刘建明-新型土壤修复改良技术与马铃薯应用方案

1、中国科学院地质与地球物理研究所乌兰察布市工业技术研究院中国科学院矿产资源研究重点实验室刘建明、韩成、刘善科、盛学斌、齐鑫、李禾、叶大年 等2015.5.21. 乌兰察布新型土壤修复改良技术与马铃薯应用方案矿物质土壤调理剂2015全国马铃薯解决方案高峰论坛全国马铃薯解决方案高峰论坛土壤农业八字宪法：土土 肥肥 水 种 密 保 管 工马铃薯解决方案目的：高产、优质、可持续关键：土壤 “土豆”，根茎类作物硅酸盐岩石土壤植物土壤是怎么形成的？ 由矿物岩石风化而成的，土壤固体的95%是矿物质为什么土壤能支持植物生长？ 土壤的自然肥力矿物质元素养分+ 有机质 + 微生物植物植物的的矿物质营养学说：矿物质营

2、养学说：德国化学家Liebig19世纪中叶1936年美国参议院第264号文件：天然土壤可提供多达80种以上的矿物质营养元素，使植物能正常生长代谢，保证植物抗逆性能。但化学农业滥用氮磷钾化肥、过度高产，致使土壤中的矿物质营养元素消耗殆尽。矿物质元素是最常被忽略的研究领域诺贝尔奖得主Carrel认为，土壤中的矿物质控制着植物、动物和人的新陈代谢，进而决定了所有生命的健康程度。 植物生长需要几十种养分大量元素： 氮 磷 钾中量元素： 钙 镁 硅 硫微量元素锰 铁 铜 锌 硼 钼 钠 等这些元素是同等重要的，不可相互替代的 硅-抗逆元素（抗病虫、抗旱、抗盐等）每个元素有其独有的功能，不可相互替代全营养

3、平衡施肥全营养平衡施肥施肥的最高境界施肥的最高境界最小养分定律：最小养分定律：土壤中的各种肥力因素是相互联系、相互制约的，因此平衡营养是关键。营养平衡：营养平衡：最小养分最小养分定律与木桶原理定律与木桶原理氮肥污染大气污染水体污染土壤中量-微量矿物质营养元素上世纪50-60年代 70-80 80-90 氮是最小养分 磷是最小养分 钾是最小养分 现在中-微量元素？氮氮氮磷氮钾钾钾钾磷磷磷苹果缺钙引起的苦痘病缺钾使柑桔变小葡萄缺镁症状玉米缺铁症状大豆缺锰导致叶脉间坏死水稻缺硅症状缺素诱发各种土传病害的发生植物缺这些元素就会生病快打农药！岩石岩石土壤土壤（有效矿物质养分（有效矿物质养分2-3%）地球

4、化学风化成土地球化学风化成土岩石岩石肥料肥料（有效矿物质养分（有效矿物质养分70-80%）水热化学反应水热化学反应中-微量矿物质营养元素来自土壤来自土壤原料：富钾岩石产品：土壤调理剂石头造肥料：修复改良土壤，还原土壤原生态1、高温煅烧：产品类似水泥板结硬化2、强酸分解：氢氟酸+硫酸，强腐蚀高污染3、微生物分解：效率太低，速度太慢4、水热化学反应：元素活化的四种技术工艺路线：岩石土壤植物不仅元素活化，还要结构疏松1、养分：土壤向植物生长提供基本的矿物质元素养分土壤的自然肥力2、结构：土壤特殊的团粒结构保证植物根系生长、透气保水保肥土壤支持植物生长的作用机理 风化成土过程就是： 元素活化过程 岩石

5、破碎疏松膨化过程电镜观察微粒微孔原料：原料：容重容重2.6g/cm3活化：把原料中的所有矿物质元素整体活化为能被植物吸收利用的有效营养形态细化：新生成的矿物颗粒为纳米微米级的微粒膨化：把石头膨化为微孔发育的疏松状态，类似土壤团粒结构活化、细化膨化产品：产品：容重容重0.75g/cm3蒸养工艺粒度：毫米-厘米粒度：纳米-微米微孔富钾岩石样号样号氧化硅氧化硅 氧化钾氧化钾 氧化钙氧化钙 氧化镁氧化镁 氧化铁氧化铁枸溶枸溶/水溶水溶XH-122.17.440.21.55.4微酸溶0.85.30.020.050.00水溶XH-318.44.235.91.74.6微酸溶1.22.90.70.040.00

6、水溶XH-420.35.735.81.15.1微酸溶0.63.90.20.040.00水溶XH-520.25.835.91.25.3枸溶0.54.00.20.040.00水溶2006年试验产品的有效养分含量（单位：%）把富钾岩石中的矿物质元素把富钾岩石中的矿物质元素整体转化为有效养分整体转化为有效养分检验编号样品名称检验项目及结果磷/%锰/ppm 铜/ppm 锌/ppm 硼/ppm 钼/ppm全硫（S）%2013429-1宣化-20.52115043060731.242013429-2兴隆-11.1221341382210.212013429-3安徽-20.10319121913310.11备

