行业背景

硅是植物必须元素

硅元素已被国际土壤界确认为是继氮、磷、钾之后的第四种植物营养元素,“杂交水稻之父”——中国工程院院士袁隆平对硅肥在杂交水稻中的增产作用给予了充分肯定。国家科技部相关专家在考察信阳地区时指出:“如果说杂交水稻的推广掀起我国的第一次绿色革命,那么硅肥的推广必将掀起我国水稻甚至所有农作物的第二次绿色革命”。“高产不优质、优质不高产”这是一直困扰我国农作物种植的问题。专家指出,随着施肥水平的提高,大量化肥的施入必须要有硅肥的配合,“氮磷钾+硅”科学平衡施肥,才能达到优质高产的效果。硅肥能够改变作物品质的特性,也正在引起世界范围内土肥学界和植物营养学界的重视。

从肥料特性上讲,硅肥属于一种品质肥料、保健肥料和植物生长调节性肥料,兼有普通化学肥料、微量元素肥料的优点。硅作为植物生长所需的有益元素,既可作为肥料,提供养分,特别是对于喜硅植物;也可用作土壤调理剂,改良土壤性质。此外,硅还具有防病、防虫和减毒等作用。具有无毒、无味、不变质、不易流失、绿色无公害等优点,是现代农业首选的绿色高效优质肥料。硅肥在作物上的作用主要有如下几点:

(1)增加产量:硅有利于促进作物的光合作用,提高叶片叶绿素含量,使茎叶挺直,促进有机物积累;

(2)抗倒伏:硅肥能增加作物茎秆的机械强度,令茎秆挺直,有利于密植;

(3)提高抵抗力:作物吸收硅后,可在植物体表面和内部形成硅化细胞,使茎叶表层细胞壁加厚,角质层增加,形成一个坚固的保护层,使昆虫不易咬动,病菌难以入侵;

(4)硅肥能使作物体内通气性增强,可预防根系腐烂和早衰,对防治水稻烂根病有显著效果;

(5)硅肥能有效调节叶片气孔开闭、抑制水分蒸腾,增强作物的抗旱、抗干热风、抗寒及抗低温等抗逆能力;

(6)硅肥能增强作物的花粉活力,在开花期施用硅肥,能显著提高结果率;

(7)硅肥能减少磷肥在土壤中的固定,活化土壤中的P和促进根系对P的吸收,提高磷肥的利用率。同时,强化Ca、Mg的吸收和利用,能很好的调节作物对N、P、K等不同养分的平衡吸收,可作为植物生长调节性肥料;

(8)硅肥是保健肥料,能活化有益微生物,改良土壤结构,降低土壤酸度,提高土壤盐基,促进有机肥分解,抑制土壤病菌、抗重茬及减轻重金属污染(如:塑料大棚连续种植3年以上,就会遇到霉菌等土传病菌的积累,严重影响果蔬产量与品质,施用硅肥,会有效地防治霉菌的存活与繁殖);

(9)硅肥是品质肥料,可明显改善农产品品质,有效预防裂果、缩果和畸形果,增加果实的硬度,令果形端正、着色好、口味佳,商品性好,耐储运,延长保鲜期。

硅肥发展历程

早在1926年,美国的农业研究人员就指出硅素是水稻良好生长的必需元素。之后,德国和美国先后利用熔渣研制成硅肥来施用。1930年,日本专家开始进行水稻硅营养研究,尤其在第二次世界大战后,为了解决粮食困难,科学家采用各种技术提高水稻单产,发现了硅对水稻的生长有重要作用,1954年利用工业废渣开始生产和使用新型肥料——硅肥,同时对水稻与硅素的关系进行了研究。1955年日本政府以“肥料法”的形式正式批准将硅肥作为一种新型肥料使用,开创了硅肥应用的先河,1957年成立了日本硅肥协会,1960年日本确定了土壤有效硅的临界指数,1965年日本首先用熔渣粉碎过筛处理后以商品硅肥形式进入市场,从此普及了熔渣硅肥的施用,并取得了显著效果。1972年日本电力公司开发出增钙粉煤灰硅肥,开辟了硅肥生产的新途径。日本硅施用量每年在135万吨以上,现有硅肥厂30多家,年产总量在100万吨以上。其主要是利用冶炼炉渣(主要是炼铁高炉渣生产硅肥)。随后韩国、东南亚的菲律宾、印度、斯里兰卡、泰国以及我国台湾地区也先后引进了日本和朝鲜的硅肥生产技术,并得到迅速推广,与此同时氮、磷、钾肥与硅肥的配方施肥技术也得到了积极地研究和推广,取得了显著效果。

