張 珊

(宜昌市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖北宜昌 443000)

生物磷肥制備及應(yīng)用研究概況

張 珊

(宜昌市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖北宜昌 443000)

摘要為了給生物磷肥的制備及其更好的應(yīng)用提供參考，對(duì)傳統(tǒng)磷肥存在的問題、生物磷肥的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)以及廢棄磷礦石在制備生物磷肥上的應(yīng)用等方面進(jìn)行介紹。 以廢棄磷礦石為原料，利用解磷微生物制取生物磷肥，具有作用時(shí)間短、條件易控制、肥效高等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為廢棄磷礦的主要用途之一?？梢?，利用解磷微生物能將無(wú)工業(yè)價(jià)值的廢棄磷礦石轉(zhuǎn)化為生物磷肥。

關(guān)鍵詞廢棄磷礦石；解磷微生物；生物磷肥

我國(guó)磷礦儲(chǔ)量豐富，居世界第二位，僅次于摩洛哥。從礦石品位來(lái)看，我國(guó)的貧礦(P2O5含量≤20%)較多，占總儲(chǔ)量的53%，富礦(P2O5含量≥30%)較少，僅占總儲(chǔ)量的7%[1]。隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，我國(guó)的富礦資源迅速減少，貧礦資源又因其品位低、雜質(zhì)多而被大量廢棄，再加上大量選磷尾礦(P2O5含量8%左右)未回收，不僅浪費(fèi)資源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，合理開發(fā)利用廢棄磷礦石刻不容緩[2]。

目前，采用生物方法處理廢棄磷礦石來(lái)制備生物磷肥是解決上述問題的一種有效途徑。筆者對(duì)傳統(tǒng)磷肥存在的問題、生物磷肥的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用以及廢棄磷礦石制備生物磷肥等方面進(jìn)行了綜述，為生物磷肥的制備及其更好的應(yīng)用提供參考。

1傳統(tǒng)磷肥存在的問題

我國(guó)生產(chǎn)磷肥大多采用濕法磷酸工藝技術(shù)路線，即將強(qiáng)無(wú)機(jī)酸(硝酸、硫酸和鹽酸)與磷礦石粉作用分解，再經(jīng)過腐熟后制成。在施用傳統(tǒng)的化學(xué)磷肥后，其中的大部分磷與土壤中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、A13+結(jié)合，形成難溶的螯合磷酸鹽而無(wú)法被植物吸收、利用，使得土壤中的有效磷不足5%，磷素當(dāng)季利用率僅為10%～25%。過量的施用磷肥導(dǎo)致土壤板結(jié)[3]，因此，如何提高磷肥利用率、增加土壤中有效磷含量一直是人們研究的熱點(diǎn)問題[4]。

2生物磷肥的特點(diǎn)和應(yīng)用

2.1生物磷肥的特點(diǎn)生物磷肥是指既含有植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素又含有微生物制品的肥料。生物磷肥中的微生物能夠?qū)⒉蝗苄粤兹芙鉃榭扇苄粤自?，故被稱為解磷微生物(Phosphatesolubilizingmicroorganism，PSM)。解磷微生物包括細(xì)菌、真菌和放線菌等，常大量存在于磷礦石、土壤和植物根系中，且不同土壤、植物環(huán)境中解磷菌的數(shù)量和種群有明顯差異[5]。

2.2解磷微生物的作用目前，已報(bào)道的解磷細(xì)菌主要有假單胞菌(Pseudomonas)、芽孢桿菌(Bacillus)、根瘤菌(Rhizobium、克雷伯氏菌(Klebsiella)；解磷真菌主要有青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)和根霉屬(Rhizopus)，而解磷放線菌一般屬鏈霉菌(Streptomyces)等[6]。這些微生物已被廣泛用于生物磷肥的制備中。主要的生產(chǎn)工藝是液體發(fā)酵和固體吸附。得到的產(chǎn)品有液體菌劑、粉狀和固體顆粒3種[7]。

解磷微生物的作用機(jī)理是在其代謝過程中分泌的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸促進(jìn)不溶性磷源的溶解。它們與磷礦或土壤中的無(wú)效磷作用，將其不斷溶解為可溶性磷酸鹽，使得植物對(duì)磷的吸收更加充分，在很大程度提高磷肥的利用率。

2.3生物磷肥的應(yīng)用一般來(lái)說，生物磷肥的有效磷含量只有普通磷肥的一半左右，但增產(chǎn)效果明顯超過普通的化學(xué)磷肥。盧秉林等[8]通過田間試驗(yàn)，證實(shí)生物磷肥對(duì)春小麥的穗粒數(shù)和穗長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)效果，其增幅分別達(dá)到12.05%和5.74%，同時(shí)養(yǎng)分累積量提高了4.03%～6.04%；Ogbo[9]從腐爛木薯皮中分離得到的黑曲霉，制成生物磷肥，施用后能夠使木豆植株的干重明顯增加；范作偉等[10]以巨大芽孢桿菌和伯克氏菌為功能菌株制成的生物磷肥可使玉米對(duì)磷肥的利用率提高1.75～17.98個(gè)百分點(diǎn)，而且在東部濕潤(rùn)冷涼區(qū)增產(chǎn)幅度最大，達(dá)5.6%～13.0%；鄭瑞娜等[11]采用基質(zhì)栽培法比較，發(fā)現(xiàn)番茄在施用生物磷肥后，各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)和生理活性明顯升高；田曉娟等[12]將從內(nèi)蒙古布龍圖低品位磷礦區(qū)(平均P2O5含量8.7%)土壤中分離出芽孢桿菌A20和AC2013與磷礦粉制成的生物磷肥施用于馬鈴薯，發(fā)現(xiàn)增產(chǎn)效果極為顯著，高達(dá)23.08%。

