1、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 烏蘭察布市工業(yè)技術(shù)研究院 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室 劉建明、韓成、劉善科、盛學(xué)斌、齊鑫、李禾、葉大年 等 2015.5.21. 烏蘭察布,新型土壤修復(fù)改良技術(shù)與馬鈴薯應(yīng)用方案 礦物質(zhì)土壤調(diào)理劑,2015全國馬鈴薯解決方案高峰論壇,土壤,農(nóng)業(yè)八字憲法：土 肥 水 種 密 保 管 工,馬鈴薯解決方案 目的：高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù) 關(guān)鍵：土壤 “土豆”，根莖類作物,硅酸鹽巖石,土壤,植物,土壤是怎么形成的？ 由礦物巖石風(fēng)化而成的，土壤固體的95%是礦物質(zhì) 為什么土壤能支持植物生長？ 土壤的自然肥力礦物質(zhì)元素養(yǎng)分,+ 有機質(zhì) + 微生物,植物的礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說：土壤中

2、礦物質(zhì)元素是一切綠色植物唯一的養(yǎng)料。,德國化學(xué)家Liebig 19世紀中葉,1936年美國參議院第264號文件：天然土壤可提供多達80種以上的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素，使植物能正常生長代謝，保證植物抗逆性能。但化學(xué)農(nóng)業(yè)濫用氮磷鉀化肥、過度高產(chǎn)，致使土壤中的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素消耗殆盡。,礦物質(zhì)元素是最常被忽略的研究領(lǐng)域,諾貝爾獎得主Carrel認為，土壤中的礦物質(zhì)控制著植物、動物和人的新陳代謝，進而決定了所有生命的健康程度。,植物生長需要幾十種養(yǎng)分,大量元素： 氮 磷 鉀 中量元素： 鈣 鎂 硅 硫,微量元素 錳 鐵 銅 鋅 硼 鉬 鈉 等,這些元素是同等重要的，不可相互替代的,硅-抗逆元素（抗病蟲、抗旱、抗

3、鹽等）,每個元素有其獨有的功能，不可相互替代,全營養(yǎng)平衡施肥施肥的最高境界,最小養(yǎng)分定律：土壤中的各種肥力因素是相互聯(lián)系、相互制約的，因此平衡營養(yǎng)是關(guān)鍵。,氮流失,營養(yǎng)平衡：最小養(yǎng)分定律與木桶原理,污染大氣,污染水體,污染土壤,中量-微量礦物質(zhì)營養(yǎng)元素,上世紀50-60年代 70-80 80-90,氮是最小養(yǎng)分 磷是最小養(yǎng)分 鉀是最小養(yǎng)分,現(xiàn)在 中-微量元素？,氮,氮,磷,氮,鉀,鉀,鉀,磷,磷,蘋果缺鈣引起的苦痘病,缺鉀使柑桔變小,葡萄缺鎂癥狀,玉米缺鐵癥狀,大豆缺錳導(dǎo)致葉脈間壞死,水稻缺硅癥狀,缺素誘發(fā)各種土傳病害的發(fā)生,植物缺這些元素就會生病,快打農(nóng)藥！,中-微量礦物質(zhì)營養(yǎng)元素來自土壤,

4、原料：富鉀巖石,產(chǎn)品：土壤調(diào)理劑,石頭造肥料：修復(fù)改良土壤，還原土壤原生態(tài),1、高溫煅燒：產(chǎn)品類似水泥板結(jié)硬化 2、強酸分解：氫氟酸+硫酸，強腐蝕高污染 3、微生物分解：效率太低，速度太慢 4、水熱化學(xué)反應(yīng)：,元素活化的四種技術(shù)工藝路線：,巖石,土壤,植物,不僅元素活化，還要結(jié)構(gòu)疏松,1、養(yǎng)分：土壤向植物生長提供基本的礦物質(zhì)元素養(yǎng)分土壤的自然肥力 2、結(jié)構(gòu)：土壤特殊的團粒結(jié)構(gòu)保證植物根系生長、透氣保水保肥,土壤支持植物生長的作用機理,風(fēng)化成土過程就是： 元素活化過程 巖石破碎疏松膨化過程,電鏡觀察 微粒微孔,原料：容重2.6g/cm3,活化：把原料中的所有礦物質(zhì)元素整體活化為能被植物吸收利用的

