作者：李闻芝  来源：中国化工报 发布时间：2015-4-2

　　3月17日，农业部宣布正式启动2020年化肥、农药使用量零增长行动，这是一项推进化肥减量提效、农药减量控害的重要行动，目标是逐步建立科学施肥管理和技术体系，提高科学施肥水平。

　　在这一行动计划的指导下，化肥使用的零增长将会成为一个新常态。几十年来，中国粮食稳产增产，化肥功不可没。而要在不增加化肥使用量的情况下，继续在有限的耕地上保持稳产甚至是增产，无论是对于化肥行业还是农业都是不小的挑战。而在中国科学院地质与地球物理研究所研究员刘建明看来，他手中一块不起眼的石头，就能为破解这一难题提供助力。

　　图为位于河北张家口的多元素微孔矿物肥马铃薯示范区。

　　这种石头学名叫做富钾硅酸盐岩石，用它做成的肥料叫做钾硅钙多元素微孔矿物肥，其中含有植物所需的几十种矿物质营养元素。这种矿物肥不仅可以提高农作物的产量、改善农产品的品质，同时还具有改良土壤、提高化肥利用率、降低土壤污染的作用，因此在化肥零增长时代，钾硅钙多元素微孔矿物肥将大有可为。中国化工报记者于近日就多元素矿物肥料开发应用和推广情况，采访了刘建明研究员。

　　改善土壤“营养不良” 

　　记者：请您先介绍一下钾硅钙多元素微孔矿物肥到底是一种什么肥料？

　　刘建明：就像你看到的，多元素矿物肥的原料其实就是天然的富钾硅酸盐岩石，我们只是通过技术创新将其中所含的矿物质元素活化成可以被植物吸收利用的有效营养状态。

　　图为工作人员和农户正在试验田里收割水稻。

　　都说万物生于土壤。而土壤是怎么来的？土壤是由岩石经过千万年的风化作用变成的，土壤固体的95%是矿物质。岩石中的矿物质元素是惰性的，植物不能吸收；而通过自然界的风化成土过程，其中1%～3%的矿物质元素被活化成为可以被植物吸收利用的有效营养，这就是土壤支持植物生长的自然养分的主要组成部分。

　　实际上，我们的研究就是模拟自然界的风化作用过程，自主创新研发了加压蒸养工艺，将富钾硅酸盐岩石中的钾、硅、钙、镁、铁、锰等矿物质元素整体（70%～80%）、快速、低成本地转化成为植物可吸收的有效营养。这种矿物肥含有80多种矿物质元素，将它补充到由于过度耕种而严重退化的耕地中去，可给土壤增加营养，达到修复、改良土壤、提高土壤肥力的目的，让土壤恢复健康。有人跟我开玩笑：“照你说的，多元素矿物肥就像是十全大补丸了。”我的回答是：“大致可以这么说吧。”

　　记者：为什么您认为化肥零增长时代，我们更需要这种矿物肥？

　　刘建明：过去的几十年里，化肥的使用为粮食增产作出了巨大贡献。目前政府提出化肥、农药用量零增长行动，一方面是出于食品安全的考虑，另一方面也是出于提高耕地质量的考虑。化肥大量、长期、过度使用造成化肥效益递减、土壤肥力减退，同时由于农药的大量使用，带来作物抗性降低，生态环境污染等诸多负面影响。怎样在保证粮食安全的前提下实现化肥农药的零增长？这就需要新技术的支持。

　　图为多元素微孔矿物肥在不同类型土壤上的实验室试验现场。

　　提到肥料，大家首先想到的是氮磷钾三元素。而事实上，植物生长必需的和有益的营养元素多达数十种，它们之间通常是不可相互代替的。一旦贫缺某一种元素，就会影响植物对其他元素的有效吸收利用。美国参议院第264号文件曾经指出，天然土壤可提供多达80种的矿物质元素，使植物能正常生长代谢，帮助植物增强抗性。

　　长期高产使得我国土壤中的矿物质营养元素几乎被吃干榨尽，而人工施肥主要补充氮磷钾。土壤调查结果显示，目前我国70%以上的土壤或多或少地贫缺多种有效矿物质养分，而这正是多元素矿物肥补充的范围。换句话说，多元素矿物肥虽不能代替氮肥、磷肥，但能提高其利用率，从而减少其施用量，农田试验表明它可降低10%～60%的化肥和农药用量。

　　事实上，由于缺乏中微量矿物元素，我国的化肥利用率大概只有33%。要提高化肥的有效利用率，进而实现化肥的零增长，首先就要促进植物的营养平衡，让植物的营养元素“一个都不能少”。所以化肥农药零增长时代的来临，也为钾硅钙多元素矿物肥的蓬勃发展开启了新纪元。

