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博文

硼泥资源化利用研究

已有 3579 次阅读 2015-3-4 13:28 |系统分类:论文交流

江志阳  

中国科学院沈阳应用生态研究所  辽宁沈阳

摘要:利用生产硼砂产生的废弃物硼泥进行无害化处理和资源化利用生产出生物硅硼钾镁肥在辽宁的沈阳和锦州两地进行腐植酸生物肥料在黄瓜和番茄上进行试验。实验结果表明,施用该肥料能明显促进黄瓜番茄的生长发育。施用该肥料,作物生长势较强,能够满足蔬菜生长需要。施用该肥料增产效果明显。

关键词:硼泥  生物硅硼钾镁肥  黄瓜  番茄  增产

硼泥是我国特别是辽宁省硼工业的主要垃圾,堆积如山,通常每产生吨硼砂大约排除4-5吨硼泥,一个年产1万吨的硼砂厂,年平均排除硼泥5万吨。我省硼矿储量占全国的80%,硼砂、硼酸生产有50年历史。全省硼砂生产企业有40多家,年产量40多万吨。至2006年底,我省硼泥存量有1700万吨左右,而且每年以130万吨的速度增加。其中丹东地区1100万吨左右,营口地区600万吨左右。硼泥呈碱性,PH910,所堆放之处寸草不生,占用大量耕地,一些表面干燥的细粉随风飘散,一些可溶性的盐类物质还随水污染地下水和周围农田。按平均1吨硼泥占地1平方米计算。按年排硼泥100万吨计算,则每年占地1500亩。目前已排硼泥20余年,占地万余亩,沟满壕平,春季春风四起,硼泥满天飞扬,严重影响了当地的生态环境。

换言之,目前硼砂的提取工艺还相对简陋,硼泥中还含有大量的中、微量元素(二氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化钙等),所以说硼泥又是一种放错位置的资源。尽管有多种硼泥利用技术,国内主要有将硼泥做耐火材料、污水处理、耐火砖、医药、电影胶片及硼镁肥等;国外也只有土耳其Recep Boncukcuoglu等人将硼泥作为添加料加入到普通水泥中使混泥土的抗压强度和拉伸强度等机械性能得到改善,因为土耳其的水泥中含钙较高,其主要目的是改善水泥的性能。但硼泥的消耗量还很小,其经济价值没有充分体现出来,因此有必要研究和开发完善硼泥资源化利用技术。

在农业上,目前在农业上也只有部分企业只把硼泥经过简单的酸碱反应后造粒制成硼镁肥,将有益微生物、腐植酸等有机物与经过处理的硼泥结合起来制成生物硅硼钾镁肥等生物型微量元素肥料还未见报道。

腐植酸肥料是近年来深受欢迎的新型肥料,施用于经济作物,其肥效优于化肥和农家肥,具有促进蔬菜生长发育,提高产量和品质,减少蔬菜病虫害等作用,一般比等养分化肥增产10%以上,并可以改善作物品质,大量试验证明,施用腐植酸肥料的农作物其营养组成、口感、甜度、维生素含量、色泽及形态等都优于施用化肥的农作物。[1]

随着当前世界范围内生态农业和绿色农业热潮的兴起,肥料行业进行着也进行着绿色农业革命。大力研究和开发绿色商品肥料,以满足绿色食品生产与消费不断高速增长的要求,成为肥料学科与行业发展中的新的热点和亮点。[2]目前国内外利用腐植酸制成的各种肥料如腐植酸铵、硝基腐殖酸铵、腐植酸磷肥、腐植酸钾肥、腐植酸镁肥等已广泛应用于农业及果树,取得显著增产效果。3由于腐植酸在农业应用方面具有“四剂功能”(抗旱剂、生长调节剂、农药缓释增效剂、化学元素络合剂)和“五大作用”(改良土壤、增效化肥、刺激生长、增强抗逆、改善品质),以腐植酸为核心开发的新型肥料在节本增效“绿色”农业中发挥越来越重要的作用,[4]而绿色农业正是我国农业的主要发展方向。

将硼泥经过处理后与腐植酸、有益微生物等混合制成生物硅硼钾镁肥是中国科学院沈阳应用生态研究所的专利技术(ZL200810010378.4),其主要功效是促进作物生长,提供作物生长过程中对中、微量元素的需求,增加产量等。为验证该产品在蔬菜上的应用效果,20094月至10月,我们在黄瓜、番茄上安排4个点的田间小区试验,试验总结如下:

1.供试材料及方法

1.1试验时间、地点

试验时间:20094月至200910月。

试验地点:沈阳市东陵区李相街道,简称“东陵1”;锦州,简称“锦州”;沈阳市东陵区白塔街道下深村,简称“东陵2”;沈阳市辽中县茨于坨镇,简称“辽中”。

1.2试验地基本情况

试验地基本情况见表1。试验地土壤农化性状见表2

1   试验地基本情况

Table 1 test in the basic situation

地点

地形

土壤类型

质地

前茬

作物

作物产量(kg/亩)

施肥量(kg/亩)

有机肥

N

P2O5

k2O

东陵1

平地

草甸土

壤质

大白菜

5000

 

10.65

3.75

3.75

锦州

平地

草甸土

壤质

黄瓜

5500

5000

16

9.2

13

东陵2

平地

草甸土

壤质

大白菜

5000

 

10.65

3.75

3.75

辽中

平地

草甸土

壤质

茄子

4000

2500

12.2

6.5

10

2    土壤农化性状

Table 2 Characteristicsof agricultural soil

地点

g/kg

全氮

g/kg

mg/kg

mg/kg

pH

东陵1

24

1.106

25.5

120

6.5

锦州

21.5

1.236

36.7

184.6

6.3

东陵2

24

1.106

25.5

120

6.5

辽中

33.3

1.267

35.7

134.6

6.6

1.3供试肥料

试验肥料名称:生物硅硼钾镁肥;

剂型:颗粒

1.4试验作物品种

番茄  东陵1L-402;锦州:大红;

黄瓜  东陵2:靓研领航;辽中:津杂4号。

1.5试验设计与方法

试验处理:

处理1:常规施肥

处理2:在常规施肥基础上,施与处理4等量的细土

处理3:在常规施施肥基础上,施与处理4等量灭活的生物硅硼钾镁肥

处理4:在常规施施肥基础上,施用生物硅硼钾镁肥

田间设计:

三个处理、重复三次、随机排列、小区面积20m2

1.6肥料施用方法

试验肥料:在作物移栽前,将20kg/亩肥料与底肥一起底施。

常规施肥:东陵1亩底施农家肥5000kg,底施二铵20kg、钾肥10kg;追施尿素15kg、钾肥7.5kg锦州亩底施农肥4000kg、尿素10kg、磷酸二铵30kg、硫酸钾20kg;生育期亩追施尿素12kg东陵2亩用农家肥5000kg,底施二铵20kg、钾肥10kg;追施尿素15kg、钾肥7.5kg辽中亩底施有机肥2500kg、复合肥60kg、硫酸钾10kg;后期亩追尿素15kg

2试验结果与分析

2.1番茄

2.1.1腐植酸生物肥对番茄生育性状的影响

从表3番茄生育性状调查结果看,施用生物硅硼钾镁肥与常规施肥、等量细土和灭活处理相比,其株高、叶色、单果重、单株果数都有不同程度的提高。施用生物硅硼钾镁肥比常规施肥,株高增加15px-150px、叶色深绿、单果重增加1.6g-9g、单株果数增加0.6-6个;施用生物硅硼钾镁肥比施用等量细土,株高增加20px-175px、单果重增加1g-8g、单株果数增加0.6-6.6个;施用生物硅硼钾镁肥比等量灭活处理相比,株高增加30px-125px、单果重增加0.4g-5g、单株果数增加0.4-6个。说明施用生物硅硼钾镁肥能促进番茄生长发育。

3  番茄生育性状调查表

Table 3 Survey of tomatogrowth characteristics

地点

处理

株高

cm

叶色

单果重

(g)

单株果数

(个)

东陵1

1

86.2

绿

250

12

2

86

绿

251

12

3

85.6

绿

254

12.2

4

86.8

深绿

259

12.6

锦州

1

176

绿

25.3

79.5

2

175

绿

25.9

78.9

3

177

绿

26.5

79.5

4

182

深绿

26.9

85.5

2.1.2生物硅硼钾镁肥对番茄产量的影响

从表4产量调查结果可以看出,不同处理番茄产量有一定差异。方差分析结果表明,两个试验点不同处理之间番茄产量差异均达到显著和极显著水平,重复之间差异不显著,试验可以用来衡量生物硅硼钾镁肥的肥效。进一步进行多重比较,结果表明,两个试验点施用生物硅硼钾镁肥比其它各处理之间番茄产量差异均达到显著极显著水平,因此,可以证明施用生物硅硼钾镁肥具有明显的增产作用。