5、有效營養(yǎng)形態(tài) 細化：新生成的礦物顆粒為納米微米級的微粒 膨化：把石頭膨化為微孔發(fā)育的疏松狀態(tài)，類似土壤團粒結(jié)構(gòu),活化、細化 膨化,產(chǎn)品：容重0.75g/cm3,蒸養(yǎng)工藝,粒度： 毫米-厘米,粒度： 納米-微米,微孔,富鉀巖石,2006年試驗產(chǎn)品的有效養(yǎng)分含量（單位：%）,把富鉀巖石中的礦物質(zhì)元素整體轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分,微量元素養(yǎng)分有效含量,鉀硅鈣 多元素 微孔 礦物肥 / 土壤調(diào)理劑,微量元素養(yǎng)分有效含量 /ppm,能否被植物吸收？ 農(nóng)業(yè)肥效試驗效果如何？,2006年以來，先后在全國27個省市的60多個地區(qū)，在不同氣候帶、不同土壤類型，對50多種農(nóng)作物開展了廣泛的農(nóng)業(yè)試驗，都取得了較好的效果，證明

6、了這一新型礦物肥料的有效性和普適性。,主體由農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心和中科院農(nóng)業(yè)項目辦公室部署，全國先后有27個省市自治區(qū)100多個縣市的土肥站、農(nóng)場、農(nóng)業(yè)企業(yè)承擔(dān)或參與，有包括中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在內(nèi)的全國10多個研究院所和高校承擔(dān)或參與。,1）增產(chǎn)：糧食作物4%-10%，而土豆等根莖類作物達8%-20% 2）提高品質(zhì)和安全性：提高各種營養(yǎng)成分和多種中微量元素含量，減少化肥農(nóng)藥 3）根系發(fā)達強壯：提高養(yǎng)分吸收能力和免疫力 4）增強作物抗性：抗病蟲、抗倒伏、抗旱、抗寒、抗鹽 5）提高氮肥和磷肥利用率，減少化肥和農(nóng)藥用量 6）修復(fù)改良土壤：包括北方鹽堿地和南方酸性土及其

7、重金屬污染 6）其它效果：早熟、保鮮期長、耐貯運、果型好、優(yōu)等品率高等,農(nóng)業(yè)效果：,水稻 7.8% 玉米 7.3% 小麥 13.8% 紅薯 12.3% 土豆 15% 花生 13% 蘿卜 11.2% 大豆 5.1% 綠豆 6.0%,1、平均增產(chǎn)效果：,甜菜 4.7% 白菜 9.0% 番茄 8.8% 甘蘭 15.2% 辣椒 8.4% 西葫蘆 11.7% 大桃 18.1% 葡萄 6.5% 香蕉 4.8%,蘆柑 12.3% 枇杷 2.7% 龍眼 10.7% 佛手茶 11.0% 人參 3.2% 木瓜 9.7%。,城里人吃啥都沒味，農(nóng)民種啥都不掙錢！,為什么現(xiàn)在吃的饅頭沒有饅頭味兒？這是因為農(nóng)田中缺了鉀、

