含有丰富中微量元素的矿物肥料在复合肥生产中的应用*

李菂萍，王好斌，许秀成，侯翠红

(郑州大学化工与能源学院　河南郑州　450001)



含有丰富中微量元素的矿物肥料在复合肥生产中的应用*

李菂萍，王好斌，许秀成，侯翠红

(郑州大学化工与能源学院河南郑州450001)

钙镁磷肥是一种含多种中微量元素的多元素矿质磷肥，施用钙镁磷肥有助于缓解我国土壤中中微量元素的消耗。简要介绍了钙镁磷肥的特性，概述了以钙镁磷肥为原料生产的无机包裹型复合肥料的肥效，以及以钙镁磷肥为原料制备水溶性肥料的工艺和应用效果。

钙镁磷肥中微量元素复合肥料水溶性肥料灌溉施肥

我国农业近十几年来连续高产，很重要的一点是肥料的贡献，但在当前高养分肥料产品盛行的状况下，应清醒地认识到在大量使用高浓度肥料的同时也掠夺性地消耗了土壤中的中微量元素矿物质养分，不仅破坏了我国农业系统的可持续性、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，这一现状亟待缓解。

20年来，国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心(以下简称国家推广中心)的科研团队在研究、开发复合肥生产工艺中坚持添加中微量元素，使其生产的每一种产品除含有氮、磷、钾外，都不同程度地含有中微量元素，并在该领域取得了重大突破。

1　钙镁磷肥的特性

钙镁磷肥(FMP)是将磷矿[3Ca3(PO4)2·CaF2或9CaO·3P2O5·CaF2]与橄榄岩(2MgO·SiO2)、蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)通过科学的配料计算，在一定温度下熔融，经水淬而形成的一种玻璃态肥料。FMP产品为化学稳定性很差的玻璃体，质量分数为2%的柠檬酸溶液即可将其溶解，与作物根系所分泌的弱酸相匹配，能使植物根际的弱酸溶出其所含全部组分并被作物吸收。

从化学成分可明显看出，FMP中除w(P2O5)在12%～20%外，还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，有效的总养分质量分数达80%以上。

FMP所有成分主要来源于多种矿石中，而矿质元素又大都存在于矿石之中。植物需要各种矿质元素维持正常的生理活动[1]，有些矿质元素可作为植物体组成成分，有的可以调节植物生理功能。如CaO使作物根系的生长区有充足的钙，可使细胞壁硬度增加，从而可抵抗病毒从根部侵入；MgO是叶绿素分子的核心，Fe能协调Mg的作用而使草木郁郁葱葱，使瓜、菜鲜绿诱人；SiO2所形成的3～5个硅氧四面体链长度仅为1×10-9m(1 nm),可随水分从根部直至叶面，水分蒸发后，硅氧四面体短链沉积在植物细胞壁内，硅质化的细胞能提高作物抗病害、抗倒伏能力。

植物对矿物质的吸收、转运和同化，称为植物的矿质营养。农业部相关文件明确认定，生产有机农产品可施用的肥料品种中就有矿物肥料，包括磷矿粉、钙镁磷肥等。

2　无机包裹型复合肥料Ⅰ型产品[2]

由于FMP具备含多种中微量元素养分的特点，且营养成分来自矿物，20世纪80年代国家推广中心就研制开发了FMP的延伸产品，即用粉状FMP在专用包裹机上包裹尿素并添加KCl，研制出含有多种中微量元素的复合肥。

针对FMP中90%以上的磷为枸溶性，具有碱性的特征，开发和选用酸性黏结剂，在肥料加工过程中既中和了碱性又增加了中量元素S并提高了P的含量。采用此工艺生产的15-6-13产品，其配方为尿素330 kg、钙镁磷肥390 kg、氯化钾230 kg，产品除含有氮、磷、钾外，还含有w(CaO)9.75%，w(MgO)3.90%，w(SiO2)29.75%，w(S)0.96%；该肥料施用于玉米，由于能平衡供应养分，玉米自出苗后，叶色浓绿、长势强壮，与常规施肥对比，生长发育明显加快，成熟期提前2～3 d，增产9.6%。南京土壤研究所采用此工艺生产的17-8-5产品，其配方为尿素365 kg、钙镁磷肥425 kg、磷酸一铵55 kg、氯化钾90 kg，产品除含有氮、磷、钾外，还含有w(CaO)10.63%，w(MgO)5.10%，w(SiO2)12.75%，w(S)1.12%；该肥料施用于水稻，水稻成熟期长势健壮，籽粒饱滿，色泽金黄，穗长粒多，无倒伏现象；N利用率提高12.30%，P2O5利用率提高7.5%，K2O利用率提高17.06%，中微量元素的协同作用明显,等养分处理较常规施肥降低生产成本37.7元/亩(1亩=666.67 m2，下同)。

3　无机包裹型复合肥料Ⅱ型产品[3]

表1　无机包裹型复合肥料Ⅱ型产品的肥效

4　活化FMP制备水溶性肥料与灌溉结合的水肥一体化新工艺[4]

