磷資源危機(jī)呼喚磷高效利用技術(shù)

1、磷資源危機(jī)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(jī)及高效利用的迫切性磷資源的危機(jī)及高效利用的迫切性我國(guó)的磷礦資源比較豐富，已探明資源總量?jī)H次于世界磷礦資源大國(guó)摩洛哥，位居第二，截止 2002 年底，保有資源儲(chǔ)量為 167.86 億噸。數(shù)量上雖豐富，但品位貧乏：我國(guó)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(guó)主要側(cè)重于對(duì)高品位的磷礦開(kāi)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(mén)為解決我國(guó)中低品位磷礦的利用，開(kāi)展了大量的選礦試驗(yàn)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(guó)中低品位磷礦成為一種“雞肋”資源， “食之無(wú)味，棄之可惜” 。我國(guó)的磷礦資源主要用于磷肥的生產(chǎn)，在目前我國(guó)的磷礦消費(fèi)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(qiáng)烈固定作用而尤顯突出，且磷在土壤中的移動(dòng)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(wú)疑加劇了磷礦資源的消耗，加重磷資源危機(jī)。此外，固定于土壤的磷，則會(huì)通過(guò)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(yíng)養(yǎng)化。農(nóng)田氮、磷的流失已成為引起水體富營(yíng)養(yǎng)化

3、的重要原因。據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有的磷富礦資源則僅能維持我國(guó)使用 1015 年。因此，磷礦已被列為我國(guó) 2010 年后不能滿足國(guó)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(dòng)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(jī)。開(kāi)發(fā)磷資源高效利用技術(shù)，就成為一項(xiàng)緊迫的重大戰(zhàn)略任務(wù)，這對(duì)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(duì)中低品位磷礦的開(kāi)發(fā)利用。其原理是通過(guò)活化劑的作用，促進(jìn)磷礦釋放 P，無(wú)需對(duì)中低品位的磷礦進(jìn)行精選且細(xì)度在 100 目以上即可，無(wú)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(yàn)和應(yīng)用，證明這一新技術(shù)是可行的。與傳統(tǒng)磷肥（過(guò)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(kāi)發(fā)可實(shí)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(guó)內(nèi)處于低谷的傳統(tǒng)磷肥注入活力，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)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(diǎn)高效磷肥的技術(shù)特點(diǎn)高效磷肥是通過(guò)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(guò)“離子橋”釋放補(bǔ)充供作物利用，有效性增強(qiáng)，同時(shí)，又使

5、土壤溶液中的 P 濃度不致過(guò)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(dòng)，即只有被作物吸收后，肥料養(yǎng)分才釋放出來(lái)。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(kāi)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(jī)活化劑系列，其主要原料來(lái)自造紙黑液、木素等；另一類是無(wú)機(jī)活化劑（礦物）系列，如沸石、膨潤(rùn)土、硅藻土等。這些活化劑主要來(lái)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(diǎn)及肥效高效磷肥的產(chǎn)品特點(diǎn)及肥效1 特點(diǎn)比較高效磷肥的有效性與過(guò)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(guò)活化劑與原料 P 形成一種“離子橋”來(lái)實(shí)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(guò)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(guò)高、后期不足，浪費(fèi)、低效的供肥方式。高效磷肥則提供了一種全新的供肥機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了一種供求平衡的高效長(zhǎng)效供肥方式（見(jiàn)表 1）表表 1 不同磷肥種類

7、的供肥方式、供肥機(jī)理不同磷肥種類的供肥方式、供肥機(jī)理磷肥種類供 P 速度肥效持續(xù)供求平衡供肥機(jī)理鈣鎂磷肥慢長(zhǎng)供求水溶性、枸溶性磷礦粉很慢最長(zhǎng)供求水溶性、枸溶性過(guò)磷酸鈣快較長(zhǎng)前期過(guò)高，易失效后期不足水溶性、枸溶性磷銨很快短前期過(guò)高，易失效后期不足水溶性高效磷肥適中較長(zhǎng)供求，需求拉動(dòng)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(qiáng) P 的抗固定能力，顯示較強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(yàn)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(guò)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(yàn)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(cè)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(shuō)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(guò)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(yàn)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(guò)磷酸鈣的高，顯示了活化磷礦粉在等重條件下，肥效高于過(guò)磷酸鈣及磷礦粉，尤其圖 1 不同磷肥處理對(duì)甘蔗糖分的影響是活化磷礦粉與過(guò)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(kāi)陽(yáng)磷礦粉5.41cd/0.156c/過(guò)磷酸鈣4.57d-15.5%0.157c+6.4%活化磷礦粉 1 號(hào) + 過(guò)磷酸鈣6.30bcd+16.5%0.185ab+18.6%活化磷礦粉 1 號(hào)6.02bcd+11.3%0.180ab+15.4%活化磷礦粉 2 號(hào) + 過(guò)磷酸鈣8.99a+66.2%0.192ab+23

10、.1%活化磷礦粉 2 號(hào)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(yàn)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(yàn)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(jiàn)，本試驗(yàn)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(guó)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(yàn)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(wú)機(jī)活化劑；活化磷礦粉 2磷礦粉+有機(jī)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(duì)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(guò)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(shí)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(guò)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(duì)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(jí)換代，提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前我國(guó)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(duì)經(jīng)營(yíng)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