秸稈發(fā)電廠灰(渣)養(yǎng)分水溶性探討及其在辣椒上的應(yīng)用*

張 浩，馬 健，馬 克，韓效釗，王 漢，劉 斌，沈 浩，鄭之銀，劉 榮

(1.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 安徽合肥 230009； 2.安徽六國(guó)化工股份有限公司 安徽銅陵 244000； 3.固鎮(zhèn)縣紅彤彤農(nóng)業(yè)合作社綠色家園農(nóng)場(chǎng) 安徽蚌埠 233000)

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織2015年統(tǒng)計(jì)年鑒，2014年世界平均施肥水平為139.4 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.39∶0.24)，而我國(guó)的平均施肥水平高達(dá)643.9 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.37∶0.16)，其中我國(guó)氮肥施用量甚至超出世界平均水平近5倍[1-2]。2015年，農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，科技部啟動(dòng)了“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)”專項(xiàng)，我國(guó)化肥發(fā)展將是減氮磷、穩(wěn)鉀、補(bǔ)中微量元素。

秸稈發(fā)電廠灰(渣)是秸稈發(fā)電廠的固體廢棄物，其富含硅、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、磷等作物必需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種優(yōu)良的作物營(yíng)養(yǎng)資源[3-4]。筆者以科技部“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)”專項(xiàng)目標(biāo)“化肥氮磷減施20%，農(nóng)作物平均增產(chǎn)3%”為指導(dǎo)思想，開(kāi)展秸稈發(fā)電廠灰(渣)活化還田試驗(yàn)探討。

1 秸稈發(fā)電廠灰(渣)組成及養(yǎng)分水溶性分析

1.1 主要儀器

原子吸收光度計(jì)，WFX-130B，北京北分瑞利分析儀器公司；水浴恒溫振蕩器，SHY-2A，江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；行星式球磨機(jī)，QM-3SP2，南京大學(xué)儀器廠；X射線熒光光譜儀，XRF-1800，日本島津。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用秸稈發(fā)電廠灰(渣)由安徽省蚌埠市某秸稈發(fā)電廠提供，包括采自除塵器的灰和鍋爐爐底的渣2種形式，灰的pH為8.4，渣的pH為9.2，研磨過(guò)250 μm(60目)篩后干燥備用，經(jīng)X射線熒光光譜定量分析，其化學(xué)組成見(jiàn)表1。

表1 秸稈灰(渣)化學(xué)組成 %

1.3 養(yǎng)分水溶性分析

取20 g秸稈發(fā)電廠灰(渣)加入至120 mL蒸餾水中，在60 ℃下恒溫?cái)嚢? h，趁熱抽濾、洗滌，所得濾渣干燥后進(jìn)行X射線熒光光譜定量分析，灰(渣)的水溶性養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)W按式(1)計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 秸稈灰(渣)水溶性養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

(1)

式中：m1——水浸前灰(渣)質(zhì)量，g；

m2——水浸后灰(渣)質(zhì)量，g；

η1——水浸前灰(渣)中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

η2——水浸后濾(渣)中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

由表2可知，秸稈發(fā)電廠灰(渣)中各水溶性養(yǎng)分含量不高，總K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然高達(dá)10%左右，但其中水溶性K2O只占總K2O質(zhì)量的30%左右，需要采用助劑提高秸稈發(fā)電廠灰(渣)中K2O的水溶性。

1.4 助劑對(duì)秸稈發(fā)電廠灰(渣)中鉀水溶性的影響

秸稈發(fā)電廠灰(渣)呈堿性，采用酸性助劑可提高其養(yǎng)分的水溶性，為此分別篩選液體助劑1和固體助劑2開(kāi)展試驗(yàn)?；?渣)與助劑以不同配比混合球磨1 h，控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400 r/min、球料比為16∶1。取適量球磨后的灰(渣)用pH計(jì)測(cè)定其pH，測(cè)定方法與檢測(cè)土壤pH的標(biāo)準(zhǔn)方法相同，結(jié)果如圖1所示。另取球磨后的灰(渣)20 g置于120 mL蒸餾水中，在60 ℃下恒溫?cái)嚢? h，趁熱抽濾、洗滌，采用原子吸收法測(cè)定濾液中K2O的含量，計(jì)算水溶性K2O占灰(渣)總K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果如圖2所示。

圖1 助劑對(duì)灰(渣)pH的影響

助劑對(duì)灰(渣)pH及K2O的水溶性影響效果明顯。如圖1所示，當(dāng)助劑與灰(渣)的配比從1∶50～1∶10逐漸變化時(shí)，灰(渣)的pH由7.62逐漸降至5.70，此范圍對(duì)土壤酸堿度影響較小。如圖2所示，隨著助劑添加量的增加，灰(渣)的K2O溶出率增大，當(dāng)助劑與灰(渣)配比小于1∶30時(shí)，K2O的溶出率變化較快；但助劑與灰(渣)配比大于1∶30時(shí)，K2O的溶出率變化緩慢。因此，在后續(xù)辣椒小區(qū)肥效試驗(yàn)中，助劑與灰(渣)的配比選擇1∶30。當(dāng)助劑1與灰(渣)配比為1∶30時(shí)，灰(渣)中水溶性K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為50.03%和53.26%；助劑2與灰(渣)配比為1∶30時(shí)，水溶性K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為55.85%和57.62%。

