硅藻土在农业领域的应用：从生物硅肥到土壤改良

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硅藻土在农业领域的应用：从生物硅肥到土壤改良

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硅藻土是一种具有独特物理化学性质的矿物材料，在农业领域有着广泛的应用前景。从生物硅肥到化肥缓释剂，从土壤改良到堆肥除臭，硅藻土的独特性能为现代农业提供了新的解决方案。

粮食安全是“国之大者”，确保粮食产量，提升粮食质量已刻不容缓。随着我国绿色农业战略实施，国家对土壤品质的保护与提升非常重视，也是实现绿色农业的重要保障。硅藻土在制备土壤微环境调理材料方面具有很强的成分和结构优势；基于农业方面应用背景，通过技术加工，开发相关产品具有良好实践性能；以硅藻土作为主原料，实现硅藻土资源综合利用同时，可造就具有很强市场竞争力的终端产品或中间产品。硅藻土矿物成分主要为非晶体二氧化硅，其具有多孔网状状孔隙布局，性能稳定，天然无毒、细腻、松散、质轻、多孔、耐酸、孔容大、孔径大、比表面积大、渗透性强、纳米级微孔结构赋予超强吸附性能，可吸附自身质量1~4倍的水分、粒径中值稳定，均匀性、分散性好等特点。广泛应用在农业、化肥农药等众多领域，我院农业所专注于用作生物硅肥、缓释剂、吸附剂、充填剂、载体、包裹剂、除味剂、杀虫剂和防治虫害等硅藻产品研究开发。

硅藻基生物硅肥

硅藻土在制备土壤微环境调理的补硅矿物肥料方面具有很强的成分和结构优势；通过特定技术处置，基于二、三级硅藻土作为主原料，实现硅藻土资源综合利用。为此，开展“硅藻土基生物硅肥相关工作，具有很好的技术经济性与科学社会发展潜质。其水溶性硅是现有矿物级硅肥十倍，其深化研究衍生产品将现有产品水溶性再提高数倍，将进一步拓宽硅藻土基矿物硅肥市场应用空间。

施用硅肥是解决水稻、玉米等农作物倒伏的最有效方法，硅肥能够显著地降低水稻基部节间的长度，同时还能增加水稻基部节间的壁厚和茎秆横截面积，显著提高水稻的抗折力，从而有效提高水稻的抗倒伏性。从生物学与植物学角度机理分析：硅与植物体内的果胶酸、多糖醛酸、糖脂等物质有较高的亲和力，能形成稳定性强、溶解度低的单、双、多硅酸复合物，并沉积在木化细胞壁中，使植株挺拔，增强组织的机械强度与稳固性，提高植物的抗倒伏性和光合速率。硅能够增强植株基部秸秆强度，使水稻导管的刚性增强，提高水稻内部通气性，从而增强根系的氧化能力，防止根系早衰与腐烂，根系发达反过来又增强水稻的抗倒伏能力，可见硅是植物抗倒伏的重要元素。除此之外，硅肥的应用还可以提高作物抵御病原体和昆虫的能力，并促进氮、磷、钾和钙的吸收，最终达到优质高产的目的。

硅元素对农作物的功效作用如下：

硅能提高作物叶片光合速率。硅素可将作物表皮细胞硅质化而使作物的茎叶更加挺直，在减少茎叶低垂遮光量的同时增加作物叶片的采光量，作物茎叶的保绿性更强、透光性更好、采光量更多。
提高作物茎秆的健壮度和抗倒伏能力。作物补充硅营养后，尤其是水稻等喜硅作物使用后，能够使作物的根系更加发达、茎秆更加挺拔直立与粗壮，大幅提高抗倒伏能力，有利于作物密植高产。
增强作物的抗病虫害能力。作物补充硅素营养后，表层细胞壁及角质层更厚、更硬，使作物在外部形成一个病菌虫害难以侵入或难以撕咬的硬厚保护层，对外部病虫害的防御能力强，增强自身抗病虫害能力；此外，硅肥中的硅酸还可抑制病菌孢子的萌发与菌丝的生长，减少稻瘟病、叶枯病、轮纹病、炭疽病、蚜虫、螟虫、红蜘蛛、棉铃虫等常见病虫害的发病率。
预防作物烂根与早衰问题的发生。作物补充硅素营养后，促进根系生长和对磷的吸收，增强根系活力；硅可增强作物细胞导管组织的刚性、和内在透气性，预防作物烂根、早衰等现象发生。
促进开花结实率，早熟避霜寒。作物补充硅营养后，水稻玉米的花粉活力和授粉质量提高，灌浆成熟早，饱实度和粒重高，从而避免东北早霜发生早、无霜期短的危害。

