含有豐富中微量元素的礦物肥料在復合肥生產中的應用*

李菂萍，王好斌，許秀成，侯翠紅

(鄭州大學化工與能源學院　河南鄭州　450001)

?

含有豐富中微量元素的礦物肥料在復合肥生產中的應用*

李菂萍，王好斌，許秀成，侯翠紅

(鄭州大學化工與能源學院河南鄭州450001)

鈣鎂磷肥是一種含多種中微量元素的多元素礦質磷肥，施用鈣鎂磷肥有助于緩解我國土壤中中微量元素的消耗。簡要介紹了鈣鎂磷肥的特性，概述了以鈣鎂磷肥為原料生產的無機包裹型復合肥料的肥效，以及以鈣鎂磷肥為原料制備水溶性肥料的工藝和應用效果。

鈣鎂磷肥中微量元素復合肥料水溶性肥料灌溉施肥

我國農業近十幾年來連續高產，很重要的一點是肥料的貢獻，但在當前高養分肥料產品盛行的狀況下，應清醒地認識到在大量使用高濃度肥料的同時也掠奪性地消耗了土壤中的中微量元素礦物質養分，不僅破壞了我國農業系統的可持續性、降低了耕地支撐高產的能力，而且使植物病變增多、農產品品質下降、氮肥利用率下降，加劇了農業立體污染，這一現狀亟待緩解。

20年來，國家鈣鎂磷復合肥技術研究推廣中心(以下簡稱國家推廣中心)的科研團隊在研究、開發復合肥生產工藝中堅持添加中微量元素，使其生產的每一種產品除含有氮、磷、鉀外，都不同程度地含有中微量元素，并在該領域取得了重大突破。

1　鈣鎂磷肥的特性

鈣鎂磷肥(FMP)是將磷礦[3Ca3(PO4)2·CaF2或9CaO·3P2O5·CaF2]與橄欖巖(2MgO·SiO2)、蛇紋石(3MgO·2SiO2·2H2O)通過科學的配料計算，在一定溫度下熔融，經水淬而形成的一種玻璃態肥料。FMP產品為化學穩定性很差的玻璃體，質量分數為2%的檸檬酸溶液即可將其溶解，與作物根系所分泌的弱酸相匹配，能使植物根際的弱酸溶出其所含全部組分并被作物吸收。

從化學成分可明顯看出，FMP中除w(P2O5)在12%～20%外，還含有植物所需的中微量元素，其中w(CaO)20%～35%，w(MgO)8%～15%，w(SiO2)20%～30%，w(FeO)0.5%～1.0%，ZnO 50～200 mg/kg，w(MnO)0.1%～0.3%，CuO 10～66 mg/kg，有效的總養分質量分數達80%以上。

FMP所有成分主要來源于多種礦石中，而礦質元素又大都存在于礦石之中。植物需要各種礦質元素維持正常的生理活動[1]，有些礦質元素可作為植物體組成成分，有的可以調節植物生理功能。如CaO使作物根系的生長區有充足的鈣，可使細胞壁硬度增加，從而可抵抗病毒從根部侵入；MgO是葉綠素分子的核心，Fe能協調Mg的作用而使草木郁郁蔥蔥，使瓜、菜鮮綠誘人；SiO2所形成的3～5個硅氧四面體鏈長度僅為1×10-9m(1 nm),可隨水分從根部直至葉面，水分蒸發后，硅氧四面體短鏈沉積在植物細胞壁內，硅質化的細胞能提高作物抗病害、抗倒伏能力。

植物對礦物質的吸收、轉運和同化，稱為植物的礦質營養。農業部相關文件明確認定，生產有機農產品可施用的肥料品種中就有礦物肥料，包括磷礦粉、鈣鎂磷肥等。

2　無機包裹型復合肥料Ⅰ型產品[2]

由于FMP具備含多種中微量元素養分的特點，且營養成分來自礦物，20世紀80年代國家推廣中心就研制開發了FMP的延伸產品，即用粉狀FMP在專用包裹機上包裹尿素并添加KCl，研制出含有多種中微量元素的復合肥。

