高岭土在农业上的新用途

高岭土在农业上的新用途 高岭土在农业上的新用途 2010年09月03日 从1999年开始，美国媒体大量介绍了一种商标注册为“Surround?”的作物防护剂，该产品以改性高岭土为主原料制成(其中含95,的高岭土及5,的其它材料)。媒体介绍的信息大体上以三个方面为主;一是产品在梨、苹果、葡萄等果树上试验的情况;二是“Surround?”产品系列及其特点;三是“Surround?”产品投放市场后扩大应用的情况。2003年，“中国粉体工业信息网(www.chinapowder.com)” 根据《Industrial Minerals》2003年第2期的资料，对此产品也作了报道。有关报道我们已收入《高岭土及几种非金属矿产开发利用调研报告》—宜昌地质矿产研究所老科协，2003年12月;见报告第35页。从那以后，我们就打算系统收集该产品有关实验室和田间试验的信息，尽可能作一些较系统的补充报道。作这样的报道，更长远的考虑是，希望能引起有关单位和部门的关注，依托宜昌市的高岭土资源和宜昌地矿所在高岭土超细粉碎、改性等方面的技术优势，开展相关产品试验、开发。近期，我们收集了美国媒体近几年报道的有关高岭土作物防护剂的资料，选择近3 0篇(参考文献列于附录)，经过初步整理，摘要报道于后: 一、高岭土作物防护剂产品研发简况: 1、产品原型的实验室和田间试验: 早在1990年，美国农业部下属的Appalachian果树研究站(位于西弗吉尼亚州)的土壤科学家迈克尔 格伦(Micharl Glenn)博士就对确定矿物颗粒能否成为果树病虫害和其寄主植物之间的一个有形屏障产生了兴趣。所有被考虑的矿物颗粒中改性高岭土是最适合的，当其混合于水中喷洒在作物上，水分蒸发后，行成一层白色保护膜，控制果树的疾病及虫害。 经过使用颗粒涂布作整季节的喷洒之后，Glenn (左)和Puteka注意到塞克尔梨树是健康和无虫害的。 该产品的开发始于1992年。当时，格伦和美国农业部(USDA)的另一位科学家——昆虫学家普提卡(Gary Puteka)开始用高岭土颗粒涂在苹果和梨树上作试验。他们早期的成功是有限的，但充分显示其方法是很有前途的，因为，他们所试验的方法是基于不依赖“毒性”作为抗病虫害功能的模式。毫无疑问这对环境安全是有利的。从那以后不久，他们开始与Engelhard公司(美国最大的高岭土产品制造商，总部设在新泽西州的Iselin)研究人员合作，其共享(同)的目标是发展一项对环境有利、然而像传统杀虫剂一样有效的虫害控制技术。 在1996年“减少食品生产中有毒和耐用杀虫剂的使用国际大会”之后，美国农业部与Engelhard公司双方的研究人员签订了合作研究和开发这种产品的。双方组成一个世界范围内的科研团队, 有26名美国的科学家，包括农业部农业研究服务中心(USDA-ARS)的7名同事，以及欧洲、南美、澳大利亚、新西兰、南非和中东的科学家，来试验和验证这项技术。Engelhard给它取名为“颗粒涂布技术”(particle film technology)。这种多层面技术使其很有可能冲击世界上农业生产系统的许多方面。在佐治亚的Engelhard研究人员，用超磁离心分离机除去高岭土原矿中的杂质，然后把高岭土颗粒粉碎、筛分到 1.4微米的临界尺寸，把这些颗粒处理成特殊的大小和形状。这种“颗粒涂布技术”的原型——称作HPF——已在北美、欧洲、南美成功地进行了田间试验。