磷資源危機呼喚磷高效利用技術(shù)

1、磷資源危機呼喚磷高效利用技術(shù)廖宗文 劉可星 鄭超 一一 磷資源的危機及高效利用的迫切性磷資源的危機及高效利用的迫切性我國的磷礦資源比較豐富，已探明資源總量僅次于世界磷礦資源大國摩洛哥，位居第二，截止 2002 年底，保有資源儲量為 167.86 億噸。數(shù)量上雖豐富，但品位貧乏：我國磷礦以中低品位為主，P2O5平均含量不足 17%，P2O5含量大于 30%的富礦約為僅占總量的 8%。目前我國主要側(cè)重于對高品位的磷礦開發(fā)和利用，用于制造高水溶性磷肥磷銨類或枸溶性磷肥普鈣、鈣鎂磷肥等。雖然磷化工工業(yè)部門為解決我國中低品位磷礦的利用，開展了大量的選礦試驗研究工作，但尚未有重大突破。在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下

2、，我國中低品位磷礦成為一種“雞肋”資源， “食之無味，棄之可惜” 。我國的磷礦資源主要用于磷肥的生產(chǎn)，在目前我國的磷礦消費結(jié)構(gòu)中，磷肥約占82%。磷肥施入土壤后，由于其特定的土壤化學(xué)行為，大部分很快被土壤膠體吸附或固定，很快轉(zhuǎn)化為不能為植物所吸收利用的非有效態(tài)，這種情況在南方酸性土壤上由于鋁、鐵、錳的強烈固定作用而尤顯突出，且磷在土壤中的移動性小，磷肥的當(dāng)季利用率多在10%20%，在三大主要養(yǎng)分中是最低的。如此低的磷肥利用率，無疑加劇了磷礦資源的消耗，加重磷資源危機。此外，固定于土壤的磷，則會通過農(nóng)田排水和地表徑流的方式進(jìn)入地表水體，造成污染水體富營養(yǎng)化。農(nóng)田氮、磷的流失已成為引起水體富營養(yǎng)化

3、的重要原因。據(jù)國土資源部統(tǒng)計，現(xiàn)有的磷富礦資源則僅能維持我國使用 1015 年。因此，磷礦已被列為我國 2010 年后不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的 20 種礦產(chǎn)之一。磷的生物化學(xué)循環(huán)與氮完全不同，是單向流動的，難以再生，因而是一種不可更新的資源。因此，必須高度關(guān)注正在發(fā)生的磷危機。開發(fā)磷資源高效利用技術(shù)，就成為一項緊迫的重大戰(zhàn)略任務(wù)，這對于磷礦資源的可持續(xù)利用和提高磷礦業(yè)、磷肥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，均有深遠(yuǎn)的意義。磷礦活化技術(shù)，主要基于對中低品位磷礦的開發(fā)利用。其原理是通過活化劑的作用，促進(jìn)磷礦釋放 P，無需對中低品位的磷礦進(jìn)行精選且細(xì)度在 100 目以上即可，無需加入硫酸。經(jīng)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新肥料資源研

4、究中心 10 多年的試驗和應(yīng)用，證明這一新技術(shù)是可行的。與傳統(tǒng)磷肥（過磷酸鈣、鈣鎂磷肥和磷銨）相比，所研制的高效磷肥肥效高而成本大大降低。高效磷肥開發(fā)可實現(xiàn)“礦肥一體化” ，大大提高產(chǎn)業(yè)效益。這一新技術(shù)可望為國內(nèi)處于低谷的傳統(tǒng)磷肥注入活力，提高市場競爭力，對磷肥產(chǎn)業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效果和磷礦資源的合理利用均具有重大的戰(zhàn)略意義。二二 高效磷肥的技術(shù)特點高效磷肥的技術(shù)特點高效磷肥是通過活化劑的離子交換作用，促進(jìn)磷礦粉中 P 的釋放，即活化劑與原料 P形成一種“離子橋”狀態(tài)，一般情況下與磷礦粉差別不大，但在作物吸收 P 情況下，磷礦粉中的 P 可迅速地通過“離子橋”釋放補充供作物利用，有效性增強，同時，又使

