可以有效维持根际土壤适宜的水分含量和养分浓度，减小养分向下迁移的速率，提高水分和养分的利用效率[130]。但是需要注意施肥管道的维护和管理，同时也需要注意微量元素与大量元素之间的相互作用。灌溉施肥方式特别适用于干旱区和果树等经济作物。例如，宁夏引黄灌区春小麦在滴灌条件下增施锌肥和锰肥均提高了春小麦籽粒中锌、锰含量，显著提高了千粒重和产量[47]。在葡萄转色期，滴施7.5 kg/hm2 Fe-EDTA并配合叶面喷施0.075%的Fe-EDTA可以显著提升叶片叶绿素含量和光合速率并改善葡萄品质[131]。

种子处理包括两类不同的方式，一种是播种前用微肥进行浸种或拌种，另一种则是用微量元素对种子进行包衣，种子处理可以节省用肥量，因此它是一种经济实用方法[132]。浸种也称种子引发，是一项控制种子缓慢吸水和逐步回干的种子处理技术，可以提高萌发时间的稳定率和萌发整齐率，为植物早期发育提供必需的微量元素，但是浸种时间和浓度需要精确控制；拌种则需要保证微量元素与种子混合均匀[133−134]。种子包衣需要一定的技术和设备支撑，微量元素种子包衣的成功和有效性取决于选用的养分种类、包衣材料、土壤类型、水分和肥力状况以及养分与种子的比例[135]。用微量元素进行浸种、拌种或种子包衣，特别适用于播种的粮食作物。例如，锰肥、铁肥和钼肥处理种子后的大田小麦增产幅度可达8.5%～21.1%，高于拔节期喷施的增产幅度4.3%～12.0%[136]。锰肥和锌肥对花生种子进行包衣增加了花生籽粒干重并降低了籽粒镉含量[137]。因此，微肥种子处理技术是提高大田作物籽粒微量元素含量和产量的重要措施之一。

树干输液是木本植物常用的一种微量元素补充方式，在果树生产中较早采用了该方法，具体操作方式是在树干基部进行钻孔，将肥料通过输液管从钻孔注入树体内，使树体快速补充营养，并极大提高肥料利用效率[138]。目前树干注射主要有两种方式，一种是利用压力泵进行强力高压注射，另一种则是利用虹吸原理进行虹吸输液或自流式滴输[139]。果树采用树干输液方式补充肥料不污染土壤、水源、空气和树体表面，不存在土壤吸附、固定和抛洒浪费的问题，是生产绿色食品理想的环保型高科技施肥方法，也被认为是一种极有应用前景的果树施肥方式[140]。树干输液方式是生产上解决果树缺铁黄化经常采用的一种补铁技术，已在苹果[141]、黄花梨[70]、新疆灰枣[71]和柑橘[72]等果树上应用并取得了良好效果。

4.   当前我国微量元素肥料产品市场状况

在实施化肥减量增效的大背景下，人们开始更加关注微量元素对作物产量和品质的重要作用，以达到“以微促大”的效果，这给微肥产业提供了一个良好的发展空间。许多企业开始规模化生产以水溶肥为主的微肥，同时也在大量元素化肥中添加多种微量元素，生产含有微量元素的复混肥等。通过文献调研并对农业农村部发布的(含)微量元素肥料产品登记或备案信息进行检索，分析了截至2024年4月中旬含微量元素肥料产品种类、剂型、生产区域分布等情况，初步了解我国微量元素肥料产业发展现状。由于国家规定经农田长期使用、有国家或行业标准的单一微量元素肥料无需登记，以及市场关于微量元素肥料推广情况资料的限制等情况，从肥料登记与备案分析只是反映了微量元素肥料在我国市场的主流销售类型，尚不能判断其推广应用情况[142]。本文统计的含微量元素肥料仅指在农业农村部登记和备案的微量元素肥料以及含微量元素的其他肥料。

