秸稈發電廠灰(渣)養分水溶性探討及其在辣椒上的應用*

張 浩，馬 健，馬 克，韓效釗，王 漢，劉 斌，沈 浩，鄭之銀，劉 榮

(1.合肥工業大學化學與化工學院 安徽合肥 230009； 2.安徽六國化工股份有限公司 安徽銅陵 244000； 3.固鎮縣紅彤彤農業合作社綠色家園農場 安徽蚌埠 233000)

據聯合國糧農組織2015年統計年鑒，2014年世界平均施肥水平為139.4 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.39∶0.24)，而我國的平均施肥水平高達643.9 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.37∶0.16)，其中我國氮肥施用量甚至超出世界平均水平近5倍[1-2]。2015年，農業部印發了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，科技部啟動了“化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發”專項，我國化肥發展將是減氮磷、穩鉀、補中微量元素。

秸稈發電廠灰(渣)是秸稈發電廠的固體廢棄物，其富含硅、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、磷等作物必需的多種營養元素，是一種優良的作物營養資源[3-4]。筆者以科技部“化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發”專項目標“化肥氮磷減施20%，農作物平均增產3%”為指導思想，開展秸稈發電廠灰(渣)活化還田試驗探討。

1 秸稈發電廠灰(渣)組成及養分水溶性分析

1.1 主要儀器

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

1.2 試驗材料

試驗用秸稈發電廠灰(渣)由安徽省蚌埠市某秸稈發電廠提供，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250 μm(60目)篩后干燥備用，經X射線熒光光譜定量分析，其化學組成見表1。

表1 秸稈灰(渣)化學組成 %

1.3 養分水溶性分析

取20 g秸稈發電廠灰(渣)加入至120 mL蒸餾水中，在60 ℃下恒溫攪拌1 h，趁熱抽濾、洗滌，所得濾渣干燥后進行X射線熒光光譜定量分析，灰(渣)的水溶性養分質量分數W按式(1)計算，結果如表2所示。

表2 秸稈灰(渣)水溶性養分質量分數 %

(1)

式中：m1——水浸前灰(渣)質量，g；

m2——水浸后灰(渣)質量，g；

η1——水浸前灰(渣)中各組分質量分數，%；

η2——水浸后濾(渣)中各組分質量分數，%。

由表2可知，秸稈發電廠灰(渣)中各水溶性養分含量不高，總K2O質量分數雖然高達10%左右，但其中水溶性K2O只占總K2O質量的30%左右，需要采用助劑提高秸稈發電廠灰(渣)中K2O的水溶性。

1.4 助劑對秸稈發電廠灰(渣)中鉀水溶性的影響

秸稈發電廠灰(渣)呈堿性，采用酸性助劑可提高其養分的水溶性，為此分別篩選液體助劑1和固體助劑2開展試驗?；?渣)與助劑以不同配比混合球磨1 h，控制球磨機轉速為400 r/min、球料比為16∶1。取適量球磨后的灰(渣)用pH計測定其pH，測定方法與檢測土壤pH的標準方法相同，結果如圖1所示。另取球磨后的灰(渣)20 g置于120 mL蒸餾水中，在60 ℃下恒溫攪拌1 h，趁熱抽濾、洗滌，采用原子吸收法測定濾液中K2O的含量，計算水溶性K2O占灰(渣)總K2O的質量分數，結果如圖2所示。

圖1 助劑對灰(渣)pH的影響

助劑對灰(渣)pH及K2O的水溶性影響效果明顯。如圖1所示，當助劑與灰(渣)的配比從1∶50～1∶10逐漸變化時，灰(渣)的pH由7.62逐漸降至5.70，此范圍對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，當助劑與灰(渣)配比小于1∶30時，K2O的溶出率變化較快；但助劑與灰(渣)配比大于1∶30時，K2O的溶出率變化緩慢。因此，在后續辣椒小區肥效試驗中，助劑與灰(渣)的配比選擇1∶30。當助劑1與灰(渣)配比為1∶30時，灰(渣)中水溶性K2O質量分數分別為50.03%和53.26%；助劑2與灰(渣)配比為1∶30時，水溶性K2O質量分數分別為55.85%和57.62%。

圖2 助劑對灰(渣)水溶性K2O質量分數的影響

2 辣椒小區試驗

2.1 試驗目的

用秸稈發電廠灰(渣)代替部分化肥，探討氮磷減施20%時農作物產量的變化情況。

2.2 試驗地概況與供試作物

2017年4月5日至9月8日，在安徽省蚌埠市固鎮縣任橋鎮綠色家園農場辣椒地開展試驗，供試辣椒品種為麗都紅。試驗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 試驗方案

該農場辣椒常規施肥方式為：①基肥，三元復合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)600.00 kg/hm2，腐熟羊糞75 m3/hm2；②追肥，在結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3次；③葉面追肥，開花前噴施2次質量分數為0.2%的硼砂溶液，結果中后期每隔7～10 d葉面噴施1次質量分數為0.3%的磷酸二氫鉀水溶液。

進行小區試驗時，基肥用量減少20%，其中減少的鉀用灰(渣)中水溶性鉀減量、等量或加量補充，追肥方案保持不變。試驗共設9個處理，每個處理3次重復，每塊試驗田面積20 m2，隨機排列，具體施肥方案如表4所示。

表4 辣椒小區試驗施肥方案

2.4 試驗結果

2017年7月10日開始第1次采收，每塊試驗田分開采收，之后每隔10 d采收1次并立即稱量辣椒質量，最后一次采收日期為2017年9月8日，共采收7次。試驗數據采用Excel 2007和SAS 8.1軟件進行處理和統計分析，采用DunCan軟件進行差異顯著性檢驗，分析不同處理間的顯著性(p<0.05)水平，試驗結果如表5所示。

表5 辣椒產量及增產率

由表5可知，與對照組(處理1)相比，在減施氮磷20%的情況下，以秸稈發電廠灰(渣)補充鉀素，各處理方案的辣椒產量均有不同程度的提升。對比處理1、處理2和處理6的試驗結果，減施氮磷20%后，直接用灰或渣減量補充鉀素，辣椒分別增產6.80%和10.55%；對比處理1、處理3和處理7的試驗結果，直接用灰(渣)增量補充鉀素，辣椒分別增產10.34%和14.20%；對比處理2、處理4、處理5和處理6、處理8、處理9的試驗結果，在灰(渣)中添加助劑能進一步提高灰(渣)肥效，提高辣椒產量；渣的肥效優于灰，助劑2的效果優于助劑1。

3 結語

秸稈發電廠灰(渣)富含鉀和多種中微量元素，通過還田對土壤養分具有很好的調理作用；秸稈發電廠灰(渣)中養分水溶性不高，可采用酸性助劑進行處理，以提高灰(渣)中鉀等養分的水溶性。小區肥效試驗表明，減少20%氮磷鉀復合肥施用量，用秸稈發電廠灰(渣)或處理后的秸稈發電廠灰(渣)補充鉀素，能夠實現“化肥氮磷減施20%，農作物平均增產3%”的化學肥料減施增效目標。

秸稈是可再生的資源，秸稈發電廠灰(渣)來源豐富，秸稈發電廠灰(渣)還田是有發展前景的。今后應進一步研究秸稈發電廠灰(渣)各營養元素活化水平及其反應機理，深入研究不同秸稈灰(渣)中重金屬分布及其含量，才能更科學地利用好秸稈發電廠灰(渣)。