秸秆发电厂灰(渣)养分水溶性探讨及其在辣椒上的应用*

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)。