　　工业化技术成熟可靠 

　　记者：我有一个疑问，您是一位矿物岩石地球化学方面的专家，为什么会研究肥料？

　　刘建明：许多人像你一样，也会有这样的疑问。这要从难溶性钾资源的开发说起。

　　众所周知，我国可溶性的钾盐资源十分缺乏。曾经有一段时间，我国90%的钾盐需要从国外进口。于是，从上世纪90年代开始，我们开展了石头中难溶性钾资源的开发工作，希望能从富钾岩石中将钾活化出来，缓解我国长期缺钾的困境。

　　在研究过程中我们发现，将钾活化出来不是难事，但如何处理大量的固体废渣却成了问题。从富钾硅酸盐岩石中提取1吨硫酸钾就要排放16吨的固体废渣，该怎么处理？我们曾经尝试过用废渣做水泥、建材等，但效果都不好。于是课题组转换思路变废为宝，干脆把废渣中的矿物质元素全部转化成植物可吸收的有效元素，这就是我们今天看到的多元素矿物肥料。这样一来，既解决了废渣排放问题，也最大限度地利用了岩石中的中微量矿物质元素，一举两得。

　　我们把石头变成了肥料，我也因此跨越学科界限，进入了土壤学和植物营养学的领域。

　　记者：这种肥料是如何生产出来的？

　　刘建明：生产钾硅钙多元素矿物肥的技术原理很简单，过程就像我们家里用高压锅蒸馒头一样，学术上我们称作加压蒸养法。简单地说，就是把富钾岩石粉和石灰粉加水搅拌成半湿状态后，放入高压反应釜，在一定的温度压力下静态恒温蒸养反应10～15小时，取出后烘干粉磨即可。这个工艺的特点是，反应过程是在半湿的固体状态下进行的，不用搅拌和旋转、不用分离，工艺简单，成本较低。整个生产过程没有废气、废水、固体废物的排放，是绿色生产技术。在这项技术上我们拥有4项国家发明专利，在国际上处于领先水平。

　　这个技术和产品的研发以及产业化已经走过了很长的历程，花费了我们团队3代人近20年的心血。1996年开始技术研发；1999年完成实验室小试；2002年完成中试；2005年实现小规模工业化生产；2006年开始全国范围的农业应用试验；2012年获得农业部肥料登记证并进入市场销售。

　　除了我们的加压蒸养法，国内其他单位还研发了煅烧法、微生物法和水热化学反应法等工艺来活化富钾岩石中的钾，也都取得了不同程度的进展。

　　记者：目前能大规模生产吗？

　　刘建明：目前我们在北京怀柔区和河南桐柏县已经建成了两套工业生产装置，年产能合计达到5万吨，都已生产出了合格的产品，并获得了农业部的肥料登记证，可以进入市场销售。

　　未来发展前景可期 

　　记者：那您觉得要让市场认识并接受这个产品，还应开展哪些工作？

　　刘建明：我觉得首先是要加大宣传力度，让更多的人认识到这个产品在多方面的综合优势，以及它的绿色环保特性，特别是在我们国家越来越重视环境保护和土壤养护的形势下，钾硅钙多元素微孔矿物肥的重要性将会逐步凸显。

　　其次，我们也希望国家有一些政策支持。如果能把这个产品纳入到政府采购的范围，给予适当的补贴，产品的市场空间就可以较快打开。同时我们也十分渴望大型的国有农场、农资公司积极参与进来，他们所起到的带动和示范作用将会极大推动市场化进程。

　　据粗略估算，我国每年的总播种面积（加上复种面积）将达到近30亿亩，其中如果有1/3使用钾硅钙多元素微孔矿物肥，按照每亩用量20～30千克计算，多元素矿物肥的年用量就可能达到2000～3000万吨。

　　记者：前面您提到这种矿物肥还有土壤修复的功效，能谈谈这方面的应用前景吗？

　　刘建明：用在土壤修复改良上，它就有了另外一个名字——土壤调理剂，农业部发的肥料登记证上就把它归入土壤调理剂这一大类。我们也经常称其为多元素矿物土壤调理剂，主要强调它在提高土壤肥力和营养平衡、改善土壤生态环境质量等方面的土壤保健功效。而且，它还对土壤污染治理具有很好的效果。本质上看，土壤质量退化与土壤污染是同一事物的不同表现形式，只有全面修复改良土壤，才可能从根本上治理土壤污染。如土壤重金属污染与土壤酸化就是密不可分的，土壤酸化了才会有重金属的活化。而土壤酸化的原因是多方面的，包括湿热气候的淋溶、微生物产酸、植物根系产酸、生物脱盐基化等自然因素，以及过量施用化学氮肥、酸雨、重茬等人为因素。因此土壤修复与改良也是一个庞大而复杂的系统工程，需要多学科技术的综合作用和有效组合，包括矿物技术、微生物—有机质技术、种植技术等。其中，矿物技术是核心。如钾硅钙多元素矿物肥本身是碱性，将它用于重金属污染土壤的修复，既可以降低土壤的pH值，又可以吸附钝化土壤中活跃的重金属离子，还能增强植物抗重金属毒害的能力。

