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中国硫酸钾镁肥的研究

Sam kincheloe博士

现代农业中商品肥料的作用是矫正植物缺素状况; 提供足够的养分以增强其抗逆性; 保持土壤肥力于最适水平; 提高作物品质及增产增收。合理的施肥计划所提出的肥料用量既能满足植物需求, 又能取得最大纯收入。实质上, 肥料的作用是使土壤肥力不致于成为取得最佳经济产量的限制因子。
作物生产”限制因子”的概念由十九世纪中期尤.李比希在最小养分律中提出。尽管那时其许多看法并不科学, 但其预测作物施肥效果的思路非常简明且合乎逻辑。实际上, 投入或土壤中最缺乏的养分制约着作物产量。
加拿大钾磷研究所Sam Porteh博士已将最小养分律应用于中国的农业生产中, 她在”国际肥料协会1994年年会”上撰文指出: ”中国无机肥料的使用是李比希最小养分律的很好验证。50年代初, 中国主要施用氮肥, 导致土壤缺磷, 而缺磷成为产量限制因子, 因而50年代未60年代初磷肥的施用提到施肥计划中; 80年代后期由于大面积的缺钾导致钾肥消费急增, 其可称之为”钾肥年代”。当限制因子氮磷钾消除后, 其它因子或养分大多经过相互作用限制作物产量, 例如, 氮磷钾供应充分时, 中、 微量元素的施用可能决定作物产量。
正是从这一点出发, 1985年建立了双方互益的协作关系。经过硫钾镁出口协会, 美国两家公司开始向中国销售”施宝密”( 硫酸钾镁) , 这两家公司是环球国际矿物公司( IMC Global Operations Inc.) 和西部农用矿物公司( Western Ag Minerals Company) 。
”施宝密”属于基础肥料, 是一种含三种化学元素的天然矿物, 三种元素包括硫、 钾、 镁, 而且三者之间的比例很稳定。
因而当土壤养分缺乏时, ”施宝密”可提供部分钾及全部硫镁养分。
”施宝密”如何形成? 20万年前, 美国西南数千平方公顷土地为海水所覆盖( 现今这一地区主要为干燥气候) 经过二百多个世纪, 海水逐渐蒸发, 导致数百万吨的盐类沉积, 钾盐是主要盐类之一, 其为氯化钾和氯化纳的混合物, 肥料氯化钾即产于此矿。另一类沉积的盐是无水钾镁矾, 其为硫酸钾和硫酸镁的混合物, 硫酸钾镁即”施宝密”就来自此矿。硫酸钾镁矿存在于距地表300米以下, 这是已知的世界上唯一大型的具有商业开采价值的矿床。
硫酸钾镁矿的开采利用过程非常简单。将炸药装入距矿脉表面3米深的水平孔道, 引爆后炸成数吨碎块, 收集并进行初次粉碎后, 经过转运带送至矿井上, 然后进一步粉碎并剔除杂质, 其中包括用盐水溶解氯化钠以及洗去泥土和其它不溶性物质, 并进行干燥, 过筛, 再根据需要, 制成不同颗粒的产品。
典型的”施宝密”化学组成为K2O22%, Mg11%及S22% 养分总量为55%。无水钾镁矾( 即”施宝密”) 的化学式为K2SO4·2MgSO4, 其重要性状是可溶性好( 100%水溶) , 与氯化钾相同, 但溶解度稍低于氯化钾。”施宝密”的另一重要性状是为化学中性盐, 施用不会影响土壤pH。由于组成为硫酸根, 氯根含量低于1.5%, 因而其盐指数相对较低。
”施宝密”可满足世界部分农用钾素及大部分( 即使不是全部) 硫镁肥料需求, 其一般以掺混肥方式或复合肥方式施用, 施用量一般为200~600公斤/公顷或27~80斤/亩; 但视土壤及作物条件, 用量可多可少。
在北美, ”施宝密”非常适合土壤及作物需求, 例如, 美国利用”施宝密”制造复合肥, 环球国际矿物公司制造的产品养分组成是3-9-18, 可作为蔬菜用肥, 具体养分配比是:
养分
保证含量
氮(N)
3.0%
磷(P2O5)
9.0%
钾(K2O)
18.0%
钙(Ca)
8.0%
镁(Mg)
2.0%
硫(S)
9.0%
硼(B)
0.13%
锰(Mn)
1.0%
锌(Zn)
0.5%