圖2 助劑對(duì)灰(渣)水溶性K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2 辣椒小區(qū)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

用秸稈發(fā)電廠灰(渣)代替部分化肥，探討氮磷減施20%時(shí)農(nóng)作物產(chǎn)量的變化情況。

2.2 試驗(yàn)地概況與供試作物

2017年4月5日至9月8日，在安徽省蚌埠市固鎮(zhèn)縣任橋鎮(zhèn)綠色家園農(nóng)場(chǎng)辣椒地開(kāi)展試驗(yàn)，供試?yán)苯菲贩N為麗都紅。試驗(yàn)地土壤類型為沙壤土，肥力均勻，供試土壤理化性狀如表3所示。

表3 供試土壤理化性狀

2.3 試驗(yàn)方案

該農(nóng)場(chǎng)辣椒常規(guī)施肥方式為：①基肥，三元復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)600.00 kg/hm2，腐熟羊糞75 m3/hm2；②追肥，在結(jié)果期每次滴灌中微量元素水溶肥料(N-P2O5-K2O=15-5-25)75.00 kg/hm2，共計(jì)3次；③葉面追肥，開(kāi)花前噴施2次質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的硼砂溶液，結(jié)果中后期每隔7～10 d葉面噴施1次質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的磷酸二氫鉀水溶液。

進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)時(shí)，基肥用量減少20%，其中減少的鉀用灰(渣)中水溶性鉀減量、等量或加量補(bǔ)充，追肥方案保持不變。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每塊試驗(yàn)田面積20 m2，隨機(jī)排列，具體施肥方案如表4所示。

表4 辣椒小區(qū)試驗(yàn)施肥方案

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

2017年7月10日開(kāi)始第1次采收，每塊試驗(yàn)田分開(kāi)采收，之后每隔10 d采收1次并立即稱量辣椒質(zhì)量，最后一次采收日期為2017年9月8日，共采收7次。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SAS 8.1軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用DunCan軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，分析不同處理間的顯著性(p<0.05)水平，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 辣椒產(chǎn)量及增產(chǎn)率

由表5可知，與對(duì)照組(處理1)相比，在減施氮磷20%的情況下，以秸稈發(fā)電廠灰(渣)補(bǔ)充鉀素，各處理方案的辣椒產(chǎn)量均有不同程度的提升。對(duì)比處理1、處理2和處理6的試驗(yàn)結(jié)果，減施氮磷20%后，直接用灰或渣減量補(bǔ)充鉀素，辣椒分別增產(chǎn)6.80%和10.55%；對(duì)比處理1、處理3和處理7的試驗(yàn)結(jié)果，直接用灰(渣)增量補(bǔ)充鉀素，辣椒分別增產(chǎn)10.34%和14.20%；對(duì)比處理2、處理4、處理5和處理6、處理8、處理9的試驗(yàn)結(jié)果，在灰(渣)中添加助劑能進(jìn)一步提高灰(渣)肥效，提高辣椒產(chǎn)量；渣的肥效優(yōu)于灰，助劑2的效果優(yōu)于助劑1。

3 結(jié)語(yǔ)

秸稈發(fā)電廠灰(渣)富含鉀和多種中微量元素，通過(guò)還田對(duì)土壤養(yǎng)分具有很好的調(diào)理作用；秸稈發(fā)電廠灰(渣)中養(yǎng)分水溶性不高，可采用酸性助劑進(jìn)行處理，以提高灰(渣)中鉀等養(yǎng)分的水溶性。小區(qū)肥效試驗(yàn)表明，減少20%氮磷鉀復(fù)合肥施用量，用秸稈發(fā)電廠灰(渣)或處理后的秸稈發(fā)電廠灰(渣)補(bǔ)充鉀素，能夠?qū)崿F(xiàn)“化肥氮磷減施20%，農(nóng)作物平均增產(chǎn)3%”的化學(xué)肥料減施增效目標(biāo)。

秸稈是可再生的資源，秸稈發(fā)電廠灰(渣)來(lái)源豐富，秸稈發(fā)電廠灰(渣)還田是有發(fā)展前景的。今后應(yīng)進(jìn)一步研究秸稈發(fā)電廠灰(渣)各營(yíng)養(yǎng)元素活化水平及其反應(yīng)機(jī)理，深入研究不同秸稈灰(渣)中重金屬分布及其含量，才能更科學(xué)地利用好秸稈發(fā)電廠灰(渣)。