輕稀土煙葉微肥技術研究
——以涼山州煙葉生產為例

龔 婷,周 瀅,周南森,坤燕昌

(西昌學院,四川 西昌 615000)

稀土元素作為化學元素周期表中鑭系元素的代表,因其獨特的化學性質及廣泛的應用領域而備受關注。在農業領域,輕稀土元素如鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)及釹(Nd)等用于制備稀土肥料,被稱為稀土微肥。煙葉的生長周期相對較長,在收獲季節常遭遇梅雨天氣等自然因素的干擾,導致煙葉質量下降,增加煙農勞動力成本。研究發現,噴施含Ce的輕稀土葉面復合肥可增加煙葉K元素含量,抑制Cl-,從而提高煙葉的持續燃燒性及品質,故研究輕稀土元素在煙葉生產中的應用、提高煙葉產量及質量、縮短生長周期對于煙草產業發展具有重要意義。

1 稀土微肥研究進展

稀土微肥因其性能良好、可增加產量、提高產品性質得到了廣泛應用,是一種重要的肥料,但在煙葉中應用較少,因此研究稀土微肥對煙葉性能的影響具有廣闊的發展前景。研究表明,稀土元素可改善干旱對農作物的危害,提高抗逆性及抗旱能力[1]。周荷益[2]研究發現了一種能夠抑制干旱引起的小麥葉片細胞膜相對透過性增加的稀土元素La3+,可降低干旱對小麥幼苗細胞膜的損傷。厚建霞[3]等研究了稀土微肥對當歸的影響,結果表明,噴施0.8 g·mL-1氯化稀土微肥和1.2 g·mL-1硝酸稀土微肥對當歸成藥栽培具有顯著的增效作用,適宜濃度的稀土微肥能夠促進當歸長高、莖粗等。彭俊賢[4]等研究了稀土微肥對南方紅豆杉幼苗營養生長的影響,實驗發現采用1.05 mmol/L濃度稀土微肥灌溉對南方紅豆杉幼苗生長影響最好。噴施稀土微肥,幼苗株高增加,枝條變多。

目前,稀土微肥已用于蘋果、葡萄、荔枝等30多種植物種植,研究表明,稀土微肥能夠增加經濟林業產量,在一定程度上提升經濟效益。還有人將稀土微肥投放于花草及中藥材種植中,研究結果表明,稀土微肥對經濟林及大型樹木有一定促進生長的作用,對于花草及其他植物也有增加營養量的顯著效果,可提供作物生長所需要的微量元素,提高作物產量及品質,故可基于這些研究經驗利用稀土微肥來提高煙葉產量及品質。

圖1 稀土微肥在林業上的應用Fig.1 Application of rare earth microfertilizer in forestry

2 涼山州煙葉生產環境的特點

2.1 土壤特性

涼山州地處我國西南地區,主要的土壤類型包括紅壤、棕壤及山地土壤。這些土壤在質地、有機質含量及酸堿度等方面存在顯著差異,對煙葉生長及發育產生不同影響。紅壤廣泛分布于涼山州的低地地區,富含鐵、鋁氧化物,具有良好的保水性及透氣性,酸性較低,有機質含量適中,適合煙葉生長。棕壤主要分布在涼山州的丘陵地帶,含有較高的有機質,具有良好的肥力。但棕壤的酸堿度可能因地理位置而異,需采取適當的土壤改良措施。山地土壤主要分布在高海拔山區,其特點是土層薄,石塊多,酸性較高。這種土壤類型對煙葉生長具有一定的挑戰,需要采取特殊的土壤管理方法。

2.2 氣候條件

涼山州氣候條件多樣,隨著海拔的升高變化明顯,屬亞熱帶季風氣候,但高山地區存在明顯的高山氣候。低地地區夏季溫暖濕潤,冬季相對干燥,屬亞熱帶季風氣候,梅雨季節的高降水量對煙葉生產有不利影響。丘陵地帶的氣候在高低地區之間過渡,季節性降水分布相對均勻,適合一些中生煙葉品種的生產。高山地區氣溫較低,冬季寒冷,夏季短暫而涼爽。煙葉生產受到高山氣候的限制,通常需選擇適應寒冷環境的煙葉品種。

2.3 煙葉品種特點

根據土壤和氣候條件的不同,涼山州種植了多個煙葉品種,主要包括低產型煙葉、黃肋煙、寬葉煙等。每個品種都有其適應的土壤及氣候條件,了解這些特點對于優化煙葉生產至關重要。低產型煙葉品種適應于低產型土壤,能夠在較差的土壤條件下生長,但煙葉質量相對較低。黃肋煙對土壤要求相對較高,需要較肥沃的土壤及適中的氣候條件。寬葉煙對土壤及氣候條件要求相對較靈活,可適應不同類型的煙田。

3 一種輕稀土煙葉微肥技術的研發

3.1 應用背景

稀土元素廣泛存在于自然界中,被認為可能是植物必需的超微量元素或作物生長刺激素物質,其作用機制備受關注。有學者認為,稀土元素具有一定的生理活性,可能對作物的生長有促進作用。研究表明,稀土元素對多種作物的高產優質具有潛在作用,在植物生長中具有一定的生物活性,這為其在農業領域中的應用提供了可能。研究顯示,合理施用稀土元素肥料對超過30種作物的產量及質量具有顯著的積極影響。根據我國食品安全毒理學評價程序,合理使用稀土元素肥料是安全可靠的。為確保農業中的稀土元素應用安全有效,我國頒布了農業硝酸稀土國家標準(GB 9668—94),為農業稀土肥料的合理使用提供了依據[5]。

