造纸污泥堆肥制备土壤改良剂的研究

造纸污泥堆肥制备土壤改良剂的研究

由于纸浆沼泽中植物的营养成分高于猪粪，且不存在重金属污染的风险，且数量大且集中，这是一种高质量、价格低廉的有机肥料资源，因此，纸浆沼泽耕地的开发前景良好。通过实验室1m3小型发酵池强制通风好氧堆肥试验,已经知道造纸污泥生物转化的特点与堆肥过程中各种参数的变化,但造纸污泥堆肥水分仍高达40%左右,作为商品土壤改良剂显然不合适,必须进一步加工,以符合农村肥料市场的要求本研究的目的是将污泥堆肥干燥、粉碎,喷雾自制的肥料粘合剂,在普通圆盘造粒机上加工成颗粒状土壤改良剂,通过盆栽与田间试验,探讨造纸污泥堆肥的二次加工产品对土壤肥力和农作物生长的影响,为造纸污泥农用资源化提供理论基础。1试验材料和方法1.1肥料及理化剂造纸污泥在华南农业大学新肥料资源研究室1m3小型发酵池进行强制通风好氧堆肥,堆肥原料组成为脱水污泥、风干污泥、鸡粪、尿素、磷矿粉、自制发酵菌及陈旧树皮。造纸污泥堆肥产品的主要农用指标为:水分44%,pH值6.7,有机C40.74%,C/N22.4,N、P、K总量为2.93%;Cu133mg/kg,Zn94mg/kg,Pb15mg/kg,As1.4mg/kg,Hg0.03mg/kg,Cr6.7mg/kg,Cd0.11mg/kg,Ni6.7mg/kg。肥料调理剂选用河南信阳产沸石粉;肥料造粒粘合剂LS采用造纸厂酸法制浆废液,经过生化脱糖处理、浓缩成40%固含量。1.2土壤改良剂的制备将造纸污泥堆肥与沸石粉按9∶1比例混合均匀,风干、粉碎,经计量后投入复合肥生产专用小型圆盘造粒机中,一边逆时针转动,一边喷纸浆废液粘合剂,待污泥成球后烘干,过筛得颗粒状土壤改良剂,其水分为12%,有机质含量43%,总N、P、K2%,pH值7.3。1.3通过纸泥浆土壤改良剂的肥料有效性测试1.3.1土壤改良剂用量试验盆栽试验在玻璃大棚中进行,土壤取自华南农业大学农场菜园,每盆装风干土2kg,分别种菜心、玉米,每种作物6个处理(CK、P-1、P-2、P-3、P-4、P-5),每个处理4个重复,土壤改良剂用量(g/盆)分别为:0、10、20、30、50、100,栽培30天收获。1.3.2试验设备及施肥方案试验设在华南农业大学农场土壤化学分场,耕层土壤基本理化性质如表1所示,供试作物为玉米,品种为“粤农9号”,所用复合肥为广州市良田复合肥厂生产。田间试验共设5个处理,分别为CK(不施土壤改良剂PSC)、T-1(10kgPSC/小区)、T-2(20kgPSC/小区)、T-3(30kgPSC/小区)、T-4(40kgPSC/小区),每个处理重复3次,共15个小区,区组随机排列,小区面积为6m2。造纸污泥土壤改良剂(PSC)全部作基肥,追肥采用无机复混肥,用量为0.675kg/小区。2001年4月16日播种,7月14日收获,共89天。1.4分析造纸污泥堆肥、土壤及植株分析方法均按照《土壤农业化学分析方法》进行。2结果与分析2.1施泥与土壤养分在盆栽土壤中,添加不同用量的污泥土壤改良剂,种植菜心,试验结果发现,造纸污泥的肥效明显,菜心叶色浓绿。从表2可以看出,污泥土壤改良剂对菜心的生长有很好的促进作用,随着污泥改良剂用量增加,菜心植株的生物量也随之增加,与不施污泥CK对比,菜心增产极显著,增产达1～6倍。