氨碱废渣用于土壤改良剂的研究

潘丁文，徐仁扣

(1.连云港碱业有限公司,江苏连云港 222042；2.中科院南京土壤研究所,江苏南京 210008)

氨碱废渣用于土壤改良剂的研究

潘丁文1，徐仁扣2

(1.连云港碱业有限公司,江苏连云港 222042；2.中科院南京土壤研究所,江苏南京 210008)

通过对碱渣进行处理并添加适当有机成分作为酸性土壤改良剂，不仅改善土壤pH值，而且还可以为农作物提供养分，提高农作物产量和质量。

碱渣；土壤改良剂；研制

氨碱法纯碱生产过程中排放的废渣——碱渣长期得不到充分合理的深加工利用，一方面不仅造成资源浪费，而且耗用大量人财物加以管理，另一方面侵占土地、污染环境。随着生产的延续，这些问题日益突出，成为企业可持续发展的不利因素，碱渣大规模开发利用已成当务之急。在我国南方有大面积酸性土壤，而碱渣具有较强的碱性，如果对碱渣通过添加一些微量元素，不仅中和土壤酸度，而且还可以为农作物提供养分，成为一种廉价的土壤改良添加剂。

1 碱渣的干燥处理

纯碱生产中排放的废渣水分含量较高，即便是压滤处理的块状，也不能直接使用(渣场内存放的水分更高)。我们比较了烘干、晒干和自然风干等干燥方法的优缺点，烘干方法虽然对水分的去除速度快、且去除率高，但需要消耗能源，增加成本。晒干或自然风干的干燥方法，虽然干燥速度较慢，但不需要消耗能源，处理成本低。而且制备有机-无机复合改良剂所用有机肥本身也含一定的水分，因此，碱渣的含水量降低至15%左右即可用于有机-无机改良剂的复配。因此我们在试验时采用晒干或自然风干的干燥方法。

2 碱渣物性分析

对碱渣的成分进行全分析，并与赤泥、磷石膏和粉煤灰等工业废弃物的化学组成进行了比较；测定了碱渣中有害重金属的含量，并与赤泥、磷石膏和粉煤灰的重金属含量及两种土壤的重金属背景值进行比较。

表1 工业副产品的主要组成和性质

①pH、电导均在1∶2.5废弃物与水比值下的测定；

②酸中和容量:指1 kg工业废弃物用0.1 mol/L H2SO4滴定至pH 5.0时所消耗的酸量；因磷石膏呈酸性，0.1 mol/L NaOH滴定至pH 5.0时所消耗的碱量，所以用负值表示。

表2 工业废弃物以及红壤、黄棕壤中的重金属含量 (单位：mg/kg)

表2结果表明工业副产品同时含有潜在毒性的元素。从所分析的元素来看，Cu、Zn、Pb和Cr等元素的含量相对较高，但这些元素的浓度均小于中国污泥农用的标准(1984年)和欧盟1986年颁发的污泥农用的标准。与赤泥、磷石膏和粉煤灰相比，碱渣中Cu、Zn和Se含量高于赤泥和磷石膏，但低于粉煤灰，其他有害金属浓度均低于赤泥、磷石膏和粉煤灰。与土壤背景值相比，碱渣Cu和Se含量高于两种酸性土壤的背景值，其他有害重金属含量均低于土壤背景值。Cu、Zn和Se是作物必需的微量营养元素，适当增加对植物生长有益。综合分析可以看出，碱渣中有害物质的含量最低，直接用于农业没有环境风险。

3 有机-无机复合改良剂的研制

用经过干燥和粉碎处理后的碱渣作为无机原料，经过堆肥和发酵处理的畜禽粪作为有机原料。根据土壤的酸碱性和物理性状，确定碱渣和有机物的需要量，经过培养实验和田间实验确定两者的最佳配比，经过复配处理制备有机-无机复合改良剂。此外，我们还以稻糠为有机原料制备有机-无机复合改良剂。

图1 红壤与几种改良剂混合培养1个月后土壤pH比较

图1示采自安徽皖南的红壤与有机肥、碱渣及有机肥与碱渣的复合物混合培养30天后的土壤pH。与不加改良剂的对照相比，单一添加有机肥和碱渣均提高土壤pH，但碱渣的效果优于有机肥。碱渣与有机肥配合施用与单一碱渣处理相比，土壤pH有所增加，但增幅很小。因此，有机-无机复合改良剂中，有机肥主要用来增加土壤肥力，改善土壤的物理性状。

4 基肥型改良剂研制

用经过干燥和粉碎处理后的碱渣作为主要原料，选择合适的氮、磷、钾等肥料品种，根据土壤酸碱度及作物对氮、磷、钾等养分的需求，确定碱渣及其与氮、磷、钾之间的配比，通过田间实验研制并确定最佳配方，经过复配处理制备基肥型改良剂。

为确定碱渣、氮、磷、硝化抑制剂等的施用量并检验其施用效果，开展了以油菜为植物材料的盆栽实验。实验用土为第四纪红粘土发育的红壤(红粘土)和红砂岩发育的红壤(红砂土)。其基本性质见表3。

表3 两种红壤的性质及主要组成

酸性土壤普遍缺磷。盆栽实验中，施磷对红粘土和红砂土中油菜生物量均有极显著的增加作用。以红粘土为例，通过计算，在施碱渣的基础上，添加氮和钾能使油菜增产2.4倍，而增施磷能使油菜生物量增加12～20倍，这说明磷对油菜的增产作用显著大于氮和钾。但本实验中不同施磷量对油菜生物量的影响无显著差异。

