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钾肥是重要的肥料资源,而水溶性钾矿在世界范围内分布不均,仅集中在少数国家。我国目前发现的总储量仅10亿吨,不到世界总储量的1%,现有钾资源可利用年度仅66年左右。目前,我国钾肥消费逐年增加,进口依赖度高达50%,因此,国际钾肥价格的过快增长给国内钾肥市场带来了极大的影响。如何拓宽钾肥供应渠道就成为一项重大而迫切任务。我国的非水溶性钾矿资源不仅分布地域广,而且储量巨大,其资源总量超过100亿吨。研发节能、高效和经济可行的非水溶性钾矿制肥产业化技术,对破解钾资源受制于人的困局、保障粮食安全具有重大的战略意义。本研究以储量最大的非水溶性钾矿--钾长石为研究对象,应用物理、化学、生物的多种技术手段对非水溶性钾矿进行联用促释,通过摇瓶培养试验、室内土壤培养试验、水浸提试验以及盆栽试验,研究联用促释技术对非水溶性钾矿的促释效果、养分释放特性等;通过X-衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)以及环境扫描电子显微镜加X射线能量色散谱分析仪(ESEM-EDX)分析联用促释钾肥的结构变化,探讨联用促释的作用机理。研究成果将为在温和条件下利用我国丰富的非水溶性钾矿资源制肥开拓一条低能耗的新技术途径。同时,进一步探索联用促释技术在磷矿粉、磷肥上的应用,拓宽其应用领域。 在摇瓶培养条件下,胶质芽孢杆菌对钾长石有明显的解钾效果,而在土培条件下,胶质芽孢杆菌的解钾能力与土壤中的养分,尤其是钾水平密切相关。 通过水浸提的试验,筛选出对钾长石具有明显活化效果的活化剂QN。 活化剂对钾长石的促释效果明显优于微生物的解钾效果,化学一生物两者联用处理具有明显的协同作用,效果优于单独化学作用、生物作用之和。微生物的解钾效果与菌的数量密切相关,而促释处理有利于促进微生物对钾长石的解钾作用,使解钾微生物在较低数量的情况下仍具有明显的解钾效果,协同效果明显。玉米盆栽试验结果表明,化学-生物联用促释钾长石可以部分替代氯化钾,肥效不亚于氯化钾。 在化学-生物联用促释的基础上,首次应用微波技术对钾长石进行促释,发现微波可大幅度增加QN活化钾长石的促释,微波与活化剂联用具有明显的协同作用。与QN促释处理相比,微波-QN联用处理的钾释放量增幅为39.30~51.03%,而QN-微波联用处理的钾释放量增幅则高达218.15~291.31%。活化剂-微波联用促释的条件优化参数为:10%QN,5%水,研磨时间为1分钟,微波处理时间为5分钟。 不同联用促释处理钾长石中,QN中的Na离子与钾长石晶格中的K离子发生了置换,进而产生新的物相--NaAlSi3O8。微波与QN活化剂联用,促进Na离子与钾长石晶格中K离子间的置换反应。 与不接种胶质芽孢杆菌相比,对应的接种胶质芽孢杆菌处理钾长石残渣的物相成分中,KAlSi3O8的物相含量呈下降的趋势,说明胶质芽孢杆菌对钾长石有一定分解的作用。ESEM-EDX的分析结果表明,接种胶质芽孢杆菌摇瓶培养后,QN-微波联用促释钾长石残渣的表面较粗糙,且表面的K元素含量最低,表明胶质芽孢杆菌对其表面产生较明显的侵蚀作用,因而其的钾释放量最高。 联用促释钾长石可明显提高土壤微生物群落的Shannon和Simpson指数,土壤微生物群落相似,但明显区别于对照,说明联用促释钾长石对土壤微生物生态具有一定的调控作用,有利于提高土壤生态肥力。 微波-活化剂联用不仅对钾长石有明显效果,而且对条件参数作相应调整后可用于磷矿粉、磷肥也有明显的效果,显示了广阔的发展前景。