施污泥对菜心有显著增产作用,其机理与菜心对养分高效利用有较大关系,从图1可以看出,施用土壤改良剂能大幅度提高菜心对土壤中N、P养分的吸收,增加菜心植株的N、P含量。造纸污泥土壤改良剂是一种高有机C的有机无机复合材料,施入土壤中能改良土壤的物理结构,具有保肥保水功能。图2、图3是盆栽菜心后土壤N、P养分有效态状况,从图2、图3可以看出,随着土壤改良剂用量的增加,土壤中铵态氮逐渐增加,硝态氮逐渐减少,有效磷逐渐增加,对照处理中N含量较少且以硝态氮为主,说明农业上施用污泥土壤改良剂,不仅可以活化土壤养分,而且还可减少土壤中N素淋失造成的地下水硝酸盐污染。农业利用是消纳污泥最具潜力的一种处置途径,但要注意污泥中重金属对土壤及农产品是否造成污染,表3是菜心植株中金属含量的变化。从表3看出,未施污泥处理CK中Pb超标,但所有施污泥处理的菜心植株中重金属含量低于国家蔬菜卫生标准,这主要是污泥改良剂pH值较高,而且大分子有机质吸附固定少量重金属,使金属生物有效性降低。表4为盆栽菜心后土壤中重金属含量的变化。从表4可以看出,施用土壤改良剂后,土壤中Cu、Cr、Cd、Pb、Zn均有一定程度的增加,其中对照土壤本身Cd的含量检不出,增加部分肯定是从污泥中带入,实际上,以上土壤中5种重金属含量仍较低,土壤并不受污染。2.2施肥量和生物量在种植玉米的盆栽试验中,向土壤中分别施用不同用量的污泥土壤改良剂,试验结果发现玉米长势比菜心差,但也看出污泥的肥效作用。从表5可以看出,随着改良剂施用量增加,玉米植株的生物量也随之增加,改良剂对玉米增产率在22%～178%之间,处理P-5的改良剂用量是P-4的1倍,但其生物量的变化没有那么大,说明植株的生长不是施肥量越多而生长越快,过量地使用肥料,植株不能完全利用,相反易造成环境污染。从图4可以看出,污泥土壤改良剂能提高玉米对N、P养分的吸收,特别是对N的吸收,玉米植株中含磷量只有在土壤改良剂用量达到30g/盆以上时,才有显著增加。从表6可以看出,玉米植株中铜、铅的含量偏高,但不随着土壤改良剂施用量的增加而增加,实际上铜、铅是由原菜园土基质本身所含的,少量施用改良剂于菜园土中,玉米植株Zn的含量检测不出,而随着污泥施用量的增加,植株Zn的含量有所增加,根据我国蔬菜食品卫生标准,Cu≤10mg/kg、Zn≤20mg/kg、Cd≤0.05mg/kg、Pb≤0.20mg/kg、Cr≤0.40mg/kg,所有改良剂处理的玉米植株中重金属含量均未超标。2.3木本糖对玉米生长的影响为了验证盆栽玉米试验结果,对造纸污泥土壤改良剂进行了大田应用试验,结果如表7所示。大田小区试验结果表明:随着造纸污泥改良剂用量的增加,玉米增产作用明显,与对照CK相比,处理T-4的玉米增产率高达18.25%。污泥改良剂对土壤理化性质影响较大的是土壤容重、有机质和速效养分,施用污泥改良剂后,土壤容重逐渐下降,而且下降的幅度同改良剂用量呈正相关,各处理的有机质和速效养分均比CK高,特别是土壤速效磷增加明显。3能提高土壤的生物活性在土壤中施用造纸污泥土壤改良剂,能明显促进菜心、玉米的生长,随着改良剂施用量增加,菜心、玉米增产效果显著。污泥土壤改良剂不仅能大幅度提高作物对N、P养分的吸收,而且能降低土壤容重,增加土壤有效磷含量,减少铵