4.1   含微量元素肥料产品登记概况

除了直接以微量元素肥料登记的产品以外，其他含有微量元素的产品还包括以下几类，含腐植酸水溶肥料产品登记有3414个，其中添加微量元素的共有120个产品。登记含氨基酸水溶肥料产品3236个，其中添加微量元素的产品有1590个。有机水溶肥料产品登记有949个，标注含有微量元素的产品161个。以大量元素水溶肥料作为通用名称登记的产品有984个，其中标注含有微量元素的产品达到937个，说明目前大量元素肥料生产中绝大部分均会添加微量元素，以提升肥料效果。其中，大量元素水溶肥中添加最多的微量元素组合为Zn+B，基本符合我国土壤与作物微量元素锌和硼较缺乏的现状。

4.2   微量元素水溶肥料备案现状

自2020年9月起，包括微量元素水溶肥料在内的一部分肥料产品由登记改为备案制，备案系统于2020年12月15日上线运行。自备案制实施以来，微量元素水溶肥料呈爆发式增长，截至2024年4月中旬，微量元素水溶肥料国内产品共备案114500个，境外产品共备案11582个(表3)。从产品形态来看，微量元素水溶肥料仍然以水剂和粉剂为主，水剂所占比例稍高于粉剂。与前期实行登记制时产品相比，近年来备案的微量元素水溶肥料(包括国内和境外)中颗粒形态产品所占比例明显增高，约占全部备案产品的21.3%。与2001—2011 年调查粉剂所占比例最高的结果不同，近年来水剂和颗粒形态产品比例有所增加，可能与粉剂存在容易潮解、结块等问题有关[142]。

从国内微量元素水溶肥料备案区域分布情况来看，大陆地区31个省级行政区除了西藏外均有微量元素水溶肥料生产，我国微量元素肥料产品生产地区仍然主要集中在山东和河南等老牌肥料主产省份，备案数量分别为33956和30021个，分别占全国的29.7%和26.2%，两省微量元素水溶肥料备案数量占全国的55%以上。贵州、青海、宁夏、甘肃和重庆等省份微量元素水溶肥料备案数量较少，一共仅占全国的1.1%。

4.3   新型微肥研发情况

知识产权的申请情况可以在一定程度上反映微肥的研发情况，通过中国知网平台，以专利名称“微量元素肥料”或“微肥”为关键词进行检索(未进行单质微肥检索)，然后筛选微肥及制备方法相关专利，截至2024年5月，包括公开和授权专利共筛选到462个。以专利公开日期能查询到微肥相关专利的最早时间为1990年，一直到2010年20多年的时间仅公布了微肥相关专利82个。从2011年开始，新型微肥每年的研发数量快速增加，2016年达到最高数量67项，此后逐渐有所下降(图2)。从各省的微肥专利公布数量来看，排名前十位的省份依次是山东、江苏、安徽、辽宁、广东、广西、湖北、河南、四川和北京，占据了总量的71.4%。

5.   微量元素与微肥研究展望

化肥被称为粮食的“粮食”，在保障我国粮食安全和人类营养健康等方面发挥了重要作用。然而，持续大量施用氮、磷等化肥导致土壤养分严重失衡，目前我国大多数土壤中的氮和磷养分处于盈余状态，而中微量元素缺乏现象愈发严重[143−144]。因此，协调微量元素与大量元素之间的均衡配比，并与植物生长需求相匹配，是实现新阶段化肥减量增效战略的基本要求。然而，在实际生产中，基层科技人员和农民对微肥的认知依然不够，施用微肥后不能马上观察到肉眼可见的效果就怀疑微肥的功效，市场上微肥剂型单一，针对性不强，影响着微肥的研究应用与推广。从我国农业实际出发，未来微肥研究重点应包括以下几个方面。 

