制纸污泥复混肥施用效果研究
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本文作者：王楠1,2王帅2,3李新江1作者单位：1.吉林农业科技学院植物科学学院2.吉林农业大学资源与环境学院3.吉林市农业技术推广中心
0引言
造纸工业若要发展，污泥处置就是一个不可回避的话题。据悉，造纸污泥含水量可高达75%~80%，有机质含量高且含N、P、K等养分，易腐烂、有恶臭气味、不易运输和施用，因此必须对其进行稳定化、无害化处理才可农用。杜伟等[1]研究认为，造纸污泥土地利用不会导致重金属、有机污染物和硝酸盐淋失等污染，将其堆肥无害化处理后可作为一种优质的有机肥料。董克锋等[2]也认为，土地利用是比较理想的造纸污泥处置方法，其研究表明：造纸污泥有机肥中重金属含量低于鸡粪，更远低于农用污泥控制标准，对土壤-植物系统无重金属污染风险。可见，造纸污泥经堆肥后可作为有机无机复混肥中的有机原料，这也是合理解决造纸污泥的主要途径，但目前，国内相关研究尚处起步阶段，对造纸污泥的农用更是谨慎。众所周知，有机无机复混肥能够改良土壤、增强土壤保水性能、减少板结、改良作物品质及提高肥效等作用[3]，将有机无机组分按照一定比例混合，可确保养分供应平衡，改善土壤环境，活化土壤养分且具有生理调节作用。基于有机无机复混肥的优点，近年来，有机无机复合肥在中国施用量逐年增大，代表肥料发展的方向之一。马光辉[4]通过研究有机无机复混肥对冬小麦的施用效果，发现其对小麦生育性状有促进作用（增产幅度在6%左右），且供肥稳定、肥效持久，能增加土壤有机质含量，活化土壤迟效养分，改善土壤理化性状，培肥地力。陈光伟[5]分别在水稻和蔬菜上应用有机无机复混肥（N-P2O5-K2O12-6-9，有机质30%），结果表明：每公顷施800kg可增产水稻10%，若施1000kg则增产25.9%，同时，该复混肥的施入可增产白菜约20%。何腾兵等[6]采用田间小区和盆栽试验方法，研究了城市生活垃圾配制的有机无机复混肥对玉米生产和土壤理化性质的影响，结果表明，该复混肥对玉米具有显著增产效果，长期施用可提高土壤有机质和养分含量，改善土壤理化性状，提高土壤肥力。付锡臣等[7]研究认为，施用有机无机复混肥对玉米株高、干物质积累和叶绿素含量等方面均有促进作用，且玉米产量随复混肥施用量的增加而增加。鉴于有机无机复混肥的显著特点，结合造纸污泥堆肥无害化处理的可行性，笔者将造纸污泥堆腐物料制成有机无机复混肥并将其在玉米上施用的效果进行分析，旨在为造纸污泥合理化处置提供理论参考和现实依据。
1材料与方法
1.1试验材料
尿素(N46%)、磷酸二铵(N18%，P2O546%)、氯化钾(K2O60%)、腐殖酸(OC>60%)、草炭土(OC>45%)、木屑等。造纸污泥于2010年2月经风干后测定，其基本性质为：pH7.95，有机碳47.2%，N13.2g/kg，P2O55.48g/kg，K2O2.45g/kg。供试玉米品种为‘先玉335’。田间试验于2011年4月在吉林市经开区三台子镇进行，供试土壤属白浆土，其成土母质主要是第四纪河湖粘土沉积物，质地粘重。为确保施肥处理纯养分一致，经测土配方施肥软件计算，将玉米目标产量定为10000kg/hm2，需补充养分纯量（N、P2O5、K2O）分别为154、75、53kg/hm2。
1.2有机无机复混肥生产方法
1.2.1有机物料预处理
造纸污泥和木屑混合物经有机肥激活机搅拌，挤压发热，然后堆积发酵，在有益生物的作用下，使堆肥温度达到65~70℃保持72h，每24h翻料一次（杀死致病菌），使其具有生物活性。完成发酵后，物料颜色为深褐色、无臭味、水质量分数在20%左右，发酵物存放1天后，进行筛选，然后与草炭土、腐殖酸按比例混合，备用。
1.2.2生产工艺
