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本文作者：王楠1,2王帥2,3李新江1作者單位：1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院3.吉林市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心

0引言

造紙工業(yè)若要發(fā)展，污泥處置就是一個(gè)不可回避的話題。據(jù)悉，造紙污泥含水量可高達(dá)75%~80%，有機(jī)質(zhì)含量高且含N、P、K等養(yǎng)分，易腐爛、有惡臭氣味、不易運(yùn)輸和施用，因此必須對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化處理才可農(nóng)用。杜偉等[1]研究認(rèn)為，造紙污泥土地利用不會(huì)導(dǎo)致重金屬、有機(jī)污染物和硝酸鹽淋失等污染，將其堆肥無(wú)害化處理后可作為一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。董克鋒等[2]也認(rèn)為，土地利用是比較理想的造紙污泥處置方法，其研究表明：造紙污泥有機(jī)肥中重金屬含量低于雞糞，更遠(yuǎn)低于農(nóng)用污泥控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤-植物系統(tǒng)無(wú)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)?？梢?jiàn)，造紙污泥經(jīng)堆肥后可作為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥中的有機(jī)原料，這也是合理解決造紙污泥的主要途徑，但目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究尚處起步階段，對(duì)造紙污泥的農(nóng)用更是謹(jǐn)慎。眾所周知，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥能夠改良土壤、增強(qiáng)土壤保水性能、減少板結(jié)、改良作物品質(zhì)及提高肥效等作用[3]，將有機(jī)無(wú)機(jī)組分按照一定比例混合，可確保養(yǎng)分供應(yīng)平衡，改善土壤環(huán)境，活化土壤養(yǎng)分且具有生理調(diào)節(jié)作用。基于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥在中國(guó)施用量逐年增大，代表肥料發(fā)展的方向之一。馬光輝[4]通過(guò)研究有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)冬小麥的施用效果，發(fā)現(xiàn)其對(duì)小麥生育性狀有促進(jìn)作用（增產(chǎn)幅度在6%左右），且供肥穩(wěn)定、肥效持久，能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，活化土壤遲效養(yǎng)分，改善土壤理化性狀，培肥地力。陳光偉[5]分別在水稻和蔬菜上應(yīng)用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥（N-P2O5-K2O12-6-9，有機(jī)質(zhì)30%），結(jié)果表明：每公頃施800kg可增產(chǎn)水稻10%，若施1000kg則增產(chǎn)25.9%，同時(shí)，該復(fù)混肥的施入可增產(chǎn)白菜約20%。何騰兵等[6]采用田間小區(qū)和盆栽試驗(yàn)方法，研究了城市生活垃圾配制的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)玉米生產(chǎn)和土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，該復(fù)混肥對(duì)玉米具有顯著增產(chǎn)效果，長(zhǎng)期施用可提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，改善土壤理化性狀，提高土壤肥力。付錫臣等[7]研究認(rèn)為，施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)玉米株高、干物質(zhì)積累和葉綠素含量等方面均有促進(jìn)作用，且玉米產(chǎn)量隨復(fù)混肥施用量的增加而增加。鑒于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥的顯著特點(diǎn)，結(jié)合造紙污泥堆肥無(wú)害化處理的可行性，筆者將造紙污泥堆腐物料制成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥并將其在玉米上施用的效果進(jìn)行分析，旨在為造紙污泥合理化處置提供理論參考和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

尿素(N46%)、磷酸二銨(N18%，P2O546%)、氯化鉀(K2O60%)、腐殖酸(OC>60%)、草炭土(OC>45%)、木屑等。造紙污泥于2010年2月經(jīng)風(fēng)干后測(cè)定，其基本性質(zhì)為：pH7.95，有機(jī)碳47.2%，N13.2g/kg，P2O55.48g/kg，K2O2.45g/kg。供試玉米品種為‘先玉335’。田間試驗(yàn)于2011年4月在吉林市經(jīng)開(kāi)區(qū)三臺(tái)子鎮(zhèn)進(jìn)行，供試土壤屬白漿土，其成土母質(zhì)主要是第四紀(jì)河湖粘土沉積物，質(zhì)地粘重。為確保施肥處理純養(yǎng)分一致，經(jīng)測(cè)土配方施肥軟件計(jì)算，將玉米目標(biāo)產(chǎn)量定為10000kg/hm2，需補(bǔ)充養(yǎng)分純量（N、P2O5、K2O）分別為154、75、53kg/hm2。

1.2有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn)方法

1.2.1有機(jī)物料預(yù)處理

造紙污泥和木屑混合物經(jīng)有機(jī)肥激活機(jī)攪拌，擠壓發(fā)熱，然后堆積發(fā)酵，在有益生物的作用下，使堆肥溫度達(dá)到65~70℃保持72h，每24h翻料一次（殺死致病菌），使其具有生物活性。完成發(fā)酵后，物料顏色為深褐色、無(wú)臭味、水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%左右，發(fā)酵物存放1天后，進(jìn)行篩選，然后與草炭土、腐殖酸按比例混合，備用。

