氨堿廢渣用于土壤改良劑的研究

潘丁文，徐仁扣

(1.連云港堿業(yè)有限公司,江蘇連云港 222042；2.中科院南京土壤研究所,江蘇南京 210008)

氨堿廢渣用于土壤改良劑的研究

潘丁文1，徐仁扣2

(1.連云港堿業(yè)有限公司,江蘇連云港 222042；2.中科院南京土壤研究所,江蘇南京 210008)

通過(guò)對(duì)堿渣進(jìn)行處理并添加適當(dāng)有機(jī)成分作為酸性土壤改良劑，不僅改善土壤pH值，而且還可以為農(nóng)作物提供養(yǎng)分，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

堿渣；土壤改良劑；研制

氨堿法純堿生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢渣——堿渣長(zhǎng)期得不到充分合理的深加工利用，一方面不僅造成資源浪費(fèi)，而且耗用大量人財(cái)物加以管理，另一方面侵占土地、污染環(huán)境。隨著生產(chǎn)的延續(xù)，這些問(wèn)題日益突出，成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的不利因素，堿渣大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用已成當(dāng)務(wù)之急。在我國(guó)南方有大面積酸性土壤，而堿渣具有較強(qiáng)的堿性，如果對(duì)堿渣通過(guò)添加一些微量元素，不僅中和土壤酸度，而且還可以為農(nóng)作物提供養(yǎng)分，成為一種廉價(jià)的土壤改良添加劑。

1 堿渣的干燥處理

純堿生產(chǎn)中排放的廢渣水分含量較高，即便是壓濾處理的塊狀，也不能直接使用(渣場(chǎng)內(nèi)存放的水分更高)。我們比較了烘干、曬干和自然風(fēng)干等干燥方法的優(yōu)缺點(diǎn)，烘干方法雖然對(duì)水分的去除速度快、且去除率高，但需要消耗能源，增加成本。曬干或自然風(fēng)干的干燥方法，雖然干燥速度較慢，但不需要消耗能源，處理成本低。而且制備有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑所用有機(jī)肥本身也含一定的水分，因此，堿渣的含水量降低至15%左右即可用于有機(jī)-無(wú)機(jī)改良劑的復(fù)配。因此我們?cè)谠囼?yàn)時(shí)采用曬干或自然風(fēng)干的干燥方法。

2 堿渣物性分析

對(duì)堿渣的成分進(jìn)行全分析，并與赤泥、磷石膏和粉煤灰等工業(yè)廢棄物的化學(xué)組成進(jìn)行了比較；測(cè)定了堿渣中有害重金屬的含量，并與赤泥、磷石膏和粉煤灰的重金屬含量及兩種土壤的重金屬背景值進(jìn)行比較。

表1 工業(yè)副產(chǎn)品的主要組成和性質(zhì)

①pH、電導(dǎo)均在1∶2.5廢棄物與水比值下的測(cè)定；

②酸中和容量:指1 kg工業(yè)廢棄物用0.1 mol/L H2SO4滴定至pH 5.0時(shí)所消耗的酸量；因磷石膏呈酸性，0.1 mol/L NaOH滴定至pH 5.0時(shí)所消耗的堿量，所以用負(fù)值表示。

表2 工業(yè)廢棄物以及紅壤、黃棕壤中的重金屬含量 (單位：mg/kg)

表2結(jié)果表明工業(yè)副產(chǎn)品同時(shí)含有潛在毒性的元素。從所分析的元素來(lái)看，Cu、Zn、Pb和Cr等元素的含量相對(duì)較高，但這些元素的濃度均小于中國(guó)污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)(1984年)和歐盟1986年頒發(fā)的污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)。與赤泥、磷石膏和粉煤灰相比，堿渣中Cu、Zn和Se含量高于赤泥和磷石膏，但低于粉煤灰，其他有害金屬濃度均低于赤泥、磷石膏和粉煤灰。與土壤背景值相比，堿渣Cu和Se含量高于兩種酸性土壤的背景值，其他有害重金屬含量均低于土壤背景值。Cu、Zn和Se是作物必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，適當(dāng)增加對(duì)植物生長(zhǎng)有益。綜合分析可以看出，堿渣中有害物質(zhì)的含量最低，直接用于農(nóng)業(yè)沒(méi)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

3 有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑的研制

用經(jīng)過(guò)干燥和粉碎處理后的堿渣作為無(wú)機(jī)原料，經(jīng)過(guò)堆肥和發(fā)酵處理的畜禽糞作為有機(jī)原料。根據(jù)土壤的酸堿性和物理性狀，確定堿渣和有機(jī)物的需要量，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和田間實(shí)驗(yàn)確定兩者的最佳配比，經(jīng)過(guò)復(fù)配處理制備有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑。此外，我們還以稻糠為有機(jī)原料制備有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑。

