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)

通過對堿渣進行處理并添加適當有機成分作為酸性土壤改良劑，不僅改善土壤pH值，而且還可以為農作物提供養分，提高農作物產量和質量。

堿渣；土壤改良劑；研制

氨堿法純堿生產過程中排放的廢渣——堿渣長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，而且耗用大量人財物加以管理，另一方面侵占土地、污染環境。隨著生產的延續，這些問題日益突出，成為企業可持續發展的不利因素，堿渣大規模開發利用已成當務之急。在我國南方有大面積酸性土壤，而堿渣具有較強的堿性，如果對堿渣通過添加一些微量元素，不僅中和土壤酸度，而且還可以為農作物提供養分，成為一種廉價的土壤改良添加劑。

1 堿渣的干燥處理

純堿生產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(渣場內存放的水分更高)。我們比較了烘干、曬干和自然風干等干燥方法的優缺點，烘干方法雖然對水分的去除速度快、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-無機復合改良劑所用有機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-無機改良劑的復配。因此我們在試驗時采用曬干或自然風干的干燥方法。

2 堿渣物性分析

對堿渣的成分進行全分析，并與赤泥、磷石膏和粉煤灰等工業廢棄物的化學組成進行了比較；測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行比較。

表1 工業副產品的主要組成和性質

①pH、電導均在1∶2.5廢棄物與水比值下的測定；

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

表2 工業廢棄物以及紅壤、黃棕壤中的重金屬含量 (單位：mg/kg)

表2結果表明工業副產品同時含有潛在毒性的元素。從所分析的元素來看，Cu、Zn、Pb和Cr等元素的含量相對較高，但這些元素的濃度均小于中國污泥農用的標準(1984年)和歐盟1986年頒發的污泥農用的標準。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養元素，適當增加對植物生長有益。綜合分析可以看出，堿渣中有害物質的含量最低，直接用于農業沒有環境風險。

3 有機-無機復合改良劑的研制

用經過干燥和粉碎處理后的堿渣作為無機原料，經過堆肥和發酵處理的畜禽糞作為有機原料。根據土壤的酸堿性和物理性狀，確定堿渣和有機物的需要量，經過培養實驗和田間實驗確定兩者的最佳配比，經過復配處理制備有機-無機復合改良劑。此外，我們還以稻糠為有機原料制備有機-無機復合改良劑。

圖1 紅壤與幾種改良劑混合培養1個月后土壤pH比較

圖1示采自安徽皖南的紅壤與有機肥、堿渣及有機肥與堿渣的復合物混合培養30天后的土壤pH。與不加改良劑的對照相比，單一添加有機肥和堿渣均提高土壤pH，但堿渣的效果優于有機肥。堿渣與有機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-無機復合改良劑中，有機肥主要用來增加土壤肥力，改善土壤的物理性狀。

4 基肥型改良劑研制

用經過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，根據土壤酸堿度及作物對氮、磷、鉀等養分的需求，確定堿渣及其與氮、磷、鉀之間的配比，通過田間實驗研制并確定最佳配方，經過復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其施用效果，開展了以油菜為植物材料的盆栽實驗。實驗用土為第四紀紅粘土發育的紅壤(紅粘土)和紅砂巖發育的紅壤(紅砂土)。其基本性質見表3。

表3 兩種紅壤的性質及主要組成

酸性土壤普遍缺磷。盆栽實驗中，施磷對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，通過計算，在施堿渣的基礎上，添加氮和鉀能使油菜增產2.4倍，而增施磷能使油菜生物量增加12～20倍，這說明磷對油菜的增產作用顯著大于氮和鉀。但本實驗中不同施磷量對油菜生物量的影響無顯著差異。

5 田間實驗與改良劑效果驗證

在我國南方酸性土壤集中的安徽省皖南地區建立田間實驗基地。設置對照、堿渣改良劑、有機-無機復合改良劑、基肥型改良劑等處理，通過比較改良劑施用前后土壤性質的變化和作物產量，評估改良劑的改良效果。

