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　　作者：崔海濤 王旭波 　來源

　　訪中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉建明

　　“我國農(nóng)業(yè)面臨兩大難題。首先，我國可溶性鉀鹽資源極度貧乏，農(nóng)用鉀肥長期短缺，成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。更為嚴(yán)重的是，我國農(nóng)業(yè)長年高產(chǎn)，掠奪性地消耗了土壤中的中微量元素礦物質(zhì)養(yǎng)分，不僅破壞了我國農(nóng)作系統(tǒng)的可持續(xù)性、降低了耕地支撐高產(chǎn)的能力，而且使植物病變增多、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、氮肥利用率下降。”中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉建明說。在他看來，中微量元素可能是今后提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子。

　　幸運(yùn)的是，我國擁有極其豐富的不溶性鉀資源，亦即富鉀硅酸鹽巖石。經(jīng)初步調(diào)查顯示，不溶性K2O資源量可能超過100萬噸，且在全國廣為分布。如果能夠通過技術(shù)創(chuàng)新，將這些富鉀硅酸鹽巖石中的不溶性鉀及其它礦物質(zhì)成分低成本地轉(zhuǎn)化成植物可吸收的有效營養(yǎng)形態(tài)，則上述兩大難題都能大大緩解。

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所自1996年持續(xù)攻關(guān)“低溫水熱化學(xué)反應(yīng)工藝”，該工藝將富鉀硅酸鹽巖石中的不溶性鉀及其它礦物質(zhì)成分（硅鈣鎂鐵錳等中微量元素）整體地、低成本地轉(zhuǎn)化成為植物可以吸收的有效營養(yǎng)形態(tài)（轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%-85%），結(jié)果使石頭變成為一種多元素新型礦物肥料——鉀硅鈣微孔礦物肥料，從而為補(bǔ)充我國鉀肥短缺、補(bǔ)充中微量元素實(shí)現(xiàn)全營養(yǎng)平衡施肥、恢復(fù)土壤生產(chǎn)力與肥力水平，提供了土壤-肥料一體化的有效礦物技術(shù)。而長達(dá)5年在全國范圍內(nèi)廣泛開展的農(nóng)田肥效試驗(yàn)則充分證明了該新型礦物肥料的有效性和普適性。

　　為全營養(yǎng)平衡施肥提供技術(shù)支撐

　　作物在生長過程中，除了需要氮、磷、鉀外，還需要硅、鈣、鎂、硫、鐵、錳、鋅、銅、硼、稀土元素等中微量元素，這些元素與氮、磷、鉀同等重要，而且不可相互替代。對于一個(gè)可持續(xù)的農(nóng)作系統(tǒng)，保持養(yǎng)分平衡是一個(gè)關(guān)鍵因子。土壤肥力失衡的后果是：1）氮、磷肥的實(shí)際利用率很低，氮肥不足30％；2）鉀硅鈣鎂硫等品質(zhì)元素的短缺引發(fā)營養(yǎng)失調(diào)，不僅植物易病變，而且農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降，瓜不香、果不甜。多元素微孔礦物肥料能大大緩解這一現(xiàn)狀，該礦物肥料含水溶性+枸溶性鉀4%-7%，枸溶性硅20%±，枸溶性鈣和較多枸溶性鎂26-30%±；枸溶性鐵和微量枸溶性錳3%±；另含有硅酸鹽巖石中的其它中量和微量元素，包括稀土元素等，可以說是一種全營養(yǎng)肥料。“它將巖石中的礦物質(zhì)整體轉(zhuǎn)化成能被植物吸收的多元素納-微米微孔礦物肥料，從而為土壤補(bǔ)充中微量元素促進(jìn)全營養(yǎng)平衡施肥、建設(shè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了土壤-肥料一體化的礦物技術(shù)支撐。”劉建明說。另外，鉀硅鈣微孔礦物肥料更容易被植物吸收，該礦物肥料在電子顯微鏡下顯示獨(dú)特的納米-微米級粒度和非常發(fā)育的微孔結(jié)構(gòu)（容重≤0.8 g/cm3），納微米顆粒表面積大、表面電荷高、化學(xué)活性高，容易被植物根酸所溶解從而被植物吸收。