1.2.2生產(chǎn)工藝

將已粉碎成細(xì)顆粒狀的各類無(wú)機(jī)肥料（尿素、二銨和氯化鉀）和經(jīng)無(wú)害化處理后的有機(jī)物料，按配方要求計(jì)量，經(jīng)混料器攪拌均勻后，送入造粒機(jī)中造粒，當(dāng)顆粒達(dá)到要求后送入回轉(zhuǎn)干燥機(jī)中，將干燥好的粒肥送入回轉(zhuǎn)冷卻機(jī)中，冷卻到30℃以下，經(jīng)篩分機(jī)篩分，合格顆粒計(jì)量后包裝為成品。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理。處理1：不施肥(CK)；處理2：底肥一次性施入磷酸二銨163.0kg/hm2，氯化鉀88.3kg/hm2和尿素271.0kg/hm2；處理3：底肥一次性施入有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥(N-P2O5-K2O11-6-8)662.5kg/hm2，尿素146.4kg/hm2和磷酸二銨76.6kg/hm2。處理2和處理3肥料投入量采用純養(yǎng)分等量原則進(jìn)行。各處理均進(jìn)行3次重復(fù)，小區(qū)隨機(jī)排列，每個(gè)區(qū)組垂直于壟向排列，小區(qū)面積約6.5m×9.3m，玉米種植密度均為48000株/hm2，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，肥力均勻，其他田間管理措施一致。土壤理化性質(zhì)測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1肥料成品檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)檢驗(yàn)（表1），造紙污泥經(jīng)堆肥、無(wú)害化處理后可生產(chǎn)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，且產(chǎn)品質(zhì)量符合GB18877—2002標(biāo)準(zhǔn)，屬合格產(chǎn)品，可以投入大面積推廣、施用。

2.2各處理對(duì)玉米生育時(shí)期、性狀和產(chǎn)量的影響

2.2.1對(duì)玉米生育時(shí)期的影響

如表2所示，各處理于4月26日統(tǒng)一進(jìn)行播種、施肥。從玉米生育期來(lái)看，與處理1(CK)相比，處理2和處理3均可有效提早拔節(jié)、抽雄、灌漿及成熟期，處理2和處理3可分別提早3天和7天使玉米成熟，可見(jiàn)，從促早熟作用來(lái)看，處理3>處理2，即表明施用造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥在玉米促早熟方面優(yōu)勢(shì)大于單純施用等量化肥。

2.2.2對(duì)玉米性狀和產(chǎn)量的影響

從玉米性狀和產(chǎn)量結(jié)果來(lái)看，比照CK，處理2和處理3玉米株高分別增加了3、7cm，穗粒數(shù)增加了63.3個(gè)和86.4個(gè)，百粒重增加了4g和5g，處理2和處理3可有效減少禿尖長(zhǎng)0.7、1.2cm，在玉米產(chǎn)量上，處理2和處理3優(yōu)勢(shì)也表現(xiàn)明顯，分別增加了2179.43、2151.14kg/hm2（表3）?？梢?jiàn)，無(wú)論是株高、穗粒數(shù)、百粒重、禿尖長(zhǎng)等性狀還是玉米產(chǎn)量，處理2和處理3均優(yōu)于CK處理，換言之，CK處理玉米生育期延遲，性狀和產(chǎn)量均最差。比照處理2的數(shù)據(jù)可知，結(jié)合測(cè)土配方施肥技術(shù)，處理3不僅在玉米性狀上優(yōu)于處理2，其產(chǎn)量在處理2的基礎(chǔ)之上仍可增加6.16%（表3）。可見(jiàn)，在等養(yǎng)分的前提下，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥結(jié)合速效肥的施用效果要優(yōu)于僅施速效化肥處理，造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥的增產(chǎn)效果顯著。

2.3各處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

干旱是影響試驗(yàn)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食豐缺的直接因素。表4中結(jié)果表明，施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥后耕層土壤含水量有所提高，比原土含水量增加了1.6%，而處理1、2的土壤含水量幾乎沒(méi)有變化。另外，處理3的土壤容重也有所增加，比原土容重減少了0.15g/cm3，土壤容重是由土壤孔隙和土壤固體數(shù)量來(lái)決定的，可作為土壤熟化程度指標(biāo)之一，熟化程度較高的土壤，其容重常較小，即土壤容重越小，表明土壤結(jié)構(gòu)、透氣透水性能越好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥具有改良土壤物理性狀、蓄水保墑的特點(diǎn)。