这种方法不仅能降低农产品农药的耗量，也能促进植物的健康生长，提高果实质量;而且随着时间的推移，逐步改善土壤条件。这种方法不仅对果树起作用，而且对蔬菜和其它田间作物也有潜在的效果。经过多次田间试验，效果明显;喷雾产生在植物表面的“颗粒涂布”有保护作用，能让阳光透过，以使植物的光合作用、呼吸和蒸发作用得以正常进行。 在1997年，美国环境保护署同意给Engelhard和ARS颁发用“颗粒涂布”做田间试验的许可证。几项试验的简要结论是: ? 西弗吉尼亚的Kearneysville和华盛顿州的Wenatchee是先期进行高岭土产品研究的位置。在Kearneysville 果园，对苹果的喷洒处理增加了树的活力，使其结出更多果实并增加产量。在新建的桃园应用，恰好控制了日本甲虫的危害。这暗示着颗粒涂布能为幼树生长发挥很好的作用。同样的结果在ARS与华盛顿州Yakima园艺实验站的合作研究中得到证实。在那里，高岭土颗粒喷洒过的苹果和梨园，由于遮蓬温度的降低而增加了果实的大小、红色和叶片的光合作用。这些研究成果在1998年6个不同的果树种植区得到证实。据宾夕伐尼亚、华盛顿、西弗吉尼亚州和智利的圣地亚哥1997和1998苹果试验资料显示:用高岭土处理可增加果树的坐果能力(即潜在产量)。 ?1997年和1998年，ARS和Engelhard在智利作了颗粒涂布的田间试验(在智利作试验时美国恰是冬天)。一个被放弃的梨园被选作颗粒涂布喷洒处理，结果非常成功。处理区的几组果树呈绿色，枝叶繁茂。而那些未处理区的果树则是完全不同，稀疏的树叶、小的花瓣，很少长新的枝叶。他们从处理区收集的梨子，是7年期果园的第一次收获;而没有用颗粒混合液喷洒的树则没有果实。在智利另外的研究，处理过的桃树出产了50%多的果实，而处理过的苹果树维持其产量。 ? 在意大利的试验，颗粒喷洒增加了梨的颜色。但不能完全控制苹果、桃或梨的蚜虫，也不能阻止第三代未成熟小苹果蛀虫。这可能需要精确调整喷洒时间的选择，以改善其对虫害的控制。 ? 1996,1998年的田间研究比较了粉剂和水剂配方的应用效果，以及疏水的和亲水的颗粒涂布在抗击梨树致命虫害的应用效果。此外，1998年对该项技术在梨树的产量和质量上的应用效果也做了调查。在控制早季节梨木虱和抑制梨铁锈班损伤方面，疏水的和亲水的高岭土颗粒涂布获得了粉剂和水剂高水平的应用效果。研究也发现，颗粒涂布在1997年的先期应用能延长到1998年的种植季节，以抑制早季节梨木虱产卵。梨的产量几乎增加了一倍。在研究期间没有发现颗粒配方对梨树叶或果实有毒。 疏水的和亲水的高岭土颗粒涂布，涂层用分光光度计测量。叶轮和叶面(从顶到底)两者的颗粒涂层不同，但颗粒配方执行同样的抗虫害和真菌病害的任务。从疏水的到亲水的颗粒配方的转变，可能使它更容易和把颗粒分散在水中，因而传统的喷雾设备就能发挥作用。多功能的和低毒的颗粒涂布可能使其代替传统杀虫剂更具有魅力。 ? 马里兰州的种植者Rice说:“作物用颗粒涂布处理的方法，比我们用传统使用过的方法更好。这项技术的优势之一是在种植者/工人的安全方面超过传统的化学方法。”“混合液喷洒的苹果树，对控制日晒枯萎病完全有效，虽然1997年是低照射的一年。但对嘎拉苹果来说，用高岭土颗粒处理没有提供对日晒枯萎病感染的保护。这可能是在1997年我们对嘎拉苹果的喷洒进度表不恰当，我们没有把喷洒一直进行到完全开花，因而影响到果实。