磷礦粉的有效利用途徑綜述

穆淑紅，孫運杰，董海鳳，王逸霞，劉春生

（山東農業大學 資源與環境學院，山東 泰安 271018）

隨著經濟的發展和人口的持續增長，人類對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、發展可持續農業、提高資源利用率成為當前亟待解決的問題。

早在 19世紀初，磷礦首次在法國被發現，后來就在磷礦附近將磷礦粉作為肥料直接施用[1]。20世紀70年代，中科院南土所李慶逵、中國農科院土肥所陳尚謹、張夫道等分別利用國產磷礦粉和摩洛哥磷礦粉開始對磷礦粉的直接施用效果進行研究，他們在全國不同典型土壤上設置了300多個田間試驗[1]。試驗結果表明，磷礦粉直接施用于酸性土壤對作物有效，但直接施用于石灰性土壤沒有發揮明顯肥效。

磷素是植物生長的重要物質保證，磷礦又是不可再生的礦產資源。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

土壤性質對磷礦粉的肥效有很大影響，在不同性質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]以及土壤有機質含量，其中某一因子的改變均會影響磷礦粉的肥效。

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，從而促進了磷礦粉的溶解[3]。如果土壤對鈣的親和力高，磷灰石表面溶液中鈣的濃度就會降低，溶度積原理得出的H2PO4-/HPO42-的比值就會升高，磷灰石表面和土壤溶液之間的H2PO4-/HPO42-梯度也會變大[3]，磷礦粉的溶解過程就會加快。

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]。土壤基質必須給Ca2+和H2PO4-間的電化學位提供一個正的梯度，才能保證磷礦粉適當的溶解。

1.1.3 土壤有機質含量 土壤中的有機質會緩慢而間接地影響磷礦粉在土壤中的溶解，有機物的種類、組成以及含量等因素直接影響磷礦粉的分解速度，并進而影響磷礦粉的肥效[3]。

與同濃度的普通礦質酸相比，有機質中的有機酸對磷礦粉的溶解能力和螯合能力更強[4]；腐殖質中的富啡酸和胡敏酸對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-形成復合體，起到磷庫和鈣庫的作用，進而有利于磷礦粉溶解[6]。

1.2 磷礦粉的自身性質

1.2.1 磷礦粉的品位和枸溶率 磷礦粉的品位習慣上指磷礦粉中五氧化二磷（P2O5%）含量，用品位高低來評價磷礦粉的質量好壞。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]。

枸溶率是評定磷礦粉是否可以作為農用磷肥施用的重要指標之一[2]。磷礦粉的枸溶率在 15%＜枸溶率＜20%，對作物的可給性屬中級；磷礦粉的枸溶率在5%＜枸溶率＜15%，對作物的可給性屬低級，這些磷礦粉可能只有在酸性較強的土壤上，對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，對作物的可給性極低，這些磷礦粉施入土壤后，對絕大多數作物基本都不表現出肥效[6]。

1.2.2 磷礦的結晶性質 磷礦粉的結晶構型對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的，全磷含量比較低，以100～150目的磷礦粉為標準，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]。

大量試驗證明，磷礦粉的細度<100目(150μm)時，顆粒大小對其有效性的影響很小，甚至不存在。磷礦粉的細度>100目時，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材料，總結認為有80%～90%的磷礦粉過100目的細度就足夠了[9]。

3.1 植物種類

農作物的生理特性是影響磷礦粉肥效的一個因子。大量田間試驗和生產實踐表明，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，相對肥效大致在70%～80%，玉米、馬鈴薯、甘薯、芝麻等吸收能力中等，相對肥效在50%左右；谷子、小麥和水稻的吸收能力較弱，相對肥效在30%以下[4]。

2 磷礦粉的活化

在當今磷資源日益匱乏的形勢下，為保證農業生產和糧食安全，仍需進一步提高磷礦粉直接施用的肥效[10]。針對我國大量不適于化學方法加工生產的中、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無機活化劑進行活化3個方面[1]。

2.1 生物途徑

生物學上磷礦粉與有機廢棄物堆肥能促進磷礦粉溶解，其原理為：堆肥過程中，有機物逐漸分解，包括真菌、細菌和放線菌在內的微生物代謝活動加劇，在代謝過程中產生大量的有機酸的酸化作用和腐殖質等螯合物質與鈣、鐵和鋁等離子的螯合作用能促進磷礦粉溶解[11]。

2.2 非生物途徑

2.2.1 化學活化 生產中常采用硫酸、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]。生產這種磷肥對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，是一種有良好農業效果的磷肥[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、無機活化劑活化

將中、低品位磷礦粉與有機無機活化劑混合處理后直接施用，能避免傳統的硫酸處理和高溫加工等生產過程污染物的產生[13]。無機活化劑一般為沸石、膨潤土、蛭石等具有特殊結構的無機物，具有較強的離子交換能力，能促進磷礦粉中磷的釋放，并且大大減少磷的流失和水溶性磷的固定[14]；有機活化劑包括木質素、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的有機物[15]，可影響土壤對磷的吸附和解吸，并通過對金屬離子的絡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、華中和華東等地區的酸性土壤上[16]。這些地區都是一年兩熟制，在冬季部分水稻土上還種植綠肥，每年在適當的作物上一次施用較高量（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于作物的增產作用便很小[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 與有機肥摻混后施用 為了減少土壤對磷的固定，先把磷肥與腐熟的有機肥以1:5～1:10的比例充分攪拌，然后施用在固磷能力強的土壤上，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，而且應優先施用在難溶磷素能力強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，但對禾谷類作物一般要結合少量化肥(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其有效磷的含量常常降低，這就使得施在旱作上的磷肥對后作水稻有較大的后效，而施在水稻上的磷肥對后茬旱作的貢獻較小[19]。因此，在南方水旱輪作地區，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，能充分發揮增產作用。

在當今社會，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到最佳，使磷礦資源得到最大化利用。

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