7、注1、GB/T 14540-2003 复混肥料中铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定及NY 525-2012 有机肥料。2、检验数据仅对所送的样品负责。微量元素养分有效含量钾硅钙 多元素 微孔 矿物肥 / 土壤调理剂微量元素养分有效含量 /ppm锂铍钪钒钴镍铜锌镓铷锶锆产品产品2.60.934.850.76.110.228.330.65.365.8 243.3 12.6原料原料5.71.512.188.734.330.041.043.919.6 204.7 196.6 229.4铌钽铊铋钍铀铯钡Y La Ce Pr Nd 1.90.20.30.24.10.91.5155.47.815.728.73

8、.512.814.81.10.70.315.34.92.7654.0 26.550.3 104.111.945.0Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf REE2.50.62.10.31.50.30.70.10.80.10.377.77.41.55.80.95.11.02.90.42.90.46.5272.7能否被植物吸收？农业肥效试验效果如何？2006年以来，先后在全国27个省市的60多个地区，在不同气候带、不同土壤类型，对50多种农作物开展了广泛的农业试验，都取得了较好的效果，证明了这一新型矿物肥料的有效性和普适性。主体由农业部全国农业技术推广服务中心和中科院农业

9、项目办公室部署，全国先后有27个省市自治区100多个县市的土肥站、农场、农业企业承担或参与，有包括中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学在内的全国10多个研究院所和高校承担或参与。 1）增产：粮食作物4%-10%，而土豆等根茎类作物达8%-20%2）提高品质和安全性：提高各种营养成分和多种中微量元素含量，减少化肥农药3）根系发达强壮：提高养分吸收能力和免疫力4）增强作物抗性：抗病虫、抗倒伏、抗旱、抗寒、抗盐5）提高氮肥和磷肥利用率，减少化肥和农药用量6）修复改良土壤：包括北方盐碱地和南方酸性土及其重金属污染6）其它效果：早熟、保鲜期长、耐贮运、果型好、优等品率高等农业效果：水稻 7.8%玉米

10、 7.3%小麦 13.8%红薯 12.3%土豆 15% 花生 13%萝卜 11.2% 大豆 5.1%绿豆 6.0%1、平均增产效果：甜菜 4.7%白菜 9.0%番茄 8.8%甘兰 15.2%辣椒 8.4%西葫芦 11.7%大桃 18.1%葡萄 6.5%香蕉 4.8%芦柑 12.3%枇杷 2.7%龙眼 10.7%佛手茶 11.0%人参 3.2%木瓜 9.7%。城里人吃啥都没味，农民种啥都不挣钱！为什么现在吃的馒头没有馒头味儿？这是因为农田中缺了钾、硅、钙、镁、硫这些品质元素，造成农产品的品质日趋下降。处理/kg Vc含量(mg/g) 酸含量(%) 糖含量(%)糖酸比产量（kg/株）增 产 率（%

11、）CK19.940.3445 5.338 15.4970 0.522.450.3222 5.639 17.50757.11.023.290.3322 5.785 17.417811.41.525.030.3277 5.804 17.718115.72.024.860.3271 6.204 18.978217.1陕西苹果品质提高水稻品质检验检测项目检 测 结 果编号060785编号060786水分, %9.69.6粗蛋白, (干基) %9.519.06直链淀粉,(干基) %19.4419.14糙米率, %80.580.0精米率, %73.171.2整精米率, %62.461.0胶稠度, (mm)

12、7868碱消值(级)/糊化温度()7/706/70垩白米率, %149垩白大小, %25垩白度0.30.4长/宽1.82.00246810121412345Ca (mg/Kg)稻米稻米钙含量与施肥关系钙含量与施肥关系空白习惯施肥低量矿肥中量矿肥高量矿肥农产品质量与安全中国农业的二次创业食品等级金字塔食品等级金字塔 减量化是农业发展新趋势（减少化肥和农药）纯尿素纯尿素硅肥处理过的尿素硅肥处理过的尿素百分率 %植物有效吸收淋失和挥发被固定302004050107060磷肥的利用率仅1025% ：在土壤中被固定，难以运动钾硅钙微孔矿物肥料在水稻减氮试验效果CK减氮减氮50%减氮减氮25%常规常规河北

13、景县，20094、增强农作物抗性：抗病、抗虫、抗倒伏、抗旱、抗盐、抗重金属毒害、抗重茬、抗寒、抗高温、抗紫外线施矿物肥施矿物肥未施未施3、增强农作物抗性：抗病、抗虫、抗倒伏、抗旱、抗盐、抗重金属毒害、抗重茬、抗寒、抗高温、抗紫外线温室大棚西红柿，抗虫增强植物抗病抗虫性能，少使用农药山东，2014小麦白粉病山东宁津县2014年6月1日施用矿物肥未施矿物肥腐烂病严重无腐烂病张家口苹果腐烂病腐烂病菌是一种弱寄生菌，5年生苹果树大都带有腐烂病菌。关键是要强壮树强壮树势，让果树带菌而不发病势，让果树带菌而不发病。保证果树营养平衡很重要。 施用多微孔矿物肥正常生长对照，早衰早黄山东宁津县，2014年5月3

