Abstract：
In view of the present situation of environment pollution, especially the soil pollution in China, it is urgent to research and develop soil conditioners that are suitable for China′s national conditions and meet the requirements of ″high yield, high quality, safety and environmental protection″ in agriculture. The boron magnesium calcium biological soil conditioner is scientifically processed from the waste of borax production, low-grade boron-magnesium ore, high-grade humic acid and complex microbial agents. It has the functions of saving energy and reducing emissions, improving and restoring soil, improving fertilizer utilization rate, enhancing crop stress resistance, improving product quality and increasing yield, etc.
改革开放以来，化肥在我国农业增产上所做出的贡献是有目共睹的，但由于过分强调经济效益而忽视了生态效益、社会效益和产品品质，致使我国大部分地区不同类型的土壤、空气和地下水被农药、重金属、高浓度化肥严重污染，生态环境遭到不同程度的破坏。尤其是土壤受到了严重的破坏和污染，土壤理化性质变劣，有机质含量显著下降，土壤酸化、盐碱化等现象严重，致使全国70%以上的耕地已成为低产土壤，水、肥、汽、热失调，土壤团粒结构被破坏，保水保肥能力下降。针对我国土壤污染现状，根据节能减排、生态农业和农业可持续发展的需要，我国政府适时推出了“减肥增效”“化肥使用量零增长”“一控两减三基本”等政策，以期对被农药、重金属、高浓度化肥所污染的土壤进行改良和修复。据此，大连金玛硼业集团在中国科学院沈阳生态应用研究所和中国科学院东北地理与农业生态研究所的技术支持下，利用生产硼砂的废弃物硼泥、低品位硼镁矿石、高品位腐殖酸和有益复合微生物菌剂，研制开发出硼镁钙生物土壤调理剂。该生物土壤调理剂经多年、多点试验，结果显示其对改良土壤(尤其是我国南方酸性土壤)及修复被农药、重金属、高浓度化肥污染的土壤具有显著的效果。
1
研发背景
1.1
治理环境污染的需要
据调查，目前我国生态环境恶化，耕层土壤被铅、砷、汞、镉、铬等重金属及农药和高浓度化肥严重污染。“绿色和平”环保组织于2011—2012年间委托中国农业科学院农业资源与农业区划研究所对山东潍坊和广东广州周边2个典型农区的土壤、水和大气环境进行采样调查，共采集了55个土壤样品、42个水体样品以及两地持续30 d的空气样品，并对180种农药残留进行了检测，结果显示：所有土壤、水和空气样品中均含有百种以上的农药；广州周边稻田土检出农药126~145种，蔬菜地检出农药125~144种；山东潍坊蔬菜地检出农药123~146种，小麦地检出农药122~134种；在地表水和地下水样品中，广州周边检出农药131~139种，潍坊检出农药127~142种；空气中也有大量农药残留，广州周边地区空气中检出144种农药，山东潍坊蔬菜基地空气中检出农药127~142种。检测结果证明，农药在土壤和水体中残留浓度较高。