将已粉碎成细颗粒状的各类无机肥料（尿素、二铵和氯化钾）和经无害化处理后的有机物料，按配方要求计量，经混料器搅拌均匀后，送入造粒机中造粒，当颗粒达到要求后送入回转干燥机中，将干燥好的粒肥送入回转冷却机中，冷却到30℃以下，经筛分机筛分，合格颗粒计量后包装为成品。
1.3实验方法
试验共设3个处理。处理1：不施肥(CK)；处理2：底肥一次性施入磷酸二铵163.0kg/hm2，氯化钾88.3kg/hm2和尿素271.0kg/hm2；处理3：底肥一次性施入有机无机复混肥(N-P2O5-K2O11-6-8)662.5kg/hm2，尿素146.4kg/hm2和磷酸二铵76.6kg/hm2。处理2和处理3肥料投入量采用纯养分等量原则进行。各处理均进行3次重复，小区随机排列，每个区组垂直于垄向排列，小区面积约6.5m×9.3m，玉米种植密度均为48000株/hm2，试验地地势平坦，肥力均匀，其他田间管理措施一致。土壤理化性质测定方法参照文献[8]进行。
2结果与分析
2.1肥料成品检验结果
经检验（表1），造纸污泥经堆肥、无害化处理后可生产有机无机复混肥，且产品质量符合GB18877—2002标准，属合格产品，可以投入大面积推广、施用。
2.2各处理对玉米生育时期、性状和产量的影响
2.2.1对玉米生育时期的影响
如表2所示，各处理于4月26日统一进行播种、施肥。从玉米生育期来看，与处理1(CK)相比，处理2和处理3均可有效提早拔节、抽雄、灌浆及成熟期，处理2和处理3可分别提早3天和7天使玉米成熟，可见，从促早熟作用来看，处理3>处理2，即表明施用造纸污泥有机无机复混肥在玉米促早熟方面优势大于单纯施用等量化肥。
2.2.2对玉米性状和产量的影响
从玉米性状和产量结果来看，比照CK，处理2和处理3玉米株高分别增加了3、7cm，穗粒数增加了63.3个和86.4个，百粒重增加了4g和5g，处理2和处理3可有效减少秃尖长0.7、1.2cm，在玉米产量上，处理2和处理3优势也表现明显，分别增加了2179.43、2151.14kg/hm2（表3）。可见，无论是株高、穗粒数、百粒重、秃尖长等性状还是玉米产量，处理2和处理3均优于CK处理，换言之，CK处理玉米生育期延迟，性状和产量均最差。比照处理2的数据可知，结合测土配方施肥技术，处理3不仅在玉米性状上优于处理2，其产量在处理2的基础之上仍可增加6.16%（表3）。可见，在等养分的前提下，有机无机复混肥结合速效肥的施用效果要优于仅施速效化肥处理，造纸污泥有机无机复混肥的增产效果显著。
2.3各处理对土壤理化性质的影响
干旱是影响试验区农业生产和粮食丰缺的直接因素。表4中结果表明，施用有机无机复混肥后耕层土壤含水量有所提高，比原土含水量增加了1.6%，而处理1、2的土壤含水量几乎没有变化。另外，处理3的土壤容重也有所增加，比原土容重减少了0.15g/cm3，土壤容重是由土壤孔隙和土壤固体数量来决定的，可作为土壤熟化程度指标之一，熟化程度较高的土壤，其容重常较小，即土壤容重越小，表明土壤结构、透气透水性能越好。实验数据表明，造纸污泥有机无机复混肥具有改良土壤物理性状、蓄水保墒的特点。
表4中养分含量数据（有机质、速效和全量养分）均表明一致的规律：处理3>处理2>原土>处理1，可以看出，施用造纸污泥有机无机复混肥不但使当季玉米长势良好、产量增高，且能有效提高土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和全氮、磷、钾的含量。马光辉[4]研究认为，施用有机无机复混肥试验区土壤有机质、碱解氮、速效磷及速效钾均有不同程度提高，这与本研究有相似之处。
