一种新型矿物肥料的试验研究

第４期　２０１０年８月　矿产保护与利用　ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＭＩＮＥＲＡＬ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１０　一种新型矿物肥料的试验研究　崔树军，李钢，廉有轩，张建云，宋海军　（河南工程学院资源与环境工程系，郑州，４５１　１　９１）　摘要：煤矸石是采煤过程中产生的固体废弃物，占用大量土地资源难以处置。以煤矸石为载体，将Ｎ、Ｐ、Ｋ　和微量元素等载起可制作矿物肥料。通过田间试验、数学分析相结合的方法较系统地研究了矿物肥料对试　验作物产量等的影响。结果表明矸石肥料可以增加经济效益和社会环境效益，减少大气和地下水的氮污染。　关键词：煤矸石；矿物肥料；试验研究；微量元素；作物产量　中图分类号：ＴＤ８４９　．５ＴＱ４４５；Ｓ１４３文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—００７６（２０１０）０４—００２２—０４　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａ　Ｎｅｗ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ＣＵ／Ｓｈｕ—ｊｕｎ，ＬＩ　Ｇａｎｇ，ＬＩＡＮ　Ｙｏｕ—ｘｕａｎ，ｅｔ　ａ１．　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅ　ｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５１１９１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｃｃｕｐｉｅｄ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｌａｎｄｓ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ｗａｓ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｄｉｓｐｏｓｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃａｒ－　ｒｉｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｎ，Ｐ，Ｋ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ．ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ．Ｂｙ　ｎｅｌｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ｃｒｏｐ　ｗｅｒｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｐｏ１．　１ｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．Ａｎｄ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ，ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ　ｇａｎｇｕｅ；ｍｉｎｅｒａｌ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ；ｃｒｏｐ　ｙｉｅｌｄ　煤矸石是煤矿床开发过程中产生的固体废弃　液木素制备了一系列的功能性肥料的研究进展情　物，它不仅占用大量土地，而且对当地的大气、水体　况。端木合顺等　通过模拟植物根际酸性环境制　和土壤产生污染，降低环境质量，影响煤矿区居民的　得硅钾矿肥不溶残余物，研究了水溶液的ｐＨ值对　身体健康以及对土地资源的利用。因此，煤矸石的　Ｃｕ¨吸附性能的影响和吸附机理等。　治理和利用是煤矿区治理环境的当务之急。　笔者近几年研究嵩箕山块煤矿床环境地质时，　国内有用硅藻土、海泡石、沸石和膨润土等非金　发现其周围煤田的煤矸石中含稀土和铜、铅、锌、锗、　属矿物质作化肥载体，将肥料改性成为长效肥，使肥　钪等微量多金属元素较高，并进行了研究。