距離農業(yè)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(fā)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。
記者近日采訪了華南理工大學環(huán)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(chuàng)新研發(fā)礦物質土壤養(yǎng)分調理劑，“一箭雙雕”式解決了工業(yè)固體廢棄物資源化利用與新型肥料開發(fā)的問題。
土壤調理劑產品富含鉀、鈣、硅、鎂、硫等礦物質養(yǎng)分，呈弱堿性特質，可同時解決土壤酸化、板結、毒化、營養(yǎng)組分流失或失衡等問題。
受傷的土壤
“萬物土中生，食以土為本。”優(yōu)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(huán)境質量在惡化，集中表現(xiàn)在土壤酸化、土壤板結、土壤毒化、土壤營養(yǎng)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(xù)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(yè)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(yǎng)組分的流失，造成了農業(yè)面源污染。
“另外，單一施用由氮、磷、鉀組成的化學肥料，使得優(yōu)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(yǎng)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(yè)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(yè)污染排放的影響，區(qū)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(fā)，依據(jù)原生態(tài)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(guī)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(yǎng)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(yǎng)分，呈弱堿性特質，可同時解決土壤酸化、板結、毒化、營養(yǎng)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(yè)標準的制定和肥效試驗操作規(guī)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(yè)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(huán)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(huán)保及農業(yè)現(xiàn)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(yǎng)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(fā)的項目正屬于工業(yè)固體廢棄物資源化利用與新型肥料開發(fā)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(huán)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(yǎng)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(yǎng)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(yè)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(fā)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(jié)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(qū)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(fā)現(xiàn)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(yè)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(jù)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(huán)境二次污染。
除了礦物質土壤養(yǎng)分調理劑外，石林團隊還進行了多項技術研發(fā)，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(yè)中，類似的成果將大顯身手。從而達到經濟效益、社會效益、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