如在1998年调整喷洒进度表，期望会有突出的成果。” 由于这种矿物颗粒在化学上具惰性和低毒性，在1998年3月17日，美国环境保护署为三个原型产品注册，并已在弗吉尼亚、马里兰、华盛顿等州被批准在有机农田上使用。 由于David Michael Glenn博士将经过加工的高岭土颗粒涂布概念发展和转移到相关产业，控制虫害和在环境安全的前提下推进种植业生产力的发展;格伦在这个工作过程中组织了一个非常流畅的信息流，并和他的ARS同事与Engelhard一起掌握了7项专利技术，而被授予突出研究科学家奖(2002年2月)。 2、产品产业化和投向市场: 在南北半球对产品原型的测试大约花了8年时间，1999年实现了产业化。第一个商业产品—Surround Crop Protectant—在梨树控制梨木虱取得良好的效果后，部分商业产品向美国梨和苹果种植者投放。2000年，Engelhard又把产品提升到能水湿的配方，叫做Surround? WP，即水湿性粉剂。当年，有30000英亩梨园和相似数量的苹果园应用该产品以减少晒斑和控制虫害。 2000年初，美国有机材料评审协会(OMRI)将 Surround?产品列入有机产品使用的名单，这就意味着有机果树种植者的梦想有可能变为现实，既为有机种植者用Surround? WP有效控制李子象鼻虫、苹果蛆、黄瓜甲虫、生蚤甲虫和日本甲虫等虫害铺平了道路。这就导致有机种植者能把如苹果这样的作物 产量翻两、三倍。 3、扩大试验和应用: 在2001年，为家庭园丁使用的产品——Surround? At Home?商品化。 在2001年Surround的使用比2000增加了两倍多。到此为止，最主要的使用场合是对梨木虱的控制，并已成为控制梨木虱的标准;以及对苹果虫害的控制及晒斑管理。 2003年，Suround? WP作物防护剂已被美国环境保护署批准为在苹果园中抑制lacanobia毛虫使用。 最近(2004年5月28日)，加拿大使用Surround? WP作物防护剂有效地控制了梨果的梨木虱、叶蝉、苹果蛆、李子象鼻虫、第一代未成熟小苹果蛀虫、东方果蛾等一批要害的虫害，因而对该产品进行了产品注册。 二、高岭土作物防护剂产品系列简介 从1996年开始，Engelhard公司先后注册了7个高岭土作物防护剂相关产品，有两个已经注销，还有5个现行使用的产品，如下表: Surround? WP是农业上多用途的产品，并已在全美50个州进行了商标注册。美国有机材料评审协会(OMRI)将其列入适于有机生产使用的产品名单。 Surround cf 是仅仅为华盛顿州梨树注册使用的产品。Surround cf的特征是能与晚冬和早春气候条件的冷水迅速混合。该产品已被华盛顿州农业有机食品项目部批准，允许用于有机(食品)生产。 Surround? At Home?“家庭用作物防护剂”为家庭园丁提供了一个抗虫害、减少晒斑损伤和作物过热的有用工具。 三、高岭土作物防护剂产品应用实例 1、在梨树上的应用:控制梨木虱，并已成为一种标准的控制方法。梨木虱是梨园中最具破坏性的虫害，能削减产量甚至引起树死亡。特别是在华盛顿州Wenatchee河谷地区这种虫害爆发已达到难于控制的程度。2000年，Surround? 作物保护剂在其投放市场的第一个商业季节，就对梨木虱的大规模爆发首次作了经济论证和可靠的控制。有40000多英亩梨树接受了Surround 对梨木虱的控制。