主要做　料有效成分的释放与作物的需求平衡，以提高有效　了含稀土多金属的煤矸石在农业上的应用试验。含　成分的利用率¨ｊ。乐学义等　总结了应用造纸黑　稀土多金属的煤矸石在一定的物理化学系统中经过　收稿日期：２０１０—０３—０４；修回日期：２０１０—０６—０７　基金项目：河南工程学院青年基金项目（Ｙ２００７０３１）；河南省教育厅自然科学研究计划项目（２００９Ｂ６１０００４）；河南省科技　厅科技发展计划（０９２１０２３　１０２３７）　作者简介：崔树军（１９６４一），男，山东淄博人，副教授，主要从事环境地质和环境生态学教学与研究。　第４期　崔树军，等：一种新型矿物肥料的试验研究　活化处理后，直接应用于农作物种植，其中的稀土、　锌、锗、钼、铜等元素被农作物吸收。经过实验室试　验研究和田间试验，其结果表明这类煤矸石经活化　ＫＣ１饱和溶液　处理后，施用在农田里，可以提高农作物的产量和产　品品质；并可防止土地质量恶化和水域的氮污染。　因而研究这些含稀土多金属高的煤矸石的开发利　用，具有明显的经济效益和社会环境效益。　煤矸石矿肥的制备　１．１　配制煤矸石矿肥的原理　煤矸石矿肥配制的基本原理是以斜方沸石作为　载体，将Ｎ、Ｐ、Ｋ和微量元素载起，然后根据农作物　的需要缓慢释放，供农作物吸收。煤矸石活化后具　有双重作用：既和斜方沸石一样起到载体作用，又释　放出本身的微量元素ｚｎ、Ｂ、Ｃｏ、Ｍｏ供农作物吸收。　矿载肥的载体部分，风化后转变为土壤的组成部分，　同时也改良了土壤。　１．２材料处理　１．２．１　沸石的处理　取经粉碎的豫南地区斜方沸石，载人Ｋ　及　（ＮＨ４）２ＭｏＯ４、Ｈ３ＢＯ３、ＺｎＣ１２（或ＺｎＳＯ４）后，经混合、　加热等处理，备用。　１．２．２煤矸石的处理　煤矸石为煤矿的废物，经粉碎、过筛后进行活化　处理。　１．３制备基本流程　（１）以ＫＣ１为原料，矿载肥生产流程见图１。　（２）以Ｋ：Ｓ０　为原料，矿载肥生产流程见图２。　１．４增效多元矿肥的配制　田间试验肥料的配制成分比例：　ＨＧ　：尿素６０　ｋｇ，处理沸石４０　ｋｇ，活化煤矸石　ｌ０　ｋｇ，ＫＨ２ＰＯ４　５　ｋｇ；　ＨＧ：：尿素６０　ｋｇ，处理沸石４０　ｋｇ，活化煤矸石　１０　ｋｇ，ＫＨ２ＰＯ４　５　ｋｇ，再加活化剂少量；　ＨＧ，：硝铵７５　ｋｇ，处理沸石４０　ｋｇ，活化煤矸石　１０　ｋｇ，ＫＨ２ＰＯ４　５　ｋｇ；　’　ＨＧ４：碳铵１００　ｋｇ，处理沸石４０　ｋｇ，活化煤矸石　ｌ０　ｋｇ，ＫＨ２ＰＯ４　５　ｋｇ。　甲一　［　沸石　煤矸石（含稀　）　『　搅拌　ｌ　造粒　包装　图２矿载肥生产流程（二）　２试验及结果分析　试验地土质为砂质土壤，排灌方便，肥力均匀，　矿产保护与利用　２０１０芷　前茬作物为玉米，亩产３００　ｋｇ，属中等肥力水平。试　作按省小麦区试验要求分项分期进行。施肥情况：　验年限为二年。试验材料包括尿素矿载肥、硝铵矿　全试验中不施农家肥，各小区分别按各处理的不同　载肥、尿素加活化剂矿载肥、碳铵矿载肥及对照肥料　用量，划线作畦后，人工翻入土中。田间种植排列如　尿素和碳铵。　图３。　播种及田间管理：ｌ０月８日采用三行畜力机　ｌ　３　ｌ８　２　７　ｌ０　ｌ●　ｌｌ　ｇ　播；品种：内乡１８２小麦，种子用１６０５样种，保证不　缺苗断行。１０月２２日用麸皮毒饵诱杀蝼蛄，后基　６　Ｉ２　ｌ６　ｌ３　●　Ｉ５　ｌ７　８　５　本无蝼蛄危害现象。１２月６日中耕除草一次。２月　ｌ６　ｌ５　ｌ４　１　ｌ８　５　２　７　１Ｏ　２４日、４月２日分别浇水一次。在整个生育过程中，　ｌ２　ｌ３　ｔ　ｌｌ　６　８　９　３　１７　根据试验的目的要求，没有追施任何肥料。　气候条件对试验的影响：从当年的气候条件看，　“　Ｉ７　Ｓ　ｌＳ　ｌ６　ｌ２　Ｉ　６　ｌ３　气候对小麦生长的影响表现在以下两个方面：（１）　８　ｌＯ　７　９　３　ｌｌ　Ｉ　ｌ８　２　由于冬前气温偏高，使小麦发生冬旺。春季气温又　变化无常，特别是３月中下旬的寒流，对小麦生长有　图３田间种植排列图　较大影响，导致一部分麦苗遭受冻害，而抗病能力减　（注：其中双线为田问渠兼走道，单线为畦埂）　弱；（２）５月中旬干旱，下旬连续降雨，气温较常年降　试验采用随机区组排列，重复３次、行长８．２５　低，光照不足小麦灌浆受影响，干粒重较常年下降１　ｍ，每小区宽３．３　ｍ，采用双排式，每重复间留有渠道　～２　ｇ。　兼走道１ＩＴＩ，四周设保护区。