造紙污泥堆肥制備土壤改良劑的研究

造紙污泥堆肥制備土壤改良劑的研究

由于紙漿沼澤中植物的營養(yǎng)成分高于豬糞，且不存在重金屬污染的風險，且數(shù)量大且集中，這是一種高質(zhì)量、價格低廉的有機肥料資源，因此，紙漿沼澤耕地的開發(fā)前景良好。通過實驗室1m3小型發(fā)酵池強制通風好氧堆肥試驗,已經(jīng)知道造紙污泥生物轉(zhuǎn)化的特點與堆肥過程中各種參數(shù)的變化,但造紙污泥堆肥水分仍高達40%左右,作為商品土壤改良劑顯然不合適,必須進一步加工,以符合農(nóng)村肥料市場的要求本研究的目的是將污泥堆肥干燥、粉碎,噴霧自制的肥料粘合劑,在普通圓盤造粒機上加工成顆粒狀土壤改良劑,通過盆栽與田間試驗,探討造紙污泥堆肥的二次加工產(chǎn)品對土壤肥力和農(nóng)作物生長的影響,為造紙污泥農(nóng)用資源化提供理論基礎(chǔ)。1試驗材料和方法1.1肥料及理化劑造紙污泥在華南農(nóng)業(yè)大學新肥料資源研究室1m3小型發(fā)酵池進行強制通風好氧堆肥,堆肥原料組成為脫水污泥、風干污泥、雞糞、尿素、磷礦粉、自制發(fā)酵菌及陳舊樹皮。造紙污泥堆肥產(chǎn)品的主要農(nóng)用指標為:水分44%,pH值6.7,有機C40.74%,C/N22.4,N、P、K總量為2.93%;Cu133mg/kg,Zn94mg/kg,Pb15mg/kg,As1.4mg/kg,Hg0.03mg/kg,Cr6.7mg/kg,Cd0.11mg/kg,Ni6.7mg/kg。肥料調(diào)理劑選用河南信陽產(chǎn)沸石粉;肥料造粒粘合劑LS采用造紙廠酸法制漿廢液,經(jīng)過生化脫糖處理、濃縮成40%固含量。1.2土壤改良劑的制備將造紙污泥堆肥與沸石粉按9∶1比例混合均勻,風干、粉碎,經(jīng)計量后投入復合肥生產(chǎn)專用小型圓盤造粒機中,一邊逆時針轉(zhuǎn)動,一邊噴紙漿廢液粘合劑,待污泥成球后烘干,過篩得顆粒狀土壤改良劑,其水分為12%,有機質(zhì)含量43%,總N、P、K2%,pH值7.3。1.3通過紙泥漿土壤改良劑的肥料有效性測試1.3.1土壤改良劑用量試驗盆栽試驗在玻璃大棚中進行,土壤取自華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)場菜園,每盆裝風干土2kg,分別種菜心、玉米,每種作物6個處理(CK、P-1、P-2、P-3、P-4、P-5),每個處理4個重復,土壤改良劑用量(g/盆)分別為:0、10、20、30、50、100,栽培30天收獲。1.3.2試驗設(shè)備及施肥方案試驗設(shè)在華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)場土壤化學分場,耕層土壤基本理化性質(zhì)如表1所示,供試作物為玉米,品種為“粵農(nóng)9號”,所用復合肥為廣州市良田復合肥廠生產(chǎn)。田間試驗共設(shè)5個處理,分別為CK(不施土壤改良劑PSC)、T-1(10kgPSC/小區(qū))、T-2(20kgPSC/小區(qū))、T-3(30kgPSC/小區(qū))、T-4(40kgPSC/小區(qū)),每個處理重復3次,共15個小區(qū),區(qū)組隨機排列,小區(qū)面積為6m2。造紙污泥土壤改良劑(PSC)全部作基肥,追肥采用無機復混肥,用量為0.675kg/小區(qū)。2001年4月16日播種,7月14日收獲,共89天。1.4分析造紙污泥堆肥、土壤及植株分析方法均按照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》進行。2結(jié)果與分析2.1施泥與土壤養(yǎng)分在盆栽土壤中,添加不同用量的污泥土壤改良劑,種植菜心,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),造紙污泥的肥效明顯,菜心葉色濃綠。