【中國科學報】石頭變肥料 土壤做保健
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濱州市濱北區瓦屋邢村，500 多畝連片鹽堿洼地，過去只能種棉花，今年用上鉀硅鈣礦物肥首次種冬小麥，效果良好。中國科學院地質與地球物理研究所供圖
6月初，中國科學院地質與地球物理研究所研究員劉建明作為中科院“渤海糧倉”項目組專家成員，前往山東濱州鹽堿地小麥示范塊進行測產。“今年病蟲害比較嚴重，這片鹽堿地單靠每畝施用20公斤鉀硅鈣礦物肥料單項措施，能保持去年的產量水平，已經極其不易。”
據悉，這片地屬東營棉花研究所，測產結果為799斤/畝。
“植物機體比較強，抵抗外界條件變化的能力也增強了，植物得病就比較少，也輕得多。”劉建明告訴《中國科學報》記者，“土壤修復調理技術已顯示出了優勢。”
利用土壤修復調理技術和多元素礦物肥料，像中醫一樣給土壤保健“養生”，花費了劉建明和他的團隊3 代人近20 年的心血。
土壤已是亞健康
化肥和農藥，現在的人唯恐避之不及，但在過去，二者搭檔曾為我國糧食增產作出了巨大貢獻。如今，它們飽受詬病，人們已經意識到其中的不妥之處。化肥大量、長期、過度使用造成化肥效益遞減、土壤肥力減退。同時由于農藥的大量使用，帶來作物抗性降低，危及糧食數量、質量安全，引發生態環境污染等諸多負面影響。
在這一持續幾十年的農業生產模式下，酸化、板結、鹽堿化、重金屬污染、化肥農藥污染、肥力減退、礦物質元素和有機質貧缺等，已成為我國土壤的普遍現象。土壤面臨自身生命中的“不能承受之重”，農業生產能力也會變得低下。
“目前政府提出化肥、農藥用量零增長行動，一方面是出于食品安全的考慮，另一方面也是出于提高耕地質量的考慮。”劉建明表示，“怎樣在保證糧食安全的前提下實現化肥農藥的零增長？這就需要新技術的支持。”
土壤“生病”了，需要“治病”“養病”。劉建明介紹，土壤修復與改良是一個龐大而復雜的系統工程，需要多學科技術的綜合作用和有效組合，包括礦物技術、微生物—有機質技術、種植技術等。其中礦物技術是核心。
土壤中固有的養分不夠用了，大家就使勁兒補充肥料，但遺憾的是，多數想到的人工施肥只補充氮磷鉀三元素。事實上，養分應該是全面的、綜合的。植物生長必需的和有益的營養元素多達數十種，它們之間通常不可相互代替，但很容易被忽視。
這還得從土壤的形成說起。
土壤是由巖石經過千萬年的風化作用變成的，土壤固體的95%是礦物質。巖石中的礦物質元素是惰性的，植物不能吸收；而通過自然界的風化成土過程，其中1%~3%的礦物質元素被活化成為可以被植物吸收利用的有效營養，這便是土壤支持植物生長的自然養分的主要組成部分。
那么，劉建明是怎么把天然的礦物養分變成可制作、可應用的產品的？
把石頭變成肥料
鉀硅鈣多元素微孔礦物肥的原料其實就是天然的富鉀硅酸鹽巖石。他們通過技術創新，將其中所含的礦物質元素活化成可以被植物吸收利用的有效營養狀態。
劉建明和他的團隊把巖石變為肥料，要追溯到上世紀90 年代我國難溶性鉀資源開發之時。為緩解我國長期缺鉀的困境，從富鉀巖石中將鉀活化出來，不是難事。但如何處理大量的固體廢渣卻成了問題。
從富鉀硅酸鹽巖石中提取1 噸硫酸鉀就要排放16 噸的固體廢渣，該怎么處理？他們曾經嘗試過用廢渣做水泥、建材等，但效果都不好。于是他們轉換思路，干脆把廢渣中的礦物質元素全部轉化成植物可吸收的有效元素，這就是我們今天看到的多元素礦物肥料。
實際上，讓石頭變肥料，劉建明模擬的是自然界的風化作用過程，自主創新研發了加壓蒸養工藝。他形象地描述道，“過程就像我們家里用高壓鍋蒸饅頭一樣，學術上稱作加壓蒸養法。”
簡單地說，就是把富鉀巖石粉和石灰粉加水攪拌成半濕狀態后，放入高壓反應釜，在一定的溫度壓力下靜態恒溫蒸養反應10~15 小時，取出后烘干粉磨即可。這可將富鉀硅酸鹽巖石中的鉀、硅、鈣、鎂、鐵、錳等礦物質元素整體（70%～80%）、快速、低成本地轉化成為植物可吸收的有效營養。
這個工藝的特點是，反應過程是在半濕的固體狀態下進行的，不用攪拌和旋轉、不用分離，工藝簡單，成本較低。整個生產過程沒有廢氣、廢水、固體廢物的排放，是綠色生產技術。
“土壤中的礦物質控制著植物、動物和人的新陳代謝，土壤肥沃程度決定了所有生命的健康程度。”礦物質與土壤健康的關系不言而喻。從自然中來，回自然中去，這種礦物肥含有80 多種礦物質元素，可給土壤增加營養，達到修復改良土壤、提高土壤肥力的目的，讓土壤恢復健康。
綜合優勢明顯
長期高產使我國土壤中的礦物質營養元素幾乎被吃干榨盡。土壤調查結果顯示，目前我國70%以上的土壤或多或少地貧缺多種有效礦物質養分，而這正是多元素礦物肥補充的范圍。
而要想作為肥料使用，農田肥效試驗這一關是必須要過的。2007 年始，由中科院農業項目辦公室和農業部全國農業技術推廣中心部署安排，多元素礦物肥在全國范圍內開展了農田肥效試驗示范。
從黑龍江到海南島，從山東到新疆，他們在不同氣候帶和不同土壤類型的100 多個地區開展了50 多種農林作物的肥效試驗，都取得了令人滿意的效果。
他們的團隊歸納，多元素礦物肥的農業效果主要有：一是增加農作物產量，其中水稻、玉米、小麥通常能增產5%~10%，而土豆、花生、紅薯、蘿卜等根莖類作物的增產率更高，能達到10%~20%；二是提高農產品品質，作物中Vc等多種營養成分和鈣鐵等多種微量元素的含量顯著提高；三是增強農作物抗性。
“由于缺乏中微量礦物元素，我國的化肥利用率大概只有33%。”劉建明表示，“多元素礦物肥雖不能代替氮肥、磷肥，但能提高其利用率，從而減少其施用量。農田試驗表明它可降低10%~60%的化肥和農藥用量。”
除此之外，用在土壤修復改良上，它還有另外一個名字——土壤調理劑。作為一種全面的礦物質營養劑，其改良土壤的效果明顯，可以全面補充中微量元素礦物質養分，提高土壤肥力、增進營養平衡。由于該產品呈堿性，對酸性土壤具有很好的修復作用，而且其特殊的微孔結構還能防治土壤板結。
多元素礦物肥2012年獲得農業部肥料登記證并進入市場銷售。目前，在北京懷柔區和河南桐柏縣已建成了兩套工業生產裝置，年產能合計達到5 萬噸。“要讓市場認識產品的多方面綜合優勢和綠色環保特性，并接受這類產品，還有一段較長的路要走。”劉建明說。
（原載于《中國科學報》 2015-06-24 第6版 科研)