产量分析结果表明,施用生物硅硼钾镁肥比常规施肥番茄亩增产431.3kg~461.3kg之间,增产率为7.1%~11%;施用生物硅硼钾镁肥比施等量细土番茄亩增产370.2kg~424.7kg之间,增产率为6.1%~10.7%;施用生物硅硼钾镁肥比施等量灭活的生物硅硼钾镁肥,番茄亩增产254.6kg~325.7kg,亩增产率5.3%~6.2%,说明施用生物硅硼钾镁肥对作物的增产作用明显。

4    番茄产量调查表

Table 4 Tomato Yield Survey

地点

处理

小区产量(kg

小区平均产量(kg

亩产量(kg

亩增产(kg

增产率(%

1

2

3

东陵1

1

115.6

118.2

118.4

117.4

3915.3

 

 

 

 

 

 

2

117.2

116.8

121.5

118.5

3952.0

 

 

 

 

 

 

3

123.5

124.5

122.8

123.6

4122.1

 

 

 

 

 

 

4

135.6

132.7

125.4

131.2

4376.6

461.3

424.7

254.6

11

10.7

6.2

锦州

1

177

185.5

181.5

181.3

6047.5

 

 

 

 

 

 

2

184.5

178.5

186.5

183.2

6108.6

 

 

 

 

 

 

3

184.2

185.6

183.7

184.5

6153.1

 

 

 

 

 

 

4

192.6

193.5

196.7

194.3

6478.8

431.3

370.2

325.7

7.1

6.1

5.3

5  东陵1产量方差分析表

Table 5 Tanglin a yield analysis ofvariance table

变因

平方和

自由度

均方

F

F0.05

F0.01

区组间

2.61

2

1.31

0.11

5.14

10.92

处理间

358.07

3

119.36

9.87*

4.76

9.78

误差

72.56

6

12.09




总变异

433.24

11





 从表5可知,区组间F=0.11F0.05,区组间差异不显著,处理间F=9.87> F0.05处理间差异显著。

6  多重比较

Table6 Multiple comparison

处理

平均产量

kg

差异显著性

0.05

0.01

4

131.23

a

A

3

123.6

b

AB

2

118.5

bc

B

1

117.4

c

B

 由表6可知,处理1,2,3差异不显著,处理4差异显著。

7  锦州产量方差分析

Table 7 Yield analysis of varianceHaicheng

变因

平方和

自由度

均方

F

F0.05

F0.01

区组间

12.76

2

6.38

0.55

5.14

10.92

处理间

300.78

3

100.26

8.68*

4.76

9.78

误差

69.30

6

11.55




总变异

382.84

11





 由表7可知,区组间F=0.55< F0.05区组间差异不明显,处理间F=8.68> F0.05处理间差异显著。

8  多重比较

Table 8 Multiple comparison

处理

平均产量

kg

差异显著性

0.05

0.01

4

194.27

a

A

3

184.5

b

B

2

183.17

b

B

1

181.33

b

B

 由表8可知,处理1,2,3差异不显著,处理4差异显著。

2.2

2.2.1生物硅硼钾镁肥对黄瓜生育性状的影响

从表9黄瓜生育性状调查结果看,施用生物硅硼钾镁肥与常规施肥、等量细土和灭活处理相比,其株高、叶色、单瓜重、单株瓜数都有不同程度的提高。施用生物硅硼钾镁肥比常规施肥,株高增加50px-200px、叶色深绿、单瓜重增加3g-7g、单瓜数增加0.1-0.3个;施用生物硅硼钾镁肥比施用等量细土,株高增加100px-175px、单瓜重增加2g-6g、单株瓜数增加0.2-0.4个;施用生物硅硼钾镁肥比等量灭活生物硅硼钾镁肥相比,株高增加100px-125px、单瓜重增加2g-5g、单株瓜数增加0.1-0.2个。说明施用生物硅硼钾镁肥能显著促进黄瓜生长发育。

9  黄瓜生育性状调查表

Table 9 Survey of cucumber growthcharacteristics

地点

处理

株高

cm

叶色

单瓜重

(g)

单株瓜数(个)

东陵2

1

120

绿

86.5

5.5

2

120

绿

89.6

5.4

3

119

绿

98.9

5.6

4

124

深绿

115.3

5.8

辽中

1

202

绿

174

6.9

2

203

绿

175

6.8

3

206

绿

178

6.9

4

210

深绿

183

7.1

2.2.2生物硅硼钾镁肥对黄瓜产量的影响

从表10产量调查结果可以看出,不同处理黄瓜产量有一定差异。方差分析结果表明,两个试验点不同处理之间黄瓜产量差异均达到极显著水平,重复之间差异不显著,试验可以用来衡量生物硅硼钾镁肥的肥效。进一步实验进行多重比较,结果表明,两个试验点施用生物硅硼钾镁肥比其它各处理之间黄瓜产量差异均达极显著水平,因此,可以证明施用生物硅硼钾镁肥具有明显的增产作用。