在2001年梨树种植季节的开始，Wenatchee河谷地区梨树栽培者用Surround?作为早季节梨木虱的控制标准，当年，使用Surround?的量超过了一倍多。这年春天,他们用高岭土产品喷洒过的果园,完全控制了梨木虱、铁锈斑;对小蛀虫也有效。此外,高岭土产品能降低梨叶招致的细绒毛,这些东西能引起田间工人咳嗽。 2、在苹果树的应用:减少晒斑损伤，控制叶蝉，抑制苹果蛆、叶卷筒虫、李子象鼻虫、牧草虫、lacanobia毛虫和第一代未成熟小苹果蛀虫。 1999年,中-大西洋地区的严重干旱，证实了高岭土涂层在果园中的另一个优势。经过Surround WP 处理的“帝国”苹果树所结出的苹果比未处理的果树的苹果平均大17%;果实数量上没有损失;既增加了产量又加深了苹果的红色。在气候比较热的地区的栽培者能从苹果晒斑明显的(50%或更多)而减少 受益。经过高岭土作物防护剂处理的塞克尔梨(一种红棕色、甜而多汁的小梨)，果实的大小虽然没有变化但其数量却翻了一番。 在2002年，高岭土作物防护剂相当大的了华盛顿州、加利福尼亚减少 州、奥勒冈州苹果作物的晒斑损伤。夏季晒斑损伤会毁坏苹果作物，在特定的年份，由此而不宜市场出售的产品达到40%。像澳洲青苹果、金冠、braeburn、富士、乔纳金和嘎拉等品种特别容易受到晒斑损伤。华盛顿州苹果种植面积的 大约20%应用了高岭土作物防护剂。苹果覆盖了一层Surround白色涂层，阻碍红外线和有害的紫外线而允许有用光到达果实和叶子，从而能保持果实温度低华氏10,15?。这清楚地说明:只要及时地、充分地应用高岭土作物防护剂，就能苹果的晒斑约50%。Surround帮助美国东部、东南部的种植者在2002减少 年热的气候下，增加他们的顶级果实产量达25%或更多。 3、在葡萄树的应用:有力地抑制称作“杀手”的虫害，包括“玻璃翅 虫等。 杀手”和其它叶蝉、日本甲虫、玫瑰色金龟子、牧草 加利福尼亚葡萄园面临着一种新的带菌者的威胁，这种害虫会使葡萄 (Pierce’s disease)”,易粘住木质的细藤感染上细菌性疾病——“穿刺病 菌——它在一百多年前被鉴别出来，现在有一种新的带菌者，即“玻璃翅杀手”(GWSS)。“穿刺病”(PD)是不可治愈的，通常会在受感染后的两年内毁掉葡萄藤，它有170多种寄主物。在2001,2003年加利福尼亚大学研究者用高岭土涂层辅以其它辅料的方法，很好地减少了GWSS的密度和减轻PD的影响。减GWSS种群密度约90%;减少其产卵75%。试验18个月后，PD 的影响限制到少 30%。这是高岭土一项最有希望的应用，对加利福尼亚的果酒业有很大影响。 4、在柑橘树的应用:减轻晒斑和树木过热，抑制牧草虫;能提高作物产量。 一种喜食柑橘根和叶的双窝类象鼻虫是佛罗里达州最具破坏力的一种虫害。自从1964年在佛罗里达州发现，到2001年的37年间，蔓延到19个县，侵袭了150000英亩土地，危及该州的柑橘业。由于其特殊的生活习性，使这种坚硬的害虫特别难于控制。此外，柑橘根茎遗传多样性很低，佛罗里达亚热带气候的土壤渗透性也较高，使得受杀虫剂污染的地下水限制了化学方法的使用，需要寻找新的替代物来控制这种虫害。高岭土可能就是柑橘种植者期望的这类替代物。，“柑橘根象鼻虫” 每个雌卵年产高达5000只卵，它在两层叶片间平平地筑起像三明治样子的卵堆。如果这些虫卵未能粘到树叶上，而落到地下便干枯或被腐蚀掉。