磷资源危机呼唤磷高效利用技术

1、磷资源危机呼唤磷高效利用技术廖宗文 刘可星 郑超 一一 磷资源的危机及高效利用的迫切性磷资源的危机及高效利用的迫切性我国的磷矿资源比较丰富，已探明资源总量仅次于世界磷矿资源大国摩洛哥，位居第二，截止 2002 年底，保有资源储量为 167.86 亿吨。数量上虽丰富，但品位贫乏：我国磷矿以中低品位为主，P2O5平均含量不足 17%，P2O5含量大于 30%的富矿约为仅占总量的 8%。目前我国主要侧重于对高品位的磷矿开发和利用，用于制造高水溶性磷肥磷铵类或枸溶性磷肥普钙、钙镁磷肥等。虽然磷化工工业部门为解决我国中低品位磷矿的利用，开展了大量的选矿试验研究工作，但尚未有重大突破。在现有技术经济条件下

2、，我国中低品位磷矿成为一种“鸡肋”资源， “食之无味，弃之可惜” 。我国的磷矿资源主要用于磷肥的生产，在目前我国的磷矿消费结构中，磷肥约占82%。磷肥施入土壤后，由于其特定的土壤化学行为，大部分很快被土壤胶体吸附或固定，很快转化为不能为植物所吸收利用的非有效态，这种情况在南方酸性土壤上由于铝、铁、锰的强烈固定作用而尤显突出，且磷在土壤中的移动性小，磷肥的当季利用率多在10%20%，在三大主要养分中是最低的。如此低的磷肥利用率，无疑加剧了磷矿资源的消耗，加重磷资源危机。此外，固定于土壤的磷，则会通过农田排水和地表径流的方式进入地表水体，造成污染水体富营养化。农田氮、磷的流失已成为引起水体富营养化

3、的重要原因。据国土资源部统计，现有的磷富矿资源则仅能维持我国使用 1015 年。因此，磷矿已被列为我国 2010 年后不能满足国民经济发展需要的 20 种矿产之一。磷的生物化学循环与氮完全不同，是单向流动的，难以再生，因而是一种不可更新的资源。因此，必须高度关注正在发生的磷危机。开发磷资源高效利用技术，就成为一项紧迫的重大战略任务，这对于磷矿资源的可持续利用和提高磷矿业、磷肥企业的经济效益，均有深远的意义。磷矿活化技术，主要基于对中低品位磷矿的开发利用。其原理是通过活化剂的作用，促进磷矿释放 P，无需对中低品位的磷矿进行精选且细度在 100 目以上即可，无需加入硫酸。经华南农业大学新肥料资源研

4、究中心 10 多年的试验和应用，证明这一新技术是可行的。与传统磷肥（过磷酸钙、钙镁磷肥和磷铵）相比，所研制的高效磷肥肥效高而成本大大降低。高效磷肥开发可实现“矿肥一体化” ，大大提高产业效益。这一新技术可望为国内处于低谷的传统磷肥注入活力，提高市场竞争力，对磷肥产业提高经济效果和磷矿资源的合理利用均具有重大的战略意义。二二 高效磷肥的技术特点高效磷肥的技术特点高效磷肥是通过活化剂的离子交换作用，促进磷矿粉中 P 的释放，即活化剂与原料 P形成一种“离子桥”状态，一般情况下与磷矿粉差别不大，但在作物吸收 P 情况下，磷矿粉中的 P 可迅速地通过“离子桥”释放补充供作物利用，有效性增强，同时，又使

5、土壤溶液中的 P 浓度不致过高，大大降低了与土壤中的钙、铝、铁、锰等发生的沉淀反应，提高其利用率。在一定条件下，作物吸收越快，高效磷肥中的 P 释放越快、越多，换言之，在一定条件下，有“按需供给”或“按需释放”的功能。类似“塞车”状态，前面不走，后面不动，即只有被作物吸收后，肥料养分才释放出来。高效磷肥的主要原料一般是 P2O5含量大于 18%的中低品位磷矿，但随着技术的深度开发，目前可利用的磷矿最低品位的 P2O5含量为 16%。所用的活化剂分为 2 大类：一类是有机活化剂系列，其主要原料来自造纸黑液、木素等；另一类是无机活化剂（矿物）系列，如沸石、膨润土、硅藻土等。这些活化剂主要来源于工农

6、业废物和矿山，经物理、化学修饰等方法处理而制成。三三 高效磷肥的产品特点及肥效高效磷肥的产品特点及肥效1 特点比较高效磷肥的有效性与过磷酸钙、钙镁磷肥和磷铵等磷肥有本质的区别，后者的有效性源于水溶性、枸溶性，而高效磷肥的有效性则是通过活化剂与原料 P 形成一种“离子桥”来实现的。这一新的有效性比传统的有效性（水溶、枸溶）优越。水溶性磷肥的有效性高，但大大超过了作物的吸收能力，很快被土壤的 Fe、Mn、Al（南方土）和 Ca（北方土）固定失效，是一种前期过高、后期不足，浪费、低效的供肥方式。高效磷肥则提供了一种全新的供肥机理，实现了一种供求平衡的高效长效供肥方式（见表 1）表表 1 不同磷肥种类