5.1 堿渣與有機-無機復合改良劑的效果驗證

實驗地土壤類型為第四紀紅粘土發育的紅壤，為強酸性土壤。試驗共設對照、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量見表4，結果表明施用各種改良劑后油菜產量增加非常明顯，效果最好的為稻糠+堿渣處理，油菜增產41.3%;其次是堿渣，增產39.7%。單施稻糠增產34.6%。當堿渣施用量由2 250 kg/ha提高到3 375 kg/ha，油菜產量又有大幅度提高，單一堿渣處理油菜增產80.4%，堿渣+稻糠處理油菜增產98.0%，比堿渣用量為2 250 kg/ha時提高1倍多?；ㄉa量與油菜產量具有相似趨勢，堿渣施用量為2 250 kg/ha時，花生增產幅度較小，但當堿渣用量增加到3 375 kg/ha時，堿渣和堿渣+稻糠處理的增產幅度提高到38.9%和53.6%。這些結果說明土壤嚴重酸化制約了這類紅壤生產潛力的發揮，通過施用改良劑，作物產量大幅度增加，土壤的生產力大幅度提升。

施用改良劑對土壤酸度性質的影響如表5所示，稻糠處理土壤pH高于對照處理，土壤交換性鋁低于對照處理。施用堿渣也使土壤pH有所提高，土壤交換性鋁含量下降，當堿渣施用量增加至3 375kg/ha時，土壤pH進一步提高，交換性鋁含量進一步下降。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量顯著增加的主要原因。當然，施用改良劑后土壤交換性鹽基養分含量的增加也是作物增產的原因，特別是施用有機改良劑對交換性鹽基的增加更顯著。

表4 改良劑對安徽紅壤油菜和花生產量的影響

表5 改良劑對安徽紅壤酸度性質的影響

為考察堿渣與有機肥復配制備的有機-無機復合改良劑的改良效果，在安徽皖南開展了另一田間小區實驗，結果見表6。有機肥對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量。堿渣降低土壤酸度，提高土壤pH，提高了油菜籽和花生產量，且作物增產效果大于有機肥處理。有機肥與堿渣配施，油菜籽和花生的增產效果最明顯。因此，將有機肥與堿渣配施能取得更好的改良效果。

表6 有機肥、堿渣及其制備的復合改良劑對土壤改良效果和作物增產效果

5.2 基肥型改良劑的效果驗證

結合盆栽實驗和大田試驗結果，堿渣必需配合一定量的無機肥料才能起到顯著效果。田間試驗中，以農民習慣施肥為對照，堿渣處理對油菜秸稈和籽粒產量都有顯著影響；石灰和堿渣處理對油菜秸稈產量的增加效果相同，但是石灰處理對油菜籽粒產量的提高效果不如堿渣好，與農民習慣施肥相比，施用堿渣能使籽粒增產2倍，而石灰增產1.1倍，這一結果進一步驗證了堿渣相對于石灰的優越性。

與對照(農民習慣施肥)相比，氮、磷、鉀配方肥料加硼、鉬處理對油菜籽粒產量有顯著影響，與農民的習慣施肥相比，我們的肥料配方對油菜籽粒有顯著的增產效果，增產約85%。硼對油菜的籽粒產量增產率為8.2%。然而，以施堿渣處理為對照，肥料等對油菜產量的影響未達到顯著水平，肥料的增產率約17.5%。即在農民習慣施肥的基礎上，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，硝化抑制劑的增產率約11%，統計分析未達到顯著差異。由于田間試驗中，農民習慣施肥已經含有大量磷，因此，肥料配方中磷的效果未顯現出來。

6 結 論

據據田間試驗結果，施用堿渣制備的改良劑后該地油菜畝產約210 kg達到高產。其中堿渣的貢獻最大，堿渣施用下就能使籽粒增產2倍，這是因為以農民習慣施肥(含有大量磷肥)為對照，本實驗油菜生長的限制因子是土壤酸度。結合盆栽實驗和大田試驗的結果，對于生長在紅粘土中的油菜來說，土壤酸度是其生長的首要限制因子，其次是磷肥。單獨施用堿渣或將堿渣與稻糠、有機肥配合施用，土壤pH的增加幅度均在0.5以上。施用堿渣或將堿渣與稻糠、有機肥配施，油菜籽增產幅度在30%以上，花生增產幅度在8%以上。

TQ132.32

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1005-8370(2017)04-16-04

2017-06-05

潘丁文(1965—)，大學，高級工程師，現從事技術管理工作。