8、硅、鈣、鎂、硫這些品質(zhì)元素，造成農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)日趨下降。,陜西蘋果品質(zhì)提高,水稻品質(zhì)檢驗,空白,習(xí)慣 施肥,低量 礦肥,中量 礦肥,高量 礦肥,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全 中國農(nóng)業(yè)的二次創(chuàng)業(yè),食品等級金字塔,減量化是農(nóng)業(yè)發(fā)展新趨勢（減少化肥和農(nóng)藥）,純尿素,硅肥處理過的尿素,水提取磷 = 2,0-2,2 mg/kg; 酸提取磷 = 14,5-16,3 mg/kg;,提高磷的有效性：,施用硅肥后: 水提取磷 = 13,3-13,6 mg/kg; 酸提取磷 = 45-47 mg/kg,磷肥的利用率僅1025% ：在土壤中被固定，難以運動,鉀硅鈣微孔礦物肥料在水稻減氮試驗效果,CK,減氮50%,減氮25%,常規(guī)

9、,河北景縣，2009,4、增強農(nóng)作物抗性：抗病、抗蟲、抗倒伏、抗旱、抗鹽、抗重金屬毒害、抗重茬、抗寒、抗高溫、抗紫外線,施礦物肥,未施,3、增強農(nóng)作物抗性：抗病、抗蟲、抗倒伏、抗旱、抗鹽、抗重金屬毒害、抗重茬、抗寒、抗高溫、抗紫外線,溫室大棚西紅柿，抗蟲,增強植物抗病抗蟲性能，少使用農(nóng)藥,山東，2014,小麥白粉病 山東寧津縣 2014年6月1日,施用礦物肥,未施礦物肥,腐爛病嚴重,無腐爛病,張家口蘋果腐爛病,腐爛病菌是一種弱寄生菌，5年生蘋果樹大都帶有腐爛病菌。關(guān)鍵是要強壯樹勢，讓果樹帶菌而不發(fā)病。保證果樹營養(yǎng)平衡很重要。,施用多微孔礦物肥 正常生長,對照，早衰早黃,山東寧津縣，2014年5

10、月31日,抗旱效果：小麥干熱風(fēng)災(zāi)后對比,5、土壤修復(fù)改良效果及其機理：,1、能夠補充多種中-微量營養(yǎng)元素、提高土壤肥力水平、促進植物營養(yǎng)平衡土壤肥力退化、土壤貧瘠，提高土壤等級 2、特殊的微孔結(jié)構(gòu)能夠優(yōu)化土壤團粒結(jié)構(gòu)、防治土壤板結(jié)、提高保水保肥透氣能力土壤板結(jié) 3、屬于堿性礦物肥料（PH值9.5-11.5）土壤酸化 4、能夠降低土壤中鋁、鎘、鉛等重金屬元素的活性，增強作物抵抗能力土壤重金屬污染毒害 5、能夠增強作物抗鹽能力鹽漬化、鹽堿化土壤 6、能多方面提高植物抗逆能力、提高氮磷鉀利用率增強植物抗性、提高障礙土壤的利用率、降低化肥和農(nóng)藥的施用量、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,在湖南、江西、廣西、廣東、海南、

11、四川以及黑龍江等地選擇酸性土開展了農(nóng)田試驗。,本產(chǎn)品為堿性肥：pH值9.511.5,酸化土壤：調(diào)酸、鈍化重金屬,2011年湖南醴陵水稻試驗土的PH值隨施用量的增加而升高,40kg,55kg,70kg,對照,試驗處理,PH值,2011年湖南醴陵水稻試驗土的pH值隨著礦物肥施用量的增加而升高,在山東、河北、遼寧的濱海鹽堿地和寧夏、河北、內(nèi)蒙古的干旱鹽堿地開展試驗示范和推廣應(yīng)用。,所有農(nóng)業(yè)試驗都是由當(dāng)?shù)乜h市土肥站承擔(dān)完成,干旱區(qū)鹽堿地,濱海 鹽堿地,北方鹽堿地：高效利用,2012-2013，山東陽信縣，濱海鹽堿地種冬小麥，施用多元素礦物肥后對比效果顯著,陽信縣冬小麥,多年期溫室大棚,溫室大棚土壤重茬