表4中養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)（有機(jī)質(zhì)、速效和全量養(yǎng)分）均表明一致的規(guī)律：處理3>處理2>原土>處理1，可以看出，施用造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥不但使當(dāng)季玉米長(zhǎng)勢(shì)良好、產(chǎn)量增高，且能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和全氮、磷、鉀的含量。馬光輝[4]研究認(rèn)為，施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥試驗(yàn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀均有不同程度提高，這與本研究有相似之處。

處理2的肥料施用量是測(cè)土配方施肥技術(shù)所推薦的用量，通過(guò)研究可發(fā)現(xiàn)，該處理不僅能夠增加作物產(chǎn)量，且能很好的限制土壤中全量氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的降低幅度，在速效養(yǎng)分含量上，堿解氮和速效磷含量還略有增加，但其培肥、改土效果要低于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥處理。具體來(lái)看，比照處理2，處理3土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷和全鉀可分別提高16.54%、7.45%、11.28%、12.09%、18.38%、15.12%和14.19%（表4）。王德漢等[9]研究結(jié)果表明，與等養(yǎng)分化肥相比，施用造紙污泥堆肥后，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀分別較施用等養(yǎng)分化肥的處理高32.4%、24.2%和34.9%。杜偉等[1]在其報(bào)道中指出，施用造紙污泥及其堆肥，可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度和保水、保肥能力。另外，施用造紙污泥還可改善土壤的養(yǎng)分狀況，且具有一定的增產(chǎn)效果和后效，這與筆者所得結(jié)論一致。呂子文等[10]認(rèn)為有機(jī)復(fù)混肥中含有一定量的腐殖質(zhì)（高分子有機(jī)膠體），其結(jié)構(gòu)中含有多種活性基團(tuán)（如羧基和酚羥基等），這些活性基團(tuán)均有利于改善土壤的理化性質(zhì)。

可見(jiàn)，造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥能夠起到培肥、改土的作用，真正做到“用地養(yǎng)地結(jié)合”，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3結(jié)論與討論

污泥是造紙過(guò)程廢水處理的終端產(chǎn)物，其生物質(zhì)含量豐富，有機(jī)物含量40%~50%，主要含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等高分子有機(jī)物及填料、凝聚劑等，是一種理想的生物質(zhì)資源。其經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化、堆腐、無(wú)害化處理后可成為有機(jī)肥料的優(yōu)質(zhì)原材料之一，經(jīng)加工后的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥符合GB18877—2002，且應(yīng)用于玉米生產(chǎn)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

在等養(yǎng)分前提下，施用造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥在玉米促早熟方面優(yōu)勢(shì)大于速效化肥，此外，前者可促進(jìn)玉米株高、穗粒數(shù)和百粒重增加，禿尖長(zhǎng)度減少，且增產(chǎn)效果優(yōu)于后者。實(shí)踐證明，造紙污泥有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥不僅具有改良土壤物理性狀、蓄水保墑的特點(diǎn)，且可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和全氮、全磷、全鉀的含量。Calace等[11]研究認(rèn)為，添加造紙污泥有助于土壤中重金屬元素的保留，可避免其遷移到植物中，不會(huì)威脅人類食物鏈，在土壤中施用造紙污泥確可起到改良土壤的作用。另外，作為土壤改良劑，王德漢等[9]將其應(yīng)用于玉米盆栽試驗(yàn)中，認(rèn)為施用少量造紙污泥可顯著增加玉米生物量。

污泥農(nóng)用必須遵守一個(gè)前提，即只有經(jīng)過(guò)熱干化或生物堆肥、化學(xué)穩(wěn)定化處理的污泥才能施用[12]。盡管造紙廠的造紙工藝經(jīng)常會(huì)有所變化，但Maia等[13]認(rèn)為造紙污泥的結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，仍可用于堆肥使用。另外，重金屬元素是造紙污泥資源化利用所需考慮的首選因素，劉賢淼等[14]在其研究中認(rèn)為造紙污泥重金屬元素含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》。而林云琴等[15]認(rèn)為，添加污泥堆肥前后的土壤中Cu、Ni、Cr、Pb主要以殘?jiān)鼞B(tài)形式存在，Zn主要以Fe-Mn氧化態(tài)形式存在，這2種形態(tài)的重金屬的生物有效性均較小，而Cd主要以可交換態(tài)和碳酸結(jié)合態(tài)存在，生物有效性較大。可見(jiàn)，造紙污泥的施用雖可有效降低土壤中重金屬的生物有效性，但長(zhǎng)期施用不可避免會(huì)增加土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，這就要求廣大學(xué)者對(duì)造紙污泥施用后土壤和植株重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行大量研究、分析和評(píng)估，以期為造紙污泥堆肥安全農(nóng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

綜上，農(nóng)用資源化是解決日益增多的造紙污泥問(wèn)題的有效途徑，其農(nóng)用資源化既可使之轉(zhuǎn)化為一種良好的緊缺有機(jī)肥源，且可解決二次污染的問(wèn)題，不僅有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和化肥工業(yè)，更有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，是一種值得探討和深入研究的課題。