我国硅肥发展相对缓慢,20世纪70年代中期才开始硅肥的研究,而且较多集中在土壤中硅素的形态与有效性以及硅肥的效应方面,到80年代初期也只有室内及小范围应用。进入90年代,我国硅肥的生产和施用开始迅速发展,一批中小型硅肥企业应运而生,如大连希林索科工贸有限公司可年产硅素肥料20万吨,广西磷酸盐化工厂、贵州磷酸盐厂、南京化学工业公司等厂主要以黄磷炉渣为原料生产硅肥。江西高安化肥厂、辽宁新金县化工化造气煤球生产硅肥。80年代末,河南省科学院信阳硅肥厂利用炼铁高炉渣为原料生产硅肥获得成厂主要利用碳功,随后在该省原阳、南阳、平顶山、三门峡等地相继建成一批小型硅肥厂。云南省从1988年开始进行硅肥的开发研究,同年列为省科委“星火计划”项目,后又于1990年列为国家科委“星火计划”项目。1989年建成硅肥实验生产工厂——昆磷多元素肥料厂。近年来,硅素肥料在全国越来越受到重视,湖南、湖北、江苏的硅肥年产量也超过10万吨。河北、山东、辽宁、浙江、广西、海南等地也已相继建起一批硅肥厂。但距离我国每年需求3000~5000万吨的硅肥市场来说,硅肥生产还存在巨大的缺口和发展空间。

1999年9月,美国农业部在佛罗里达州召开了首届“硅与农业”国际学术研讨会,标志着硅肥得到了全球农业和化肥业的重视。2000年农业部开展的耕地地力调查与质量评价工作首次将土壤有效硅列入调查范围。2000年,黄河出版社出版了80万字的《中国硅营养研究与硅肥应用》论文集在全国发行。2001年作为国家科技部星火计划培训教材,出版了《硅肥及硅肥技术》。国家科技部公布的新一批国家重点科技成果推广项目中,硅肥名列榜首。国家测土配方已把是否缺少二氧化硅作为技术标准,2004年6月1日,农业部颁布了由中国农业科学院土壤肥料研究所等单位完成的硅肥行业标准NY/T797-2004,标志着经过多年的研究试验和推广,硅肥已成为21世纪中国的一种新型肥料。

市场分析

市场需求

我国是一个严重缺硅国家,我国缺硅土壤占总耕地面积的50%~80%。以我国福建省为例,地处亚热带生物气候条件下,经历脱硅富铝化和生物富集两个过程作用下而形成的土壤,经风化作用产生的硅酸及其盐基会被大量淋失,尽管耕地土壤中SiO2质量分数为30%~70%,但有效硅含量变得很低;加以福建省又是一个长期种植消耗硅素的作物(水稻等禾本科和根块类作物)的省,更导致每年硅素需求量很大,根据福建省农科院对179个土壤样品分析研究结果,福建省土壤有效硅(SiO2)质量分数平均为(8.05±1.72)mg/(100g),有效硅质量分数为5mg/(100g)以下的占41.9%,5~10mg/(100g)的占37.4%,而大于临界值10mg/(100g)的仅占20.7%,即低于10mg/(100g)(缺硅)占79.3%。

浙江省耕地面积171.5×104hm2(其中水田142. 6×104hm2,旱地28.9×104hm2),缺硅耕地面积高达73%。江苏省土肥站提供的资料表明,江苏土壤中有效硅以1.2 ~ 6.4 mg / kg的速度逐年下降,缺硅面积逐年扩大。

土壤缺硅几乎是一个必然的结果,主要原因是:

(1)作物连年从土壤中带走大量有效硅,与其它养分元素一样,土壤中的硅素也进行着生物小循环,只是硅元素的循环是一种不平衡循环。植物只能吸收土壤溶液中以偏硅酸存在的硅素,进入植株体内经脱水淀积在植物组织中形成蛋白石,植株死亡后,硅素以蛋白石形态归还土壤,蛋白石并非有机物,而是非水溶非晶质的二氧化硅,与土壤中大量存在的二氧化硅一样,需经若干年的土壤风化释放微量硅素供植物吸收,即使桔杆全部还田,也无法进入良性的循环。