7、的供肥方式、供肥机理不同磷肥种类的供肥方式、供肥机理磷肥种类供 P 速度肥效持续供求平衡供肥机理钙镁磷肥慢长供求水溶性、枸溶性磷矿粉很慢最长供求水溶性、枸溶性过磷酸钙快较长前期过高，易失效后期不足水溶性、枸溶性磷铵很快短前期过高，易失效后期不足水溶性高效磷肥适中较长供求，需求拉动释放离子桥高效磷肥的有效性表现在维持较高的水溶性 P 浓度和增强 P 的抗固定能力，显示较强的连续供 P 能力。这种有效性的提高源于活化剂的促释作用，与对高水溶性化肥的缓释作用同属控释作用。2 肥效高效磷肥由于有较强的抗固定能力和较高的连续供 P 能力，因而有较高的肥效。盆栽玉米的试验结果表明，改性磷矿粉、施改性磷铵

8、1 和施改性磷铵 2 三处理的玉米生物量高于过磷酸钙处理，分别增加了 6.33%、16.15%和 6.14%；而改性磷铵 1 和改性磷铵 2 的玉米生物量比等养分磷铵增加了 16.79%和 6.72%。试验表明改性磷矿粉、改性磷铵1 和改性磷铵 2 的肥效均优于普通磷肥，且改性磷矿粉与改性磷铵 2 相近。图 1 为不同磷肥处理甘蔗糖分含量的测定结果，图中显示，以改性磷铵 2 处理的甘蔗糖分最高，其次是改性磷铵 1 和改性磷矿粉，由此说明，高效磷肥能促进甘蔗糖分的提高。11121314CK磷矿粉改性磷矿粉过磷酸钙钙镁磷肥磷铵改性磷铵1改性磷铵2甘蔗糖份（）盆栽水稻的试验结果表明，活化磷矿粉的水稻

9、生物量、植株含 P 量均比磷矿粉的高，也比过磷酸钙的高，显示了活化磷矿粉在等重条件下，肥效高于过磷酸钙及磷矿粉，尤其图 1 不同磷肥处理对甘蔗糖分的影响是活化磷矿粉与过磷酸钙配合，其肥效更佳。表 2 活化磷矿粉在砖红壤上的肥效处 理 水稻生物量（干重：g/盆）植株含 P 量（P%）开阳磷矿粉5.41cd/0.156c/过磷酸钙4.57d-15.5%0.157c+6.4%活化磷矿粉 1 号 + 过磷酸钙6.30bcd+16.5%0.185ab+18.6%活化磷矿粉 1 号6.02bcd+11.3%0.180ab+15.4%活化磷矿粉 2 号 + 过磷酸钙8.99a+66.2%0.192ab+23

10、.1%活化磷矿粉 2 号7.49ab+38.4%0.192ab+23.1%注：各处理的 N、K 相等，而磷肥则等重施用。在赤红壤上进行的盆栽试验结果显示，包膜磷铵与磷铵配比的肥效大体上高于单施磷铵，而且，同种包膜磷铵中，包膜磷铵的配比大者，肥效较高。另外，在磷肥用量相等的条件下，本试验中包膜磷铵与磷铵配比处理的 P 用量低于单施磷铵，且随包膜磷铵比例的增加而下降。由此可见，本试验结果充分显示出不同释 P 速度搭配而成的新型磷铵的肥效高，并在 P 用量较低的情况下，其肥效优于一般磷铵。国内外研究认为，在北方土壤一般不宜直接施用磷矿粉，但用活化剂处理后制得的活化磷矿粉，在北方碱性盐土上施用则具有明

11、显的肥效。在北方土壤上的盆栽试验结果表明，活化磷矿粉可显著增加春小麦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产量（表 4） ，显示活化磷矿粉在北方土壤上也同样肥效显著。表 3 活化磷矿粉在西北石灰性土壤上的肥效处理Treatments春小麦地上部（DW: g/pot）春小麦根系（DW: g/pot）地上部吸磷量（mg P/ pot）磷矿粉4.370.784.14活化磷矿粉 14.700.734.57活化磷矿粉 25.990.964.55注：活化磷矿粉 1磷矿粉+无机活化剂；活化磷矿粉 2磷矿粉+有机活化剂。春小麦品种为甘春 20。各处理的磷肥用量相等。表 4 磷

12、素活化剂对东北土壤上大豆百粒重和玉米千粒重及产量的影响大豆玉米处 理百粒重（g）增重率()千粒重（g）增重率（）平均产量(hm-2)增产率()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柠檬酸铵OS25.644.65388.92.1910192.676.85注： H1-磷素活化剂1；H2-磷素活化剂2；OS-过磷酸钙四四 应用前景分析应用前景分析由于直接利用中低品位磷矿，高效磷肥可以实现矿肥一体化，大大节约成本。而且高效磷肥比等重的过磷酸钙一般可增产 10%左右，但成本下降 15%以上。因此，高效磷肥具有明显的经济效益。对于磷肥企业而言，高效磷肥的技术可以促进其的产品升级换代，提升产品市场竞争力。目前我国大部分地区的磷矿及磷肥企业因能源紧张和高品位磷矿不足，对经营造成较大困难，可以利用低品位磷矿生产出高效磷肥，大大节约资源和成本，提高了效