一种水溶性硅肥的制备及其应用

纪发达，王敬伟

(山东龙港硅业科技有限公司，山东 潍坊 261300)

我国是农业生产的大国，但是肥料利用率低，中国的耕地面积仅占全球耕地面积的9%，但是化肥消耗量却占到全球化肥消耗量的30%，而且中国的化肥利用效率还不到30%，美国农业的化肥利用效率已经超过60%，远远领先中国，中微量元素不足并且昂贵是目前面临的主要问题。在我国，硅肥有的以土壤改良剂、钙、镁、磷肥等名义出现。仅有的硅肥行业标准NY/T797—2004，是以炼铁炉渣、黄磷炉渣、钾长石、海矿石、赤泥、粉煤灰等为主要原料，以有效硅(SiO2)为主要标明量的硅肥肥料。虽然NY/T797—2004标准中对pH值无要求，但均属碱性-强碱性。我国碱性“有效硅肥”产品不少，只适用于酸性红壤，但酸性、弱酸性、弱碱性的“水溶速效硅肥”尚未发现，特别是酸碱土壤均可用的速效、长效硅肥更未见记载。我国硅肥研发起步晚，产品产量少，市场巨大。

硅是土壤中含量第二丰富的元素，但土壤中能被植物吸收的硅却很少，特别是随着农业快速发展，农作物不断吸收土壤中的硅，致使土壤中的有效硅逐步减少。据有关部门勘查表明，我国长江流域70%的土壤缺硅，黄河、淮海及辽东半岛地区约有一半的土壤缺硅，而且缺硅的区域正在逐渐扩大。硅元素是禾本科植物"必须营养元素"，禾本科植物包括水稻、小麦、玉米、高粱等农作物[1]。

硅肥具有“三抗、三促、二改良”的功能，“三抗”即抗倒伏、抗病虫害、抗逆；“三促”即促进光合作用、促进根系生长发育、促进养分吸收利用；“二改良”即改良作物品质、改良土壤。

新研发一种水溶性硅肥，旨在解决现有硅肥水溶性差，植物吸收率低，施肥量大，只能作为长效的基肥使用，不能在植物喜硅期进行叶面喷施、滴灌追肥，并且只能在酸性及中性土壤施肥的技术问题。

1 水溶性硅肥的制备方法

水溶性硅肥由以下质量分数的原料制成：40%～60%的粉状速溶硅酸钠，10%～20%的腐殖酸钠，10%～20%的尿素，5%～10%的硫酸镁，5%～10%的液体硅酸钠，0.1%～0.2%的羧甲基纤维素钠。其中，粉状速溶硅酸钠的模数为2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为50%～75%，液体硅酸钠的模数为3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为26%～27%。

(1)称量粉状速溶硅酸钠、腐殖酸钠、尿素、硫酸镁和羧甲基纤维素钠，并混合搅拌均匀。

粉状速溶硅酸钠由以下方法制备而成：以石英砂和烧碱为原料，采用液相法工艺制得模数为1.5～2.5的液体硅酸钠，然后过滤去除固体杂质，将过滤后的液体硅酸钠雾化分散在150～200℃的热空气中干燥。雾化后的液体硅酸钠与热空气以并流、逆流或混流方式接触。

(2)称量液体硅酸钠，将液体硅酸钠与步骤(1)中的固体混合物输送至附聚造粒机进行附聚造粒，液体硅酸钠固化后，再经筛分、陈化后制得水溶性硅肥。

2 水溶性硅肥的制备装置

一种水溶性硅肥的制备装置(见图1)包括固体料储料仓和液体硅酸钠储罐，固体料储料仓的出料口设置计量秤，下方设有皮带加料机，在皮带加料机的物料输出端的下方设有固体料搅拌罐，固体料搅拌罐的出料口连通附聚造粒机，液体硅酸钠储罐通过计量泵连通所述附聚造粒机。

图1 硅肥制备装置的结构示意

具体使用时，将液体硅酸钠输送至液体硅酸钠储罐，将粉状速溶硅酸钠、腐殖酸钠、尿素、硫酸镁和羧甲基纤维素钠固体物料分别加入固体料储料仓，使用设置在固体料储料仓出料口的计量秤称量相应的固体料，然后物料通过皮带加料机进入到固体料搅拌罐内进行搅拌混匀，物料搅拌时间为 10～30 min，将混匀后的固体料输送至附聚造粒机中，通过计量泵输送液体硅酸钠储罐中的液体硅酸钠并喷射于附聚造粒机中，固体料表面附着液体硅酸钠后，由于液体硅酸钠具有黏合力，并且在硫酸镁和羧甲基纤维素钠的黏合作用下，固体料附聚成较大的颗粒，使得液体硅酸钠固化，再经筛分、陈化后包装出硅肥成品。

3 技术效果

首先将固体物料搅拌混匀，然后与液体硅酸钠一起在附聚造粒机中附聚造粒，其中，液体硅酸钠含有一定的水分，而硫酸镁具有一定的吸水性，吸收水分易于与其他固体肥料结合，羧甲基纤维素钠具有吸湿性，具有黏合、增强、增稠和保水性，作为黏合剂使用，有利于肥料成型，固体物料搅拌混匀后与液体硅酸混合造粒，硫酸镁和羧甲基纤维素钠等固体肥料吸水并附聚，液体硅酸钠固化，再经筛分、陈化后包装出硅肥成品，可以作为植物的基肥施用，也可以作为冲施肥追肥施用，可以广泛施用于所有缺硅土壤，不局限于酸性及中性土壤施肥，并且性质稳定，不会因吸潮结块而影响肥效，便于存放。