试验证明:高岭土形成的保护膜能防止害虫的卵粘到叶片上。 5、对棉花虫害的控制:高岭土颗粒涂布在抑制攻击棉株棉桃的象鼻虫方面可能与杀虫剂威力不相上下。实验室和小规模的田间试验发现:每周用改 性高岭土与水混合喷洒棉株，这种矿物涂层能躯赶象鼻虫去到别的地方觅食和产卵。在虫患区，正常情况下棉农要对整个棉田喷洒5,7次。当棉花发芽到针头大小时开始喷洒，一直持续到棉桃形成和准备开花。昆虫学家肖勒(Showler) “棉桃象鼻虫”对棉花、棉在2002年的研究显示:这种可湿润的高岭土能减少 芽和叶子的损害。为了弥补被雨水冲洗掉的高岭土，所以每个季节可能要应用几次。 6、对lacanobia毛虫的控制:华盛顿果园最近几年普遍有lacanobia毛虫，引起相当多的水果损害。Lacanobia呈蛹在土壤中越冬，在5、6月长大出土，在果树树叶下产卵。幼虫出现在6月，较小时在树叶上觅食;较大时在果实和树叶上觅食。在那里用高架喷灌高岭土作物防护剂，活动幼虫在爬行时容易受到高岭土颗粒涂布的抑制。用户斯蒂芬斯说:“经过两年的考验，在我的果园中用高岭土处理过的树，没有看到lacanobia对果实损害。在产卵以前使用三次，用了25,50磅，其间隔为三周。甚至树叶的损害仅仅1%。我相信高岭土作物防护剂在传统的和有机的果园中抑制lacanobia是一种有效的工具。” 华盛顿州大学的补充研究显示，使用高岭土作物防护剂可使lacanobia造成的损害减少90% 。 四、高岭土作物保护剂的作用机理和技术要领 1、冷却作物:高岭土颗粒涂布可能有重要的园艺影响，但高岭土起作用的精确模式尚不能清楚识别。一般认为:当蒸发作用和光合作用进行时，2μm的白色天然屏障不会阻止气体交换;具有反射作用的高岭土通过降低树叶的温度和热压而改善果树的环境。其结果是:树叶保持其细小的气孔，气孔开放允许更多的二氧化碳进入，带给叶片更多原材料，进行光合作用，供应树木养料。其作用机理，好像游牧部落穿着白色长袍穿越沙漠以反射阳光一样，果树涂上特制的高岭土被膜能反射红外线和紫外线。事实上，这在强烈的日光下保持果树较凉爽以获得增产。 ?格论和他的同事正在安放一个全遮蓬的光合作用测量室，以测量整 棵树光合作用的速度。 由于在遮蓬中红外线反射的增加引起热压的降低，可能增加碳同化作用。格伦在Kearneysville果园中夏季所做的试验表明;涂上高岭土的果树，其光合作用要比未涂高岭土的树快30%。格伦用一个透明的气球覆盖整棵果树，另用一个风扇收集通过气球的空气，以此来测定光合作用的速度。他的设备可以读取有多少 二氧化碳进入气球的底部，有多少从顶部逸出。其差额就是光合作用度量标准。预测果实生长和发展的模式是基于温度。通常，较温暖的温度，小果实将出现更多细胞生长，带来大果实成熟。当果实生长早期和接近收获时，暖温能影响收获期和催促果实成熟。温度也影响果实红色。许多栽培植物随着晒斑、裂化的减少，已显示出改善果实颜色、光滑度和果实的大小。研究发现颗粒涂布处理可延迟苹果收获期1,2天。研究也显示，高岭土作物防护剂改善了亚利桑纳州种植的柠檬的颜色，增加了了糖份。覆盖了高岭土作物防护剂的葡萄树达到预想的(白利糖度)糖份的时间，要比那些叶片裸露的果树稍许早一些。 2、设了一道屏障:Surround?是作为一种液体进行喷雾，水分蒸发，留下一层在叶片、茎和果实表面起到保护作用的被膜，在害虫和其寄主植物之间设置了一道屏障。