一種水溶性硅肥的制備及其應用

紀發達，王敬偉

(山東龍港硅業科技有限公司，山東 濰坊 261300)

我國是農業生產的大國，但是肥料利用率低，中國的耕地面積僅占全球耕地面積的9%，但是化肥消耗量卻占到全球化肥消耗量的30%，而且中國的化肥利用效率還不到30%，美國農業的化肥利用效率已經超過60%，遠遠領先中國，中微量元素不足并且昂貴是目前面臨的主要問題。在我國，硅肥有的以土壤改良劑、鈣、鎂、磷肥等名義出現。僅有的硅肥行業標準NY/T797—2004，是以煉鐵爐渣、黃磷爐渣、鉀長石、海礦石、赤泥、粉煤灰等為主要原料，以有效硅(SiO2)為主要標明量的硅肥肥料。雖然NY/T797—2004標準中對pH值無要求，但均屬堿性-強堿性。我國堿性“有效硅肥”產品不少，只適用于酸性紅壤，但酸性、弱酸性、弱堿性的“水溶速效硅肥”尚未發現，特別是酸堿土壤均可用的速效、長效硅肥更未見記載。我國硅肥研發起步晚，產品產量少，市場巨大。

硅是土壤中含量第二豐富的元素，但土壤中能被植物吸收的硅卻很少，特別是隨著農業快速發展，農作物不斷吸收土壤中的硅，致使土壤中的有效硅逐步減少。據有關部門勘查表明，我國長江流域70%的土壤缺硅，黃河、淮海及遼東半島地區約有一半的土壤缺硅，而且缺硅的區域正在逐漸擴大。硅元素是禾本科植物"必須營養元素"，禾本科植物包括水稻、小麥、玉米、高粱等農作物[1]。

硅肥具有“三抗、三促、二改良”的功能，“三抗”即抗倒伏、抗病蟲害、抗逆；“三促”即促進光合作用、促進根系生長發育、促進養分吸收利用；“二改良”即改良作物品質、改良土壤。

新研發一種水溶性硅肥，旨在解決現有硅肥水溶性差，植物吸收率低，施肥量大，只能作為長效的基肥使用，不能在植物喜硅期進行葉面噴施、滴灌追肥，并且只能在酸性及中性土壤施肥的技術問題。

1 水溶性硅肥的制備方法

水溶性硅肥由以下質量分數的原料制成：40%～60%的粉狀速溶硅酸鈉，10%～20%的腐殖酸鈉，10%～20%的尿素，5%～10%的硫酸鎂，5%～10%的液體硅酸鈉，0.1%～0.2%的羧甲基纖維素鈉。其中，粉狀速溶硅酸鈉的模數為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為50%～75%，液體硅酸鈉的模數為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為26%～27%。

(1)稱量粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉，并混合攪拌均勻。

粉狀速溶硅酸鈉由以下方法制備而成：以石英砂和燒堿為原料，采用液相法工藝制得模數為1.5～2.5的液體硅酸鈉，然后過濾去除固體雜質，將過濾后的液體硅酸鈉霧化分散在150～200℃的熱空氣中干燥。霧化后的液體硅酸鈉與熱空氣以并流、逆流或混流方式接觸。

(2)稱量液體硅酸鈉，將液體硅酸鈉與步驟(1)中的固體混合物輸送至附聚造粒機進行附聚造粒，液體硅酸鈉固化后，再經篩分、陳化后制得水溶性硅肥。

2 水溶性硅肥的制備裝置

一種水溶性硅肥的制備裝置(見圖1)包括固體料儲料倉和液體硅酸鈉儲罐，固體料儲料倉的出料口設置計量秤，下方設有皮帶加料機，在皮帶加料機的物料輸出端的下方設有固體料攪拌罐，固體料攪拌罐的出料口連通附聚造粒機，液體硅酸鈉儲罐通過計量泵連通所述附聚造粒機。

圖1 硅肥制備裝置的結構示意

具體使用時，將液體硅酸鈉輸送至液體硅酸鈉儲罐，將粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉固體物料分別加入固體料儲料倉，使用設置在固體料儲料倉出料口的計量秤稱量相應的固體料，然后物料通過皮帶加料機進入到固體料攪拌罐內進行攪拌混勻，物料攪拌時間為 10～30 min，將混勻后的固體料輸送至附聚造粒機中，通過計量泵輸送液體硅酸鈉儲罐中的液體硅酸鈉并噴射于附聚造粒機中，固體料表面附著液體硅酸鈉后，由于液體硅酸鈉具有黏合力，并且在硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉的黏合作用下，固體料附聚成較大的顆粒，使得液體硅酸鈉固化，再經篩分、陳化后包裝出硅肥成品。

3 技術效果

首先將固體物料攪拌混勻，然后與液體硅酸鈉一起在附聚造粒機中附聚造粒，其中，液體硅酸鈉含有一定的水分，而硫酸鎂具有一定的吸水性，吸收水分易于與其他固體肥料結合，羧甲基纖維素鈉具有吸濕性，具有黏合、增強、增稠和保水性，作為黏合劑使用，有利于肥料成型，固體物料攪拌混勻后與液體硅酸混合造粒，硫酸鎂和羧甲基纖維素鈉等固體肥料吸水并附聚，液體硅酸鈉固化，再經篩分、陳化后包裝出硅肥成品，可以作為植物的基肥施用，也可以作為沖施肥追肥施用，可以廣泛施用于所有缺硅土壤，不局限于酸性及中性土壤施肥，并且性質穩定，不會因吸潮結塊而影響肥效，便于存放。