12、退化,3、根系發(fā)達強壯，吸收利用養(yǎng)分能力提高，免疫力和抵抗力增強，根腐病顯著降低,試驗組,對照組,河南?？h善堂鎮(zhèn)花生,河北保定市蠡縣留史鎮(zhèn)鐵桿山藥,未用鉀硅鈣肥，山藥因土傳病害產(chǎn)生爛根，嚴重影響產(chǎn)量,2014年10月-2015年4月,水稻育秧：黑龍江農(nóng)墾總局大面積示范,根長增幅30%、根數(shù)增幅30%，增強秧苗抗逆性，大大提高秧苗整體品質(zhì)。 大田增產(chǎn)42斤/畝。,機理討論：,1、鈣是植物細胞分裂生殖所必需的元素，制約著根系的分生和發(fā)育。實際上，水稻缺鈣首先就表現(xiàn)在新根新葉的生長減弱 2、硅可增強導(dǎo)管剛性、提高根的氧化力和呼吸率，從而提高根系活力、增加對養(yǎng)分的吸收、促進根系生長,平均25條根/棵,

13、平均34條根/棵,對比圖IMG_20131130_141250.jpg,對照組畝產(chǎn)4224斤/畝，商品率33.9%,KSC試驗?zāi)详柪苯稩MG_20131228_192946.jpg,施肥技術(shù)： 底肥，在耕地整土前/時施入，壟施、條施、穴施 溫室大棚和果園也可沖施，作追肥 20-100kg/畝 必須與氮磷肥和/或有機肥配合施用 與生物有機肥配施效果特好,馬鈴薯具有耐旱、耐低溫、耐瘠薄、耐鹽堿、適應(yīng)性廣、抗逆性強、產(chǎn)量高等優(yōu)勢，屬于“省水、省肥、省藥、省勁兒”的“四省”作物，而且營養(yǎng)豐富，用途廣泛，經(jīng)濟效益高。,施用鉀硅鈣礦物肥： 1、增產(chǎn)，平均增產(chǎn)率達15% 2、提高馬鈴薯抗性，抗病蟲、抗旱、抗

14、鹽 3、提高馬鈴薯商品率,試驗土壤包括栗鈣土、黃麻土等，PH值69。 與對照相比，施用礦物肥地塊植株顏色偏綠，葉片偏厚。地上莖濃綠，株高比對照高8-10cm，試驗組地下薯塊莖較均勻一致，塊莖增大，在張家口農(nóng)科院原種場，薯型橢圓扁，單株一般3-5粒，最重2.5 kg，單粒最重650g，大薯率（150克以上為大薯）90%左右；在康?？h，畸形薯小薯減少，經(jīng)統(tǒng)計 0.1kg以上商品馬鈴薯達92-94%，對照的商品率為89.5%，礦物肥料可以提高馬鈴薯商品率2.5-4.5個百分點。,河南桐柏縣程灣鄉(xiāng)石頭莊馬鈴薯,試驗品種：荷蘭15（又名費烏瑞它） 試驗組施肥：15-10-20復(fù)混肥150公斤/畝，鉀硅鈣

15、肥100公斤/畝，微生物菌肥40公斤/畝 對照組施肥：除未施用鉀硅鈣肥外，其余肥料同試驗組,石玉坡,KSC試驗石玉坡IMG_20140422_160054.jpg,KSC試驗石玉坡IMG_20140422_160422.jpg,KSC試驗石玉坡IMG_20140522_112812.jpg,未用鉀硅鈣肥晚疫病較重,KSC試驗石玉坡IMG_20140521_135640.jpg,地主石玉對比圖IMG_20140528_091726.jpg,農(nóng)戶評價,施用鉀硅鈣肥，土豆個大，一般增產(chǎn)30%，今年我種的600畝土豆，用了鉀硅鈣肥的單產(chǎn)達7000斤以上，有80畝單產(chǎn)達13000斤左右。土豆表面光滑，商品薯多，給我?guī)砗芎玫慕?jīng)濟效益。,20