14、1日抗旱效果：小麦干热风灾后对比5、土壤修复改良效果及其机理：1、能够补充多种中-微量营养元素、提高土壤肥力水平、促进植物营养平衡土壤肥力退化、土壤贫瘠，提高土壤等级2、特殊的微孔结构能够优化土壤团粒结构、防治土壤板结、提高保水保肥透气能力土壤板结3、属于碱性矿物肥料（PH值9.5-11.5）土壤酸化4、能够降低土壤中铝、鎘、铅等重金属元素的活性，增强作物抵抗能力土壤重金属污染毒害5、能够增强作物抗盐能力盐渍化、盐碱化土壤6、能多方面提高植物抗逆能力、提高氮磷钾利用率增强植物抗性、提高障碍土壤的利用率、降低化肥和农药的施用量、提高农产品质量 在湖南、江西、广西、广东、海南、四川以及黑龙江等地选

15、择酸性土开展了农田试验。本产品为碱性肥：本产品为碱性肥：pH值值9.511.5酸化土壤：调酸、钝化重金属2011年湖南醴陵水稻试验土的PH值随施用量的增加而升高40kg55kg70kg对照试验处理 PH值2011年湖南醴陵水稻试验土的pH值随着矿物肥施用量的增加而升高 在山东、河北、辽宁的滨海盐碱地和宁夏、河北、内蒙古的干旱盐碱地开展试验示范和推广应用。 所有农业试验都是由当地县市土肥站承担完成干旱区盐碱地滨海盐碱地北方盐碱地：高效利用2012-2013，山东阳信县，滨海盐碱地种冬小麦，施用多元素矿物肥后对比效果显著阳信县冬小麦多年期温室大棚温室大棚土壤重茬退化3、根系发达强壮，吸收利用养分能

16、力提高，免疫力和抵抗力增强，根腐病显著降低试验组对照组河南浚县善堂镇花生河北保定市蠡县留史镇铁杆山药未用钾硅钙肥，山药因土传病害产生烂根，严重影响产量2014年10月-2015年4月水稻育秧：黑龙江农垦总局大面积示范水稻育秧：黑龙江农垦总局大面积示范 根长增幅30%、根数增幅30%，增强秧苗抗逆性，大大提高秧苗整体品质。大田增产42斤/亩。机理讨论：1、钙是植物细胞分裂生殖所必需的元素，制约着根系的分生和发育。实际上，水稻缺钙首先就表现在新根新叶的生长减弱2、硅可增强导管刚性、提高根的氧化力和呼吸率，从而提高根系活力、增加对养分的吸收、促进根系生长平均平均25条根条根/棵棵平均平均34条根条根

17、/棵棵对比图IMG_20131130_141250.jpg对照组亩产4224斤/亩，商品率33.9%KSC试验南阳辣椒IMG_20131228_192946.jpg 施肥技术： 底肥，在耕地整土前/时施入，垄施、条施、穴施 温室大棚和果园也可冲施，作追肥 20-100kg/亩 必须与氮磷肥和必须与氮磷肥和/ /或有机肥配合或有机肥配合施用施用 与生物有机肥配施效果特好与生物有机肥配施效果特好 马铃薯具有耐旱、耐低温、耐瘠薄、耐盐碱、适应性广、抗逆性强、产量高等优势，属于“省水、省肥、省药、省劲儿”的“四省”作物，而且营养丰富，用途广泛，经济效益高。2008，河北崇礼县，增产25%2008，甘肃

18、定西县，增产14%2008，甘肃定西县，增产20%2008，河北围场县，增产15%2009，河北张北县，增产11%2009，河北围场县，增产15%2009，内蒙克旗，增产18.9%2009，张家口种场，增产13.7%2009，河北康保县，增产4%2008，甘肃定西县，增产3.2%2010，内蒙太仆寺，增产12%2011，内蒙化德县，增产26%2012，内蒙丰镇县，增产19% 2012，山东平邑县，增产20%2013，河南桐柏县，增产22%2013，河南桐柏县，增产26%施用钾硅钙矿物肥：1、增产，平均增产率达15%2、提高马铃薯抗性，抗病虫、抗旱、抗盐3、提高马铃薯商品率试验土壤包括栗钙土、黄麻土等，PH值69。与对照相比，施用矿物肥地块植株颜色偏绿，叶片偏厚。地上茎浓绿，株高比对照高8-10cm，试验组地下薯块茎较均匀一致，块茎增大，在张家口农科院原种场，薯型椭圆扁，单株一般3-5粒，最重2.5 kg，单粒最重650g，大薯率（150克以上为大薯）90%左右；在康保县，畸形薯小薯减少，经统计 0.1kg以上商品马铃薯达92-94%，对照的商品率为89.5%，矿物肥料可以提高马铃薯商品率2.5-4.5个百分点。 河南桐柏县程湾乡石头庄马铃薯