5 田间实验与改良剂效果验证

在我国南方酸性土壤集中的安徽省皖南地区建立田间实验基地。设置对照、碱渣改良剂、有机-无机复合改良剂、基肥型改良剂等处理，通过比较改良剂施用前后土壤性质的变化和作物产量，评估改良剂的改良效果。

5.1 碱渣与有机-无机复合改良剂的效果验证

实验地土壤类型为第四纪红粘土发育的红壤，为强酸性土壤。试验共设对照、碱渣、稻糠、稻糠+碱渣及碱渣不同用量等6种处理，以油菜和花生作为指示植物。6种处理的油菜和花生产量见表4，结果表明施用各种改良剂后油菜产量增加非常明显，效果最好的为稻糠+碱渣处理，油菜增产41.3%;其次是碱渣，增产39.7%。单施稻糠增产34.6%。当碱渣施用量由2 250 kg/ha提高到3 375 kg/ha，油菜产量又有大幅度提高，单一碱渣处理油菜增产80.4%，碱渣+稻糠处理油菜增产98.0%，比碱渣用量为2 250 kg/ha时提高1倍多。花生产量与油菜产量具有相似趋势，碱渣施用量为2 250 kg/ha时，花生增产幅度较小，但当碱渣用量增加到3 375 kg/ha时，碱渣和碱渣+稻糠处理的增产幅度提高到38.9%和53.6%。这些结果说明土壤严重酸化制约了这类红壤生产潜力的发挥，通过施用改良剂，作物产量大幅度增加，土壤的生产力大幅度提升。

施用改良剂对土壤酸度性质的影响如表5所示，稻糠处理土壤pH高于对照处理，土壤交换性铝低于对照处理。施用碱渣也使土壤pH有所提高，土壤交换性铝含量下降，当碱渣施用量增加至3 375kg/ha时，土壤pH进一步提高，交换性铝含量进一步下降。施用改良剂后土壤pH升高和交换性铝含量下降是油菜和花生产量显著增加的主要原因。当然，施用改良剂后土壤交换性盐基养分含量的增加也是作物增产的原因，特别是施用有机改良剂对交换性盐基的增加更显著。

表4 改良剂对安徽红壤油菜和花生产量的影响

表5 改良剂对安徽红壤酸度性质的影响

为考察碱渣与有机肥复配制备的有机-无机复合改良剂的改良效果，在安徽皖南开展了另一田间小区实验，结果见表6。有机肥对土壤酸度的改良效果不明显，但可提高土壤肥力，因此显著提高油菜籽和花生产量。碱渣降低土壤酸度，提高土壤pH，提高了油菜籽和花生产量，且作物增产效果大于有机肥处理。有机肥与碱渣配施，油菜籽和花生的增产效果最明显。因此，将有机肥与碱渣配施能取得更好的改良效果。

表6 有机肥、碱渣及其制备的复合改良剂对土壤改良效果和作物增产效果

5.2 基肥型改良剂的效果验证

结合盆栽实验和大田试验结果，碱渣必需配合一定量的无机肥料才能起到显著效果。田间试验中，以农民习惯施肥为对照，碱渣处理对油菜秸秆和籽粒产量都有显著影响；石灰和碱渣处理对油菜秸秆产量的增加效果相同，但是石灰处理对油菜籽粒产量的提高效果不如碱渣好，与农民习惯施肥相比，施用碱渣能使籽粒增产2倍，而石灰增产1.1倍，这一结果进一步验证了碱渣相对于石灰的优越性。

与对照(农民习惯施肥)相比，氮、磷、钾配方肥料加硼、钼处理对油菜籽粒产量有显著影响，与农民的习惯施肥相比，我们的肥料配方对油菜籽粒有显著的增产效果，增产约85%。硼对油菜的籽粒产量增产率为8.2%。然而，以施碱渣处理为对照，肥料等对油菜产量的影响未达到显著水平，肥料的增产率约17.5%。即在农民习惯施肥的基础上，碱渣的处理效果显著高于肥料处理的效果。

在碱渣和各种肥料都施用的情况下，硝化抑制剂的增产率约11%，统计分析未达到显著差异。由于田间试验中，农民习惯施肥已经含有大量磷，因此，肥料配方中磷的效果未显现出来。

6 结 论

据据田间试验结果，施用碱渣制备的改良剂后该地油菜亩产约210 kg达到高产。其中碱渣的贡献最大，碱渣施用下就能使籽粒增产2倍，这是因为以农民习惯施肥(含有大量磷肥)为对照，本实验油菜生长的限制因子是土壤酸度。结合盆栽实验和大田试验的结果，对于生长在红粘土中的油菜来说，土壤酸度是其生长的首要限制因子，其次是磷肥。单独施用碱渣或将碱渣与稻糠、有机肥配合施用，土壤pH的增加幅度均在0.5以上。施用碱渣或将碱渣与稻糠、有机肥配施，油菜籽增产幅度在30%以上，花生增产幅度在8%以上。

TQ132.32

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1005-8370(2017)04-16-04

2017-06-05

潘丁文(1965—)，大学，高级工程师，现从事技术管理工作。