5.1   基于养分平衡原则建立适应“区域−土壤−作物”的微肥综合管理体系

鉴于目前生产上微量元素单一缺乏向复合缺乏及养分失衡方向发展，亟需建立田间作物养分实时诊断及调控新技术及指标体系，以实现农田养分的精准管理；探索微量元素与其他营养元素的相互作用对作物养分吸收和利用的影响，明确不同微量元素之间及微量元素与大量元素配合施用技术；开展长期定位研究，跟踪观察微量元素肥料对土壤肥力和作物生产力的长期影响，为制定科学的施肥策略提供依据；基于“区域+土壤类型+作物种类”体系差异以及生产实际需求，需要系统化研究不同区域需要的基础肥料种类、大中微量元素肥料科学配伍方案以及作物整个生育期全程管理服务套餐等，为完善以需求为导向的肥料生产和供应体系提供支撑。同时，系统探索如何实现微量元素在“土壤—植物—食品—人体”全链条协同强化的技术途径，助力健康中国，消除“隐性饥饿”。

5.2   持续创新发展环境友好且高效的微肥产品及配套技术

传统的无机盐类微肥容易被土壤固定或发生淋洗等损失，导致肥效短且利用率较低。而化学合成螯合剂类螯合微肥尽管提高了微量元素有效性，但由于价格高，加上螯合剂本身不易降解，对土壤存在潜在不良影响。因此，持续创新发展环境友好且高效的微肥产品，符合我国绿色肥料或绿色智能肥料发展的要求[145]。包膜缓控释肥可以减少施肥次数、提高肥料利用率，但存在产品的养分供给与作物需求的匹配度不够等问题，未来应设计和开发具有超疏水性的新型可生物降解和可再生包膜材料，以使养分释放与作物对养分的需求同步。对具有缓释性能的材料，如天然高分子聚合物淀粉、纤维素和壳聚糖等，以及最近国内外研究较多的生物炭和层状双氢氧化物(LDHs)等进行筛选和改性，不断提升缓释微肥性能。关注纳米技术在微肥产品研发中的应用，如生物炭基纳米肥料、纳米微量元素长效叶面肥等，评估其对作物生长影响的同时也需要关注纳米颗粒的实际环境行为和生态毒性。水肥一体化是灌溉与施肥结合的最佳方式，也意味着研制能够应用于滴喷灌系统的全水溶微肥或兼容大量元素的微肥是未来农业发展的需要。除此之外，成本低、可生物降解、对环境友好的微肥增效载体也是未来的重点。新型微肥的效果取决于外界环境条件与施用方式，因此还需要针对每一种新产品开展配套施用技术研究，同时研发与轻减化施肥技术相适应的微量元素肥料剂型及其施用技术体系，不断推动农业生产“绿色增产增效提质”目标的实现。总之，绿色新型微肥产品研发应该向着施用简便化、肥料高效化、环境无害化方向发展，突出核心技术原创性。

5.3   建立和完善微肥市场监管和产品标准体系

新型肥料产品标准体系不够完善。面对市场上不断推出的新产品，由于产品标准体系存在滞后性，导致有的新产品无标准可依[146]。水肥一体化技术在全国的大力推广促进了水溶肥料市场的繁荣，我国水溶肥料产量从2010年的60万t增长到2020年的560万t，占化肥年产量的比例由0.95%升至10.19%，呈逐年上升趋势[147]。据农业农村部办公厅关于全国肥料质量监督抽查情况的通报数据，2018和2019年抽查的大量元素水溶肥料合格率分别为75%和79.2%，而不合格的主要原因是微量元素含量与标识值不符和砷元素含量超标。另据江苏省农产品质量检验测试中心对52个批次水溶肥检测结果显示，产品的整体合格率只有40.4%，而检测的6个批次微量元素水溶肥中仅有1个批次合格，说明微肥质量需要进一步完善监管[147]。因此，建议对微肥生产企业和销售商进行严格的市场准入管理，对微肥产品进行定期或不定期的抽检和检测，建立微肥市场信息公示和追溯系统，向消费者公开产品信息、质量检测报告等。同时，通过追溯系统迅速定位问题产品的来源，保证流入市场的微肥质量。需要进一步在农业生产中普及微量元素的作用及微肥施用相关知识，分区域分作物做好微肥肥效试验示范，引导农民重视并合理施用微肥，做到“产−学−研−管−用”各环节同频共振，促进我国微肥产业健康发展。