这层膜以几种方式阻止虫害。昆虫学家Puterka解释说;当昆虫与涂上高岭土被膜的植物接触时，极细小的粘土微粒倚附于害虫上，振动并排斥它们。正像人们不愿意躺在一张充满沙子的床上，害虫不愿在覆盖了 高岭土的树上或植物上蠕动、爬行。高岭土颗粒粘住它们的翅膀、腿和嘴，迫使它们很快离开去寻找更适合觅食和产卵的地方。即使颗粒没有紧贴到害虫上，它们也能发现涂上高岭土的植物或果实不适于觅食和产卵。此外，高反射的白色被膜使植物很少被害虫作为寄主物来考虑。这可能与白色涂料的概念相似，显示出抵制某种害虫，如蚜虫。 3、改善土壤环境:高岭土作物防护剂的应用也可间接地使土壤变肥;有些农药减少蚯蚓的数量，而高岭土防护剂这种材料使蚯蚓自由地进入土壤，使有机质从地表漏下，并凿出很多“隧道”以增加水的渗透和通风。由蚯蚓所 创造的土壤结构的改善，支持植物健康生长。 4、充分覆盖至关重要:用高岭土作物防护剂对果树叶面和果实表面进行喷洒时，要掌握一些基本要领，即: ?彻底的覆盖对保护是十分关键的。 ?预期虫害爆发前喷洒更有效。 ?正规的气流式和手握式喷雾器是首选的。 ?大雨后和新生枝叶要重新使用高岭土覆盖。 ?对年轻果实重复喷雾是最重要的。 ?对酿酒用的葡萄进行喷洒，在收获前两周使用，持续到收获后。 ?对GWSSD的控制，当浆果达5毫米大小时使用，以防止“射手”进入葡萄藤。 5、限制条件: ?地下采掘的高岭土原矿不能直接用于植物，因为未加工的高岭土阻挡阳光，导致植物枯死;它也不能与水混合和喷洒，甚至不能涂在植物上。 ?气候条件限制高岭土的使用，特别是在种植季节的早期，它在雨区的应用受到限制，在20毫米的雨后，粉状的高岭土外层逐渐被冲刷掉，它必须 重复应用，故Surround?90%的产品在干旱地区销售。在美国西部，整个季节种植者要用高岭土3,7次。在美国东部取决于用途，如果是潮湿的夏季，可能多达每周一次。东部的梨树是一个例外，因为梨树较好地保存高岭土被膜。 ?由于高岭土不能悬浮于水中，因而难于喷洒到果树上，Engelhard公司与ARS在配方中省去防水添加剂，改善高岭土与水混合的能力。 ?田间和温室研究也表明;颗粒涂布材料抑制了粉霉菌、曛斑和蝇迹，但不能控制苹果疤(结痂);Surround产品也不能控制卷心菜线虫和其它蠕虫。 六、未来潜力 高岭土涂布材料是一个在果树生产过程中用矿物抑制疾病和抗虫害的广效工具。到目前为止，最成功的是在苹果和梨树上的使用，可以抑制未成熟小苹果蛀虫、李子象鼻虫。成功应用的还有葡萄、柠檬、芒果、西红柿、坚果等作物。除了圣约瑟虫以外，高岭土加上硫磺抑制所有病虫害可以达到与传统杀虫剂相当的水平。可防烈日曝晒，热侵袭而果实晒斑、裂化损失。尽管减少 在一些地区需反复喷施，多次喷洒Surround?的成本与一次应用标准农药相比仍具竞争力。省去了防水添加剂也明显地降低了产品成本。另外，其可洗性表明，在水果成熟后用通常的包装线刷洗或水冲可从水果表面除去药膜。随着技术的进步和对研发投资力度的加大，该产品正处于销售的快速增长期。Engelhard公司的销售经理Mosko估计:“Surround?的使用在近二年将增长50%，有250,000公顷植物将用到该产品。今后在这方面的应用可望有较大增长。 转自:国土资源部 特别声明: 1:资料来源于互联网，版权归属原作者 2:资料内容属于网络意见，与本账号立场无关 3:如有侵权，请告知，立即删除。