圖1 紅壤與幾種改良劑混合培養(yǎng)1個(gè)月后土壤pH比較

圖1示采自安徽皖南的紅壤與有機(jī)肥、堿渣及有機(jī)肥與堿渣的復(fù)合物混合培養(yǎng)30天后的土壤pH。與不加改良劑的對(duì)照相比，單一添加有機(jī)肥和堿渣均提高土壤pH，但堿渣的效果優(yōu)于有機(jī)肥。堿渣與有機(jī)肥配合施用與單一堿渣處理相比，土壤pH有所增加，但增幅很小。因此，有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑中，有機(jī)肥主要用來(lái)增加土壤肥力，改善土壤的物理性狀。

4 基肥型改良劑研制

用經(jīng)過(guò)干燥和粉碎處理后的堿渣作為主要原料，選擇合適的氮、磷、鉀等肥料品種，根據(jù)土壤酸堿度及作物對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分的需求，確定堿渣及其與氮、磷、鉀之間的配比，通過(guò)田間實(shí)驗(yàn)研制并確定最佳配方，經(jīng)過(guò)復(fù)配處理制備基肥型改良劑。

為確定堿渣、氮、磷、硝化抑制劑等的施用量并檢驗(yàn)其施用效果，開(kāi)展了以油菜為植物材料的盆栽實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用土為第四紀(jì)紅粘土發(fā)育的紅壤(紅粘土)和紅砂巖發(fā)育的紅壤(紅砂土)。其基本性質(zhì)見(jiàn)表3。

表3 兩種紅壤的性質(zhì)及主要組成

酸性土壤普遍缺磷。盆栽實(shí)驗(yàn)中，施磷對(duì)紅粘土和紅砂土中油菜生物量均有極顯著的增加作用。以紅粘土為例，通過(guò)計(jì)算，在施堿渣的基礎(chǔ)上，添加氮和鉀能使油菜增產(chǎn)2.4倍，而增施磷能使油菜生物量增加12～20倍，這說(shuō)明磷對(duì)油菜的增產(chǎn)作用顯著大于氮和鉀。但本實(shí)驗(yàn)中不同施磷量對(duì)油菜生物量的影響無(wú)顯著差異。

5 田間實(shí)驗(yàn)與改良劑效果驗(yàn)證

在我國(guó)南方酸性土壤集中的安徽省皖南地區(qū)建立田間實(shí)驗(yàn)基地。設(shè)置對(duì)照、堿渣改良劑、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑、基肥型改良劑等處理，通過(guò)比較改良劑施用前后土壤性質(zhì)的變化和作物產(chǎn)量，評(píng)估改良劑的改良效果。

5.1 堿渣與有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑的效果驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)地土壤類(lèi)型為第四紀(jì)紅粘土發(fā)育的紅壤，為強(qiáng)酸性土壤。試驗(yàn)共設(shè)對(duì)照、堿渣、稻糠、稻糠+堿渣及堿渣不同用量等6種處理，以油菜和花生作為指示植物。6種處理的油菜和花生產(chǎn)量見(jiàn)表4，結(jié)果表明施用各種改良劑后油菜產(chǎn)量增加非常明顯，效果最好的為稻糠+堿渣處理，油菜增產(chǎn)41.3%;其次是堿渣，增產(chǎn)39.7%。單施稻糠增產(chǎn)34.6%。當(dāng)堿渣施用量由2 250 kg/ha提高到3 375 kg/ha，油菜產(chǎn)量又有大幅度提高，單一堿渣處理油菜增產(chǎn)80.4%，堿渣+稻糠處理油菜增產(chǎn)98.0%，比堿渣用量為2 250 kg/ha時(shí)提高1倍多?；ㄉa(chǎn)量與油菜產(chǎn)量具有相似趨勢(shì)，堿渣施用量為2 250 kg/ha時(shí)，花生增產(chǎn)幅度較小，但當(dāng)堿渣用量增加到3 375 kg/ha時(shí)，堿渣和堿渣+稻糠處理的增產(chǎn)幅度提高到38.9%和53.6%。這些結(jié)果說(shuō)明土壤嚴(yán)重酸化制約了這類(lèi)紅壤生產(chǎn)潛力的發(fā)揮，通過(guò)施用改良劑，作物產(chǎn)量大幅度增加，土壤的生產(chǎn)力大幅度提升。

