1、http:/www.eco-E-mail: editoreco-生態環境 2003, 12(3): 263-268Ecology and Environment燃煤煙氣脫硫副產物在酸性土壤上施用的效果以豆科作物為例李淑儀5藍佩玲1，徐勝光1，廖新榮5陳昌和2,徐旭常21： 廣東省生態環境與土壤研究所，廣東省農業環境綜合治理重點實驗室，廣東廣州510650； 2:清華大學熱能工程系，北京100084摘要：研究了燃煤煙氣脫硫副產物的農業利用價值，該物質在酸性土壤上施用對豆科作物的影響以及對環境的影響。研究結果顯示，燃煤煙氣脫硫副產物有很好的農業利用價值；在不同類型的紅壤上，豆科作物適量施用脫硫副產

2、物均有不同程度的增產和提高品質的效果， 并能有效地改善土壤的理化性能；供試物中的重金屬含量均沒有超過國家的限量標準，故適量施用后，當造作物植株中檢岀的重金屬均低于國家限量標準。關鍵詞：燃煤煙氣脫硫副產物；農業利用；酸性土壤；豆科作物；重金屬中圖分類號：X705文獻標識碼：A文章編號：1672-2175 (2003) 03-0263-06http:/www.eco-E-mail: editoreco-http:/www.eco-E-mail: editoreco-燃煤煙氣脫硫副產物是工業發電的燃煤脫硫 過程產生的一種固體廢物，主要由硫酸鈣和飛灰組 成，它不同于以往的粉煤灰。隨著人們對環保的重 視

3、，越來越多的企業為了減少由于SO2排放所造成的污染，將更多地采用燃煤脫硫工藝，燃煤煙氣脫 硫副產物的排放也將因此而不斷增加。若對它處置 不當，則不僅資源浪費，還將造成二次污染。如何處置這些固體廢棄物，是當今環境科學家 的重要研究課題。廢物資源化因其巨大的優越性日 益受到重視。燃煤脫硫固體廢物富含酸性土壤多數 缺乏的Si、S、Ca、Mo等元素，而這些元素已被證 實是可提高農產品品質的元素。我國對粉煤灰的農 用開發研究已有30多年的歷史，對粉煤灰的性質、 成分、改土作用、增產機理等的研究均較充分1但對燃煤煙氣脫硫副產物在農業上的利用還罕見 報道610。石膏(硫酸鈣)對于鹽堿土的改良作用， 早已有論

4、述8，但用于酸性土壤卻未見報道。本文報道在紅壤(酸性土壤)上豆科作物施用 燃煤煙氣脫硫副產物的盆栽試驗效果，旨在為燃煤 煙氣脫硫副產物的農業利用的可行性提供依據。1材料與方法1.1 供試材料1.1.1 供試物供試物為燃煤煙氣脫硫副產物，取自遼寧沈陽化肥總廠。1.1.2 供試土壤供試土壤為酸性土。土類有紅壤、赤紅壤，母質為南方最具代表性的花崗巖和砂頁巖。土屬有3種，其中花崗巖紅壤取自廣東省博羅縣象頭山海撥 830 m處，花崗巖赤紅壤取自廣州市廣東省生態環 境與土壤研究所紅壤試驗站，砂頁巖赤紅壤取自廣 東省梅縣扶大鎮梅縣農科所。其理化性狀見表1。http:/www.eco-E-mail: edit

5、oreco-http:/www.eco-E-mail: editoreco-土壤類型PH(H2O浸提)W(有機質) /(g kg-1)W(有效性養分)/(mg kg-1)NPKCaMgSBSiZnCuFeMn花崗巖紅壤5.194.2726.700.4452.022.315.8929.380.3530.651.181.6237.230.4花崗巖赤紅壤5.623.3317.161.9021.060.812.7912.650.2367.032.412.7104.230.2砂頁巖赤紅壤4.5713.7269.121.4145.093.813.3729.860.5659.6040.224.6382.52