在以上3-9-18这种叶菜类肥料中, 每吨肥料含有165公斤”施宝密”, 18% 的钾和9% 的硫中各有4% 来自”施宝密”, 并提供全部镁素, 因而”施宝密”提供三种必须元素, 而且部分钾以硫酸根形式提供, 因而降低了其氯的含量。
不同土壤及作物对镁硫的需求不同。烤烟用肥就是一例。美国烤烟通用复肥养分组成为6-6-18, 配方时加入”施宝密”使Mg, K及S含量分别达到3%, 6% 和6%, 其余钾素来源于不含氯的肥料如硫酸钾或硝酸钾。以上仅仅是由”施宝密”为基质而生产的复肥系列中的两个例子。
美国和加拿大使用最多的是干性掺混肥。混肥最大的优点之一是能够根据土壤测试进行混配从而满足土壤及作物需求。当土壤缺乏硫、 镁或作物需要低氯的硫酸根形态的养分或要求盐指数较低时, 以掺混肥方式施用”施宝密”与以其它方式直接施用是同样重要的。
环球国际矿物公司已推出《掺混肥配方施肥》一书, 美国和加拿大常常根据该书进行配方。书中有绝大部分常见肥料系列的配方, 另外, 还有以”施宝密”为基质的常见肥料系列的配方, 比如一个用”施宝密”配成含镁2% 的配方, 及含硫5% 和6% 的配方各一个, 该书是肥料经销商销售掺混肥及使用”施宝密”的重要参考书。
进行掺混肥配方及混配”施宝密”的另一特点是具有计算机软件程序, 其可计算出”成本最低的肥料配方。”
国际矿物公司配肥程序解决了二十四种肥料原料的配方, 经过输入所需养分比例或土壤测试推荐值, 该程序可计算出最低成本下NPK及中、 微量元素配合量, 还能够根据需要增加、 减少或剔除某些原料, 并代之以新的组合配方。程序采用英制、 加制或公制单位, 以美元或八位数的整数货币系统为单位计算成本。
本次讨论不打算演示软件设置操作方法及其维护知识, 仅将一美国通用肥料配方列于下表。若将有关信息输入软件程序, 经过执行有关键盘命令, 即可得到一定养分配比( 如5-15-25) 的配方。
运行结果之一为”配方报告”。其中列出了养分含量, 及以吨为单位的每种原料肥料的重量及成本, 经过查阅打印的”配方报告”, 可知每吨掺混肥需掺入182公斤”施宝密”, 因此在解释该配方前应知道该混肥还含2% 的镁。
按照提示, 按任意键, 即出现”养分清单”, 该清单显示出配方养分种类, 目标百分含量及实际百分含量。由清单可见, 经过掺入”施宝密”, 5-15-25配方中含2% 水溶镁及4% 的硫。
利用”国际矿物公司配肥程序”计算配比的第二种方法是从主菜单中选用”Blend Using Soil Test Requirements”, (即”根据土壤测试推荐量配方”), 此时, 输入的是根据土壤测试所推荐的养分用量而非目标NPK养分配比( 第一个例子己说明) , 计算方法同上例。
显然, ”国际矿物公司配肥程序”有许多特点, 以上仅是作简单说明。其主要目的是为”施宝密”作为掺混肥的配料提供帮助。
”掺混肥配方”参考书及”国际矿物公司混肥程序”对于美国和加拿大计算掺混配方, 以合适的肥料满足土壤和作物需求非常有用。尽管上述肥料配方是美国和加拿大代表性的肥料混配方案, 可是”国际矿物公司的计算机配肥程序”在世界也很流行。
美国”施宝密”总产量的30% 销于其它国家, 许多国家在继续进行大田试验, 如墨西哥, 哥斯达黎加, 哥伦比亚, 巴西, 委内瑞拉, 厄瓜多尔, 秘鲁, 澳大利亚, 日本, 韩国, 菲律宾, 马来西亚, 泰国及欧洲一些地区等。
日本是销售”施宝密”的最大市场, 年销售量为7万吨, 韩国两年来从不进口增至每年进口1万吨, 并呈继续上升趋势。印度和印度尼西亚也在开始进行田间试验和市场导向工作。在土壤缺乏钾、 镁和硫时, 直接施用”施宝密”, 对上述国家绝大多数主要作物, 特别是经济价值高的烟草、 果树、 蔬菜及油料作物效果良好。
由于该产品在世界范围内已被广为接受, 很可能适于中国作为肥料使用。接下来, 人们或许问当前”施宝密”在中国为什么没有广泛使用?
许多年前就已知中国大面积土壤特别是华南地区缺乏钾和镁, 同样在这些土壤中由于施用以钙镁磷肥及磷酸二铵或这些肥料的复混肥, 取代了过磷酸钙施用, 导致土壤逐渐缺硫, 因而其对中国是适用的, 而且中国科学家建议进行田间试验以确定需要这些养分中的哪些养分。另外还需建立有关合作项目以证实”施宝密”为一高浓肥料, 可经济有效地用于中国平衡施肥。
自1985年3月至今, 已在中国十省40多个点对26种不同作物重复进行了田间试验与示范工作。这试验覆盖了华南地区大范围的土壤及作物, 试验一般为四个或五个处理, 重复三至四次, 早期许多试验的处理是: NP, NPK, NPKS及NPKSMg, 另加一处理K、 S、 Mg用量加倍。在此期间并进行了多种试验设计及田间示范。
中国科学院南京士壤研究所, 中国烟草总公司, 湖南农科院士肥所及中国农资公司与省属有关机构, 研究所合作进行”施宝密”的研究。这合作机构包括省级研究院, 实验站, 研究所, 农业局, 农产品研究所如茶叶, 柑桔及烟草等。正式示范前, 在南京对许多种土壤进行温室试验。以下表格是从1985年至1993年在中国不同士壤及作物上进行的”施宝密”试验的总结。
另外, 在下列各省也进行了研究及示范:
福建省
1992 - 1993 年
柑橘
甘蔗
烟草
河南省
1991 年
油菜,汝南县
烟草,许昌市
浙江省
1991 年
玉米,金华市
大蒜,慈溪县
山东省
1991 年
玉米,艾平(Aiping)
葡萄,省葡萄试验站
花生,艾平福山县
江西省
1985 - 86 年
柑橘,清江
花生,余江
油菜,余江
茶树,南昌(1985-1986)

