磷礦粉的有效利用途徑綜述

穆淑紅，孫運(yùn)杰，董海鳳，王逸霞，劉春生

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山東 泰安 271018）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的持續(xù)增長(zhǎng)，人類對(duì)資源的需求量也在不斷增加。如何高效合理的利用有限資源、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、提高資源利用率成為當(dāng)前亟待解決的問題。

早在 19世紀(jì)初，磷礦首次在法國被發(fā)現(xiàn)，后來就在磷礦附近將磷礦粉作為肥料直接施用[1]。20世紀(jì)70年代，中科院南土所李慶逵、中國農(nóng)科院土肥所陳尚謹(jǐn)、張夫道等分別利用國產(chǎn)磷礦粉和摩洛哥磷礦粉開始對(duì)磷礦粉的直接施用效果進(jìn)行研究，他們?cè)谌珖煌湫屯寥郎显O(shè)置了300多個(gè)田間試驗(yàn)[1]。試驗(yàn)結(jié)果表明，磷礦粉直接施用于酸性土壤對(duì)作物有效，但直接施用于石灰性土壤沒有發(fā)揮明顯肥效。

磷素是植物生長(zhǎng)的重要物質(zhì)保證，磷礦又是不可再生的礦產(chǎn)資源。我國磷礦資源豐富，但富礦少，80%以上為中低品位磷礦[2]。因此，推廣磷礦粉的直接施用以及高效利用中低品位磷礦資源是必要的。所以本文從以下幾個(gè)方面探索磷礦粉的有效利用途徑，以期提高其利用效率。

1 影響磷礦粉肥效的因素

1.1 土壤的性質(zhì)

土壤性質(zhì)對(duì)磷礦粉的肥效有很大影響，在不同性質(zhì)的土壤上使用同一類型磷礦粉，肥效也不相同[3]。主要影響因子有土壤溶液的pH值、土壤中磷離子與鈣離子的濃度[4]以及土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中某一因子的改變均會(huì)影響磷礦粉的肥效。

1.1.1 土壤pH 影響磷礦粉分解速率的主要因子是土壤pH。從養(yǎng)分有效性的角度分析，磷礦粉施入土壤后能否在該種土壤中發(fā)揮肥效，首先就要看它在該種土壤中是否有足夠的溶解度，并且能否提供足夠濃度的磷酸離子，來增加植物對(duì)磷的吸收。理論上，土壤pH與磷灰石在土壤液相中磷酸離子的活度的相關(guān)方程為：pHPO42-=2pH-5.18，即土壤的pH越低，酸度越大，從磷灰石中溶解出來的磷酸離子(H2PO4-)就越多，對(duì)磷礦粉的分解越有利[5]。

1.1.2 土壤中鈣離子和磷離子濃度 土壤對(duì)鈣離子的親和力，有利于磷礦中磷灰石溶解釋放鈣離子，從而促進(jìn)了磷礦粉的溶解[3]。如果土壤對(duì)鈣的親和力高，磷灰石表面溶液中鈣的濃度就會(huì)降低，溶度積原理得出的H2PO4-/HPO42-的比值就會(huì)升高，磷灰石表面和土壤溶液之間的H2PO4-/HPO42-梯度也會(huì)變大[3]，磷礦粉的溶解過程就會(huì)加快。

用H2PO4-的活度或磷位(pH2PO4-十1/2pCa)表示的土壤磷素水平，在磷礦粉溶解過程中的作用與土壤中鈣離子含量的作用相似[3]。土壤基質(zhì)必須給Ca2+和H2PO4-間的電化學(xué)位提供一個(gè)正的梯度，才能保證磷礦粉適當(dāng)?shù)娜芙狻?/p>

1.1.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量 土壤中的有機(jī)質(zhì)會(huì)緩慢而間接地影響磷礦粉在土壤中的溶解，有機(jī)物的種類、組成以及含量等因素直接影響磷礦粉的分解速度，并進(jìn)而影響磷礦粉的肥效[3]。

與同濃度的普通礦質(zhì)酸相比，有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)酸對(duì)磷礦粉的溶解能力和螯合能力更強(qiáng)[4]；腐殖質(zhì)中的富啡酸和胡敏酸對(duì)磷礦粉的溶解也有著重要的作用，富啡酸能通過吸附大部分的鈣離子和釋放氫離子增加磷礦粉的溶解，胡敏酸能與Ca2+和PO43-形成復(fù)合體，起到磷庫和鈣庫的作用，進(jìn)而有利于磷礦粉溶解[6]。

1.2 磷礦粉的自身性質(zhì)