(2)母质来源不同,土壤有效硅含量差异也很大。红色沙岩、花岗岩、片麻岩和丘陵黄土母质发育的水稻土,有效硅含量一般在80mg / kg 左右,缺硅严重,河湖相、浅海相冲积母质发育的土壤多为100 ~150 mg / kg,属中等含量。

(3)酸性、微酸性土壤在成土过程中,由于淋溶——淀积作用强烈,土壤有效硅含量随土层深度增加而增加,潴育层(一般在60cm 以下出现)比耕作层高一倍以上。表层土壤铁的游离度高达40% ~60%,酸性土壤脱硅富铁现象严重。

(4)石灰性土壤,碳酸钙含量高,大部分有效硅以非活性硅钙结合物存在,难于水解,不易供给作物吸收利用。

(5)硅以分子态存在于土壤之中,既不带电,也不解离,易于随水淋洗渗漏,老稻区淹水时间长,土壤中可溶性硅酸逐渐被渗漏淋失,尤其是岗坡地,硅的流失更为严重。

硅肥市场容量

我国常年水稻种植面积4.5亿亩,50%以上耕地缺硅(其中浙江缺硅程度达到70%),按每年每亩需补硅55kg(固体硅肥、下同)计,则每年需硅肥2500万吨。全国常年种植棉花、花生、玉米等作物的2千万亩土地,按使用50千克硅肥计算,每年需硅肥近1000万吨,由此估计国内硅肥的年需求量为3500万吨或水溶性硅肥150万吨。

目前中国熔渣硅肥年产为100万吨左右,只能满足3%的市场需求。但熔渣型硅肥自身缺陷限制了其产业发展,从而给水溶性硅肥留下了巨大的市场发展空间和较为宽松的市场竞争环境。

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市场竞争

目前农业生产中使用的硅肥按其原料和有效硅含量可大致分为高效硅肥与熔渣硅肥两类。高效硅肥:由水玻璃或石英砂和碳酸钠生成,主要成分是硅酸钠和偏硅酸钠的混合物,水溶性,有效硅质量分数可达55%~60%。熔渣性硅肥:主要指用钢渣、炉渣粉煤灰等工业废渣生产的硅肥,多为枸溶性,有效硅质量分数可达约10%。水溶性硅肥:主要是硅酸钠盐和硅酸钾盐,有效硅含量较高,具有速效性,但施入土壤后易淋失,肥效短。枸溶性硅肥:主要是硅酸钙盐,有效硅含量较低,具有迟效性,施入土壤后硅释放较缓慢,肥效长,如偏硅酸钙的施用量为1.5t/ha,其残效可达4年以上。

高效硅肥

截至8月20日,已取得农业部肥料登记证的新型硅肥有16种。其中液体硅肥12种,固体4种。
在12种液体硅肥中,标称为纳米硅肥的有2家。(1)上海绿油油化工有限公司生产的“众望所归”牌110g/L纳米硅肥。公司成立于2009年,注册资本10万,股东为梁龙华(13952150592),朱敬起。(2)深圳市芭田生态工程股份有限公司生产的“芭田中芬”水溶性纳米硅肥。芭田股份(股票代码:002170)成立于1989年,深圳上市公司,在肥料行业内具有较高知名度和实力。

常熟市陆富新型肥料研发有限公司是专业从事硅肥肥开发的公司,该公司成立于2009年,技术支持为硅肥专家南京农业大学马同生教授。工商登记资料显示,其引入了风投常熟市国发创业投资有限公司。

美国优马“归来”由中国农资集团在做全国代理,中农集团对该产品进行了长期的试验示范和推广, 并于2012年进入浙江市场,但因其成本高、经销商利润低,加上农民尚未形成使用习惯等原因,尚未在市场上广泛销售。

另外进入该行业的其他知名公司还有安徽六国化工(股票代码600470)(“亲亲”牌固体速溶硅肥),北京燕化永乐(40%复合硅水溶性颗粒)。

熔渣硅肥有两种制备工艺

(1)混料法将硅肥或硅肥原料与氮、磷、钾肥混合,破碎,造粒,制成复混肥,同时还可加入微量元素、稀土元素等。混料法生产工艺简单,能耗低,但普遍存在有效硅含量增加不明显的问题。

(2)化学合成法

将硅肥原料、助熔剂、添加剂按一定比例混合,在高温