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建成矿物成果简介


 《富钾岩石水热法生产钾硅钙微孔矿物肥料的 工艺与农业试验效应》成果简介
一、背景
      我国可溶性钾盐资源稀缺,但却拥有极为丰富的不溶性钾资源,亦即富钾硅酸盐岩石,其 K2O资源量超过 100亿吨。因此,不溶性钾资源的产业化利用成为我国几代科技工作者的追求,建国以来先后探索了细菌分解、酸分解、水热反应、煅烧等开发利用技术。然而,菌解法效率太低,酸分解法污染严重,水热反应法成本太高,都难以产业化。煅烧法成本低,但煅烧产品却具有类似水泥的板结硬化特征,施用后对土壤不利。
二、农业试验效应
     先后在全国 25个省市的 50多个地区对 40多种农作物布置了近 200个农田肥效试验(覆盖了不同的气候带和土壤类型,主要由县市土肥站或科研院所完成,包括 2010年由农业部全国农业技术推广中心布置的肥效和土壤调理剂效果试验),同时还在中国农大和北京农林科学院对多种作物开展了近 4年的机理性温室盆栽试验,都取得了较好的效果,充分证明了该新型矿物肥料的有效性和普适性。其正面效果包括:
1 )增产,其中粮食作物通常 4%-8%,而土豆等块茎类作物能达到 5%-15%。
2 ,包括提高各种营养成分和多种中微量元素含量。
3 )增强农作物抗逆能力,包括抗病、抗虫、抗倒伏、抗旱、抗寒能力。
4 )修复改良土壤,调节土壤理化性状,补充中微量元素,提高土壤肥力。
5 )替代常规钾肥,通常可代替 10-15%,水稻上可达 50%。
6 )提高氮肥利用率,部分试验显示可使常规用氮量降低 5-10%。
7 )其它效果:早熟、保鲜期长、耐贮运、果型好、优等品率高等。

三、机理分析
1 )该矿物肥料产品在电子显微镜下显示独特的纳米-亚微米微细粒度和非常发育的微孔结构(因此容重仅 0.75-0.85g/cm3)。正是由于纳微米颗粒的比表面积大、表面电荷高、化学活性强,才可能被植物根酸溶解从而被植物所吸收。
2 )该肥料向土壤补充多种中 -微量元素以促进植物营养元素的平衡,这可以在一定程度上增进根系活力、提高光合效率、提高作物吸收利用养分的能力、增强作物免疫力和抗逆性。
3 )同时,多种中微量元素的有效组合还可能在一定程度上促进土壤微环境的生态功能,包括激活土壤“惰性”营养元素、培育激活有益微生物群落,抑制有害病菌。

4)该肥料微孔发育、质地疏松,再加上较强的碱性,对于过量施氮造成的土壤板结和酸化具一定的修复功能。
昀终,一方面表现为农作物生物量和质的双提高,另一方面表现为土壤肥力水平的提高。
四、结语
     众所周知,我国农业由于长年高产,掠夺性地消耗了土壤中的中 -微量元素矿物质养分,不仅破坏了农作系统的可持续性、降低了耕地支撑高产的能力,而且使植物病变增多、农产品品质下降、氮肥利用率下降(加剧了农业立体污染)。本矿物肥料将富钾岩石中的钾和所有中-微量元素整体地转化成为植物可吸收的有效营养形态,实质上就是天然土壤矿物质养分的高度浓缩,结果使石头变成为一种天然生态型多元素微孔矿物肥料,从而为土壤补充中微量元素促进全营养平衡施肥、恢复土壤生产力、生产天然绿色食品,提供了土壤 -肥料一体化的矿物技术支撑。这完全符合当今新肥料领域“多元、多功能、长效、调理土壤、绿色环保”的发展趋势,对于破解我国缺钾瓶颈、建设一个高产而又健康的可持续现代农业具有难以替代的作用。
自然界的“石头风化成土壤”提供了人类赖以生存的土壤资源;而本水热法工艺使“石头变肥料”,就有可能在一定程度上对土壤资源的“质量乃至数量”进行调控,同样达到“石头换粮食”的目的。这对于人口日益膨胀、土壤资源日渐稀缺的当今社会的可持续发展十分重要,尤其是人多地少的中国。
下一步,在资源、工艺、农业应用三个环节还需开展以下工作: 1)全国富钾岩石资源普查,并建立资源评价标准和规范。 2)大生产线工艺优化以及与各地区富钾岩石相匹配的活化剂研发。3)继续深入开展农业应用试验示范,包括深入开展各项机理研究、扩大示范规模、研究矿物肥料与其它肥料的配合施用和复合技术、开发面向不同用户的细分产品、并探讨长期使用对各类土壤质量的影响。
本项成果是课题组在前期工作的基础上,十一五期间在国家科技支撑重点项目(2006BD10B04)、科技部星火计划重点项目( 2007EA173003)、以及中科院知识创新工程重要方向项目和北京市科委农村项目的联合资助下取得的。