Biological Organic and Inorganic Ecological Fertilizer and Its Development Prospects (Part Ⅰ)
Abstract:
Ecological fertilizer is a new type of fertilizer that contain organic substances, which can directly or indirectly provide crops with a variety of nutrients and stimulating substances to promote and regulate crop growth, as well as fertilize and improve the soil. Taking eight kinds of ecological fertilizers as the object of discussion, the main functions of ecological fertilizers are introduced, and the future development direction of ecological fertilizer is prospected.
许多国家从20世纪初以来发展了如生态农业、生物农业、有机农业等多种农业生产方式,其目的是消除常规农业带来的环境问题。生态农业简称ECO,是根据生态学以及经济学的原理,在传统农业有效经验的基础上,运用现代科学技术和管理手段建立起来的能获得较高的经济、生态和社会效益的现代化高效农业。生态肥料是在上述多种农业生产方式下发展起来的一种新型肥料,其生产的产品完全符合有机、生态、绿色农业的质量标准要求。现以4+X生物有机无机生态肥、氨基酸生物有机肥、生物腐殖酸微纳米硅肥、生物腐殖酸液肥、腐殖酸水溶肥、腐殖酸硅钾增效剂、腐殖酸硼镁钙生物土壤调理剂和DM复合真菌菌剂等为例,对生态肥料简介如下。
1
4+X生物有机无机生态肥
4+X生物有机无机生态肥以功能性生物活性菌为主体,以作物秸秆、麸皮、鸡粪、味精下脚料、腐殖酸、氨基酸以及制糖、造纸、淀粉、酵母等生产过程中废弃的有机质为载体,配合无机氮、磷、钾及多种中微量和有益元素,将无机肥的高效性、有机肥的长效性和微生物的生理调节功能集成于一体。4+X生物有机无机生态肥中的4是指大量元素(N、P、K)、中量元素(Ca、Mg、S)、微量元素(Zn、P、Mn)和有益元素(Si、Se等)无机营养成分,X是指生物有机肥,其主要成分:w(N+P2O5+ K2O)为30%~40%,w(有机质)为15%~20%,w(腐殖酸)≥10%,w(中微量元素)≥5%,复合生物菌剂为0.2~2.0亿个/g。
为了验证4+X生物有机无机生态肥的施用效果,2013年以来在黑龙江省富锦市、五常市、宁安县、讷河市、龙江县、望奎县、肇东市、巴彦县、桦南县、庆安县、绥化市,辽宁省丹东市、大连市、沈阳市,内蒙古自治区赤峰市以及云南省楚雄市的16个市县进行了水稻、玉米、大豆、马铃薯、西红柿、西瓜等多种作物试验、示范和推广,平均增产幅度为8%~25%,其中水稻和大豆的部分试验结果如表 1和表 2所示。
表 1
水稻生育性状及产量性状试验结果(2013年黑龙江省富锦市)
处理 |
株高/cm |
株鲜重/g |
株干重/g |
穗长/cm |
有效穗数/(个·hm-2) |
每穗粒数/粒 |
千粒重/g |
产量/(kg·hm-2) |
