秸秆发电厂灰(渣)养分水溶性探讨及其在辣椒上的应用*
2020-01-07韩效钊郑之银
张 浩,马 健,马 克,韩效钊,王 汉,刘 斌,沈 浩,郑之银,刘 荣
(1.合肥工业大学化学与化工学院 安徽合肥 230009; 2.安徽六国化工股份有限公司 安徽铜陵 244000; 3.固镇县红彤彤农业合作社绿色家园农场 安徽蚌埠 233000)
据联合国粮农组织2015年统计年鉴,2014年世界平均施肥水平为139.4 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.39∶0.24),而我国的平均施肥水平高达643.9 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.37∶0.16),其中我国氮肥施用量甚至超出世界平均水平近5倍[1-2]。2015年,农业部印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》,科技部启动了“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”专项,我国化肥发展将是减氮磷、稳钾、补中微量元素。
秸秆发电厂灰(渣)是秸秆发电厂的固体废弃物,其富含硅、钾、钙、镁、铁、锌、磷等作物必需的多种营养元素,是一种优良的作物营养资源[3-4]。笔者以科技部“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”专项目标“化肥氮磷减施20%,农作物平均增产3%”为指导思想,开展秸秆发电厂灰(渣)活化还田试验探讨。
1 秸秆发电厂灰(渣)组成及养分水溶性分析
1.1 主要仪器
原子吸收光度计,WFX-130B,北京北分瑞利分析仪器公司;水浴恒温振荡器,SHY-2A,江苏金坛市金城国胜实验仪器厂;行星式球磨机,QM-3SP2,南京大学仪器厂;X射线荧光光谱仪,XRF-1800,日本岛津。
1.2 试验材料
试验用秸秆发电厂灰(渣)由安徽省蚌埠市某秸秆发电厂提供,包括采自除尘器的灰和锅炉炉底的渣2种形式,灰的pH为8.4,渣的pH为9.2,研磨过250 μm(60目)筛后干燥备用,经X射线荧光光谱定量分析,其化学组成见表1。
表1 秸秆灰(渣)化学组成 %
1.3 养分水溶性分析
取20 g秸秆发电厂灰(渣)加入至120 mL蒸馏水中,在60 ℃下恒温搅拌1 h,趁热抽滤、洗涤,所得滤渣干燥后进行X射线荧光光谱定量分析,灰(渣)的水溶性养分质量分数W按式(1)计算,结果如表2所示。
表2 秸秆灰(渣)水溶性养分质量分数 %
(1)
式中:m1——水浸前灰(渣)质量,g;
m2——水浸后灰(渣)质量,g;
η1——水浸前灰(渣)中各组分质量分数,%;
η2——水浸后滤(渣)中各组分质量分数,%。
由表2可知,秸秆发电厂灰(渣)中各水溶性养分含量不高,总K2O质量分数虽然高达10%左右,但其中水溶性K2O只占总K2O质量的30%左右,需要采用助剂提高秸秆发电厂灰(渣)中K2O的水溶性。
1.4 助剂对秸秆发电厂灰(渣)中钾水溶性的影响
秸秆发电厂灰(渣)呈碱性,采用酸性助剂可提高其养分的水溶性,为此分别筛选液体助剂1和固体助剂2开展试验。灰(渣)与助剂以不同配比混合球磨1 h,控制球磨机转速为400 r/min、球料比为16∶1。取适量球磨后的灰(渣)用pH计测定其pH,测定方法与检测土壤pH的标准方法相同,结果如图1所示。另取球磨后的灰(渣)20 g置于120 mL蒸馏水中,在60 ℃下恒温搅拌1 h,趁热抽滤、洗涤,采用原子吸收法测定滤液中K2O的含量,计算水溶性K2O占灰(渣)总K2O的质量分数,结果如图2所示。
图1 助剂对灰(渣)pH的影响
