一種水溶性硅肥的制備及其應(yīng)用

紀(jì)發(fā)達(dá)，王敬偉

(山東龍港硅業(yè)科技有限公司，山東 濰坊 261300)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大國(guó)，但是肥料利用率低，中國(guó)的耕地面積僅占全球耕地面積的9%，但是化肥消耗量卻占到全球化肥消耗量的30%，而且中國(guó)的化肥利用效率還不到30%，美國(guó)農(nóng)業(yè)的化肥利用效率已經(jīng)超過(guò)60%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先中國(guó)，中微量元素不足并且昂貴是目前面臨的主要問(wèn)題。在我國(guó)，硅肥有的以土壤改良劑、鈣、鎂、磷肥等名義出現(xiàn)。僅有的硅肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T797—2004，是以煉鐵爐渣、黃磷爐渣、鉀長(zhǎng)石、海礦石、赤泥、粉煤灰等為主要原料，以有效硅(SiO2)為主要標(biāo)明量的硅肥肥料。雖然NY/T797—2004標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)pH值無(wú)要求，但均屬堿性-強(qiáng)堿性。我國(guó)堿性“有效硅肥”產(chǎn)品不少，只適用于酸性紅壤，但酸性、弱酸性、弱堿性的“水溶速效硅肥”尚未發(fā)現(xiàn)，特別是酸堿土壤均可用的速效、長(zhǎng)效硅肥更未見(jiàn)記載。我國(guó)硅肥研發(fā)起步晚，產(chǎn)品產(chǎn)量少，市場(chǎng)巨大。

硅是土壤中含量第二豐富的元素，但土壤中能被植物吸收的硅卻很少，特別是隨著農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)作物不斷吸收土壤中的硅，致使土壤中的有效硅逐步減少。據(jù)有關(guān)部門勘查表明，我國(guó)長(zhǎng)江流域70%的土壤缺硅，黃河、淮海及遼東半島地區(qū)約有一半的土壤缺硅，而且缺硅的區(qū)域正在逐漸擴(kuò)大。硅元素是禾本科植物"必須營(yíng)養(yǎng)元素"，禾本科植物包括水稻、小麥、玉米、高粱等農(nóng)作物[1]。

硅肥具有“三抗、三促、二改良”的功能，“三抗”即抗倒伏、抗病蟲(chóng)害、抗逆；“三促”即促進(jìn)光合作用、促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育、促進(jìn)養(yǎng)分吸收利用；“二改良”即改良作物品質(zhì)、改良土壤。

新研發(fā)一種水溶性硅肥，旨在解決現(xiàn)有硅肥水溶性差，植物吸收率低，施肥量大，只能作為長(zhǎng)效的基肥使用，不能在植物喜硅期進(jìn)行葉面噴施、滴灌追肥，并且只能在酸性及中性土壤施肥的技術(shù)問(wèn)題。

1 水溶性硅肥的制備方法

水溶性硅肥由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成：40%～60%的粉狀速溶硅酸鈉，10%～20%的腐殖酸鈉，10%～20%的尿素，5%～10%的硫酸鎂，5%～10%的液體硅酸鈉，0.1%～0.2%的羧甲基纖維素鈉。其中，粉狀速溶硅酸鈉的模數(shù)為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為50%～75%，液體硅酸鈉的模數(shù)為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為26%～27%。

(1)稱量粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉，并混合攪拌均勻。

粉狀速溶硅酸鈉由以下方法制備而成：以石英砂和燒堿為原料，采用液相法工藝制得模數(shù)為1.5～2.5的液體硅酸鈉，然后過(guò)濾去除固體雜質(zhì)，將過(guò)濾后的液體硅酸鈉霧化分散在150～200℃的熱空氣中干燥。霧化后的液體硅酸鈉與熱空氣以并流、逆流或混流方式接觸。

(2)稱量液體硅酸鈉，將液體硅酸鈉與步驟(1)中的固體混合物輸送至附聚造粒機(jī)進(jìn)行附聚造粒，液體硅酸鈉固化后，再經(jīng)篩分、陳化后制得水溶性硅肥。