4+X生物有机无机生态肥 |
105 |
136 |
30 |
18.2 |
5 311 530 |
95.2 |
24.5 |
7 999.5 |
常规配方肥 |
95 |
126 |
20 |
17.2 |
4 536 315 |
90.2 |
24.1 |
6 007.5 |
表 2
处理 |
单株荚数/个 |
单株粒重/g |
百粒重/g |
平均产量/(kg·hm-2) |
4+X生物有机无机生态肥 |
Ⅰ |
28.9 |
11.6 |
19.3 |
2 430.0 |
Ⅱ |
29.1 |
12.0 |
19.1 |
Ⅲ |
28.6 |
11.4 |
19.1 |
常规复合肥 |
Ⅰ |
24.7 |
10.5 |
18.7 |
2 143.5 |
Ⅱ |
24.1 |
10.0 |
18.3 |
Ⅲ |
25.3 |
10.2 |
18.3 |
对照 |
Ⅰ |
24.8 |
10.2 |
18.3 |
2 049.0 |
Ⅱ |
24.7 |
10.1 |
18.4 |
Ⅲ |
24.2 |
9.1 |
18.1 |
从表 1可以看出:在同等管理条件下,4+X生物有机无机生态肥处理的水稻株高、株鲜重、株干重等生育性状均优于常规配方肥处理,为提高产量奠定了物质基础;从经济产量性状来看,4+X生物有机无机生态肥处理的水稻穗长、有效穗数、每穗粒数以及千粒重分别比常规配方肥处理增加1.0 cm、775 215个/hm2、5粒及0.4 g,水稻平均产量提高1 992.0 kg/hm2,增产幅度33.2%。
从表 2可看出,4+X生物有机无机生态肥处理的大豆产量与对照处理差异极显著,平均增产18.6%。
通过多年的试验证明,4+X生物有机无机生态肥具有改良土壤、培肥地力、提高化肥利用率(氮肥利用率提高10%以上,有效磷含量提高27.45%)、提高作物产量和改善作物品质等作用。
2
氨基酸肥料
氨基酸肥料是指能提供各种氨基酸类营养物质的物料,按其生产原料来源的不同,可分为植物型和动物型两大类。植物型氨基酸肥料的生产原料主要是粮食作物提取味精后的下脚料;动物型氨基酸肥料主要是以动物毛皮和下脚料为原料,再经水解后加工而成,也可以利用微生物转化生产。目前,市售的氨基酸肥料大多为氨基酸与微量元素等复合而成。
氨基酸具有强大的表面活性和吸附保持能力,植物生长发育所需的营养物质经螯合和络合形成有机无机复合物,不仅能使大量元素实现缓慢释放而得到充分利用,而且可以保证微量元素的有效性。
黑龙江禾煦丰生态科技有限公司引进优良的微生物菌种,以湖北新生源生物工程有限公司生产的优质氨基酸为主要有机原料,加入适量的锌、硼、锰、铁、镁、硅等营养元素,以中国科学院、东北农业大学、黑龙江大学、黑龙江省农科院等为技术依托单位,研发出微16-微生物菌剂、微18-秸秆腐熟剂、酵9-含氨基酸水溶肥料等20多种氨基酸生物有机生态肥系列产品,取得了显著的盐碱土、低产土壤改良和修复效果,提高肥料利用率20%以上,提高产量5%~30%,增强了作物的抗逆性,秸秆腐熟效果好,在黑土地保护和减肥增效中发挥了显著作用。
3
含硅肥料
尽管硅元素不是植物生长发育过程中必需的元素,但其是植物抵御逆境、调节植物与其他生物之间相互关系所必需的化学元素,特别是其对水稻的生长过程有着显著的影响。