助剂对灰(渣)pH及K2O的水溶性影响效果明显。如图1所示,当助剂与灰(渣)的配比从1∶50~1∶10逐渐变化时,灰(渣)的pH由7.62逐渐降至5.70,此范围对土壤酸碱度影响较小。如图2所示,随着助剂添加量的增加,灰(渣)的K2O溶出率增大,当助剂与灰(渣)配比小于1∶30时,K2O的溶出率变化较快;但助剂与灰(渣)配比大于1∶30时,K2O的溶出率变化缓慢。因此,在后续辣椒小区肥效试验中,助剂与灰(渣)的配比选择1∶30。当助剂1与灰(渣)配比为1∶30时,灰(渣)中水溶性K2O质量分数分别为50.03%和53.26%;助剂2与灰(渣)配比为1∶30时,水溶性K2O质量分数分别为55.85%和57.62%。
图2 助剂对灰(渣)水溶性K2O质量分数的影响
2 辣椒小区试验
2.1 试验目的
用秸秆发电厂灰(渣)代替部分化肥,探讨氮磷减施20%时农作物产量的变化情况。
2.2 试验地概况与供试作物
2017年4月5日至9月8日,在安徽省蚌埠市固镇县任桥镇绿色家园农场辣椒地开展试验,供试辣椒品种为丽都红。试验地土壤类型为沙壤土,肥力均匀,供试土壤理化性状如表3所示。
表3 供试土壤理化性状
2.3 试验方案
该农场辣椒常规施肥方式为:①基肥,三元复合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)600.00 kg/hm2,腐熟羊粪75 m3/hm2;②追肥,在结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,共计3次;③叶面追肥,开花前喷施2次质量分数为0.2%的硼砂溶液,结果中后期每隔7~10 d叶面喷施1次质量分数为0.3%的磷酸二氢钾水溶液。
进行小区试验时,基肥用量减少20%,其中减少的钾用灰(渣)中水溶性钾减量、等量或加量补充,追肥方案保持不变。试验共设9个处理,每个处理3次重复,每块试验田面积20 m2,随机排列,具体施肥方案如表4所示。
表4 辣椒小区试验施肥方案
2.4 试验结果
2017年7月10日开始第1次采收,每块试验田分开采收,之后每隔10 d采收1次并立即称量辣椒质量,最后一次采收日期为2017年9月8日,共采收7次。试验数据采用Excel 2007和SAS 8.1软件进行处理和统计分析,采用DunCan软件进行差异显著性检验,分析不同处理间的显著性(p<0.05)水平,试验结果如表5所示。
表5 辣椒产量及增产率
由表5可知,与对照组(处理1)相比,在减施氮磷20%的情况下,以秸秆发电厂灰(渣)补充钾素,各处理方案的辣椒产量均有不同程度的提升。对比处理1、处理2和处理6的试验结果,减施氮磷20%后,直接用灰或渣减量补充钾素,辣椒分别增产6.80%和10.55%;对比处理1、处理3和处理7的试验结果,直接用灰(渣)增量补充钾素,辣椒分别增产10.34%和14.20%;对比处理2、处理4、处理5和处理6、处理8、处理9的试验结果,在灰(渣)中添加助剂能进一步提高灰(渣)肥效,提高辣椒产量;渣的肥效优于灰,助剂2的效果优于助剂1。
3 结语
秸秆发电厂灰(渣)富含钾和多种中微量元素,通过还田对土壤养分具有很好的调理作用;秸秆发电厂灰(渣)中养分水溶性不高,可采用酸性助剂进行处理,以提高灰(渣)中钾等养分的水溶性。小区肥效试验表明,减少20%氮磷钾复合肥施用量,用秸秆发电厂灰(渣)或处理后的秸秆发电厂灰(渣)补充钾素,能够实现“化肥氮磷减施20%,农作物平均增产3%”的化学肥料减施增效目标。
秸秆是可再生的资源,秸秆发电厂灰(渣)来源丰富,秸秆发电厂灰(渣)还田是有发展前景的。今后应进一步研究秸秆发电厂灰(渣)各营养元素活化水平及其反应机理,深入研究不同秸秆灰(渣)中重金属分布及其含量,才能更科学地利用好秸秆发电厂灰(渣)。