從表2可以看出,污泥土壤改良劑對菜心的生長有很好的促進作用,隨著污泥改良劑用量增加,菜心植株的生物量也隨之增加,與不施污泥CK對比,菜心增產(chǎn)極顯著,增產(chǎn)達1～6倍。施污泥對菜心有顯著增產(chǎn)作用,其機理與菜心對養(yǎng)分高效利用有較大關(guān)系,從圖1可以看出,施用土壤改良劑能大幅度提高菜心對土壤中N、P養(yǎng)分的吸收,增加菜心植株的N、P含量。造紙污泥土壤改良劑是一種高有機C的有機無機復合材料,施入土壤中能改良土壤的物理結(jié)構(gòu),具有保肥保水功能。圖2、圖3是盆栽菜心后土壤N、P養(yǎng)分有效態(tài)狀況,從圖2、圖3可以看出,隨著土壤改良劑用量的增加,土壤中銨態(tài)氮逐漸增加,硝態(tài)氮逐漸減少,有效磷逐漸增加,對照處理中N含量較少且以硝態(tài)氮為主,說明農(nóng)業(yè)上施用污泥土壤改良劑,不僅可以活化土壤養(yǎng)分,而且還可減少土壤中N素淋失造成的地下水硝酸鹽污染。農(nóng)業(yè)利用是消納污泥最具潛力的一種處置途徑,但要注意污泥中重金屬對土壤及農(nóng)產(chǎn)品是否造成污染,表3是菜心植株中金屬含量的變化。從表3看出,未施污泥處理CK中Pb超標,但所有施污泥處理的菜心植株中重金屬含量低于國家蔬菜衛(wèi)生標準,這主要是污泥改良劑pH值較高,而且大分子有機質(zhì)吸附固定少量重金屬,使金屬生物有效性降低。表4為盆栽菜心后土壤中重金屬含量的變化。從表4可以看出,施用土壤改良劑后,土壤中Cu、Cr、Cd、Pb、Zn均有一定程度的增加,其中對照土壤本身Cd的含量檢不出,增加部分肯定是從污泥中帶入,實際上,以上土壤中5種重金屬含量仍較低,土壤并不受污染。2.2施肥量和生物量在種植玉米的盆栽試驗中,向土壤中分別施用不同用量的污泥土壤改良劑,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米長勢比菜心差,但也看出污泥的肥效作用。從表5可以看出,隨著改良劑施用量增加,玉米植株的生物量也隨之增加,改良劑對玉米增產(chǎn)率在22%～178%之間,處理P-5的改良劑用量是P-4的1倍,但其生物量的變化沒有那么大,說明植株的生長不是施肥量越多而生長越快,過量地使用肥料,植株不能完全利用,相反易造成環(huán)境污染。從圖4可以看出,污泥土壤改良劑能提高玉米對N、P養(yǎng)分的吸收,特別是對N的吸收,玉米植株中含磷量只有在土壤改良劑用量達到30g/盆以上時,才有顯著增加。從表6可以看出,玉米植株中銅、鉛的含量偏高,但不隨著土壤改良劑施用量的增加而增加,實際上銅、鉛是由原菜園土基質(zhì)本身所含的,少量施用改良劑于菜園土中,玉米植株Zn的含量檢測不出,而隨著污泥施用量的增加,植株Zn的含量有所增加,根據(jù)我國蔬菜食品衛(wèi)生標準,Cu≤10mg/kg、Zn≤20mg/kg、Cd≤0.05mg/kg、Pb≤0.20mg/kg、Cr≤0.40mg/kg,所有改良劑處理的玉米植株中重金屬含量均未超標。2.3木本糖對玉米生長的影響為了驗證盆栽玉米試驗結(jié)果,對造紙污泥土壤改良劑進行了大田應(yīng)用試驗,結(jié)果如表7所示。大田小區(qū)試驗結(jié)果表明:隨著造紙污泥改良劑用量的增加,玉米增產(chǎn)作用明顯,與對照CK相比,處理T-4的玉米增產(chǎn)率高達18.25%。污泥改良劑對土壤理化性質(zhì)影響較大的是土壤容重、有機質(zhì)和速效養(yǎng)分,施用污泥改良劑后,土壤容重逐漸下降,而且下降的幅度同改良劑用量呈正相關(guān),各處理的有機質(zhì)和速效養(yǎng)分均比CK高,特別是土壤速效磷增加明顯。3能提高土壤的生物活性在土壤中施用造紙污泥土壤改良劑,能明顯促進菜心、玉米的生長,隨著改良劑施用量增加,菜心、玉米增產(chǎn)效果顯著。污泥土壤改良劑不僅能大幅度提高作物對N、P養(yǎng)分的吸收,而且能降低土壤容重,增加土壤有效磷含量,減少銨