硅钙钾镁肥的研发生产及在果树上的应用

马存金，陈剑秋，李明丽，王伟，高文胜*

(1.金正大生态工程集团股份有限公司/养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，山东临沂 276700；2.山东省果茶技术推广站；3.菏泽金正大生态工程有限公司)

中国是世界磷肥生产第一大国，中国磷矿资源储量虽大，但富矿少，中低品位矿多，生产磷酸副产品磷石膏的堆存量和消化难度大，制约着中国乃至世界磷肥行业发展[1]；同时，中国水溶性钾资源仅占世界总储量的1.6%，而难溶性钾资源约1000亿t，钾肥资源相对短缺，亟需开发利用[2]，亟需新的工艺技术解决磷石膏无序堆放和缺钾难题，并实现磷钾资源综合利用。

目前中国16个省区约216万km2酸性土壤，约占全国耕地面积的21%，而部分地区果园酸化严重，且呈现日益加剧态势，威胁果实品质的提高和果业的可持续发展，亟需研发新型土壤调理剂[3]。

硅钙钾镁肥是磷石膏、钾长石等在高温下煅烧而形成的碱性土壤调理剂，不仅能调酸改土，还能补充多种大、中、微量元素，可有效克服石灰等易造成土壤板结的不足，在多种作物上应用效果较好[4]，且对土壤环境影响小，实现了磷钾资源的综合利用，是一种新型的环保型土壤调理剂。介绍了硅钙钾镁肥的研发与生产背景、意义及现状，简述了硅钙钾镁肥在果树上的应用，并展望了硅钙钾镁肥的发展前景，以期为磷钾资源的高效开发利用和硅钙钾镁肥等新型土壤调理剂的进一步研究和应用提供依据。

1 硅钙钾镁肥的研发与生产

1.1 背景及意义

磷矿石是生产磷肥和磷化工产品的重要原料，中国磷矿资源约占世界磷矿资源的30%，已查明磷矿资源储量约176亿t，磷矿资源储量虽大，但富矿少，中低品位矿多，大多分布在云、贵、川、鄂4省。利用低品位磷矿制取磷酸生产过程排出的磷石膏，属于固体废弃物，通常每生产磷酸(以100%P2O5计)1t产生副产物磷石膏4.5～5.0t[5]。中国磷石膏消化不足40%，堆存量已超过3亿t，且每年新产生量约5000万t，大量磷石膏的堆存除占用大面积土地外，还可能带来粉尘、地下水和土壤污染等环境问题，成为制约中国乃至世界磷肥行业发展的一大瓶颈[6]。

中国可溶性钾矿资源严重缺乏，仅占世界总量的1.6%，年进口量高达400万t；但不溶性钾矿资源却异常丰富[7]，其储量约1000亿t。不溶性含钾岩石多以钾长石及其他硅酸盐岩石形式存在，钾提取和活化方法主要有压热法、高温挥发法、直接法、离子交换法、低温酸解法、微生物法和焙烧法等[8]。在众多提钾方法中，焙烧法具有较大的研究和应用前景，此法利用廉价的石膏和石灰石等资源，且工艺条件简单，无腐蚀性，得到的钾盐为可溶性钾盐，并且可将钾长石中的硅元素转化为有效态硅肥，实现资源再利用[9]。因此，综合开发利用中国丰富的不溶性钾长石资源，生产国内短缺的钾肥和硅肥，具有现实意义。

1.2 硅钙钾镁肥研发与生产现状

目前，中国对磷钾资源的利用主要集中在制备水泥、石膏、陶瓷等建材方面[10]，而将其制备肥料及土壤调理剂的研究相对较少。林维佳等[11]通过混合焙烧的方法活化低品位磷矿，制备出一种含有磷、硅、钙、 镁、硫养分的酸性土壤调理剂，既可补充多种养分，又可改良酸性土壤，其中磷矿中磷转化率为90.4%。华南理工大学石林等[12]利用钙基工业固体废弃物与富钾硅酸盐矿物复合生产的硅钙钾土壤调理剂，产品中富含有效态的硅、钙、钾、铁、锌等大中微量元素，pH值呈碱性，且重金属含量达标。

中国科学院地质与地球物理研究所[13]以富钾岩石为原料，在高压反应釜中通过水热化学反应工艺，将其活化、细化、膨化而转化成类似于天然风化土壤的新型钾硅钙微孔矿物肥料，具有细化程度高、疏松膨化性好和长效缓释的特点，施入土壤中能缓慢释放硅、钙、钾等多种营养元素，使改良中国南方酸性土壤，提升土壤综合肥力，提高作物品质和食品安全、发展生态友好型可持续农业成为可能。