2 水溶性硅肥的制備裝置

一種水溶性硅肥的制備裝置(見(jiàn)圖1)包括固體料儲(chǔ)料倉(cāng)和液體硅酸鈉儲(chǔ)罐，固體料儲(chǔ)料倉(cāng)的出料口設(shè)置計(jì)量秤，下方設(shè)有皮帶加料機(jī)，在皮帶加料機(jī)的物料輸出端的下方設(shè)有固體料攪拌罐，固體料攪拌罐的出料口連通附聚造粒機(jī)，液體硅酸鈉儲(chǔ)罐通過(guò)計(jì)量泵連通所述附聚造粒機(jī)。

圖1 硅肥制備裝置的結(jié)構(gòu)示意

具體使用時(shí)，將液體硅酸鈉輸送至液體硅酸鈉儲(chǔ)罐，將粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉固體物料分別加入固體料儲(chǔ)料倉(cāng)，使用設(shè)置在固體料儲(chǔ)料倉(cāng)出料口的計(jì)量秤稱量相應(yīng)的固體料，然后物料通過(guò)皮帶加料機(jī)進(jìn)入到固體料攪拌罐內(nèi)進(jìn)行攪拌混勻，物料攪拌時(shí)間為 10～30 min，將混勻后的固體料輸送至附聚造粒機(jī)中，通過(guò)計(jì)量泵輸送液體硅酸鈉儲(chǔ)罐中的液體硅酸鈉并噴射于附聚造粒機(jī)中，固體料表面附著液體硅酸鈉后，由于液體硅酸鈉具有黏合力，并且在硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉的黏合作用下，固體料附聚成較大的顆粒，使得液體硅酸鈉固化，再經(jīng)篩分、陳化后包裝出硅肥成品。

3 技術(shù)效果

首先將固體物料攪拌混勻，然后與液體硅酸鈉一起在附聚造粒機(jī)中附聚造粒，其中，液體硅酸鈉含有一定的水分，而硫酸鎂具有一定的吸水性，吸收水分易于與其他固體肥料結(jié)合，羧甲基纖維素鈉具有吸濕性，具有黏合、增強(qiáng)、增稠和保水性，作為黏合劑使用，有利于肥料成型，固體物料攪拌混勻后與液體硅酸混合造粒，硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉等固體肥料吸水并附聚，液體硅酸鈉固化，再經(jīng)篩分、陳化后包裝出硅肥成品，可以作為植物的基肥施用，也可以作為沖施肥追肥施用，可以廣泛施用于所有缺硅土壤，不局限于酸性及中性土壤施肥，并且性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)因吸潮結(jié)塊而影響肥效，便于存放。

4 水溶性硅肥的應(yīng)用試驗(yàn)

4.1 水稻田間試驗(yàn)

(1)將水溶性硅肥按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成：52.5%的粉狀速溶硅酸鈉、15%的腐殖酸鈉、15%的尿素、7.5%的硫酸鎂、9.85%的液體硅酸鈉、0.15%的羧甲基纖維素鈉，其中粉狀速溶硅酸鈉的模數(shù)為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為58%～62%，液體硅酸鈉的模數(shù)為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為26%～27%。

(2)將上述硅肥與市場(chǎng)購(gòu)買的硅肥，按每畝20kg的施用量同時(shí)進(jìn)行田間試驗(yàn)，其余管理措施相同，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)表1可以看出，施用研制硅肥與外購(gòu)硅肥相比，水稻的發(fā)芽率明顯提高8.9%，平均分蘗數(shù)增加33.3%，惡苗病感率降低51.0%。硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響見(jiàn)表2。

表1 硅肥對(duì)水稻成長(zhǎng)期的田間試驗(yàn)

通過(guò)表2可以看出，施用研制硅肥與外購(gòu)硅肥相比，水稻的穗長(zhǎng)與穗數(shù)明顯增加，且穗粒多，增產(chǎn)率達(dá)26.6%。

表2 硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

施用水溶性硅肥能顯著改善水稻的生物學(xué)性狀，使植株生長(zhǎng)性狀優(yōu)良，提高秸稈的莖粗和韌性[2]。

4.2 小麥田間試驗(yàn)

(1)將水溶性硅肥按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成：60%的粉狀速溶硅酸鈉、13%的腐殖酸鈉、10%的尿素、8%的硫酸鎂、8.82%的液體硅酸鈉、0.18%的羧甲基纖維素鈉，其中所述粉狀速溶硅酸鈉的模數(shù)為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為58%～62%，所述液體硅酸鈉的模數(shù)為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為26%～27%。

