作者：崔海涛 王旭波 　来源

　　访中国科学院矿产资源研究重点实验室主任刘建明

　　“我国农业面临两大难题。首先，我国可溶性钾盐资源极度贫乏，农用钾肥长期短缺，成为制约我国农业发展的瓶颈之一。更为严重的是，我国农业长年高产，掠夺性地消耗了土壤中的中微量元素矿物质养分，不仅破坏了我国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。”中国科学院矿产资源研究重点实验室主任刘建明说。在他看来，中微量元素可能是今后提高作物产量和品质的关键因子。

　　幸运的是，我国拥有极其丰富的不溶性钾资源，亦即富钾硅酸盐岩石。经初步调查显示，不溶性K2O资源量可能超过100万吨，且在全国广为分布。如果能够通过技术创新，将这些富钾硅酸盐岩石中的不溶性钾及其它矿物质成分低成本地转化成植物可吸收的有效营养形态，则上述两大难题都能大大缓解。

　　中国科学院地质与地球物理研究所自1996年持续攻关“低温水热化学反应工艺”，该工艺将富钾硅酸盐岩石中的不溶性钾及其它矿物质成分（硅钙镁铁锰等中微量元素）整体地、低成本地转化成为植物可以吸收的有效营养形态（转化率可达70%-85%），结果使石头变成为一种多元素新型矿物肥料——钾硅钙微孔矿物肥料，从而为补充我国钾肥短缺、补充中微量元素实现全营养平衡施肥、恢复土壤生产力与肥力水平，提供了土壤-肥料一体化的有效矿物技术。而长达5年在全国范围内广泛开展的农田肥效试验则充分证明了该新型矿物肥料的有效性和普适性。

　　为全营养平衡施肥提供技术支撑

　　作物在生长过程中，除了需要氮、磷、钾外，还需要硅、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、硼、稀土元素等中微量元素，这些元素与氮、磷、钾同等重要，而且不可相互替代。对于一个可持续的农作系统，保持养分平衡是一个关键因子。土壤肥力失衡的后果是：1）氮、磷肥的实际利用率很低，氮肥不足30％；2）钾硅钙镁硫等品质元素的短缺引发营养失调，不仅植物易病变，而且农产品的品质下降，瓜不香、果不甜。多元素微孔矿物肥料能大大缓解这一现状，该矿物肥料含水溶性+枸溶性钾4%-7%，枸溶性硅20%±，枸溶性钙和较多枸溶性镁26-30%±；枸溶性铁和微量枸溶性锰3%±；另含有硅酸盐岩石中的其它中量和微量元素，包括稀土元素等，可以说是一种全营养肥料。“它将岩石中的矿物质整体转化成能被植物吸收的多元素纳-微米微孔矿物肥料，从而为土壤补充中微量元素促进全营养平衡施肥、建设高产优质的现代农业提供了土壤-肥料一体化的矿物技术支撑。”刘建明说。另外，钾硅钙微孔矿物肥料更容易被植物吸收，该矿物肥料在电子显微镜下显示独特的纳米-微米级粒度和非常发育的微孔结构（容重≤0.8 g/cm3），纳微米颗粒表面积大、表面电荷高、化学活性高，容易被植物根酸所溶解从而被植物吸收。

　　钾硅钙微孔矿物肥料的施用

　　自2006年以来，先后在全国25个省市的50多个地区，在不同的气候带、不同土壤类型，对40多种农作物开展了广泛的农田肥效试验，主要由县市土肥站或科研院所承担完成，包括2010年由农业部全国农业技术推广中心布置的试验，都取得了良好的效果，证明了这一新型矿物肥料在全国的普遍适用性，其效果主要表现在：

　　一是增加农作物产量，其中水稻、玉米的增产率通常能够达到5%-10%，而土豆、花生、红薯、萝卜等根系作物的增产率能达到15%-25%。二是提高农产品品质。包括提高各种营养成分和微量元素（钙、铁等）含量，品味口感更佳。三是增强农作物抗逆能力（抗病、抗虫、抗倒伏、抗旱）。四是改良土壤、补充矿物质养分、提高土壤肥力。五是不同程度地替代常规钾肥并提高氮肥利用率。六是早熟、保鲜、耐储、果型好等。

　　“根据目前的试验，本产品适合作为改善土壤肥力的底肥施用，每亩地每年施用量以20-50公斤为宜。即使考虑到各种流通环节和其它费用，以1200元/吨的价格计算，每亩地每年的投入在24-60元之间，农民负担并不大。”刘建明说。

　　生产工艺：低温水热化学反应

　　富钾硅酸盐岩石的产业化开发利用乃是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，施用后易造成土壤板结。而“低温水热化学反应技术提供了一种在半湿状态下利用水热化学反应由富钾硅酸盐岩石低成本制取含钾多元素微孔矿物肥料的工艺，很好地规避了上述技术的缺陷。”刘建明说。

　　该工艺将富钾岩石和生石灰研磨至200目以下，按照一定比例与专用活化剂以及水充分混合（水：固比约1-1.5），将混合好的物料转移至高压反应釜中，通入高压蒸气，在190℃-200℃、11-13个大气压下静态恒温反应10-12小时，即可完成水热化学反应，得到半湿状态的矿物肥料。将其烘干、粉碎、造粒后装袋即可发往各地销售使用。

　　据介绍，该工艺优点显著：首先，原料（富钾岩石和石灰）来源方便、价格低廉，且无需选矿，在全国大部分地区都可以就地取材；其次，所采用的设备主要有矿石粉碎机，物料搅拌机，蒸汽锅炉、高压蒸汽反应釜等，国内都可以制造，易于形成供产业化推广的成套流水生产线；再次，整个生产过程中无废水、废气和固体废物的排放，不存在环保问题；另外，水热化学反应是在静态条件下进行的，技术简单，易于操作，能源消耗较低。

　　2004年，本产品开始在生产线上开展小规模生产试验，达到日产几十吨的生产规模，已生产出了千余吨合格产品。2008年制定了生产标准，并完成了相关的审批备案程序。同时启动了肥料登记程序，目前正在稳步推进。