贵州大学资源化工研究所[14]历经几十年的钻研，对不溶性含钾硅酸盐岩石的开发利用取得重大突破，通过“粉磨制块隧道窑烧结工艺”法生产硅钙钾肥，解决了中国钾肥和优质硅肥短缺的问题；该工艺技术先将钾长石和石灰石进行破碎，配料混匀后再经粉磨、加水压制成块，然后在隧道窑中高温烧结，烧结块料经破碎粉磨后得硅钙钾肥产品；整个生产过程无任何废渣、废水产生，燃烧窑的气体经处理后无任何公害。

市场已有硅钙钾肥生产工艺存在的主要问题是由于成球在立窑中高温煅烧，容易造成烧结温度不均匀，钾的平均转化率不高，且烧结物在炉内易发生结大块、粘炉壁和漏生料等现象[15]，严重影响产品质量和生产效率。金正大生态工程集团股份有限公司通过自主研发[16]，将传统湿法生产磷酸的副产品磷石膏经煅烧制备出粉状半水石膏，再与经过粉磨处理的钾长石及焦碳按比例进行均匀混配，然后送入旋风预热器中与窑尾尾气进行换热升温，预热后的物料进入回转窑中完成分解、烧成，后经破碎、粉磨后与磷尾矿按比例混配成硅钙钾镁肥产品。相较于传统硅钙钾肥生产工艺，此项技术以中和促解为核心，采用窑尾尾气预热及粉体混合烧成的方式，解决了上述反应不均匀等问题，具有巨大的生产和开发利用价值。

金正大生态工程集团股份有限公司以磷石膏、磷尾矿、钾长石等为原料制备适用于酸性土壤的硅钙钾镁肥，变废为宝，并通过开发应用及产品大田推广，构建了磷石膏综合利用修复酸性土壤障碍的技术体系[17]；该技术成果通过中国石油和化学工业联合会组织的专家鉴定，核心技术达到国际领先，起草制定了硅钙钾镁肥国家标准(GB/T 36207-2018)和磷石膏国家标准(GB/T 23456-2018)，建成了国内首套年产60万t硅钙钾镁肥联产硫酸的生产装置并稳定运行；该产品得到了多个省份农科院和农业主管部门领导和专家的认可，在贵州、江西、湖南、广东等全国主要酸性土壤区域，在柑桔、香蕉、蔬菜和水稻等作物上累计推广硅钙钾镁肥37.87万hm2(568万亩)，实现农田新增产值1.99亿元，具有显著的经济效益及社会效益[6]。

2 硅钙钾镁肥在果树上的应用

近十几年，由于有机肥投入不足和以氮肥为主的速效肥盲目和大量施用，造成部分地区果园酸化严重，且呈现日益加剧的态势[18]。土壤酸化会明显影响土壤微生物活动、有机质转化、营养元素有效性和土壤保肥能力等，影响果园土壤生产力和果树生长发育，影响果实品质的提高和产业的可持续发展[19]。改良土壤的方法很多，施用效果也不一致，虽然矿物型土壤调理剂的研发受到国内外学者的青睐，但其研究多集中在石灰石、磷矿粉等传统土壤调理剂[20]。施用石灰和天然磷矿粉虽有调理土壤的作用，但大量或长期施用不仅会引起土壤板结，还会引起土壤养分失衡，导致作物减产，甚至对环境造成一些不良影响[21]。硅钙钾镁肥是磷石膏、钾长石等在高温下煅烧而形成的新型土壤调理剂，它不仅可以调节土壤酸碱度、改善土壤理化性状，还能改善植株农艺性状，提高果实产量和品质。

2.1 对果园土壤理化性状的影响

硅钙钾镁肥在改良土壤结构及理化性状、提高土壤pH和养分含量等方面作用明显。秦旭等[22]研究表明，施用硅钙钾镁肥后梨园土壤pH值提高0.66个单位，阳离子交换量，有效态氮、磷、钾，交换性钙、镁含量也明显提升；高文胜[23]等在甜樱桃上施用硅钙钾镁肥可提高果园土壤pH值0.73个单位，有效缓解土壤pH值的下降，每666.7m2硅钙钾镁肥用量75kg较为适宜。酸性土壤施用硅钙钾镁肥可明显提高蜜柚果园的土壤pH值，且硅钙钾镁肥用量越高，土壤pH值提高越明显[24]。