1.2
节能减排有利于生态农业的发展
生产硼镁钙生物土壤调理剂的主要原料是硼泥、腐殖酸和生物菌剂。硼泥是我国辽宁省硼工业的主要废弃物，全省硼泥存量在20 000 kt左右。硼泥呈碱性，pH在9~10，所堆放之处寸草不生，不仅占用大量耕地，而且表面干燥的细粉随风飘散，一些可溶性的盐类物质随水污染地下水和周围农田，严重影响了当地的生态环境。因此，合理利用硼泥，结合腐殖酸和生物菌剂研发的硼镁钙生物土壤调理剂是节能减排和发展生态农业的需要。
1.3
土壤改良、修复及作物生长发育的需要
中国国土资源部在2005—2013年的调查结果显示，全国土壤总点位超标率为16.1%，耕地超标率为19.4%。在造成土壤污染的各种原因中，包括工厂的有毒废弃物的排放、污水灌溉、过度使用农药和高浓度化肥等。
土壤污染危害十分严重，土壤污染具有隐蔽性、累积性和长期性。据统计，我国耕地面积不足世界的10%，却使用了全世界近40%的化肥；我国单位面积耕地的农药使用量是世界平均水平的2~3倍。除了化肥和农药的滥用，近年来粮食重金属污染事件屡见报端，全国耕地重金属污染面积在16%以上，其中在大中城市、工矿区周边情况相当严重。
硼泥中的主要组分镁、硼、铁、硅、钙等都是植物生长所需的中微量元素和有益元素，特别是我国大部分耕地属缺硼的土壤，对硼的潜在需求量很大，而我国又是一个硼资源不丰富且分配不均的国家，因此硼泥作为农业上的微肥来源之一具有广阔的前景。通过对硼泥的深加工利用，可以生产出不同的复合微量元素肥料，如硼镁磷肥、硼镁肥、硼钙镁磷肥、硼钾镁锌肥及含硼复合肥等。基于硼泥必须进行综合利用才有效益这一现实，选择硼泥在农业上的开发利用是有前途的，因为硼泥所含重金属等有害杂质极其微量，无需提纯分离，只要调整其酸碱度就可作为肥料撒施于土壤中。
调查结果表明，我国大部分地区都存在不同程度的微量元素缺乏问题，当作物的正常生长代谢己受到微量元素缺乏的影响时，施用微肥能促进作物生长、提高产量。根据全国第2次土壤普查数据，南方酸性土壤中硼、镁、钙、钼的含量都非常低，而北方碱性土壤缺铁、锌、锰、钙等中微量元素，我国缺少微量元素铁、铜、钼、硼、锰、锌的耕地面积分别达5.0%、6.9%、21.0%、46.8%、34.5%和51.5%。
在所有微量元素中，缺硼最普遍，全国缺硼耕地面积多达5~10亿亩(1亩=666.67 m2，下同)，主要分布于东南部地区(长江中下游)和黄土高原、华北平原、淮北平原。据有关资料统计：我国土壤全硼含量在0~500 mg/kg，平均为64 mg/kg；我国土壤全硼含量大致分布规律是由北向南、由西向东呈逐渐降低的趋势。我国缺硼土壤主要分布于南方红壤区，北方一些地区也有相当面积的土壤硼素不足。南方红壤有效硼含量最低，变幅为痕量~0.58 mg/kg，平均含量为0.14 mg/kg；西北地区黄土母质发育的几种土壤虽然全硼含量高，但有效硼含量较低，平均含量为0.29 mg/kg；内陆盐土和滨海土水溶态硼含量最高，约为23 mg/kg。根据全国第2次土壤普查数据，贵州、四川、湖北、湖南、安徽、江苏、江西、云南、河南、陕西、广东、福建、广西、吉林、河北、山东、山西等的耕地缺硼比例均大于60%。在油菜、棉花、花生、果树、蔬菜等高需硼经济作物的主要生产地，缺硼已严重制约当地农业生产的发展，已成为妨碍作物产量及品质提高的主要限制因子。