可見，生物磷肥較之普通的磷化肥具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅可以促進(jìn)作物增產(chǎn)，減少化肥的使用量，而且可以發(fā)揮生物效應(yīng)改良土壤、修復(fù)環(huán)境，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有重要的意義。近年來(lái)，利用廢棄磷礦石制備生物磷肥的新工藝因其潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值已引起廣泛關(guān)注。

3廢棄磷礦石制備生物磷肥及應(yīng)用

曲源等[13]對(duì)由乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、光合菌、放線菌以及醋酸菌等多種有益微生物復(fù)合成的有效微生物群(Effectivemicroorganisms，EM)發(fā)酵甕福磷礦尾礦粉(P2O5含量5．79%)的解磷工藝進(jìn)行了探索。采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、尾礦粉添加量3個(gè)因素進(jìn)行條件優(yōu)化，得到的最佳解磷條件為發(fā)酵時(shí)間96 h，發(fā)酵溫度34 ℃，尾礦粉加入量3 g。在此條件下，水溶性解磷量為14.12g/kg，比原來(lái)平均解磷量提高了16.7%。有效微生物解磷因素由大到小依次為發(fā)酵時(shí)間>發(fā)酵溫度>尾礦粉加入量。

洪堅(jiān)平等[14]從石灰性土壤中篩選得到6株芽孢桿菌解磷細(xì)菌和2株青霉解磷真菌，組建真菌菌群、細(xì)菌菌群和混合菌群3種組合(所加菌種之間無(wú)拮抗作用)，制備出3種生物磷肥。以盆栽油菜土壤中的有效磷含量為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)它們的解磷效果由高到低依次為真菌菌群、細(xì)菌菌群和混合菌群。原因可能是真菌的適應(yīng)能力比細(xì)菌強(qiáng)，真菌菌群效果最好，而真菌與細(xì)菌的混合菌群繁殖時(shí)可能會(huì)相互抑制，導(dǎo)致解磷效果最差。此外，含同一種菌群的生物磷肥的含磷量低，則菌群的解磷效果更好，說明高濃度的磷素可能會(huì)抑制磷酸酶活性。

郜世平[15]闡述了佛山金葵子科技有限公司提出的制備生物磷肥的改進(jìn)工藝。該工藝?yán)梦⑸锔砂l(fā)酵技術(shù)和納米化工藝替代傳統(tǒng)化學(xué)工藝，能耗少，無(wú)污染，并且明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。據(jù)評(píng)估，該工藝下生產(chǎn)的1t生物磷肥利用率相當(dāng)于2．5t含量為14%的普通磷肥，可節(jié)約23%～25%磷礦石資源，從而節(jié)約30%～50%磷肥施用量和農(nóng)業(yè)投資。該項(xiàng)成果因其創(chuàng)新性而被中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)為2008年國(guó)家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先水平。

總之，利用解磷微生物，直接將目前無(wú)工業(yè)價(jià)值的廢棄磷礦石轉(zhuǎn)化為磷肥，既節(jié)約資源，又避免廢棄磷礦堆放對(duì)環(huán)境造成污染。這為開發(fā)利用廢棄磷礦石提供新思路，具有廣闊的發(fā)展前景[16]。

4結(jié)語(yǔ)

我國(guó)磷化工產(chǎn)業(yè)存在效率低、污染大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。隨著富礦的過度開采，曾經(jīng)被廢棄的低品位磷礦石及選磷尾礦將成為磷化工的主要資源[17]。利用解磷微生物發(fā)酵磷礦粉制取生物磷肥具有時(shí)間短、條件易控制、肥效高等優(yōu)勢(shì)，已成為利用低品位磷礦的主要途徑之一。 但是，由于受生產(chǎn)技術(shù)的制約以及解磷菌群的穩(wěn)定性不高等，目前生物磷肥的制備還未投入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，我國(guó)的絕大部分磷肥生產(chǎn)還是以傳統(tǒng)工藝為主。如何大規(guī)模、低成本地利用生物法制備生物磷肥是各國(guó)致力研究的熱點(diǎn)問題[18]。

為此，我們應(yīng)大力發(fā)展生物磷肥技術(shù)，同時(shí)繼續(xù)以低品位磷礦為試驗(yàn)礦種，探索廢棄磷礦石綜合利用的各種途徑，創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、持續(xù)發(fā)展的磷化工產(chǎn)業(yè)。

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中圖分類號(hào)S14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)30-098-02

作者簡(jiǎn)介張珊(1985- )，女，湖北宜昌人，工程師，碩士，從事水質(zhì)、土壤和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)及研究工作。

收稿日期2015-09-11

PreparationandApplicationofBiologicalPhosphorusFertilizer

ZHANGShan(YichangEnvironmentalProtectionMonitoringCentralStation,Yichang,Hubei443000)

AbstractIn order to provide a reference for the preparation of biological phosphorus fertilizer and its better application, we reviewed the problems of traditional phosphate fertilizer, the characteristics and the advantages of biological phosphorus fertilizer and the application of waste phosphate rock in preparation biological phosphorus fertilizer. Using phosphate-solubilizing bacteria to produce biological phosphorus fertilizer with waste phosphate rock had the advantage of short duration, easy control and high fertilizer efficiency.Therefore waste rock phosphate without commercial value can be translated into biological phosphorus fertilizer using phosphate-solubilizing microorganisms.

Key wordsWaste phosphate rock；Phosphate-solubilizing bacteria；Biological phosphorus fertilizer