3.2 輕稀土肥料方案

煙草作為一種特殊的經濟作物,栽培技術至關重要。合理施肥是關鍵的栽培技術之一,對于提高煙草產量及質量至關重要。涼山州地區的稀土企業主要生產氧化鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)等輕稀土氧化物,這為開發適用于當地煙草生產的輕稀土葉面復合肥提供了豐富的原材料資源。

3.3 技術方案

為了開發出適用于涼山州煙葉生產的輕稀土葉面復合肥,根據理論研究、實際需求及農業國家標準制定了以下技術方案:確定使用硝酸鈰作為液態葉面復合肥的主要成分。硝酸鈰具有良好的水溶性及植物可吸收性,適合作為稀土元素的來源。固體肥含REO(稀土氧化物的含量)為37%～38%,液體肥含REO為380 g/L,比重為1.3。為了便于施用和計量,將液體肥折算為固體肥,計算方法如下:380 g/L÷1.3 = 0.2923,即每升液體肥相當于0.2923 kg的固體肥。加水稀釋時,根據需要統一實際重量的加入量,確保施肥的準確性及一致性。葉面肥的施用量以REO計量為50 g/畝。此用量的確定是在充分考慮煙葉需求及土壤條件的基礎上制定的,以提供適當的營養支持,避免過度施肥。研究結果表明,最佳的噴施方式是葉面噴灑,建議使用0.04%的稀土溶液進行噴灑。在煙苗移栽后的40 d(生長的旺盛期)進行第一次噴灑,再在15 d后進行第二次噴灑。此施肥方案的時間安排能夠最大程度滿足煙葉對稀土元素的需求,有助于提高煙葉產量及質量。

該技術方案的制定經過理論研究及實驗驗證,最大程度發揮了輕稀土葉面復合肥的效果,提供了明確的操作指南,可確保施肥的科學性及有效性。

3.4 技術關鍵

開發一種稀土礦微波分解高酸浸出提取高純鈰的方法,提供一種工藝路線短化、易于萃取分離且稀土回收率高的稀土提煉方法,解決現有工藝中存在的問題,如工藝路線冗長、工藝效率低、酸化浸出及萃取工藝不穩定等。技術步驟如下:①稀土礦微波分解。采用微波分解技術,將稀土礦物樣品暴露于高頻微波輻射下,使其受熱分解。通過微波的高效能量傳遞,實現礦石的快速加熱及分解,從而釋放出內部的稀土元素。②高酸浸出。經過微波分解的稀土礦樣品暴露于高濃度酸性溶液中,以促進稀土元素的浸出。高酸浸出過程是關鍵的分離步驟,可將稀土元素從廢礦中有效地提取出來。③高純鈰的提取。從浸出液中選擇性地提取出高純度的鈰,涉及特定的化學反應及分離工藝,可確保鈰的純度達到要求標準。④稀土回收率的提高。為提高稀土回收率,減少資源浪費,優化微波分解、酸浸出及提取等關鍵步驟。

此技術方案的關鍵在于整合微波分解、高酸浸出及提取等關鍵工藝步驟,實現高效的稀土提煉。通過優化每個步驟,顯著提高鈰的提取率及純度,降低能耗及化學品使用量,為稀土資源的可持續開發及應用提供創新的解決方案。圖2為本技術的主要步驟。

圖2 主要步驟Fig.2 Main steps

3.5 工藝優勢

較現行鹽酸浸出工藝來說,其能夠獲取更高純度的鈰系列產品,大大縮短萃取工藝路線,顯著壓縮稀土礦分離提純的生產運營成本。加熱方式為微波加熱,傳播要比傳統加熱方式均勻得多,加熱效率比蒸汽工藝高得多。

4 結論

稀土元素雖然不是煙葉的生理必需元素,但卻是一種對煙葉內在質量有著重要影響的特征元素。在種植煙葉過程中,稀土元素除了來源于土壤之外,額外的添加會對煙葉自身元素含量造成影響。在不同的種植區域,需對煙葉進行不同次數輕稀土復合肥的噴施,隨著輕稀土葉面復合肥的施用,煙葉體內Ce元素含量不斷增加,K元素含量增加,Cl-含量減少。實驗結果表明,噴施輕稀土(含Ce)葉面復合肥不僅能提高煙葉中K元素含量,還能起到抑制Cl-的作用,為提升煙葉的持續燃燒性及品質提供了有力依據。目前相關技術研究較少,需進一步加強研發,合理利用稀土資源,了解稀土元素對涼山州煙葉生長發育、抗病性、產量、質量的作用,研發出適合涼山煙葉生長性狀的稀土葉面復合肥,縮短煙葉生長周期,提高煙葉質量及產量,減少煙農勞動量。未來,輕稀土煙葉微肥效果還有待深入探究,以發揮其重要的應用價值。