4 水溶性硅肥的应用试验

4.1 水稻田间试验

(1)将水溶性硅肥按以下质量分数制成：52.5%的粉状速溶硅酸钠、15%的腐殖酸钠、15%的尿素、7.5%的硫酸镁、9.85%的液体硅酸钠、0.15%的羧甲基纤维素钠，其中粉状速溶硅酸钠的模数为2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为58%～62%，液体硅酸钠的模数为3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为26%～27%。

(2)将上述硅肥与市场购买的硅肥，按每亩20kg的施用量同时进行田间试验，其余管理措施相同，试验结果见表1。

通过表1可以看出，施用研制硅肥与外购硅肥相比，水稻的发芽率明显提高8.9%，平均分蘖数增加33.3%，恶苗病感率降低51.0%。硅肥对水稻产量的影响见表2。

表1 硅肥对水稻成长期的田间试验

通过表2可以看出，施用研制硅肥与外购硅肥相比，水稻的穗长与穗数明显增加，且穗粒多，增产率达26.6%。

表2 硅肥对水稻产量的影响

施用水溶性硅肥能显著改善水稻的生物学性状，使植株生长性状优良，提高秸秆的茎粗和韧性[2]。

4.2 小麦田间试验

(1)将水溶性硅肥按以下质量分数制成：60%的粉状速溶硅酸钠、13%的腐殖酸钠、10%的尿素、8%的硫酸镁、8.82%的液体硅酸钠、0.18%的羧甲基纤维素钠，其中所述粉状速溶硅酸钠的模数为2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为58%～62%，所述液体硅酸钠的模数为3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为26%～27%。

(2)在小麦分蘖期、拔节期及孕穗期施肥，采取相应机具，追肥沟施或穴施，把肥料施入10 cm以下土层中。小麦生长对比实验见表3。

表3 小麦生长对比实验

通过表3可以看出，施用研制硅肥与使用复合肥相比，施肥量仅1/6左右，即可达到相近效果，小麦茎秆粗壮，根系发达，叶片直立不披，株型挺拔，叶面积系数提高，增产率明显。研制硅肥可改善土壤的供硅能力，提高土壤有效硅水平，促进小麦对硅素的吸收[3]。

4.3 番茄田间试验

(1)将水溶性硅肥按以下质量分数制成：45%的粉状速溶硅酸钠、18%的腐殖酸钠、17%的尿素、9.9%的硫酸镁、9.9%的液体硅酸钠、0.2%的羧甲基纤维素钠，其中所述粉状速溶硅酸钠的模数为2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为58%～62%，所述液体硅酸钠的模数为3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅计算为26%～27%。

(2)将上述硅肥与市场购买的硅肥，按1 000倍液稀释，在开花、结果时进行田间喷施试验，管理措施相同，试验结果见表4。

表4 硅肥对番茄成长期的田间实验

通过表4可以看出，施用研制硅肥与外购硅肥相比，明显促进番茄的开花、结果，株高提高7.0%，茎粗提高16.2%，花蕾数增加18.7%，挂果数增加21.2%，增产率提高16.4%。

综上所述，水溶性硅肥包含粉状速溶硅酸钠、腐殖酸钠、尿素、硫酸镁、液体硅酸钠和羧甲基纤维素钠，具有极好的水溶性，可溶性二氧化硅含量高，施肥量小，每亩施用量仅为复合肥的六分之一，即可达到其效果，性价比高；其中，腐殖酸钠对植物生长有调节作用，提高土壤化肥吸收，促进根系发育，增加光合作用，改良土壤，增强作物抗逆性，对植物病害有一定抑制作用；其中，尿素保证肥料中氮元素含量；硫酸镁提供硫、镁元素，硫、镁均为中量营养元素，为作物增产提质所必需，镁元素是作物的第六大营养元素，是叶绿素和色素的组分，是叶绿素分子中唯一的金属元素，是多种酶的催化剂，能促进光合作用和植物对硅的吸收，提高作物产量和改善农产品品质。

5 结语

水溶性硅肥的研制和应用为实现农作物高产稳产、节水栽培提供了新的条件。与现有硅肥相比，其克服了水溶性差、植物吸收率低、施肥量大等缺点。本文研制的硅肥由液体硅酸钠与腐殖酸物质作用形成硅酸，其有效硅含量高，易溶于水，易于植物根部吸收。配合氮、磷、钾及微量元素制成硅复合肥后，养分更为全面。有增强植物抗逆性、抗病病虫侵害、增加作物糖分、提高产量、改良品质、改良土壤等优点，同时可使农作物体内通气性增强，预防根系腐烂和早衰，对防治烂根病有重要作用；可有效抑制植物叶片的水分蒸腾，增强作物的抗旱、抗寒、抗干热风等抗逆能力；能活化有益微生物，矫正土壤酸度，提高土壤盐基，促进有机肥分解，抑制土壤病菌、抗重茬；硅肥中所含的硅酸根离子可与镉、汞、铅等重金属发生化学反应，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下来，并能氧化镉、锰等重金属，减少其溶解度，从而抑制作物对其的吸收，有效地防止重金属的污染。其制备过程简单、原料易得、工艺可控，将逐渐成为发展绿色生态农业的高效优质肥料。