生物腐殖酸微纳米硅肥是以中科院、哈工大、东北农业大学为技术依托单位,由黑龙江省顿丰微纳米硅科技开发有限公司自主研发的高科技产品。生物腐殖酸微纳米硅肥的主要成分为蛋白石页岩(SiO2)、黄腐殖酸钾、聚谷氨酸、腐殖酸以及DM复合真菌菌剂等植物内生菌提取的活性物质组成,其中:水稻专用的生物腐殖酸微纳米硅肥组成为w(蛋白石页岩)87.0%、w(黄腐殖酸钾)3.0%、w(聚谷氨酸)4.0%、w(腐殖酸)5.8%、w(DM复合真菌菌剂)0.2%;果蔬专用的生物腐殖酸微纳米硅肥组成为w(蛋白石页岩)81.0%、w(黄腐殖酸钾)3.0%、w(聚谷氨酸)5.0%、w(腐殖酸)10.8%、w(DM复合真菌菌剂)0.2%。实践证明,生物腐殖酸微纳米硅肥具有如下的作用效果。
3.1
减轻或消除土壤中的重金属污染
硅肥可以减轻或消除土壤中的重金属污染,其原理:①重金属可与硅肥中的SiO32-反应生成不易被植物吸收的硅酸盐沉淀;②硅肥可以增强蔬菜等作物根系的氧化能力,重金属被氧化后,其溶解度减小,从而可以抑制作物对重金属的吸收。
衡阳市农科所在湖南省大广村开展的相关试验结果表明,与对照处理相比,微纳米硅肥处理的稻米含镉量最大降幅为0.254 mg/kg,平均降幅为0.188 mg/kg。湖南省食品测试分析中心的检测结果表明:微纳米硅肥处理的稻谷平均镉含量为0.021 8 mg/kg,对照处理为0.514 0 mg/kg;微纳米硅肥处理的茶叶铅含量为0.082 4 mg/kg,对照处理为0.182 0 mg/kg。
3.2
节水、节肥,提高肥料利用率
施用硅肥后,在水稻中形成的硅化细胞具有调节叶片气孔开闭及水分蒸腾的能力,有助于减少水稻用水量,节水率一般超过17%。硅具有活化土壤中磷的功能,有助于减少磷在土壤中的固定,同时可促进磷在作物体内的转运,从而提高结实率。硅具有调节作物对氮、磷、钾各元素平衡吸收的功效,而且可以抑制作物对铁、锰的过量吸收和毒害作用,如通过调节水稻在不同生育阶段对氮、磷、钾等营养元素的需求,可分别提高氮、磷、钾利用率1.9%、6.4%和2.8%,肥料利用率提高20%以上。
3.3
提高抗病虫害、抗旱涝、抗倒伏等抗逆性
水稻硅化细胞的形成有助于水稻表皮细胞壁增厚和角质层增加,进而增强水稻抗病虫害的能力,特别是对稻瘟病、纹枯病、胡麻斑病及螟虫、叶蝉等的抵抗能力明显增强,一般稻瘟病发病率下降约30%,水稻褐变穗、鞘腐病的病情指数可分别下降4%和7%。施用硅肥后,水稻基部茎杆强度增大,导管的刚性增强,有助于提高水稻内部的通气性和增加白根数量,进而防止根系早衰,减少有毒气体的危害,具有防治烂根病的作用,水稻抗倒伏能力可以提高80%,倒伏和倒折率可以减少40%~70%;作物茎叶挺直可减少遮阴,如水稻施硅后叶片角度减小25.4°,冠层光合作用提高10%以上,有利于作物的密植;角质硅质双层结构可以减弱叶面蒸腾作用,有助于提高作物抗旱、抗干热风和抗低温的能力,干旱地区施硅后的增产效果尤为显著。
3.4
改善产品品质,提高产量
我国对硅肥的研究始于20世纪70年代,直至20世纪80年代后期才实现工业化生产。近年来,通过在不同省区对喜硅作物和缺硅土壤进行的硅肥肥效试验,结果表明不同作物的增产幅度为10%~50%。此外,硅肥还具有改善产品品质的作用,如施用硅肥后,苹果的含糖量、着色率、耐贮性、运输性等指标都有所提高。
3.5
改良土壤,提高有机质含量
生物腐殖酸微纳米硅肥施入土壤后,可直接产生硅离子,并提高土壤中的硫酸根、磷酸根、硼酸根等的活性,促使土壤中阴阳离子的平衡。微纳米硅肥属于碱性肥料,不仅可以矫正土壤酸度、提高土壤盐基饱和度、促进有机肥分解,而且可以抑制土壤病菌、抗板结、抗重茬。微纳米硅肥中所含的硅、钙、镁离子能够与红壤中的铁、铝和钠离子发生置换反应,形成无害化合物,减少有害成分,同时可为作物提供生长所需的硅、钙、镁等营养成分。