6、2.9影響作物臨界值10.00100308040060800.50501.52.0103表1供試土壤基本性狀1.2 盆栽試驗600 g/kg。供試作物有花生、大豆和豇豆，品種分試驗所用肥料：尿素，w(N) 460 g/kg ;磷銨，別為汕優-523、英德黃大豆和蘆花豆。w(N) 110 g/kg，w(P2O5)440 g/kg ;氯化鉀，w(K20)燃煤煙氣脫硫副產物的施入量，花生盆栽分4基金項目：廣東省科技攻關重點項目(2003C321070);清華大學重點基礎研究項目(985校-06-基礎-6)；廣東省環保局科技研究項目(2001-09) 作者簡介：李淑儀(1957-)，女，研究員，從事植

7、物營養及廢物資源化利用研究。收稿日期：2003-03-17264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）個處理，分別為 0、4.5、& 15 g/kg 土；大豆6個 處理，分別為 0、2.8、4.2、8.3、11.1、16.6 g/kg 土； 豇豆5個處理，分別為 0、4、8、16、40 g/kg 土。裝土量，花生和大豆盆栽分別為10 kg/盆，豇豆盆栽為8 kg/盆。重復次數為 5次。氮、磷、鉀肥施用量：花生盆栽每千克土施 0.07g N、0.15 g P2O5、0.15 g K2O;大豆盆栽每千克土 施 0.04 g N、0.15 g P2O5、0.14 g K2O;豇豆盆栽每

8、千克土施 0.095 g N、0.15 g P2O5、0.075 g K2O。各物料與土壤充分混勻，裝盆后種上作物。 盆栽試驗設在玻璃網室內。大豆種植時間為2001年4月11日至7月30日；花生為 2001年8 月23日至12月17日，豇豆為 2002年3月22日 至7月3日。全過程沒施農藥。收獲時大豆、花生 測每盆生物量、干物量和籽實鮮質量、干質量；豇 豆測每盆生物量、干物量和收獲物鮮質量、干質量。1.3分析方法供試物（煙氣脫硫副產物）、土壤、植株樣本的Pb、Cd、Cr、Cu、Se用冷原子吸收光譜儀測定； Hg、As用原子熒光法測定；Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、 Mn用原子吸收法測定；總量

9、 S、有效S分別用 Na2CO3-MgO 熔融、質量法和 BaCl比濁法測定； Si用等離子發射光譜儀（ICP）測定；B用沸水浸 提，姜黃素比色法測定； Mo用極譜法測定；P用 NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；K用火焰光度法測定。供試物的理化性能：形態用掃描電子顯微鏡（JSM-T300 ）觀察；供試物及土壤的陽離子代換量 用NH4CI-NH4Oac法；體積質量和田間持水量用室 內模擬法；pH值用水提，水土質量比為2.5 ： 1, 電位法測定；土壤有機質和水解性氮，分別用重鉻 酸鉀法和堿解擴散法測定。收獲物的粗脂肪和水溶性糖，分別用石油醚提 取殘余法和鐵氰化鹽氧化法測定。2結果與討論2.1

10、燃煤煙氣脫硫副產物的農業利用價值2.1.1 燃煤煙氣脫硫副產物所含的營養元素表2和表3顯示，供試物除了含有普通粉煤灰 所含的化學元素之外，比普通粉煤灰含有更大量的 鈣和硫。表2的分析結果還顯示，供試的燃煤煙氣 脫硫副產物，雖所含鈣、硫、鎂及其它微量元素含 量因不同地方或不同來源的煤而有一定的差異，但 由于燃煤煙氣脫硫副產物富含對作物有益的元素 正是廣大紅壤地區所普遍缺乏的元素，因此可以認 為，如果它所含的重金屬含量不超標，那么，把它 作為該地區一種資源應用于農業生產上，其效果將 比普通粉煤灰更勝一籌，即燃煤煙氣脫硫副產物具 有很好的農用價值。2.1.2 燃煤煙氣脫硫副產物的形態、交換性能和物