5、土壤溶液中的 P 濃度不致過高，大大降低了與土壤中的鈣、鋁、鐵、錳等發(fā)生的沉淀反應(yīng)，提高其利用率。在一定條件下，作物吸收越快，高效磷肥中的 P 釋放越快、越多，換言之，在一定條件下，有“按需供給”或“按需釋放”的功能。類似“塞車”狀態(tài)，前面不走，后面不動，即只有被作物吸收后，肥料養(yǎng)分才釋放出來。高效磷肥的主要原料一般是 P2O5含量大于 18%的中低品位磷礦，但隨著技術(shù)的深度開發(fā)，目前可利用的磷礦最低品位的 P2O5含量為 16%。所用的活化劑分為 2 大類：一類是有機活化劑系列，其主要原料來自造紙黑液、木素等；另一類是無機活化劑（礦物）系列，如沸石、膨潤土、硅藻土等。這些活化劑主要來源于工農(nóng)

6、業(yè)廢物和礦山，經(jīng)物理、化學(xué)修飾等方法處理而制成。三三 高效磷肥的產(chǎn)品特點及肥效高效磷肥的產(chǎn)品特點及肥效1 特點比較高效磷肥的有效性與過磷酸鈣、鈣鎂磷肥和磷銨等磷肥有本質(zhì)的區(qū)別，后者的有效性源于水溶性、枸溶性，而高效磷肥的有效性則是通過活化劑與原料 P 形成一種“離子橋”來實現(xiàn)的。這一新的有效性比傳統(tǒng)的有效性（水溶、枸溶）優(yōu)越。水溶性磷肥的有效性高，但大大超過了作物的吸收能力，很快被土壤的 Fe、Mn、Al（南方土）和 Ca（北方土）固定失效，是一種前期過高、后期不足，浪費、低效的供肥方式。高效磷肥則提供了一種全新的供肥機理，實現(xiàn)了一種供求平衡的高效長效供肥方式（見表 1）表表 1 不同磷肥種類

7、的供肥方式、供肥機理不同磷肥種類的供肥方式、供肥機理磷肥種類供 P 速度肥效持續(xù)供求平衡供肥機理鈣鎂磷肥慢長供求水溶性、枸溶性磷礦粉很慢最長供求水溶性、枸溶性過磷酸鈣快較長前期過高，易失效后期不足水溶性、枸溶性磷銨很快短前期過高，易失效后期不足水溶性高效磷肥適中較長供求，需求拉動釋放離子橋高效磷肥的有效性表現(xiàn)在維持較高的水溶性 P 濃度和增強 P 的抗固定能力，顯示較強的連續(xù)供 P 能力。這種有效性的提高源于活化劑的促釋作用，與對高水溶性化肥的緩釋作用同屬控釋作用。2 肥效高效磷肥由于有較強的抗固定能力和較高的連續(xù)供 P 能力，因而有較高的肥效。盆栽玉米的試驗結(jié)果表明，改性磷礦粉、施改性磷銨

8、1 和施改性磷銨 2 三處理的玉米生物量高于過磷酸鈣處理，分別增加了 6.33%、16.15%和 6.14%；而改性磷銨 1 和改性磷銨 2 的玉米生物量比等養(yǎng)分磷銨增加了 16.79%和 6.72%。試驗表明改性磷礦粉、改性磷銨1 和改性磷銨 2 的肥效均優(yōu)于普通磷肥，且改性磷礦粉與改性磷銨 2 相近。圖 1 為不同磷肥處理甘蔗糖分含量的測定結(jié)果，圖中顯示，以改性磷銨 2 處理的甘蔗糖分最高，其次是改性磷銨 1 和改性磷礦粉，由此說明，高效磷肥能促進(jìn)甘蔗糖分的提高。11121314CK磷礦粉改性磷礦粉過磷酸鈣鈣鎂磷肥磷銨改性磷銨1改性磷銨2甘蔗糖份（）盆栽水稻的試驗結(jié)果表明，活化磷礦粉的水稻