试验研究及田间示范从1994年直至现在均在进行。下列一些结果用于说明土壤缺乏硫、 镁时”施宝密”对作物产量、 品质及经济效益的贡献。
中国试验区绝大部分作物施用”施宝密”效果很好。尤以钾、 镁、 硫原来缺乏或中度缺乏的土壤效果明显。有机质含量低且降雨量大的地区砂质土壤效果十分显著。
在广西来宾县进行的甘蔗施肥试验中, 设置NP、 NP+KCl及NP+”施宝密”等三个处理, 四次重复。结果表明, NP处理( 对照) 区产量平均为9, 057斤/亩, 施用KCl, 产量增至11701斤/亩, 而施用”施宝密”产量达15624斤/亩。施用”施宝密”所增产量比施用KCl高出33.5%。
1991年在四川省思坡村( Sibo Village) 进行的甘蔗施肥试验, 表明”施宝密”具有增产效果。试验设置对照, 有机肥及化肥( 后二者均作为当地的常规施用方式, 报告没有具体指出如何施用) 。”施宝密”处理中, 其用量是20斤/亩。

图1 甘蔗施用KCl及”施宝密”的增产效果( 广西)

对照处理产量为8, 900斤/亩, ”施宝密”处理产量比前者高10.1%, 达9800斤/亩, 研究者指出。使用”施宝密”经济效益增加11.9%

图2 甘蔗施用”施宝密”的增产效果( 四川省思坡村)

1991及1992年在广西灵山县进行的甘蔗施用”施宝密”试验中, 对照采用当地常规施肥方式, 并设置三个施用”施宝密”的处理, 三个处理的用量依次为10,20及30kg/亩, 三次重复, 随机排列。七月份表施”施宝密”。

