新土壤調理劑“一箭雙雕”變廢為肥

土壤調理劑產品富含鉀、鈣、硅、鎂、硫等礦物質養分，呈弱堿性特質，可同時解決土壤酸化、板結、毒化、營養組分流失或失衡等問題。

　　距離農業部制定《到2020年化肥使用量零增長行動方案》已有一年之久，化肥零增長調整了原有的化肥使用結構，也帶來了新型肥料的發展新機遇。中微量元素肥、土壤調理劑正是近年來逐漸進入農資視野的一種新型肥料。

　　《中國科學報》記者近日采訪了華南理工大學環境與能源學院教授石林，他帶領的團隊利用磷石膏和鉀長石創新研發礦物質土壤養分調理劑， “一箭雙雕”式解決了工業固體廢棄物資源化利用與新型肥料開發的問題。

　　受傷的土壤

　　“萬物土中生，食以土為本。”優質的農產品離不開健康的土壤。然而，“瓜不甜、果不香、菜沒味”卻是當下農產品質量下降的真實寫照。

　　“農產品質量下降說明土壤環境質量在惡化，集中表現在土壤酸化、土壤板結、土壤毒化、土壤營養組分流失和失衡等等。”石林認為，“造成這一惡化的原因是化學肥料的大量施用、大氣酸沉降和有毒有害物的農田污染。”

　　就化學肥料而言，我國農田化肥施用量持續增長，是世界上最大的化肥消費國。“畝均化肥施用量21.2千克，遠高于畝均8千克的世界平均水平。而廣東畝均施用量則高達51千克，超過全國水平2.4倍。”石林介紹。

　　過量使用化肥，不僅增加了農業成本，消耗了大量資源和能源，而且直接導致土壤酸化和板結，也導致了氮、磷等營養組分的流失，造成了農業面源污染。

　　“另外，單一施用由氮、磷、鉀組成的化學肥料，使得優質農產品所需要的大量元素、中量元素、微量元素的平衡營養補給體系失衡，農產品質量大幅下降。”石林說道。

　　正因為如此，越來越多的人將化學肥料視為“公害”，把不施用化學肥料的農產品視為“綠色”或“無公害”產品。

　　另一方面，受工農業各種污染物的侵入，土壤毒化嚴重。“全國土壤總的點位超標率16.1%，輕微、輕度、中度和重度污染點位所占比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。其中較為嚴重的是重金屬污染。”石林表示。

　　他指出，“我國每年因重金屬污染而減產糧食1000萬噸，被重金屬污染的糧食多達1200萬噸。而我所處的廣州市由于受農田面源污染、中心城市生活垃圾大量堆置、城市生活污泥以及周圍工礦企業污染排放的影響，區內約有50%農田遭受不同程度的重金屬污染，特別是鎘、鉛、砷和汞。”

　　為全面解決土壤質量下降的問題，石林團隊從1999年開始研發，依據原生態土壤礦物分子組裝理論與技術，按照自然界中各種礦物的有機組合規律，通過活化法生產出了能夠提高農產品品質、抑制土壤酸化和降低重金屬污染的礦物質土壤養分調理劑。

　　讓廢物再生

　　“礦物質土壤調理劑產品富含鉀、鈣、硅、鎂、硫等礦物質養分，呈弱堿性特質，可同時解決土壤酸化、板結、毒化、營養組分流失或失衡等問題。”石林介紹道，“而且已完成3萬噸示范生產線的建設，并針對各地土壤類型和作物生長進行個性化操作，完成了企業標準的制定和肥效試驗操作規范。”

　　那么，礦物質土壤調理劑具體是怎么一回事呢？這還得從它的原料之一磷石膏說起。磷石膏是指在磷酸生產過程中產生的工業固體廢棄物，它的主要成分是二水硫酸鈣和一些不溶性、可溶性雜質。

