磷尾矿在复合肥中的应用研究

2024-04-01张汉卿李志东

磷肥与复肥 2024年2期

孙鹏，余赟，张汉卿，李志东

（龙蟒大地农业有限公司，四川绵竹 618200）

0 引言

磷尾矿是磷矿开采和浮选过程的伴生产物，含有丰富的钙、镁、磷、硅等资源，主要矿相为白云石相（CaMg（CO3）2）、氟磷灰石相（Ca5（PO4）3F）。我国磷矿资源主要分布在云南、四川、贵州、湖南和湖北等地［1］，根据《国家统计年鉴》数据，截至2022 年，我国磷矿储量为36.90 亿t，较2021 年降低0.65 亿t。全国磷矿资源需求量大，以每年2.3%的幅度迅速增长，但由于我国磷矿品位较低，平均品位仅为w（P2O5）17%［2-3］，磷矿开采过程中会产生富钙镁尾矿粉，浮选也会产生磷尾矿，大量的磷尾矿堆存，不仅增加了企业维护费用，还占用大量土地。目前企业处理磷尾矿的方式为外卖，但每年外卖量远小于产生量，大量剩余的磷尾矿长期堆存于库中，带来了巨大的环保压力和安全隐患。因此对磷尾矿进行综合开发与合理利用，是当前我国磷矿产业亟须解决的问题。磷尾矿中主要成分碳酸钙镁可被酸性物质活化［4］，作物根系在生长发育阶段不断释放有机酸，可将磷尾矿中钙、镁活化，为作物提供钙、镁养分。本研究通过在复合肥中添加磷尾矿，从肥料物理性质和肥效等方面分析，探索磷尾矿在复合肥中的应用效果，为磷尾矿资源的肥料化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

复合肥原料为磷尾矿、氯化铵、氯化钾、磷石膏、w（总养分）25%的白肥和膨润土，均来源于龙蟒大地农业有限公司，其中磷尾矿养分含量为：w（P2O5）≥4.8% 、w（MgO）≥15.5% 、w（CaO）≥32.4%。采用以上原料中的几种制备15-5-5、13-5-7两种复合肥。

造粒设备为BY30 圆锅式造粒机，颗粒强度测定设备为KQ-3型颗粒强度测定仪。

肥效试验地位于四川省德阳市绵竹市四川发展龙蟒股份有限公司肥料研究所，属中亚热带湿润气候区，年平均气温15.7 ℃，年平均降雨量1 053.2 mm。土壤基本理化性质为：w（有机质）26.58 g/kg，w（碱解氮）76.74 mg/kg，w（速效磷）164.66 mg/kg，w（速效钾）103.53 mg/kg，pH 6.32。玉米品种为“成单716”。

1.2 试验方法

1.2.1 肥料配方设计

采用磷尾矿替代磷石膏作为复合肥填充料，具体复合肥配方设计如表1所示。

表1 复合肥配方设计

1.2.2 大田试验设计

试验共设计5个处理，处于相同地块，每个处理设置3个小区，每个小区视为一次重复，各试验处理分别为：CK，不施肥；不同复合肥配方处理T1、T2、T3、T4。各试验处理施肥方式均为底肥撒施+深耕。

1.2.3 测定方法

于2023 年4—5 月，在玉米苗期至拔节期随机采集植株样品，每个小区采集6株样品。测量各处理植株样品株高、单株鲜质量。将测量后的新鲜样品烘干制样，测定植株养分含量。