目前，市场上销售的全水溶性肥的常见规格有20-10-20，20-20-20，15-15-30，30-10-10，15-30-15等，所有配方的最大特点：①均为总养分质量分数为50%～60%的高浓度肥料，肥料中没有中微量元素，导致土壤中的中微量元素长期得不到补充，从而造成作物营养短缺，不得不额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，会与钙、镁、硅形成新的磷酸盐并出现大量沉淀，从而堵塞灌溉系统。

由于FMP中90%以上的磷为枸溶性，具有碱性、低水溶性和肥效慢的特征，将其加工成包裏型复合肥后具有适度缓效的效果，但不能直接用于灌溉施肥。如果能开发出合适的活化剂并研究相应的活化技术，激发FMP中的中微量养分从枸溶性逐渐向水溶性转变，有效提高FMP的溶解速度，使溶液中各养分的浓度达到50～800 mg/kg，即可满足灌溉施肥的要求。该技术可充分利用FMP或含钾钙镁磷肥(FKMP)中的中微量元素养分优势，在FMP溶解磷的同时使钙、镁、硅溶解于水中，从而进入高端全水溶性肥行列。该项目的最大特点是FMP与活化剂在专用反应器中反应后，可直接获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的营养液，解决灌溉水中中微量元素短缺和难以加入的问题。采用该技术生产的营养液经中国农科院肥料检测中心测定，其成分和含量如表2所示。

表2　营养液成分和含量

以灌溉施肥一次用水1 t、3 kg活化剂与1 kg FMP反应计算，结论是3 kg活化剂可额外提供S 0.54 kg，1 kg FMP可额外提供CaO，MgO和SiO2分别为0.320 kg，0.104 kg和0.260 kg，所补充的中量元素均是在不增加成本的基础上完成的。

活化钙镁磷肥工艺技术的要点：①筛选出的活化剂本身就含有N，P，K和S，其与FMP发生化学反应时应能使FMP释放出水溶性养分；②活化剂与FMP反应需以独特的液升式反应器作为反应载体；③活化剂与FMP反应的过程中，需控制水的流量、压力和反应时间，故需配置专有的控制系统；④由活化剂、液升式反应器和专有控制系统组合而成的专有灌溉施肥装置，能够生产出符合每次灌溉施肥所要求的多营养全水溶的灌溉液。

2009年11月，采用该技术在北京怀柔草莓大棚进行了新型灌溉施肥与传统灌溉施肥的对比试验。通过连续2年的跟踪试验，结果表明新型灌溉施肥在大棚中的应用效果良好，种植的草莓口感更佳且病虫害少。新型灌溉施肥与传统灌溉施肥种植的草莓成分对比如表3所示。

表3　新型灌溉施肥与传统灌溉施肥种植的草莓成分对比

2013—2015年，委托广东省农科院采用该套灌溉施肥装置连续2年在香蕉种植上进行农化试验。第1年，氮、磷、钾施用量比对照(即习惯施肥，整个生育期施氮量为60 kg/亩，施磷量15 kg/亩，施钾量70 kg/亩)减量30%的处理香蕉产量最高，比对照增产3 471 kg/hm2(增产率6.6%)，其蛋白质含量提高96.7%，营养最丰富；与对照相比，氮、磷、钾施用量减量15%的处理能够提高香蕉中可溶性固形物、可溶糖及蛋白质含量，其中可溶糖含量提高了6.3%，口感最佳；与对照相比，氮、磷、钾施用量减量15%以及减量30%的处理单果重分别提高9.6%和16.2%，果指围分别增加3.4%和4.3%；氮、磷、钾施用量减量30%的处理果梳重和果指长分别比对照增加13.4%和6.3%。第2年，氮、磷、钾施用量减量15%的处理结果情况最佳，与对照相比，可溶性固形物含量提高5%，维生素C含量提高1%，可溶性糖含量提高5%，果肉中钾、钙、硅含量分别提高6%，80%和10%，充分体现了采用含有中微量元素的多营养灌溉液所起的作用，增强了香蕉生长期的抗病害能力，也有利于延长香蕉的货架期；与对照相比，施肥量减少15%的处理的氮、磷、钾农学效率均提高16%，施肥量减少30%的处理的氮、磷、钾农学效率分别提高38%，76%和40%。

5　结语

通过多项化肥生产工艺技术的研发和产品的肥效试验，都突显了中微量元素在复合肥生产中的应用以及大量元素与中微量养分的协调作用的重要性，这些技术也因此分别获得中国发明专利3项、美国专利1项、以色列国家专利1项和国际(PCT)专利1项的科技支撑。

[1]肖焱波.作物营养诊断与合理施肥[M].北京：中国农业出版社，2010：84-86.

[2]郑州乐喜施磷复肥技术研究推广中心.一种控制释放肥料：95109720.2[P].1997-02-19.

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

[4]北京海依飞科技有限公司.一种农业灌溉施肥方法：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”国家科技计划课题，“复合(混)肥料农艺配方与生态工艺技术研究”(2011BAD11B05)。

李菂萍(1948—)女，长期从事复合(混)肥料农艺配方与生态工艺技术研究；lidiping2011@126.com。

TQ444.9

A

1006-7779(2016)03-0091-04

2016-05-04)