作物的生长发育需要吸收各种营养，但是决定作物产量的是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因素，产量在一定限度内随着这个因素的增减而相应变化。因存在此限制因素，即使继续增加其他营养成分也难以提高作物的产量。近100多年来，氮、磷、钾化肥的施用量急剧增加，而随作物带走的中微量元素养分却没有得到系统补给，尤其是我国自20世纪80年代从美国大量进口磷酸二铵之后，全国土壤中磷积累过剩，致使土壤中氮不足、磷过剩、钾极缺，镁、硅、硼和锌亟需补充。
腐殖酸肥料是近年来深受欢迎的新型肥料，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。大量试验证明，施用腐殖酸肥料的农作物的营养组成、口感、甜度、维生素含量、色泽、形态等都优于施用化肥的农作物。生物菌剂具有促进作物生长发育、防病抑病、提高肥料利用率、活化土壤益生菌等功能，将硼泥(中微量有益元素)与腐殖酸、生物菌剂有机结合，取长补短，优势互补，可达到改良和修复土壤的目的。
1.4
配方合理、工艺先进
硼镁钙生物土壤调理剂是以硼泥粉为基础原料，以硫酸为黏合剂，通过化学法直接在圆盘中造粒成型，然后通过扑粉工艺使微生物菌剂(液)与腐殖酸的混合物均匀黏附在颗粒表面，再经滚筒干燥机烘干而制得的一种具有多重功效的生物肥料或土壤调理剂。
1.4.1
硼泥的酸化处理
主要化学反应如下：
2MgO·B2O3·H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4
CaO+H2SO4=CaSO4↓+H2O
Na2O+H2SO4=Na2SO4+H2O
通过酸化反应，有效微量元素硼、镁、钙被解离出来，除了钙为微溶外，硼和镁是完全水溶的。控制硫酸的浓度和用量，将产品pH调整至6~7范围内。
1.4.2
生产工艺
经过对各种工艺的筛选并兼顾经济性，选择了如下的生产工艺。
(1) 酸化中和
湿硼泥投入双轴混合机中，加入一定量的浓硫酸，使硼泥中的硼、镁酸化分解并释放出热量。此过程应控制酸化程度，使部分氧化镁形成一水硫酸镁，硫酸用量为理论用量的20%~30%。
(2) 硼泥硬化
搅拌一定时间后，放料并堆放于空地，待水分完全逸出后，硼泥开始硬化并自然干燥成块。
(3) 硼泥粉碎
粉碎酸化硼泥块，此时块状硼泥中的有效成分(硼、镁)已发生了化学变化，一部分已成为可溶性。
(4) 酸化造粒
粉碎后的干粉以稀硫酸为黏合剂，在圆盘中造粒成型，然后通过扑粉工艺使微生物菌剂(液)与腐殖酸的混合物均匀黏附在颗粒表面，再经滚筒干燥机烘干后输送至冷却机中冷却，最后经筛分即得成品。
该工艺的技术特点：湿硼泥经酸化处理后无需干燥即可得到硼泥干粉；以稀硫酸为黏合剂对干粉造粒，无需干燥即可得到强度很高、游离水含量很低的颗粒硼镁肥成品；从湿硼泥酸化到以稀硫酸为黏合剂造粒，2个过程对硼的酸解率在65%左右，其中的镁转化为一水硫酸镁。
由于在制造颗粒时采用了免干燥工艺，无燃煤消耗，降低了生产成本，为硼泥深加工开发利用创造了条件。颗粒硼镁肥在使用过程中也非常方便，只要与大量元素肥料按比例混合均匀，人工或随机基施于土壤中即可。由于颗粒硼镁肥有效成分的65%左右是速效的，其余是缓效的，这就决定了此肥料具有长效性，可根据作物在不同生长期均衡供应养分。国内同类产品有全水溶的和全枸溶的，全水溶的产品在土壤中易淋溶损失，而全枸溶的产品往往无法满足作物苗期对硼、镁的需求。
2
技术指标
硼镁钙生物土壤调理剂项目投产以后，不仅实现了从硼镁石开采到硼砂、硼酸、硼镁肥生产的完整产业链，而且减轻了硼泥对环境的危害，使硼泥变废为宝，为发展我国高新农业起到了重要作用。硼镁钙生物土壤调理剂主要技术指标如表 1所示。
表 1
|
项目 |
技术指标 |
|
w(B)/% |
0.5~1.1 |
|
w(Mg)/% |