处理2的肥料施用量是测土配方施肥技术所推荐的用量，通过研究可发现，该处理不仅能够增加作物产量，且能很好的限制土壤中全量氮、磷、钾和有机质的降低幅度，在速效养分含量上，碱解氮和速效磷含量还略有增加，但其培肥、改土效果要低于有机无机复混肥处理。具体来看，比照处理2，处理3土壤的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾可分别提高16.54%、7.45%、11.28%、12.09%、18.38%、15.12%和14.19%（表4）。王德汉等[9]研究结果表明，与等养分化肥相比，施用造纸污泥堆肥后，土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别较施用等养分化肥的处理高32.4%、24.2%和34.9%。杜伟等[1]在其报道中指出，施用造纸污泥及其堆肥，可增加土壤有机质含量，降低土壤容重，促进团粒结构形成，改善土壤结构，提高土壤孔隙度和保水、保肥能力。另外，施用造纸污泥还可改善土壤的养分状况，且具有一定的增产效果和后效，这与笔者所得结论一致。吕子文等[10]认为有机复混肥中含有一定量的腐殖质（高分子有机胶体），其结构中含有多种活性基团（如羧基和酚羟基等），这些活性基团均有利于改善土壤的理化性质。
可见，造纸污泥有机无机复混肥能够起到培肥、改土的作用，真正做到“用地养地结合”，符合农业生产可持续发展战略。
3结论与讨论
污泥是造纸过程废水处理的终端产物，其生物质含量丰富，有机物含量40%~50%，主要含纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物及填料、凝聚剂等，是一种理想的生物质资源。其经微生物转化、堆腐、无害化处理后可成为有机肥料的优质原材料之一，经加工后的有机无机复混肥符合GB18877—2002，且应用于玉米生产具有较为明显的优势，具有广泛的推广和应用价值。
在等养分前提下，施用造纸污泥有机无机复混肥在玉米促早熟方面优势大于速效化肥，此外，前者可促进玉米株高、穗粒数和百粒重增加，秃尖长度减少，且增产效果优于后者。实践证明，造纸污泥有机无机复混肥不仅具有改良土壤物理性状、蓄水保墒的特点，且可有效提高土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和全氮、全磷、全钾的含量。Calace等[11]研究认为，添加造纸污泥有助于土壤中重金属元素的保留，可避免其迁移到植物中，不会威胁人类食物链，在土壤中施用造纸污泥确可起到改良土壤的作用。另外，作为土壤改良剂，王德汉等[9]将其应用于玉米盆栽试验中，认为施用少量造纸污泥可显著增加玉米生物量。
污泥农用必须遵守一个前提，即只有经过热干化或生物堆肥、化学稳定化处理的污泥才能施用[12]。尽管造纸厂的造纸工艺经常会有所变化，但Maia等[13]认为造纸污泥的结构并未发生明显变化，仍可用于堆肥使用。另外，重金属元素是造纸污泥资源化利用所需考虑的首选因素，刘贤淼等[14]在其研究中认为造纸污泥重金属元素含量低于国家标准GB/4284—84《农用污泥中污染物控制标准》。而林云琴等[15]认为，添加污泥堆肥前后的土壤中Cu、Ni、Cr、Pb主要以残渣态形式存在，Zn主要以Fe-Mn氧化态形式存在，这2种形态的重金属的生物有效性均较小，而Cd主要以可交换态和碳酸结合态存在，生物有效性较大。可见，造纸污泥的施用虽可有效降低土壤中重金属的生物有效性，但长期施用不可避免会增加土壤重金属污染的风险，这就要求广大学者对造纸污泥施用后土壤和植株重金属污染的风险进行大量研究、分析和评估，以期为造纸污泥堆肥安全农用提供基础数据。
综上，农用资源化是解决日益增多的造纸污泥问题的有效途径，其农用资源化既可使之转化为一种良好的紧缺有机肥源，且可解决二次污染的问题，不仅有利于农业生产和化肥工业，更有利于生态环境保护，是一种值得探讨和深入研究的课题。