4 水溶性硅肥的應用試驗

4.1 水稻田間試驗

(1)將水溶性硅肥按以下質量分數制成：52.5%的粉狀速溶硅酸鈉、15%的腐殖酸鈉、15%的尿素、7.5%的硫酸鎂、9.85%的液體硅酸鈉、0.15%的羧甲基纖維素鈉，其中粉狀速溶硅酸鈉的模數為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為58%～62%，液體硅酸鈉的模數為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為26%～27%。

(2)將上述硅肥與市場購買的硅肥，按每畝20kg的施用量同時進行田間試驗，其余管理措施相同，試驗結果見表1。

通過表1可以看出，施用研制硅肥與外購硅肥相比，水稻的發芽率明顯提高8.9%，平均分蘗數增加33.3%，惡苗病感率降低51.0%。硅肥對水稻產量的影響見表2。

表1 硅肥對水稻成長期的田間試驗

通過表2可以看出，施用研制硅肥與外購硅肥相比，水稻的穗長與穗數明顯增加，且穗粒多，增產率達26.6%。

表2 硅肥對水稻產量的影響

施用水溶性硅肥能顯著改善水稻的生物學性狀，使植株生長性狀優良，提高秸稈的莖粗和韌性[2]。

4.2 小麥田間試驗

(1)將水溶性硅肥按以下質量分數制成：60%的粉狀速溶硅酸鈉、13%的腐殖酸鈉、10%的尿素、8%的硫酸鎂、8.82%的液體硅酸鈉、0.18%的羧甲基纖維素鈉，其中所述粉狀速溶硅酸鈉的模數為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為58%～62%，所述液體硅酸鈉的模數為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為26%～27%。

(2)在小麥分蘗期、拔節期及孕穗期施肥，采取相應機具，追肥溝施或穴施，把肥料施入10 cm以下土層中。小麥生長對比實驗見表3。

表3 小麥生長對比實驗

通過表3可以看出，施用研制硅肥與使用復合肥相比，施肥量僅1/6左右，即可達到相近效果，小麥莖稈粗壯，根系發達，葉片直立不披，株型挺拔，葉面積系數提高，增產率明顯。研制硅肥可改善土壤的供硅能力，提高土壤有效硅水平，促進小麥對硅素的吸收[3]。

4.3 番茄田間試驗

(1)將水溶性硅肥按以下質量分數制成：45%的粉狀速溶硅酸鈉、18%的腐殖酸鈉、17%的尿素、9.9%的硫酸鎂、9.9%的液體硅酸鈉、0.2%的羧甲基纖維素鈉，其中所述粉狀速溶硅酸鈉的模數為2.85～3.0，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為58%～62%，所述液體硅酸鈉的模數為3.2～3.3，水溶性硅素含量按二氧化硅計算為26%～27%。

(2)將上述硅肥與市場購買的硅肥，按1 000倍液稀釋，在開花、結果時進行田間噴施試驗，管理措施相同，試驗結果見表4。

表4 硅肥對番茄成長期的田間實驗

通過表4可以看出，施用研制硅肥與外購硅肥相比，明顯促進番茄的開花、結果，株高提高7.0%，莖粗提高16.2%，花蕾數增加18.7%，掛果數增加21.2%，增產率提高16.4%。

綜上所述，水溶性硅肥包含粉狀速溶硅酸鈉、腐殖酸鈉、尿素、硫酸鎂、液體硅酸鈉和羧甲基纖維素鈉，具有極好的水溶性，可溶性二氧化硅含量高，施肥量小，每畝施用量僅為復合肥的六分之一，即可達到其效果，性價比高；其中，腐殖酸鈉對植物生長有調節作用，提高土壤化肥吸收，促進根系發育，增加光合作用，改良土壤，增強作物抗逆性，對植物病害有一定抑制作用；其中，尿素保證肥料中氮元素含量；硫酸鎂提供硫、鎂元素，硫、鎂均為中量營養元素，為作物增產提質所必需，鎂元素是作物的第六大營養元素，是葉綠素和色素的組分，是葉綠素分子中唯一的金屬元素，是多種酶的催化劑，能促進光合作用和植物對硅的吸收，提高作物產量和改善農產品品質。

5 結語

水溶性硅肥的研制和應用為實現農作物高產穩產、節水栽培提供了新的條件。與現有硅肥相比，其克服了水溶性差、植物吸收率低、施肥量大等缺點。本文研制的硅肥由液體硅酸鈉與腐殖酸物質作用形成硅酸，其有效硅含量高，易溶于水，易于植物根部吸收。配合氮、磷、鉀及微量元素制成硅復合肥后，養分更為全面。有增強植物抗逆性、抗病病蟲侵害、增加作物糖分、提高產量、改良品質、改良土壤等優點，同時可使農作物體內通氣性增強，預防根系腐爛和早衰，對防治爛根病有重要作用；可有效抑制植物葉片的水分蒸騰，增強作物的抗旱、抗寒、抗干熱風等抗逆能力；能活化有益微生物，矯正土壤酸度，提高土壤鹽基，促進有機肥分解，抑制土壤病菌、抗重茬；硅肥中所含的硅酸根離子可與鎘、汞、鉛等重金屬發生化學反應，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下來，并能氧化鎘、錳等重金屬，減少其溶解度，從而抑制作物對其的吸收，有效地防止重金屬的污染。其制備過程簡單、原料易得、工藝可控，將逐漸成為發展綠色生態農業的高效優質肥料。