≥10.0 |
|
w(S)/% |
≥8.0 |
|
w(SiO2)/% |
≥5.0 |
|
有效生物菌/(亿个·g-1) |
≥0.2 |
|
颗粒平均抗压强度/(N·颗-1) |
≥12 |
|
2~4 mm颗粒质量分数/% |
≥90 |
|
w(游离水)/% |
≤2 |
|
pH |
6~7 |
3
技术特点及肥料特性
该产品属于新型肥料范畴，主要技术特点如下。
(1) 碱性硼泥化学活化技术
该技术利用腐殖酸、硫酸等物质部分活化碱性硼泥中的有益元素，使其能够被作物直接吸收利用，即水溶速效成分。其主要养分镁、硼、铁、钙、硫、硅等都是农作物所必需的有益中微量元素，所以具备了速效型中微量元素肥料的特点。
(2) 稳定性肥料技术
该技术将长效复合肥添加剂(NAM)加入颗粒中，使其转变成具有提高肥效作用的长效剂，并与复合肥配合使用，能使氮养分的释放与作物对养分的需求相适应，减少氮的流失，提高氮的利用率；同时磷养分被活化，可提高磷的利用率，进而提高氮、磷、钾养分利用率和肥效。
(3) 功能性微生物肥料技术
在中微量元素型肥料中引入微生物技术，在丰富产品功能的同时，提高了肥料利用率，故可以减少化学肥料的使用量，并达到提高农作物品质的目的。
(4) 碱性功能肥料生产技术
该肥料中富含的弱碱性物质、有机质、微量元素、有益微生物等能达到改良和修复被重金属、农药和高浓度化肥污染的土壤的目的。
因此，硼镁钙生物土壤调理剂具备了新型和多功能肥料的特性：①完全利用硼泥，使之变成有效的肥料，不产生二次污染；②养分含量高、品种全，既含有机养分(有机质、腐殖酸等)，又含中微量元素、有益元素，还含五大菌群微生物，适合于各种作物种植施用；③肥效高，可提高氮利用率10%、磷利用率5%、复合肥养分利用率12%~15%；④降低土壤酸性、培肥地力，微生物等营养元素可增强土壤的团粒结构，提高土壤的透气性、保水性和保温性，有利于作物茁壮生长发育；⑤肥料损失浪费少，既减少农业生产支出，又减轻环境污染，在粮食作物相同产量情况下，可减少氮肥或磷肥用量各20%左右，还可减少氮氧化物的排放，其中N2O排放量可减少64.7%；⑥作物活秆成熟，增产增收效果显著；⑦养分全，该系列产品可分为中微量元素型底肥、追肥、口肥，在满足作物对各种营养需求的同时，可改善产品品质；⑧土壤酸化会导致土壤质量和生产力下降，该产品可作为弱碱性肥料施用，是一种良好的土壤调理剂。
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功能特点
(1) 改良土壤
硼镁钙土壤调理剂为弱碱性肥料，最适合因长年使用化肥而出现土壤板结、酸化的地块，连续使用该产品2年以上，可基本消除因酸性土壤对作物所造成的各种危害，是理想的降酸、补充有益微生物的土壤调理剂。
(2) 补充微量元素
因生产过程中造粒工艺独特，硼镁钙土壤调理剂中的镁、硼、锌等微量元素在成粒时全部成为螯合状态，这些中微量元素被作物吸收后能促进作物的生长发育，提高抗逆性，促进作物提早成熟5~7 d。
(3) 节省肥料
在微生物的作用下，可活化土壤，能减少大量元素肥料的使用量，尤其是磷肥的使用量可减少20%以上，氮肥和钾肥使用量可减少5%~10%。
(4) 增产增收
硼镁钙土壤调理剂成本低，每亩使用25 kg就能获得增产10%以上的效果，对于喜硼、喜锌的作物(如油菜、大豆、花生、水稻等)效果更佳，在中微量元素缺乏地区增产率还可进一步提高。若播种时没有一次性深施肥，可在早期追肥时使用硼镁钙土壤调理剂，其效果与一次性施肥相当。
(5) 使用方便
硼镁钙土壤调理剂可与复合(混)肥料任意混拌，常温下不潮解、不板结、不粉化，更适合机械化播种。
沪公网安备 31010702007066号