針對FMP中90%以上的磷為枸溶性，具有堿性的特征，開發和選用酸性黏結劑，在肥料加工過程中既中和了堿性又增加了中量元素S并提高了P的含量。采用此工藝生產的15-6-13產品，其配方為尿素330 kg、鈣鎂磷肥390 kg、氯化鉀230 kg，產品除含有氮、磷、鉀外，還含有w(CaO)9.75%，w(MgO)3.90%，w(SiO2)29.75%，w(S)0.96%；該肥料施用于玉米，由于能平衡供應養分，玉米自出苗后，葉色濃綠、長勢強壯，與常規施肥對比，生長發育明顯加快，成熟期提前2～3 d，增產9.6%。南京土壤研究所采用此工藝生產的17-8-5產品，其配方為尿素365 kg、鈣鎂磷肥425 kg、磷酸一銨55 kg、氯化鉀90 kg，產品除含有氮、磷、鉀外，還含有w(CaO)10.63%，w(MgO)5.10%，w(SiO2)12.75%，w(S)1.12%；該肥料施用于水稻，水稻成熟期長勢健壯，籽粒飽滿，色澤金黃，穗長粒多，無倒伏現象；N利用率提高12.30%，P2O5利用率提高7.5%，K2O利用率提高17.06%，中微量元素的協同作用明顯,等養分處理較常規施肥降低生產成本37.7元/畝(1畝=666.67 m2，下同)。

3　無機包裹型復合肥料Ⅱ型產品[3]

表1　無機包裹型復合肥料Ⅱ型產品的肥效

4　活化FMP制備水溶性肥料與灌溉結合的水肥一體化新工藝[4]

目前，市場上銷售的全水溶性肥的常見規格有20-10-20，20-20-20，15-15-30，30-10-10，15-30-15等，所有配方的最大特點：①均為總養分質量分數為50%～60%的高濃度肥料，肥料中沒有中微量元素，導致土壤中的中微量元素長期得不到補充，從而造成作物營養短缺，不得不額外添加速溶性的中微量元素，使施肥成本提高；②全水溶性肥料中含有大量的磷，會與鈣、鎂、硅形成新的磷酸鹽并出現大量沉淀，從而堵塞灌溉系統。

由于FMP中90%以上的磷為枸溶性，具有堿性、低水溶性和肥效慢的特征，將其加工成包裏型復合肥后具有適度緩效的效果，但不能直接用于灌溉施肥。如果能開發出合適的活化劑并研究相應的活化技術，激發FMP中的中微量養分從枸溶性逐漸向水溶性轉變，有效提高FMP的溶解速度，使溶液中各養分的濃度達到50～800 mg/kg，即可滿足灌溉施肥的要求。該技術可充分利用FMP或含鉀鈣鎂磷肥(FKMP)中的中微量元素養分優勢，在FMP溶解磷的同時使鈣、鎂、硅溶解于水中，從而進入高端全水溶性肥行列。該項目的最大特點是FMP與活化劑在專用反應器中反應后，可直接獲得灌溉施肥所需的含有水溶性N，P，K，Ca2+，Mg2+，Fe2+，Zn2+，Mn2+及可溶性SiO2的營養液，解決灌溉水中中微量元素短缺和難以加入的問題。采用該技術生產的營養液經中國農科院肥料檢測中心測定，其成分和含量如表2所示。

表2　營養液成分和含量

以灌溉施肥一次用水1 t、3 kg活化劑與1 kg FMP反應計算，結論是3 kg活化劑可額外提供S 0.54 kg，1 kg FMP可額外提供CaO，MgO和SiO2分別為0.320 kg，0.104 kg和0.260 kg，所補充的中量元素均是在不增加成本的基礎上完成的。

活化鈣鎂磷肥工藝技術的要點：①篩選出的活化劑本身就含有N，P，K和S，其與FMP發生化學反應時應能使FMP釋放出水溶性養分；②活化劑與FMP反應需以獨特的液升式反應器作為反應載體；③活化劑與FMP反應的過程中，需控制水的流量、壓力和反應時間，故需配置專有的控制系統；④由活化劑、液升式反應器和專有控制系統組合而成的專有灌溉施肥裝置，能夠生產出符合每次灌溉施肥所要求的多營養全水溶的灌溉液。