1.2.1 磷礦粉的品位和枸溶率 磷礦粉的品位習(xí)慣上指磷礦粉中五氧化二磷（P2O5%）含量，用品位高低來評(píng)價(jià)磷礦粉的質(zhì)量好壞。全磷（P2O5%）＞28%的為高品位磷礦，18%<全磷（P2O5%）<28%的為中品位磷礦，全磷（P2O5%）<18%的為低品位磷礦[7]。

枸溶率是評(píng)定磷礦粉是否可以作為農(nóng)用磷肥施用的重要指標(biāo)之一[2]。磷礦粉的枸溶率在 15%＜枸溶率＜20%，對(duì)作物的可給性屬中級(jí)；磷礦粉的枸溶率在5%＜枸溶率＜15%，對(duì)作物的可給性屬低級(jí)，這些磷礦粉可能只有在酸性較強(qiáng)的土壤上，對(duì)肥田蘿卜等敏感作物才有較理想的肥效；磷礦粉的枸溶率＜5%時(shí)，對(duì)作物的可給性極低，這些磷礦粉施入土壤后，對(duì)絕大多數(shù)作物基本都不表現(xiàn)出肥效[6]。

1.2.2 磷礦的結(jié)晶性質(zhì) 磷礦粉的結(jié)晶構(gòu)型對(duì)其肥效也有很大影響[8]。第一類屬利用率高的，一般為非晶形或膠態(tài)的，全磷含量比較低，以100～150目的磷礦粉為標(biāo)準(zhǔn)，磷礦粉的表面積在每克10～20 m2，檬檸酸銨溶性磷占全磷量的10%～15%。第二類屬利用率中等的，晶形不明顯，每克表面積為5～10 m2，檬檸酸銨溶性磷占全磷含量的5%左右。第三類是利用率低的，有明顯的六角柱狀晶形，晶體的主要組成成分是氟磷灰石或輕磷灰石，每克磷礦粉的表面積只有1 m2左右，檬檸酸銨溶性磷只占全磷量的3%以下[7]。

1.2.3 磷礦粉的粒徑 磷礦粉在土壤中的溶解度極低，而且磷礦粉顆粒與土壤中酸性組分臨近才能溶解出磷。因此，增大磷礦粉顆粒與土壤的接觸面積，磷礦粉肥效就越高[1,8]。

大量試驗(yàn)證明，磷礦粉的細(xì)度<100目(150μm)時(shí)，顆粒大小對(duì)其有效性的影響很小，甚至不存在。磷礦粉的細(xì)度>100目時(shí)，其有效性隨顆粒的增大而降低。張玉蘭通過查閱磷礦粉肥效田間試驗(yàn)材料，總結(jié)認(rèn)為有80%～90%的磷礦粉過100目的細(xì)度就足夠了[9]。

3.1 植物種類

農(nóng)作物的生理特性是影響磷礦粉肥效的一個(gè)因子。大量田間試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，油菜、蕎麥、豆科綠肥，如紫云英，以及豆科作物吸收磷礦粉的能力較強(qiáng)，相對(duì)肥效大致在70%～80%，玉米、馬鈴薯、甘薯、芝麻等吸收能力中等，相對(duì)肥效在50%左右；谷子、小麥和水稻的吸收能力較弱，相對(duì)肥效在30%以下[4]。

2 磷礦粉的活化

在當(dāng)今磷資源日益匱乏的形勢(shì)下，為保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全，仍需進(jìn)一步提高磷礦粉直接施用的肥效[10]。針對(duì)我國大量不適于化學(xué)方法加工生產(chǎn)的中、低品位磷礦，近年來人們一直在探索提高磷礦粉直接施用肥效的方法，主要的活化途徑有生物途徑、非生物途徑以及利用有機(jī)無機(jī)活化劑進(jìn)行活化3個(gè)方面[1]。

2.1 生物途徑

生物學(xué)上磷礦粉與有機(jī)廢棄物堆肥能促進(jìn)磷礦粉溶解，其原理為：堆肥過程中，有機(jī)物逐漸分解，包括真菌、細(xì)菌和放線菌在內(nèi)的微生物代謝活動(dòng)加劇，在代謝過程中產(chǎn)生大量的有機(jī)酸的酸化作用和腐殖質(zhì)等螯合物質(zhì)與鈣、鐵和鋁等離子的螯合作用能促進(jìn)磷礦粉溶解[11]。

2.2 非生物途徑

2.2.1 化學(xué)活化 生產(chǎn)中常采用硫酸、磷酸或者硝酸作為酸化劑，采用一般理論用酸量的20%～60%的方法，將中低品位磷礦粉酸化后施用[9]。生產(chǎn)這種磷肥對(duì)磷礦的品味和枸溶率要求不高，耗酸量較少，而且能顯著提高中低品位磷礦粉的肥效，是一種有良好農(nóng)業(yè)效果的磷肥[12]。