2.2 对果树生长及产量的影响

硅钙钾镁肥在改良酸化土壤的同时，还能促进作物生长发育，改善植株农艺性状，提高果实产量。桃树施用硅钙钾镁肥促进了桃树枝条的发育，提高了桃产量，每666.7m2硅钙钾镁肥用量75kg时产量最高，增产达24.98%[25]；硅钙钾镁肥能显著增加香蕉叶片叶绿素含量和生物量，提高香蕉产量5.64%，以粉状硅钙钾镁肥品种效果较好[26]；红枣施用硅钙钾镁肥后叶片长、宽及叶面积明显提高，果实产量比对照增加21.8%[27]。

2.3 对果实品质的影响

研究表明，硅钙钾镁肥在提高作物产量的同时，果实品质也得到明显改善。施用硅钙钾镁肥能明显提高葡萄的单果重、可溶性糖含量，其中最高处理分别提高 52.7%和14.5%，硅钙钾镁肥用量以每666.7m2用量100kg为适宜[28]。施用硅钙钾镁后苹果果实Vc和可溶性糖含量分别提高21.9%和19%，且果形端正，大小均匀，果实着色率提高34.2%，优果率提高25.6%，裂果、缩果、苦痘、畸形果明显减少，果实品质明显改善[29]。栗方亮等[24]研究表明，施用硅钙钾镁肥不仅能增加蜜柚果实可溶性糖、维生素C等物质含量，还能降低果实酸度，提高果实糖酸比，其效果优于石灰和钙镁磷肥等肥料。

2.4 施用技术

硅钙钾镁肥呈碱性，在土壤中易被土壤溶液中的酸及作物根系分泌的酸逐渐分解被作物吸收利用。硅钙钾镁肥中营养元素是枸溶性的(枸溶性肥料一般难溶于水,但可溶于2%柠檬酸)，作基肥比作追肥好，深施比浅施好，肥料应施到根系分布最多的土层，尽量不作根外施肥[30]。秦旭等[31]连续5年以穴施、树盘撒施并深翻、沿行条施、放射状沟施 4 种方式增施硅钙钾镁肥试验表明，每666.7m2施用75kg硅钙钾镁肥能提高桃品质、改善土壤理化性状，综合效果以均匀撒施并深翻的效果为好；在樱桃[32]上研究显示，硅钙钾镁肥土壤调理剂可在秋季或春季施用时，每666.7m2施用75kg，树盘撒施并深翻20cm，且最好连续施用，并根据土壤情况决定施用年限。金正大生态工程集团股份有限公司通过在山东及南方七省3年定位试验，建议果树施用硅钙钾镁肥时均匀撒到树盘内，耕翻20cm，并避免其与作物根系、酸性肥料直接接触，每666.7m2用量75～100kg，但实际应用中要根据土壤地力水平和pH值调整。

3 硅钙钾镁肥土壤调理剂的发展前景

硅钙钾镁肥合理施用可有效阻止土壤酸化进程，调节土壤pH，提高和活化土壤养分，改善果树生长发育，提高果实产量和品质，对于提升酸化土壤生产力、提高磷钾资源利用水平和促进农业可持续发展具有重要意义。近年来贵州大学、中国科学院、华南理工大学及金正大生态工程集团股份有限公司等研究机构及企业不断攻克技术难题，创新硅钙钾镁肥生产工艺及装备，实现了磷钾资源的综合开发和高效利用，且整个生产过程生态环保、清洁无污染。

虽然硅钙钾镁肥使用效果优良，适用范围较广，但在实际开发推广应用中，仍存在运输半径小、企业自身力量薄弱等问题，需要加强政企对接，加大其推广范围和力度[6]。一方面，政府可以通过专项资金、银行贷款、财政补贴等方式，并制定相关政策，鼓励支持硅钙钾镁肥等新型土壤调理剂产品进入市场；另一方面，相关研究机构和磷肥化工企业可以在原料选择与处理、反应机制和工艺技术优化方面进行深入研究[33]，指导和建设一批大规模高质量的硅钙钾镁肥等土壤调理剂工业化生产示范装置，促进硅钙钾镁肥等土壤调理剂产品的大范围推广应用，推进磷钾资源的综合开发利用并产业化。