田间调查项目、考种工　变异因素分析结果见表１。　表１　变量分析产量结果　从以上方差分析表明：各处理间差异达到极显　总平方和：　∑ｎｋ　ｚ一　……………………．①　著水平，为了进一步选择最好的矿载肥和最佳的使　自由度：　ｎｋ一１＝３×１８～１＝５３　用量，用新复极差法进行比较。　新复极差法比较：　处理间平方和：　圭７１６　一　……………．②　ＳＥ：　．ｏ．　ｋ　区　自由度：ｋ一１：１８—１＝１７　当ｄｆｅ＝３４时，查表２不同ＳＳＲ计算ＬＳＲ值。　重复问平方和：　÷兰１　　ｚ一　　ｎ　……………．．③　表２　ＬＳＲ值的计算（ＳＳＲ测验）自由度：ｎ一１　３　１＝２　误差平方和：　总平方和一处理问平方和一重复间平方和　自由度：　（ｎ一１）×（ｋ一１）＝（３—１）×（１８—１）＝３４　第４期　崔树军，等：一种新型矿物肥料的试验研究　・２５・　从新复极差法比较（表３）得出以下结论：　（１）ＨＧ　与碳铵对照（Ｃｋ：）相比较：每亩７．５　ｋｇ　３结论与研究展望　ＨＧ，与Ｃｋ２相比较差异显著，每亩６、４．５、３　ｋｇ　ＨＧ　与ｃｋ　处于同一水平；ＨＧ　与尿素对照（ｃｋ　）比较：　每前．５　ｋｇ　ＨＧ　与Ｃｋ　相比较差异显著，每亩６、　４．５、３　ｋｇ　ＨＧ　与ｃｋ　处于同一水平。由分析说明　ＨＧ　中Ｎ的利用率提高６０％左右。　（２）ＨＧ：与ｃｋ　和ｃｋ　相比较：每亩７．５　ｋｇ　ＨＧ　与Ｃｋ：相比较处于同一水平，每亩４．５、３　ｋｇ　ＨＧ　与Ｃｋ　差异达到显著或极显著。由分析说明，　ＨＧ：中Ｎ的利用率提高２５％左右。由于加活化剂　有效地促进养分提前释放，造成后期养分供应不足，　因此多数处理表现减产。　（３）ＨＧ　与Ｃｋ　、Ｃｋ：相比较：由于ＨＧ　产量极　不稳，每亩７．５　ｋｇ　ＨＧ　与Ｃｋ　、Ｃｋ　差异极显著，每　亩６　ｋｇ　ＨＧ３与Ｃｋ　、Ｃｋ　处于同一水平，故无法判断　其利用率提高多少，但可以确定其利用率一定有所　提高。　（４）ＨＧ　与ｃｋ　相比较：每亩６、７．５　ｋｇ　ＨＧ　与　Ｃｋ　相比较处于同一水平，每亩４．５、３　ｋｇ　ＨＧ　与　Ｃｋ　相比较产量差异极显著；ＨＧ　与Ｃｋ　相比较：每　亩７．５、６　ｋｇ　ＨＧ　与Ｃｋ　差异极显著，且ＨＧ　增产，　每亩４．５、３　ｋｇ　ＨＧ　与ｃｋ　相比较处于同一水平。　由分析说明，ＨＧ　中Ｎ利用率提高２５％～７０％。　表３新复极差法比较　该肥料是以多种矿物为载体，把Ｎ、Ｐ、Ｋ、水分　等均载起来，根据作物发育状况进行适当的、缓慢的　释放，以供农作物吸收。经过初步试验，认为可以增　加经济效益和社会环境效益，减少大气和地下水的　氮污染，减少煤矿等能源基地的“三废”污染。同时　使用该肥料还具有以下多种优点：　（１）肥料本身含有多种成分和微量元素，如：　ＴＲ、Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｂ等，可供农作物吸收；　（２）提高作物产量，经田问试验与同等含氮量　肥料相比，小麦、玉米和花生的产量可分别提高　１５％、１４．４１％和３５．５４％：　（３）提高作物质量，含ｚｎ量一年为２５～１０６　ｇ／ｔ　（对照田间含ｚｎ量为９　ｇ／ｔ），预计经过连续３年的　富ｚｎ优势性状选择，并同时施加该复合肥，即可优　选获得富Ｚｎ小麦（８０～１２０　ｔ），使小麦营养丰富；　（４）提高作物抗灾能力，因小麦杆内含稀土高，　可以抗倒伏；　（５）保护土壤，改良土壤，因矿载肥中有多种矿　物，具有吸附作用，可以保水保肥，而且这些矿物风　化后变为土壤的成分，使土壤保持正常的ｐＨ值，长　期使用这种肥料，可以起到改良土壤的作用。　田问试验提高氮的利用率２５％以上（最高达　７０％），增产１４．４１％～３５．５４％，比全国将推广的涂　层氮肥效果要好（氮的利用率提高１０％～２０％，增　产１０％）。　本文的不足之处主要是因经费短缺而未进行大　田试验和田问推广，其具体在农业上大规模使用还　有待进一步田问试验研究。　参考文献：　［１］于滟．非金属矿用作化肥载体的概况［Ｊ］．化肥工业，　２００５，３２（５）：１３—１５．　［２］乐学义，卢其明，何庭玉，等．造纸黑液木素在肥料中的　应用［Ｊ］．再生资源研究，２０００，（３）：３８—４１．　［３］端木合顺，冯海涛．硅钾矿肥不溶残余物对重金属离子　吸附特征［Ｊ］．西安科技大学学报，２００８，２８（１）：６１—６６．　致谢　作者对河南大学资源研究所和新郑市科委科研所在研　究中的协作与帮助表示诚挚的谢意！