1.2.4 数据分析

数据采用Microsoft Excel 软件进行处理，SPSS软件做单因素方差分析，显著性检测水平为p＜0.05。

2 结果与分析

2.1 添加磷尾矿对复合肥崩解性的影响

不同配方设计复合肥的崩解性见图1。由图1可知，T1、T2、T3、T4 处理30 min 崩解率分别为43.64%、76.67%、41.76%、52.24%。T2 处理与T1处理相比，30 min 崩解率提高33.03 百分点；T4 处理与T3 处理相比，30 min 崩解率提高10.48 百分点。磷尾矿与磷石膏均属于砂性物质，砂性物质会影响肥料颗粒黏结的紧密度，但磷石膏主要成分为CaSO4·2H2O，具有凝结作用［5］，可使物料间紧密度增强，且磷石膏几乎不溶于水，导致肥料颗粒吸水性降低，从而使颗粒崩解速率降低；而磷尾矿无凝结作用，物料间紧密度降低，增加肥料颗粒吸水能力，从而提高了颗粒的崩解速率。T2、T4 肥料均添加磷尾矿，但两个处理肥料崩解速率不同，其原因可能为随着磷尾矿的添加量升高，肥料可溶性原料占比降低，导致崩解速率降低。

图1 不同配方设计复合肥的崩解性

2.2 复合肥中添加磷尾矿对作物农艺性状的影响

不同处理肥料对玉米苗期鲜质量和株高的影响见图2。由图2可知，在玉米苗期，CK处理玉米鲜质量和株高分别为37.98 g、62.85 cm；T1处理玉米株高、鲜质量分别为47.76 g、68.15 cm，T2处理玉米鲜质量、株高分别为40.27 g、63.84 cm，T1处理玉米鲜质量、株高显著高于T2 处理；T3 处理玉米鲜质量、株高分别为39.11 g、63.13 cm，T4处理玉米鲜质量、株高分别为44.94 g、66.96 cm，T4处理玉米鲜质量、株高显著高于T3处理。

图2 不同处理肥料对玉米苗期鲜质量和株高的影响

不同处理肥料对玉米拔节期鲜质量、株高的影响见图3。由图3可知，在玉米拔节期，CK处理玉米鲜质量、株高分别为0.51 kg、141.82 cm；T1 处理玉米株高、鲜质量分别为0.53 kg、148.47 cm，T2处理玉米鲜质量、株高分别为0.53 kg、153.65 cm，T1 与T2 处理相比，玉米鲜质量、株高均无显著性差异；T3 处理玉米鲜质量、株高分别为0.61 kg、154.60 cm，T4处理玉米鲜质量、株高分别为0.56 kg、155.92 cm，T3 与T4 处理相比，玉米鲜质量、株高无显著性差异。

图3 不同处理肥料对玉米拔节期鲜质量及株高的影响

2.3 复合肥中添加磷尾矿对作物植株养分的影响

不同处理对玉米苗期植株养分的影响见表2。由表2可知，在玉米苗期，T1处理玉米植株钾含量显著高于T2 处理，T2 处理玉米植株磷、钙、镁含量显著高于T1 处理；T4 处理玉米植株钾含量显著高于T3处理。

表2 不同处理对玉米苗期植株养分的影响

不同处理对玉米拔节期叶片养分的影响见表3。由表3 可知，在玉米拔节期，T1 处理玉米叶片钾含量显著高于T2 处理，T2 处理玉米叶片氮、磷、钙含量显著高于T1 处理；T4 处理玉米叶片钾含量显著高于T3处理。

表3 不同处理对玉米拔节期叶片养分的影响

不同处理对玉米拔节期茎秆养分的影响见表4。由表4 可知，在玉米拔节期，T1 处理玉米茎秆氮、钾、镁含量显著高于T2 处理，T2 处理玉米茎秆磷含量显著高于T1 处理。T3 处理玉米茎秆磷、镁含量显著高于T4 处理，T4 处理玉米茎秆钾含量显著高于T3处理。

本研究表明，磷尾矿在酸性条件下具有持续释放钙、镁元素的能力，T2 处理玉米苗期植株的钙、镁含量明显高于T1 处理。此结果可能原因为作物在生长发育过程中根系可分泌有机酸，肥料在快速崩解后，磷尾矿中的钙、镁元素被有机酸转化为可溶性的钙、镁，有利于作物直接吸收。然而T2 处理肥料崩解速率过快，导致肥料中钾元素淋失，玉米植株钾元素含量明显低于T1 处理。相比于T3 处理，T4 处理肥料崩解速率略有提高，玉米对于钾元素的吸收量明显高于T3 处理，但对可溶性钙、镁的转化速率降低。