　　鉀硅鈣微孔礦物肥料的施用

　　自2006年以來，先后在全國25個(gè)省市的50多個(gè)地區(qū)，在不同的氣候帶、不同土壤類型，對40多種農(nóng)作物開展了廣泛的農(nóng)田肥效試驗(yàn)，主要由縣市土肥站或科研院所承擔(dān)完成，包括2010年由農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心布置的試驗(yàn)，都取得了良好的效果，證明了這一新型礦物肥料在全國的普遍適用性，其效果主要表現(xiàn)在：

　　一是增加農(nóng)作物產(chǎn)量，其中水稻、玉米的增產(chǎn)率通常能夠達(dá)到5%-10%，而土豆、花生、紅薯、蘿卜等根系作物的增產(chǎn)率能達(dá)到15%-25%。二是提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。包括提高各種營養(yǎng)成分和微量元素（鈣、鐵等）含量，品味口感更佳。三是增強(qiáng)農(nóng)作物抗逆能力（抗病、抗蟲、抗倒伏、抗旱）。四是改良土壤、補(bǔ)充礦物質(zhì)養(yǎng)分、提高土壤肥力。五是不同程度地替代常規(guī)鉀肥并提高氮肥利用率。六是早熟、保鮮、耐儲、果型好等。

　　“根據(jù)目前的試驗(yàn)，本產(chǎn)品適合作為改善土壤肥力的底肥施用，每畝地每年施用量以20-50公斤為宜。即使考慮到各種流通環(huán)節(jié)和其它費(fèi)用，以1200元/噸的價(jià)格計(jì)算，每畝地每年的投入在24-60元之間，農(nóng)民負(fù)擔(dān)并不大。”劉建明說。

　　生產(chǎn)工藝：低溫水熱化學(xué)反應(yīng)

　　富鉀硅酸鹽巖石的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用乃是我國幾代科技工作者的追求，建國以來先后探索了細(xì)菌分解、酸分解、水熱反應(yīng)、煅燒等開發(fā)利用技術(shù)。然而，菌解法效率太低，酸分解法污染嚴(yán)重，水熱反應(yīng)法成本太高，都難以產(chǎn)業(yè)化。煅燒法成本低，但煅燒產(chǎn)品卻具有類似水泥的板結(jié)硬化特征，施用后易造成土壤板結(jié)。而“低溫水熱化學(xué)反應(yīng)技術(shù)提供了一種在半濕狀態(tài)下利用水熱化學(xué)反應(yīng)由富鉀硅酸鹽巖石低成本制取含鉀多元素微孔礦物肥料的工藝，很好地規(guī)避了上述技術(shù)的缺陷。”劉建明說。

　　該工藝將富鉀巖石和生石灰研磨至200目以下，按照一定比例與專用活化劑以及水充分混合（水：固比約1-1.5），將混合好的物料轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，通入高壓蒸氣，在190℃-200℃、11-13個(gè)大氣壓下靜態(tài)恒溫反應(yīng)10-12小時(shí)，即可完成水熱化學(xué)反應(yīng)，得到半濕狀態(tài)的礦物肥料。將其烘干、粉碎、造粒后裝袋即可發(fā)往各地銷售使用。

　　據(jù)介紹，該工藝優(yōu)點(diǎn)顯著：首先，原料（富鉀巖石和石灰）來源方便、價(jià)格低廉，且無需選礦，在全國大部分地區(qū)都可以就地取材；其次，所采用的設(shè)備主要有礦石粉碎機(jī)，物料攪拌機(jī)，蒸汽鍋爐、高壓蒸汽反應(yīng)釜等，國內(nèi)都可以制造，易于形成供產(chǎn)業(yè)化推廣的成套流水生產(chǎn)線；再次，整個(gè)生產(chǎn)過程中無廢水、廢氣和固體廢物的排放，不存在環(huán)保問題；另外，水熱化學(xué)反應(yīng)是在靜態(tài)條件下進(jìn)行的，技術(shù)簡單，易于操作，能源消耗較低。

　　2004年，本產(chǎn)品開始在生產(chǎn)線上開展小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)，達(dá)到日產(chǎn)幾十噸的生產(chǎn)規(guī)模，已生產(chǎn)出了千余噸合格產(chǎn)品。2008年制定了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并完成了相關(guān)的審批備案程序。同時(shí)啟動(dòng)了肥料登記程序，目前正在穩(wěn)步推進(jìn)。