【中国科学报】石头变肥料 土壤做保健
滨州市滨北区瓦屋邢村，500 多亩连片盐碱洼地，过去只能种棉花，今年用上钾硅钙矿物肥首次种冬小麦，效果良好。中国科学院地质与地球物理研究所供图
6月初，中国科学院地质与地球物理研究所研究员刘建明作为中科院“渤海粮仓”项目组专家成员，前往山东滨州盐碱地小麦示范块进行测产。“今年病虫害比较严重，这片盐碱地单靠每亩施用20公斤钾硅钙矿物肥料单项措施，能保持去年的产量水平，已经极其不易。”
据悉，这片地属东营棉花研究所，测产结果为799斤/亩。
“植物机体比较强，抵抗外界条件变化的能力也增强了，植物得病就比较少，也轻得多。”刘建明告诉《中国科学报》记者，“土壤修复调理技术已显示出了优势。”
利用土壤修复调理技术和多元素矿物肥料，像中医一样给土壤保健“养生”，花费了刘建明和他的团队3 代人近20 年的心血。
土壤已是亚健康
化肥和农药，现在的人唯恐避之不及，但在过去，二者搭档曾为我国粮食增产作出了巨大贡献。如今，它们饱受诟病，人们已经意识到其中的不妥之处。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，危及粮食数量、质量安全，引发生态环境污染等诸多负面影响。
在这一持续几十年的农业生产模式下，酸化、板结、盐碱化、重金属污染、化肥农药污染、肥力减退、矿物质元素和有机质贫缺等，已成为我国土壤的普遍现象。土壤面临自身生命中的“不能承受之重”，农业生产能力也会变得低下。
“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。”刘建明表示，“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。”
土壤“生病”了，需要“治病”“养病”。刘建明介绍，土壤修复与改良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。
土壤中固有的养分不够用了，大家就使劲儿补充肥料，但遗憾的是，多数想到的人工施肥只补充氮磷钾三元素。事实上，养分应该是全面的、综合的。植物生长必需的和有益的营养元素多达数十种，它们之间通常不可相互代替，但很容易被忽视。
这还得从土壤的形成说起。
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，这便是土壤支持植物生长的自然养分的主要组成部分。
那么，刘建明是怎么把天然的矿物养分变成可制作、可应用的产品的？
把石头变成肥料
钾硅钙多元素微孔矿物肥的原料其实就是天然的富钾硅酸盐岩石。他们通过技术创新，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。
刘建明和他的团队把岩石变为肥料，要追溯到上世纪90 年代我国难溶性钾资源开发之时。为缓解我国长期缺钾的困境，从富钾岩石中将钾活化出来，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？他们曾经尝试过用废渣做水泥、建材等，但效果都不好。于是他们转换思路，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。
实际上，让石头变肥料，刘建明模拟的是自然界的风化作用过程，自主创新研发了加压蒸养工艺。他形象地描述道，“过程就像我们家里用高压锅蒸馒头一样，学术上称作加压蒸养法。”
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。这可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。
“土壤中的矿物质控制着植物、动物和人的新陈代谢，土壤肥沃程度决定了所有生命的健康程度。”矿物质与土壤健康的关系不言而喻。从自然中来，回自然中去，这种矿物肥含有80 多种矿物质元素，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。
综合优势明显
长期高产使我国土壤中的矿物质营养元素几乎被吃干榨尽。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。
而要想作为肥料使用，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，他们在不同气候带和不同土壤类型的100 多个地区开展了50 多种农林作物的肥效试验，都取得了令人满意的效果。
他们的团队归纳，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。
“由于缺乏中微量矿物元素，我国的化肥利用率大概只有33%。”刘建明表示，“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。”
除此之外，用在土壤修复改良上，它还有另外一个名字——土壤调理剂。作为一种全面的矿物质营养剂，其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、增进营养平衡。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。
多元素矿物肥2012年获得农业部肥料登记证并进入市场销售。目前，在北京怀柔区和河南桐柏县已建成了两套工业生产装置，年产能合计达到5 万吨。“要让市场认识产品的多方面综合优势和绿色环保特性，并接受这类产品，还有一段较长的路要走。”刘建明说。
（原载于《中国科学报》 2015-06-24 第6版 科研)