　　我国已制定了“大气十条”，“水十条”也即将出台，接下来就该是“土十条”了。中国现有耕地有近1/5受到不同程度的污染，污染土壤不仅导致农作物减产，而且会引起农产品中污染物超标，镉大米事件就是一个典型。我们在镉污染严重的湖南做过试验，试验结果表明，施用了钾硅钙多元素微孔矿物肥的稻米镉含量大幅度下降。

　　我相信，随着《土壤污染防治行动计划》的出台，将催生万亿元级的土壤修复市场，土壤调理剂应用空间也将十分广阔。

　　农业试验示范效果好 

　　记者：钾硅钙多元素微孔矿物肥有没有做过农田试验，效果如何？

　　刘建明：要想作为肥料使用，农田肥效试验这一关是必须要过的。2007年始，由中科院农业项目办公室和农业部全国农业技术推广中心部署安排，多元素矿物肥在全国范围内开展了农田肥效试验示范。

　　从黑龙江到海南岛，从山东到新疆，我们的足迹遍及全国27个省市自治区，在不同气候带和不同土壤类型的100多个地区开展了水稻、玉米、小麦、土豆、甜高粱、红薯、茶叶、苹果、辣椒、棉花、花生、橡胶树等50多种农林作物的肥效试验，都取得了令人满意的效果。

　　归纳起来，多元素矿物肥的农业效果主要有：一是增加农作物产量，其中水稻、玉米、小麦通常能增产5%～10%，而土豆、花生、红薯、萝卜等根茎类作物的增产率更高，能达到10%～20%；二是提高农产品品质，作物中Vc等多种营养成分和钙铁等多种微量元素的含量显著提高；三是增强农作物抗性，作物的抗病、抗虫、抗倒伏、抗盐、抗旱、抗寒、抗涝、抗重茬、抗重金属毒害等性能明显增强。

　　除此之外，像我们前面提到的，这种肥料是一种全面的矿物质营养剂，改良土壤的效果明显，可以全面补充中微量元素矿物质养分，提高土壤肥力、增进肥力平衡。由于该产品呈碱性，对酸性土壤具有很好的修复作用，而且其特殊的微孔结构还能防治土壤板结。

　　记者：肥料的应用范围和施用量大概是多少？

　　刘建明：这种肥料说白了就是土壤中矿物质养分精华的浓缩，所以它是一种普适性的肥料，广泛适用于水稻、玉米、小麦、土豆、红薯等粮食作物，以及各种蔬菜、果树、烟草、花卉、草坪、园林苗木及药用植物等经济作物，尤其适合大棚蔬菜和根茎类作物。

　　肥料的施用量根据土壤肥力水平不同、栽种的农作物不同而异，通常情况下，粮食作物每亩20～40千克，而蔬菜、烟草等每亩可以用到60～120千克。

　　市场推广待突破 

　　记者：功效这么好，这种产品一定卖得不错吧？

　　刘建明：产品是不错，技术也十分成熟，但市场销售推广的情况却不尽如人意。我们的产品2012年10月拿到农业部的肥料登记号，2013年开始销售，只卖了几百吨，2014年销量增加到几千吨，没有预期的好。一个科技成果的转化要经历技术研发、工业生产和市场推广销售3个阶段，在我看来市场推广面临的困难最多。

　　记者：困难的原因主要在哪儿？

　　刘建明：原因有很多。

　　一是一种新产品从进入市场到被用户接受，需要一个过程。

　　二是种地的农民由于没有土地所有权，经常是种地而不养地，他们关心的是如何在有限的耕地上获得更高的产量，至于土壤退化、土地质量以及农产品的品质和安全等问题，则不是个体农户所能考虑的。而且作为一种综合的多元素矿物肥，它的价值更多地体现在对土壤肥力改善和耕地质量的提高上，就好像是给土壤做保健，短时间内效果不会太明显，不如普通化肥肥效快，可以立竿见影。

　　三是目前农资市场采取多级代理分销模式，产品出厂后被层层加价，到达农户手中时价格已翻了几番，达到3000～4000元/吨，让农户感到价格太高。

　　四是我们自身不善营销推广，也没有做宣传广告。我们是做技术研发的，市场推广不是我们的强项，还是应该有专门的团队去做。

　　（本文图片由刘建明提供）