图3 甘蔗施用”施宝密”增产效果( 广西)

结果表明, 施用”施宝密”处理的产量高于常规方式。”施宝密”用量10公斤/亩处理产量比对照高5.3% , 用量为20及30公斤/亩时产量分别比对照高12.5% 和17.1%。”施宝密”用量为10, 20, 30公斤/亩时, 甘蔗含糖量分别比对照增加13.6, 14.1及14.7%。
1991及1992年在来宾县的试验中, 甘蔗施用”施宝密”的效果也十分明显。采用NP处理作对照, 对照+KCl作一单独处理, 并设置对照 +”施宝密”处理。6次重复的研究结果表明, 施用KCl产量增加, 而施用”施宝密”产量增加幅度要大得多, 比施用KCl产量提高14.8% , 在中国, 糖属于重要商品, 有时会供不应求, 因此, 施用”施宝密”显著增产的例子应引起关注。

图1 ”施宝密”对甘蔗产量的影响( 广西)

1993年, 广西梧州县西瓜施用”施宝密”试验中, 以常规施肥处理作对照, 再在常规施肥基础上分别增施”施宝密”10, 20及30公斤/亩, 西瓜早花期及中果期各半。结果表明, 在常规施肥基础上增加”施宝密”用量产量分别增加3.9% , 9.7% 及16.1% 。施用”施宝密”10公斤/公顷, 固形物百分含量约增加13.3%。

图2 西瓜施用”施宝密”的增产效果( 广西)

为研究辣椒施用”施宝密”的产量及经济效益, 在湖南省设置该试验。氮、 磷分别以常规用量12.5公斤/亩及6.25公斤/亩施入, 试区面积为2亩。钾用量为12.5公斤/亩, 各处理采用不同氯化钾和”施宝密”组合, 使各处理K2O总量为12.5公斤/亩。
试验表明, 不同”施宝密” 用量的处理3, 4辣椒产量比仅施KCl的处理2分别增加8.5% 和10.5 % , 后者产量增加以肥料及劳力费用为代价, 因而, 施KCl并无经济效益( 见下表)。
报告表明, 在湖南大面积第四纪红色粘土发育的粘质红黄壤性水稻土上施用”施宝密”效果显著。由上表清楚可见, 当满足土壤硫、 镁需求及提供部分硫酸态钾时, 施用”施宝密”经济效益增加10% 以上。
湖南省烟草施用”施宝密”试验始于1986年, 并一直在继续, 旨在探讨其对产量、 品质及经济效益的影响。起始5年不同地区平均产量列于下表。结果表明NP处理产量为80公斤/亩, NP基础上施用硫酸钾产量为127公斤/亩, 氮磷基础上施用”施宝密”处理产量为140公斤/亩, 比单施NP增产75%。
同一试验中还检测了”施宝密”对烟草品质的影响。”售价”是品质的标志, 同样以平均值比较, NP处理售价为人民币1.48元, 硫酸钾处理为3.20元, ”施宝密”处理烟叶售价达人民币3.45元。
上表列出了该试验各处理经济效益。由表可见, 施用硫酸钾比NP处理效益增加人民币270元/亩, ”施宝密”处理又比施用硫酸钾效益增加70元/亩。
以上研究可代表在中国十省40多个点26种不同作物上进行的大量的施用”施宝密”试验。绝大多数试验效果明显。毫无疑问, 田间试验也已证明, 在缺乏硫、 镁的土壤或需要施用含氯量低的硫酸形态钾的条件下, ”施宝密”在平衡施肥及促进作物产量、 品质及效益提高方面有显著作用。基于十年来的研究及示范, 或许应该想一想, 中国农民为什么至今不愿施用”施宝密”呢?