硅不是惰性的，它不仅可以增强机械强度，提高植物的抗性，还具有重要的生理功能。它可以提高水稻等粮食作物，番茄、黄瓜等茄果类蔬菜的产量和品质。硅对提高作物的抗病性也有非常好的效果，硅是重金属污染以及盐碱毒害土壤的调理剂，我们国家缺硅面积非常大，硅肥前景非常好。可被农作物吸收的硅通常为可溶性硅酸根离子，目前硅肥的有效硅大多是通过将硅矿石添加碱性物后再经高温煅烧生产的，是以五水偏硅酸钠的形式存在。但此类硅肥所面临的最大问题是长效性，即五水偏硅酸钠是一种速溶的无机盐，与水接触快速溶解后是强碱性，长时间与酸性物质接触会变成难溶的沙粒状形态被土壤固定。虽然会在短期内对植物补硅效果显著，但随着有效成分的快速溶解流失和硅的再固定，其补硅效果会逐渐减弱。而整个植物生长期均需要硅元素，需要多次施用硅肥进而导致成本增加。因此，制备硅藻土基生物硅肥，能长效释放中性可溶性硅的矿物基缓释性，又具有微生物自然溶解土壤固定的硅钙镁钾磷活性，可有效解决上述问题，从而显著降低施肥成本又使用方便。

化肥缓释剂

化肥工业是我国农业发展的基本保证，化肥生产已在我国占据主导地位，粉状化肥已不适应于生产发展的需求，基本上都以粒状产品出产，采用何种包裹剂防止粒状化肥结块，是一个普遍问题。多年来先后使用过滑石粉、沸石粉、膨润土以及硅藻土等非金属矿粉作包裹剂，经工业实践的筛选，硅藻土粉得到了充分肯定。

硅藻土化肥包裹剂的功能作用和理化性质

硅藻土的微观结构硅藻土能成为良好的化肥包裹剂，其主要因素是由于硅藻土中保存了大量硅藻壳体具有的特殊孔结构以及活性非晶质 SiO构成的壳壁。这些分布在壳壁上的微孔是均匀吸附农药或化肥的物理条件，硅藻土粉体一经包裹化肥颗粒，就明显地形成内外两个界面。在内界，直接与化肥接触，由于硅藻王中活性非晶质SiO2中Si-O键的不饱和性和紊乱性，它能与NH、PO等形成很强的化学吸附。在外界，硅藻土壳壁丰富孔隙的大表面性质使其具有很宽的耐湿性能，能吸收本身质量 2~4 倍的水分。正是由于这种内界的强化学吸附作用和外界很宽的耐湿性能，有效地防止了被包裹颗粒的结块。

粒度粒径与硬度是硅藻土作为包裹剂的主要指标之一。粒径的大小直接影响了产品的质量。一般粒径越小，涂敷在化肥表面的硅藻土就相对比较均匀，涂敷消耗量也较少。

密度硅藻土的密度是反映硅藻颗粒堆砌状态的一种性质，它与硅藻颗粒的粒径分布和孔隙率有关。综合经济效益因素来考虑，化肥包裹剂以选用堆密度在0.45~0.75g/m3的中、低品位硅藻土为宜。

化学稳定性硅藻土具有较好的化学稳定性和热稳定性。尤其是在酸性环境中，其化学性质是比较稳定的，除氢氟酸外，硅藻壳体不溶于其他强酸。以上两个性质也是硅藻土作为化肥包裹剂的必备条件，从而保证了经过包裹的化肥，其化学成分不会发生改变。