产量分析结果表明,施用生物硅硼钾镁肥比常规施肥黄瓜亩增产289kg~695.9kg之间,增产率为6.8%~22.3%;施用生物硅硼钾镁肥比施等量细土黄瓜亩增产277.9kg~739.3kg之间,增产率为6.6%~24%;施用生物硅硼钾镁肥比等量灭活生物硅硼钾镁肥,黄瓜亩增产233.5kg~324.6kg,亩增产5.5%~9.3%,说明施用生物硅硼钾镁肥增产作用明显。

10   黄瓜产量调查表

Table 10 Survey of cucumberproduction

地点

处理

小区产量(kg

小区平均产量(kg

亩产量(kg

亩增产(kg

增产率(%

1

2

3

东陵2

1

92.6

93.5

94.6

93.6

3120.4

 

 

 

 

 

 

2

92.4

96.8

87.6

92.3

3077.1

 

 

 

 

 

 

3

106.9

99.6

107.6

104.7

3491.7

 

 

 

 

 

 

4

120.4

117.3

105.6

114.4

3816.4

695.9

739.3

324.6

22.3

24.0

9.3

辽中

1

130

126

124

126.7

4224.3

 

 

 

 

 

 

2

129

127

125

127.0

4235.5

 

 

 

 

 

 

3

130

128

127

128.3

4279.9

 

 

 

 

 

 

4

135

134

137

135.3

4513.4

289.0

277.9

233.5

6.8

6.6

5.5

11  东陵2产量方差分析表

Table 11 Yield analysis of variancetable Tanglin 2

变因

平方和

自由度

均方

F

F0.05

F0.01

区组间

37.57

2

18.79

0.67

5.14

10.92

处理间

976.31

3

325.44

11.63**

4.76

9.78

误差

167.89

6

27.98




总变异

1181.77

11





  由表11可以看出,区组间F=0.67<F0.05,区组间差异不明显,处理间F=11.63><F0.05,处理间差异明显。

12  多重比较

Table 12 Multiplecomparison

处理

平均产量

kg

差异显著性

0.05

0.01

4

114.43

a

A

3

104.7

b

AB

1

93.57

b

B

2

92.27

b

B

  由表12可以看出,处理1,2差异不明显,处理3有一定差异,处理4差异明显。

13  辽中试验点产量方差分析

Table 13 Yield analysis of variancetest points  liaozhong

变因

平方和

自由度

均方

F

F0.05

F0.01

区组间

17.17

2

8.58

2.73

5.14

10.92

处理间

148.67

3

49.56

15.79**

4.76

9.78

误差

18.83

6

3.14




总变异

184.67

11





  由表13可以看出,区组间F=2.73< F0.05,区组间差异不明显,处理间F=15.79>4.76,处理间差异明显。

14  多重比较

Table 14 Multiplecomparison

处理

平均产量

kg

差异显著性

0.05

0.01

4

135.33

a

A

3

128.33

b

B

2

127

b

B

1

126.67

b

B

 由表14可以看出,处理1,2,3差异不明显,处理4差异明显。

3结论

3.1施用生物硅硼钾镁肥能明显促进黄瓜、番茄的生长发育。施用生物硅硼钾镁肥,作物生长势较强,结果多、果实较大。

3.2施用生物硅硼钾镁肥增产效果明显。施用生物硅硼钾镁肥对比常规施肥,番茄亩增产431.3kg~461.3kg之间,增产率为7.1%~11%;黄瓜亩增产289kg~695.9kg kg之间,增产率为6.8%~22.3%。施用生物硅硼钾镁肥比施等量细土番茄亩增产370.2kg~424.7kg 之间,增产率为6.1%~10.7%;黄瓜亩增产277.9kg~739.3kg之间,增产率为6.6%~24%。施用生物硅硼钾镁肥比施等量灭活生物硅硼钾镁肥的,番茄亩增产254.6kg~325.7kg,亩增产率5.3%~6.2%;黄瓜亩增产233.5kg~324.6kg,亩增产率5.5%~9.3%

3.3由此可见,利用本技术无害化处理资源化利用硼泥这一废弃物,能够生产出效果明显的生物无机中微量元素肥料,延长了硼砂生产过程的产业链,实现了资源的充分利用,是一条切实可行的方法。




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