2.2.2 物理活化 采用物理活化法將酸溶性或水酸溶性磷肥與中低品位磷礦粉摻混后施入土壤，或者將酸性磷肥與磷礦粉擠壓造粒后施用，都能不同程度的提高磷礦粉的肥效和利用率。此外將磷礦粉與酸化劑如硫磺或低品位硫鐵礦混合后施用也可提高磷礦粉的肥效[6]。

2.3 有機(jī)、無機(jī)活化劑活化

將中、低品位磷礦粉與有機(jī)無機(jī)活化劑混合處理后直接施用，能避免傳統(tǒng)的硫酸處理和高溫加工等生產(chǎn)過程污染物的產(chǎn)生[13]。無機(jī)活化劑一般為沸石、膨潤土、蛭石等具有特殊結(jié)構(gòu)的無機(jī)物，具有較強(qiáng)的離子交換能力，能促進(jìn)磷礦粉中磷的釋放，并且大大減少磷的流失和水溶性磷的固定[14]；有機(jī)活化劑包括木質(zhì)素、味精廢液、糖醛渣、γ-聚谷氨酸等含有大量羥基、羧基和胺基等活性基團(tuán)的有機(jī)物[15]，可影響土壤對(duì)磷的吸附和解吸，并通過對(duì)金屬離子的絡(luò)合作用而提高難溶性磷的有效性[6]。

3 磷礦粉的合理施用

3.1 磷礦粉的用量

我國磷礦粉的直接施用主要集中在華南、西南、華中和華東等地區(qū)的酸性土壤上[16]。這些地區(qū)都是一年兩熟制，在冬季部分水稻土上還種植綠肥，每年在適當(dāng)?shù)淖魑锷弦淮问┯幂^高量（一般大約 100～150斤）的磷礦粉和集中施用其肥效較好，而每年施用少量的磷礦粉對(duì)于作物的增產(chǎn)作用便很小[17]。

3.2 磷礦粉的施用方法

3.2.1 集中施用 就是把磷肥不同程度地集中施用，通常采取條施、穴施以及與非水溶性磷肥混合拌種等方法，可以顯著的提高磷礦粉肥效[17]。

3.2.2 與有機(jī)肥摻混后施用 為了減少土壤對(duì)磷的固定，先把磷肥與腐熟的有機(jī)肥以1:5～1:10的比例充分?jǐn)嚢?，然后施用在固磷能力?qiáng)的土壤上，能顯著提高磷礦粉的肥效。

3.2.3 磷礦粉一般施用 于酸性土壤或者比較貧瘠的土壤上效果顯著，而且應(yīng)優(yōu)先施用在難溶磷素能力強(qiáng)的豆科作物或豆科綠肥作物上，這樣同等量的肥料可以得到更大的增產(chǎn)效果[2,9]。在綠肥田上施用磷礦粉，以播種前施入為宜[18]。在酸性低產(chǎn)田或荒地上施用于豆科作物，通常單施磷肥即可獲得一定的高產(chǎn)，但對(duì)禾谷類作物一般要結(jié)合少量化肥(如硫鐵、尿素等)施用。

3.2.4 水旱輪作條件下和水田磷肥的合理施用 由于磷肥都有后效，且施于水田或旱地的磷的后效不同，因此要做好水旱輪作中磷肥的分配[19]。在水旱輪作中，土壤經(jīng)歷著由干變濕和由濕變干的過程，水田土壤在由干變濕的過程中，漬水條件下pH的改變，水分增加，可使有效磷的含量增加[4,19]；而在土壤由濕變干且冬季氣溫較低時(shí)其有效磷的含量常常降低，這就使得施在旱作上的磷肥對(duì)后作水稻有較大的后效，而施在水稻上的磷肥對(duì)后茬旱作的貢獻(xiàn)較小[19]。因此，在南方水旱輪作地區(qū)，尤其是土壤中的磷以磷酸銨鹽的形式為主的條件下，施磷的重點(diǎn)放在旱作上，而以少量磷肥蘸秧根，以滿足水稻苗期的需要，這樣可提高磷的效果，能充分發(fā)揮增產(chǎn)作用。

在當(dāng)今社會(huì)，人口不斷增加，耕地面積日益減少，磷資源越來越匱乏，加之磷礦是一種重要的不可再生資源，因此需要因地制宜的采取多種方法，提高中、低品位磷礦粉直接施用的肥效，努力探究各種影響磷礦粉溶解的因素并使之達(dá)到最佳，使磷礦資源得到最大化利用。

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