施用改良劑對(duì)土壤酸度性質(zhì)的影響如表5所示，稻糠處理土壤pH高于對(duì)照處理，土壤交換性鋁低于對(duì)照處理。施用堿渣也使土壤pH有所提高，土壤交換性鋁含量下降，當(dāng)堿渣施用量增加至3 375kg/ha時(shí)，土壤pH進(jìn)一步提高，交換性鋁含量進(jìn)一步下降。施用改良劑后土壤pH升高和交換性鋁含量下降是油菜和花生產(chǎn)量顯著增加的主要原因。當(dāng)然，施用改良劑后土壤交換性鹽基養(yǎng)分含量的增加也是作物增產(chǎn)的原因，特別是施用有機(jī)改良劑對(duì)交換性鹽基的增加更顯著。

表4 改良劑對(duì)安徽紅壤油菜和花生產(chǎn)量的影響

表5 改良劑對(duì)安徽紅壤酸度性質(zhì)的影響

為考察堿渣與有機(jī)肥復(fù)配制備的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑的改良效果，在安徽皖南開(kāi)展了另一田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。有機(jī)肥對(duì)土壤酸度的改良效果不明顯，但可提高土壤肥力，因此顯著提高油菜籽和花生產(chǎn)量。堿渣降低土壤酸度，提高土壤pH，提高了油菜籽和花生產(chǎn)量，且作物增產(chǎn)效果大于有機(jī)肥處理。有機(jī)肥與堿渣配施，油菜籽和花生的增產(chǎn)效果最明顯。因此，將有機(jī)肥與堿渣配施能取得更好的改良效果。

表6 有機(jī)肥、堿渣及其制備的復(fù)合改良劑對(duì)土壤改良效果和作物增產(chǎn)效果

5.2 基肥型改良劑的效果驗(yàn)證

結(jié)合盆栽實(shí)驗(yàn)和大田試驗(yàn)結(jié)果，堿渣必需配合一定量的無(wú)機(jī)肥料才能起到顯著效果。田間試驗(yàn)中，以農(nóng)民習(xí)慣施肥為對(duì)照，堿渣處理對(duì)油菜秸稈和籽粒產(chǎn)量都有顯著影響；石灰和堿渣處理對(duì)油菜秸稈產(chǎn)量的增加效果相同，但是石灰處理對(duì)油菜籽粒產(chǎn)量的提高效果不如堿渣好，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，施用堿渣能使籽粒增產(chǎn)2倍，而石灰增產(chǎn)1.1倍，這一結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了堿渣相對(duì)于石灰的優(yōu)越性。

與對(duì)照(農(nóng)民習(xí)慣施肥)相比，氮、磷、鉀配方肥料加硼、鉬處理對(duì)油菜籽粒產(chǎn)量有顯著影響，與農(nóng)民的習(xí)慣施肥相比，我們的肥料配方對(duì)油菜籽粒有顯著的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)約85%。硼對(duì)油菜的籽粒產(chǎn)量增產(chǎn)率為8.2%。然而，以施堿渣處理為對(duì)照，肥料等對(duì)油菜產(chǎn)量的影響未達(dá)到顯著水平，肥料的增產(chǎn)率約17.5%。即在農(nóng)民習(xí)慣施肥的基礎(chǔ)上，堿渣的處理效果顯著高于肥料處理的效果。

在堿渣和各種肥料都施用的情況下，硝化抑制劑的增產(chǎn)率約11%，統(tǒng)計(jì)分析未達(dá)到顯著差異。由于田間試驗(yàn)中，農(nóng)民習(xí)慣施肥已經(jīng)含有大量磷，因此，肥料配方中磷的效果未顯現(xiàn)出來(lái)。

6 結(jié) 論

據(jù)據(jù)田間試驗(yàn)結(jié)果，施用堿渣制備的改良劑后該地油菜畝產(chǎn)約210 kg達(dá)到高產(chǎn)。其中堿渣的貢獻(xiàn)最大，堿渣施用下就能使籽粒增產(chǎn)2倍，這是因?yàn)橐赞r(nóng)民習(xí)慣施肥(含有大量磷肥)為對(duì)照，本實(shí)驗(yàn)油菜生長(zhǎng)的限制因子是土壤酸度。結(jié)合盆栽實(shí)驗(yàn)和大田試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)于生長(zhǎng)在紅粘土中的油菜來(lái)說(shuō)，土壤酸度是其生長(zhǎng)的首要限制因子，其次是磷肥。單獨(dú)施用堿渣或?qū)A渣與稻糠、有機(jī)肥配合施用，土壤pH的增加幅度均在0.5以上。施用堿渣或?qū)A渣與稻糠、有機(jī)肥配施，油菜籽增產(chǎn)幅度在30%以上，花生增產(chǎn)幅度在8%以上。

TQ132.32

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1005-8370(2017)04-16-04

2017-06-05

潘丁文(1965—)，大學(xué)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事技術(shù)管理工作。