配方报告
IMC Global Operations Inc.
总氮(N)
磷(P2O5)
钾(K2O)
5.87%
15.00%
25.00%
原料
重量
费用
氯化钾
350
42.00
施宝密
182
27.64
二铵18-46-0
326
59.02
填充物
115
2.88
硼酸钠
17
7.74
氧化锌
10
4.66
每公吨
1000
143.93
总需吨数
1.00
143.93
容重(kg/m3)
72.80

养分清单
IMC Global Operations Inc
养分
目标养分含量%
实际养分含量%
总氮
5.000
5.870
铵态氮
0.000
5.870
磷(P2O5)
15.000
15.000
钾(K2O)
25.000
25.000
全镁
2.000
2.000
水溶镁
2.000
2.000
硫
0.000
4.000
硼
0.250
0.250
锌
0.500
0.500
氯(低于)
100.000
17.955

广西省
作物
1985-86
1987-89
1990
1991
1992
1993
香蕉

浦北

木薯
柳城

来宾
来宾
来宾
来宾
玉米
来宾

柑桔

恭城

黄麻
柳城

来宾
来宾

花生
柳城

柳江
柳江

来宾
来宾

西番莲

吴县

大豆
柳城

来宾

甘蔗
柳城

柳江
来宾
灵山
来宾
来宾

来宾

来宾

甘薯
来宾

烟草

梧州
武鸣

来宾
西瓜

梧州

广东省
作物
1985-1986
1988
1989
1990
1991
1992
香蕉

高州
海康
海康
湛江
番禺
荔枝
广州
广州

东莞
芒果

廉江
廉江

柑桔
广州
泗水
广州
廉煤
廉江

花生
电白

胡椒

廉江

菠萝

廉江
廉江
廉江

橡胶
湛江

湛江
湛江

甘蔗
电白

烟草

南雄

四川省
作物
1990
1991
1992
1993
柑桔
乐山、 德阳、 金堂柑桔办农场
乐山、 德阳、 金堂柑桔办农场
乐山

油菜

宜宾

甘蔗

宜宾
宜宾
宜宾
茶树

1.四川农大

2.宜宾市汉王

山茶叶研究所

烟草

什邡、 绵竹\德阳、 宜宾

西瓜、 水稻

梧州、 绵阳市

小麦、 玉米

大蒜

什邡

湖南省
作物
1985-86
1987-88
1989
1990
1991
1992
辣椒

隆回
隆回

株州
株州

柑桔

隆回
株州
株州

株州

葡萄

长沙
长沙

油菜

株州
隆回

汩罗
株州

甘蔗

汩罗
汩罗

岳阳

烟草
桂阳
桂阳

永兴
桂阳
桂阳
冷水滩

贵阳

云南省烟草试验点
1989
1990
1992
保山、 楚雄地区、
曲靖地区——
曲靖市, 宣威县,
抚远县, 陆良县,
寻滇县
曲靖市、
宣威县、
陆良县
(获得奥地利国际烟草博览会优质奖)
曲靖市、 宣威县、
抚远县, 陆良县
(干旱条件下进行的大面积示范)

湖南省: 辣椒施用”施宝密”试验设计方案
处理
N
P2O5
KCl
”施宝密”
K2O总量
1
12.5
6.25
0
0
0
2
12.5
6.25
12.5
0
12.5
3
12.5
6.25
8.83
3.67
12.5
4
12.5
6.25
7.37
5.13
12.5

湖南省: 辣椒施用”施宝密”的产量及经济效益
处理
产量
公斤/亩
增产
%
经济效益
元/亩
经济效益
增加%

1.N.P
474.2
-10.3
917.05
-9.8

2.N.P.KCl
528.6
-
1016.26
-

3.N.P.KCl+"施宝密"
573.6
8.5
1101.40
8.4

4.N.P.KCl+(2)"施宝密"
584.6
10.5
1121.65
10.4

湖南省: 烟草施用”施宝密”的增产效果
处理
产量
公斤/亩
增产%
与NP比
与NP+K2SO4比
N,P
80
-
-
N,P,K2SO4
127
59
-
N,P,"施宝密"
140
75
10.2
( 为湖南省三个试验点平均数)

湖南省: 烟草施用”施宝密”的经济效益
处理
效益
(元人民币/亩)
增值(元人民币/亩)
与NP比
与NP+K2SO4比
N,P
119
-
-
N,P,K2SO4
389
270
-
N,P,"施宝密'
459
340
70