　　“目前，我國磷石膏累計堆存量已超過1億噸以上。磷石膏中所含氟化物、游離磷酸等雜質是導致其在堆放過程中造成環境污染的主要原因。”石林表示，堆存既占用了土地資源，也由于風蝕、雨蝕造成了大氣、水系及土壤污染，長期接觸也可能導致人的病變與死亡。

　　能源、環保及農業現狀迫使人們開始思考利用廢棄物生產富含土壤缺失的營養元素、改善酸性土壤特性，同時又兼顧成本，有效解決固體廢棄物資源化的產品。石林團隊所研發的項目正屬于工業固體廢棄物資源化利用與新型肥料開發領域。

　　利用磷石膏生產鉀硅鈣土壤調理劑，首先要去除其中的重金屬。“對粗磷石膏進行成分分析，特別是重金屬含量，配備重金屬捕獲劑，確定其用量、加水的比例；通過攪拌、過濾，去除其中的重金屬元素。廢液再經過重金屬沉淀劑置換再生，返回到初始攪拌器中捕獲重金屬。”石林介紹，整個工藝流程為閉路循環體系。

　　接下來，將精磷石膏、鉀長石、其他鈣基化合物與添加劑一起按計量進行混合、球磨、干燥、活化、冷卻、球磨、包裝，即可制成鉀硅鈣土壤調理劑。

　　“目前，煅燒法生產鉀硅鈣肥中的鉀主要以硅酸鉀、氧化鉀的方式存在，產品的水溶性極差，營養組分難以被作物吸收，而且農民施用也費工費力。”石林表示，“我們目標產品中的鉀則以硫酸鉀形式存在，水溶性大大增強，水溶解率達21%以上。”此外，該產品既含有鉀、硅、鈣，還含有大量的鎂和硫，營養元素更趨于均衡。

　　多重效益好

　　由于鉀硅鈣土壤調理劑是將利用工業固體廢棄物和礦石整體轉化來生產肥料的，因此，石林團隊在研發過程中還特別注意避免有害成分的進入，生產技術上要求必須有較高的技術手段去除廢物中的有害成分，保證產品各項成分指標均符合有關國家標準。

　　石土同源，這也是鉀硅鈣肥稱為土壤調理劑的原理。石林介紹，“可調節土壤酸堿平衡、抑制土壤中鋁離子的淋溶，降低有毒有害元素的累積效應，改善土壤結構、提高土壤墑值及有機質含量，減少土壤水分流失，提高水肥流失率。”

　　“從目前種植效果來看，每畝施用50~100千克鉀硅鈣土壤調理劑，增產率高達7.6%~73%，平均增產率達24.95%，而且農作物的品質顯著提高。”石林如是總結。

　　近年來，石林團隊在韶關地區酸性土壤上種植花生、淮山、粉葛、葡萄等，通過施用鉀硅鈣土壤調理劑進行田間試驗，發現作物生長效應、增產效果明顯，同時作物中重金屬含量降低。

　　2013年，韶關市農業科學研究所紅薯種植基地里，未施肥前畝產為562千克；每畝施用50千克鉀硅鈣土壤調理劑時畝產為787千克，增產40%，還可減少土壤鉛含量47%、鎘6%、鉻43%、銅14%。

　　另據第三方肥效試驗報告顯示，作物品質全面提升，木薯的淀粉含量、甘蔗的含糖量都有不同程度的提高，“香、甜、脆這些我們小時候有過的味道又回來了”。

　　再從生產角度來看，“以年產10萬噸鉀硅鈣土壤調理劑計算，每噸產品成本低于650元、純利潤500元左右，年利潤約5000萬元，從而產生較好的經濟效益。”石林算了一筆賬。并且采用此方法以廢治廢，每年可減少廢渣排放，避免大量堆積用地，消除了環境二次污染。

　　除了礦物質土壤養分調理劑外，石林團隊還進行了多項技術研發，如低品位磷礦綠色制肥技術、土壤重金屬鈍化技術、礦物質水制備技術等。在未來的健康農業中，類似的成果將大顯身手。從而達到經濟效益、社會效益、環境效益的高度統一。