新土壤调理剂“一箭双雕”变废为肥

土壤调理剂产品富含钾、钙、硅、镁、硫等矿物质养分，呈弱碱性特质，可同时解决土壤酸化、板结、毒化、营养组分流失或失衡等问题。

　　距离农业部制定《到2020年化肥使用量零增长行动方案》已有一年之久，化肥零增长调整了原有的化肥使用结构，也带来了新型肥料的发展新机遇。中微量元素肥、土壤调理剂正是近年来逐渐进入农资视野的一种新型肥料。

　　《中国科学报》记者近日采访了华南理工大学环境与能源学院教授石林，他带领的团队利用磷石膏和钾长石创新研发矿物质土壤养分调理剂， “一箭双雕”式解决了工业固体废弃物资源化利用与新型肥料开发的问题。

　　受伤的土壤

　　“万物土中生，食以土为本。”优质的农产品离不开健康的土壤。然而，“瓜不甜、果不香、菜没味”却是当下农产品质量下降的真实写照。

　　“农产品质量下降说明土壤环境质量在恶化，集中表现在土壤酸化、土壤板结、土壤毒化、土壤营养组分流失和失衡等等。”石林认为，“造成这一恶化的原因是化学肥料的大量施用、大气酸沉降和有毒有害物的农田污染。”

　　就化学肥料而言，我国农田化肥施用量持续增长，是世界上最大的化肥消费国。“亩均化肥施用量21.2千克，远高于亩均8千克的世界平均水平。而广东亩均施用量则高达51千克，超过全国水平2.4倍。”石林介绍。

　　过量使用化肥，不仅增加了农业成本，消耗了大量资源和能源，而且直接导致土壤酸化和板结，也导致了氮、磷等营养组分的流失，造成了农业面源污染。

　　“另外，单一施用由氮、磷、钾组成的化学肥料，使得优质农产品所需要的大量元素、中量元素、微量元素的平衡营养补给体系失衡，农产品质量大幅下降。”石林说道。

　　正因为如此，越来越多的人将化学肥料视为“公害”，把不施用化学肥料的农产品视为“绿色”或“无公害”产品。

　　另一方面，受工农业各种污染物的侵入，土壤毒化严重。“全国土壤总的点位超标率16.1%，轻微、轻度、中度和重度污染点位所占比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。其中较为严重的是重金属污染。”石林表示。

　　他指出，“我国每年因重金属污染而减产粮食1000万吨，被重金属污染的粮食多达1200万吨。而我所处的广州市由于受农田面源污染、中心城市生活垃圾大量堆置、城市生活污泥以及周围工矿企业污染排放的影响，区内约有50%农田遭受不同程度的重金属污染，特别是镉、铅、砷和汞。”

　　为全面解决土壤质量下降的问题，石林团队从1999年开始研发，依据原生态土壤矿物分子组装理论与技术，按照自然界中各种矿物的有机组合规律，通过活化法生产出了能够提高农产品品质、抑制土壤酸化和降低重金属污染的矿物质土壤养分调理剂。

　　让废物再生

　　“矿物质土壤调理剂产品富含钾、钙、硅、镁、硫等矿物质养分，呈弱碱性特质，可同时解决土壤酸化、板结、毒化、营养组分流失或失衡等问题。”石林介绍道，“而且已完成3万吨示范生产线的建设，并针对各地土壤类型和作物生长进行个性化操作，完成了企业标准的制定和肥效试验操作规范。”

　　那么，矿物质土壤调理剂具体是怎么一回事呢？这还得从它的原料之一磷石膏说起。磷石膏是指在磷酸生产过程中产生的工业固体废弃物，它的主要成分是二水硫酸钙和一些不溶性、可溶性杂质。

　　“目前，我国磷石膏累计堆存量已超过1亿吨以上。磷石膏中所含氟化物、游离磷酸等杂质是导致其在堆放过程中造成环境污染的主要原因。”石林表示，堆存既占用了土地资源，也由于风蚀、雨蚀造成了大气、水系及土壤污染，长期接触也可能导致人的病变与死亡。

　　能源、环保及农业现状迫使人们开始思考利用废弃物生产富含土壤缺失的营养元素、改善酸性土壤特性，同时又兼顾成本，有效解决固体废弃物资源化的产品。石林团队所研发的项目正属于工业固体废弃物资源化利用与新型肥料开发领域。

　　利用磷石膏生产钾硅钙土壤调理剂，首先要去除其中的重金属。“对粗磷石膏进行成分分析，特别是重金属含量，配备重金属捕获剂，确定其用量、加水的比例；通过搅拌、过滤，去除其中的重金属元素。废液再经过重金属沉淀剂置换再生，返回到初始搅拌器中捕获重金属。”石林介绍，整个工艺流程为闭路循环体系。

　　接下来，将精磷石膏、钾长石、其他钙基化合物与添加剂一起按计量进行混合、球磨、干燥、活化、冷却、球磨、包装，即可制成钾硅钙土壤调理剂。

　　“目前，煅烧法生产钾硅钙肥中的钾主要以硅酸钾、氧化钾的方式存在，产品的水溶性极差，营养组分难以被作物吸收，而且农民施用也费工费力。”石林表示，“我们目标产品中的钾则以硫酸钾形式存在，水溶性大大增强，水溶解率达21%以上。”此外，该产品既含有钾、硅、钙，还含有大量的镁和硫，营养元素更趋于均衡。

　　多重效益好

　　由于钾硅钙土壤调理剂是将利用工业固体废弃物和矿石整体转化来生产肥料的，因此，石林团队在研发过程中还特别注意避免有害成分的进入，生产技术上要求必须有较高的技术手段去除废物中的有害成分，保证产品各项成分指标均符合有关国家标准。

　　石土同源，这也是钾硅钙肥称为土壤调理剂的原理。石林介绍，“可调节土壤酸碱平衡、抑制土壤中铝离子的淋溶，降低有毒有害元素的累积效应，改善土壤结构、提高土壤墒值及有机质含量，减少土壤水分流失，提高水肥流失率。”

　　“从目前种植效果来看，每亩施用50~100千克钾硅钙土壤调理剂，增产率高达7.6%~73%，平均增产率达24.95%，而且农作物的品质显著提高。”石林如是总结。

　　近年来，石林团队在韶关地区酸性土壤上种植花生、淮山、粉葛、葡萄等，通过施用钾硅钙土壤调理剂进行田间试验，发现作物生长效应、增产效果明显，同时作物中重金属含量降低。

　　2013年，韶关市农业科学研究所红薯种植基地里，未施肥前亩产为562千克；每亩施用50千克钾硅钙土壤调理剂时亩产为787千克，增产40%，还可减少土壤铅含量47%、镉6%、铬43%、铜14%。

　　另据第三方肥效试验报告显示，作物品质全面提升，木薯的淀粉含量、甘蔗的含糖量都有不同程度的提高，“香、甜、脆这些我们小时候有过的味道又回来了”。

　　再从生产角度来看，“以年产10万吨钾硅钙土壤调理剂计算，每吨产品成本低于650元、纯利润500元左右，年利润约5000万元，从而产生较好的经济效益。”石林算了一笔账。并且采用此方法以废治废，每年可减少废渣排放，避免大量堆积用地，消除了环境二次污染。

　　除了矿物质土壤养分调理剂外，石林团队还进行了多项技术研发，如低品位磷矿绿色制肥技术、土壤重金属钝化技术、矿物质水制备技术等。在未来的健康农业中，类似的成果将大显身手。从而达到经济效益、社会效益、环境效益的高度统一。