9、生物量、植株含 P 量均比磷礦粉的高，也比過磷酸鈣的高，顯示了活化磷礦粉在等重條件下，肥效高于過磷酸鈣及磷礦粉，尤其圖 1 不同磷肥處理對甘蔗糖分的影響是活化磷礦粉與過磷酸鈣配合，其肥效更佳。表 2 活化磷礦粉在磚紅壤上的肥效處 理 水稻生物量（干重：g/盆）植株含 P 量（P%）開陽磷礦粉5.41cd/0.156c/過磷酸鈣4.57d-15.5%0.157c+6.4%活化磷礦粉 1 號 + 過磷酸鈣6.30bcd+16.5%0.185ab+18.6%活化磷礦粉 1 號6.02bcd+11.3%0.180ab+15.4%活化磷礦粉 2 號 + 過磷酸鈣8.99a+66.2%0.192ab+23

10、.1%活化磷礦粉 2 號7.49ab+38.4%0.192ab+23.1%注：各處理的 N、K 相等，而磷肥則等重施用。在赤紅壤上進(jìn)行的盆栽試驗結(jié)果顯示，包膜磷銨與磷銨配比的肥效大體上高于單施磷銨，而且，同種包膜磷銨中，包膜磷銨的配比大者，肥效較高。另外，在磷肥用量相等的條件下，本試驗中包膜磷銨與磷銨配比處理的 P 用量低于單施磷銨，且隨包膜磷銨比例的增加而下降。由此可見，本試驗結(jié)果充分顯示出不同釋 P 速度搭配而成的新型磷銨的肥效高，并在 P 用量較低的情況下，其肥效優(yōu)于一般磷銨。國內(nèi)外研究認(rèn)為，在北方土壤一般不宜直接施用磷礦粉，但用活化劑處理后制得的活化磷礦粉，在北方堿性鹽土上施用則具有明

11、顯的肥效。在北方土壤上的盆栽試驗結(jié)果表明，活化磷礦粉可顯著增加春小麥的地上部和根系的生物量 ，提高植株的吸磷量，提高大豆百粒重和玉米千粒重及產(chǎn)量（表 4） ，顯示活化磷礦粉在北方土壤上也同樣肥效顯著。表 3 活化磷礦粉在西北石灰性土壤上的肥效處理Treatments春小麥地上部（DW: g/pot）春小麥根系（DW: g/pot）地上部吸磷量（mg P/ pot）磷礦粉4.370.784.14活化磷礦粉 14.700.734.57活化磷礦粉 25.990.964.55注：活化磷礦粉 1磷礦粉+無機活化劑；活化磷礦粉 2磷礦粉+有機活化劑。春小麥品種為甘春 20。各處理的磷肥用量相等。表 4 磷

12、素活化劑對東北土壤上大豆百粒重和玉米千粒重及產(chǎn)量的影響大豆玉米處 理百粒重（g）增重率()千粒重（g）增重率（）平均產(chǎn)量(hm-2)增產(chǎn)率()CK24.5380.69518.67H126.16.65386.11.469823.673.20 H226.06.53 389.82.429860.333.48 H21/3 OS26.78.98394.83.7310236.007.54檸檬酸銨OS25.644.65388.92.1910192.676.85注： H1-磷素活化劑1；H2-磷素活化劑2；OS-過磷酸鈣四四 應(yīng)用前景分析應(yīng)用前景分析由于直接利用中低品位磷礦，高效磷肥可以實現(xiàn)礦肥一體化，大大節(jié)約成本。而且高效磷肥比等重的過磷酸鈣一般可增產(chǎn) 10%左右，但成本下降 15%以上。因此，高效磷肥具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。對于磷肥企業(yè)而言，高效磷肥的技術(shù)可以促進(jìn)其的產(chǎn)品升級換代，提升產(chǎn)品市場競爭力。目前我國大部分地區(qū)的磷礦及磷肥企業(yè)因能源緊張和高品位磷礦不足，對經(jīng)營造成較大困難，可以利用低品位磷礦生產(chǎn)出高效磷肥，大大節(jié)約資源和成本，提高了效