(2)在小麥分蘗期、拔節(jié)期及孕穗期施肥，采取相應(yīng)機(jī)具，追肥溝施或穴施，把肥料施入10 cm以下土層中。小麥生長(zhǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表3。

表3 小麥生長(zhǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

通過(guò)表3可以看出，施用研制硅肥與使用復(fù)合肥相比，施肥量?jī)H1/6左右，即可達(dá)到相近效果，小麥莖稈粗壯，根系發(fā)達(dá)，葉片直立不披，株型挺拔，葉面積系數(shù)提高，增產(chǎn)率明顯。研制硅肥可改善土壤的供硅能力，提高土壤有效硅水平，促進(jìn)小麥對(duì)硅素的吸收[3]。

4.3 番茄田間試驗(yàn)

(1)將水溶性硅肥按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)制成：45%的粉狀速溶硅酸鈉、18%的腐殖酸鈉、17%的尿素、9.9%的硫酸鎂、9.9%的液體硅酸鈉、0.2%的羧甲基纖維素鈉，其中所述粉狀速溶硅酸鈉的模數(shù)為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為58%～62%，所述液體硅酸鈉的模數(shù)為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計(jì)算為26%～27%。

(2)將上述硅肥與市場(chǎng)購(gòu)買的硅肥，按1 000倍液稀釋，在開(kāi)花、結(jié)果時(shí)進(jìn)行田間噴施試驗(yàn)，管理措施相同，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 硅肥對(duì)番茄成長(zhǎng)期的田間實(shí)驗(yàn)

通過(guò)表4可以看出，施用研制硅肥與外購(gòu)硅肥相比，明顯促進(jìn)番茄的開(kāi)花、結(jié)果，株高提高7.0%，莖粗提高16.2%，花蕾數(shù)增加18.7%，掛果數(shù)增加21.2%，增產(chǎn)率提高16.4%。

綜上所述，水溶性硅肥包含粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂、液體硅酸鈉和羧甲基纖維素鈉，具有極好的水溶性，可溶性二氧化硅含量高，施肥量小，每畝施用量?jī)H為復(fù)合肥的六分之一，即可達(dá)到其效果，性價(jià)比高；其中，腐殖酸鈉對(duì)植物生長(zhǎng)有調(diào)節(jié)作用，提高土壤化肥吸收，促進(jìn)根系發(fā)育，增加光合作用，改良土壤，增強(qiáng)作物抗逆性，對(duì)植物病害有一定抑制作用；其中，尿素保證肥料中氮元素含量；硫酸鎂提供硫、鎂元素，硫、鎂均為中量營(yíng)養(yǎng)元素，為作物增產(chǎn)提質(zhì)所必需，鎂元素是作物的第六大營(yíng)養(yǎng)元素，是葉綠素和色素的組分，是葉綠素分子中唯一的金屬元素，是多種酶的催化劑，能促進(jìn)光合作用和植物對(duì)硅的吸收，提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。

5 結(jié)語(yǔ)

水溶性硅肥的研制和應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)水栽培提供了新的條件。與現(xiàn)有硅肥相比，其克服了水溶性差、植物吸收率低、施肥量大等缺點(diǎn)。本文研制的硅肥由液體硅酸鈉與腐殖酸物質(zhì)作用形成硅酸，其有效硅含量高，易溶于水，易于植物根部吸收。配合氮、磷、鉀及微量元素制成硅復(fù)合肥后，養(yǎng)分更為全面。有增強(qiáng)植物抗逆性、抗病病蟲(chóng)侵害、增加作物糖分、提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)、改良土壤等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可使農(nóng)作物體內(nèi)通氣性增強(qiáng)，預(yù)防根系腐爛和早衰，對(duì)防治爛根病有重要作用；可有效抑制植物葉片的水分蒸騰，增強(qiáng)作物的抗旱、抗寒、抗干熱風(fēng)等抗逆能力；能活化有益微生物，矯正土壤酸度，提高土壤鹽基，促進(jìn)有機(jī)肥分解，抑制土壤病菌、抗重茬；硅肥中所含的硅酸根離子可與鎘、汞、鉛等重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下來(lái)，并能氧化鎘、錳等重金屬，減少其溶解度，從而抑制作物對(duì)其的吸收，有效地防止重金屬的污染。其制備過(guò)程簡(jiǎn)單、原料易得、工藝可控，將逐漸成為發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的高效優(yōu)質(zhì)肥料。