2009年11月，采用該技術在北京懷柔草莓大棚進行了新型灌溉施肥與傳統灌溉施肥的對比試驗。通過連續2年的跟蹤試驗，結果表明新型灌溉施肥在大棚中的應用效果良好，種植的草莓口感更佳且病蟲害少。新型灌溉施肥與傳統灌溉施肥種植的草莓成分對比如表3所示。

表3　新型灌溉施肥與傳統灌溉施肥種植的草莓成分對比

2013—2015年，委托廣東省農科院采用該套灌溉施肥裝置連續2年在香蕉種植上進行農化試驗。第1年，氮、磷、鉀施用量比對照(即習慣施肥，整個生育期施氮量為60 kg/畝，施磷量15 kg/畝，施鉀量70 kg/畝)減量30%的處理香蕉產量最高，比對照增產3 471 kg/hm2(增產率6.6%)，其蛋白質含量提高96.7%，營養最豐富；與對照相比，氮、磷、鉀施用量減量15%的處理能夠提高香蕉中可溶性固形物、可溶糖及蛋白質含量，其中可溶糖含量提高了6.3%，口感最佳；與對照相比，氮、磷、鉀施用量減量15%以及減量30%的處理單果重分別提高9.6%和16.2%，果指圍分別增加3.4%和4.3%；氮、磷、鉀施用量減量30%的處理果梳重和果指長分別比對照增加13.4%和6.3%。第2年，氮、磷、鉀施用量減量15%的處理結果情況最佳，與對照相比，可溶性固形物含量提高5%，維生素C含量提高1%，可溶性糖含量提高5%，果肉中鉀、鈣、硅含量分別提高6%，80%和10%，充分體現了采用含有中微量元素的多營養灌溉液所起的作用，增強了香蕉生長期的抗病害能力，也有利于延長香蕉的貨架期；與對照相比，施肥量減少15%的處理的氮、磷、鉀農學效率均提高16%，施肥量減少30%的處理的氮、磷、鉀農學效率分別提高38%，76%和40%。

5　結語

通過多項化肥生產工藝技術的研發和產品的肥效試驗，都突顯了中微量元素在復合肥生產中的應用以及大量元素與中微量養分的協調作用的重要性，這些技術也因此分別獲得中國發明專利3項、美國專利1項、以色列國家專利1項和國際(PCT)專利1項的科技支撐。

[1]肖焱波.作物營養診斷與合理施肥[M].北京：中國農業出版社，2010：84-86.

[2]鄭州樂喜施磷復肥技術研究推廣中心.一種控制釋放肥料：95109720.2[P].1997-02-19.

[3]Zhenzhou Centre of Populariza. Controlled release fertilizer and preparations thereof: US，5849060A[P].1998-12-15.

[4]北京海依飛科技有限公司.一種農業灌溉施肥方法：200510075256.X[P].2006-12-13.

Use of Mineral Fertilizer Containing Rich Medium andTrace Elements in Production of Compound Fertilizer

LI Diping, WANG Haobin, XU Xiucheng, HOU Cuihong

(School of Chemical Engineering and Energy, Zhengzhou UniversityHenan Zhengzhou450001)

The fused calcium magnesium phosphate is a multi-element mineral phosphate fertilizer, applying fused calcium magnesium phosphate will help China to ease consumption of medium and trace elements in soil. The characteristics of fused calcium magnesium phosphate are introduced briefly, the fertilizer efficiency of inorganic coated compound fertilizer produced with fused calcium magnesium phosphate as raw material, and the process and application effect of soluble fertilizer produced with fused calcium magnesium phosphate as raw material are summarized.

fused calcium magnesium phosphatemedium and trace elementcompound fertilizerwater soluble fertilizerfertigation

“十二五”國家科技計劃課題，“復合(混)肥料農藝配方與生態工藝技術研究”(2011BAD11B05)。

李菂萍(1948—)女，長期從事復合(混)肥料農藝配方與生態工藝技術研究；lidiping2011@126.com。

TQ444.9

A

1006-7779(2016)03-0091-04

2016-05-04)