11、理性狀表4的分析結果表明，燃煤煙氣脫硫副產物的 pH值有酸性也有堿性，均符合國標限定的范圍； 陽離子代換量為 6.499.56 cmol/kg ,體積質量 0.8561.204 g/cm 3,田間持水量為 161.7240.1 g/kg。本試驗的供試物為酸性，陽離子代換量、體積 質量、水分和田間持水量均處于其它兩種的中間 值，但陽離子代換量大于供試土壤的，體積質量輕 于供試土壤的；田間持水量大于花崗巖發育的紅壤 和赤紅壤，而小于砂頁巖發育的赤紅壤。供試物掃描電鏡觀察結果表明，它主要含有三264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）表2燃煤煙氣

12、脫硫副產物中對作物有益的營養元素質量分數取樣地點w（總量養分）/（g kg-1）w（速效養分）/（g kg-1）w（有效養分）/（mg kg-1）CaMgSCaMgSKPBMoSiCuZnFe Mn遼寧沈陽281.10.597140.4a64.0 0.475.864.62119.71.01.39127.7 0.84廣東連州156.32.97556.770.50.1646.0b65.0 42.1220.922.85635.21.420.891.02 5.07山東淮坊323.90.74895.2138.50.3164.7 b8.0痕量0.680.542529.02.97痕量

13、1.19 痕量表3取自廣東連州電廠的燃煤煙氣脫硫副產物中飛灰部分的礦質總量分析結果w/（g kg-1）Al 2O3Fe203TiO2SiO2CaOMgONa2OMnOP2O5K2OSO3灼失量224.5112.69.3468.172.613.46.2 2.02.011.422.744.5表4燃煤煙氣脫硫副產物的酸堿度、交換性能和水分物理性能取樣地點pH（H2O浸提）陽離子代換量/（cmol kg-1）p （體積質量）/（g cm-3）w（水分）/%w（田間持水量）/（g kg-1）遼寧沈陽4.998.350.9473.41189.7廣東連州7.706.491.2044.38161.7山東濰坊1

14、0.039.560.8562.46240.1264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）種形態的物質，一種是長條方形，另一種是表面多 孔的空心球體，還有一種是蜂窩狀的多孔聚合體。 前一種很可能是微石膏晶體，后兩種便是大小不 等、形狀不規則、表面凹凸不平、微孔較小的空心 微珠和表面粗糙、棱角較多的蜂窩狀粒子。由于供試物為極細的蜂窩狀空心體，因此施于 土壤中有可能改善根際土壤的體積質量，增加土壤 通透性，提高土壤吸持水分的能力，有利于土壤生 物活動和作物的根系生長。2.1.3 紅壤系列各土類的土壤肥力特性從表1的分析結果可知，供試土壤為中等酸性， pH在4.575.62之間，土壤中所含的作物所

15、需的大 量元素（磷、鉀）有效養分含量較低，中量元素（鈣、 鎂、硫）和微量元素（硼等）的有效含量也較低， 多數在臨界值之下。這是土壤風化淋溶強烈所致。 而燃煤煙氣脫硫副產物富含了紅壤土綱中普遍缺 乏的作物有益元素，正好可以彌補這類土壤的生產 缺陷。2.2 作物施用脫硫副產物的效應2.2.1 豆科作物的農藝性狀和收獲量施用了燃煤煙氣脫硫副產物的作物生長正常，葉色深綠，沒有發生葉片顏色異常和卷曲等作物生 長的缺素癥狀；而未施用供試物的作物，葉片出現 邊緣顏色發紅、卷曲等缺素癥狀，植株矮小、瘦弱, 開花結莢明顯差于施用了供試物的，且易招蟲害和 易患病害。試驗結果（表 5）顯示，施用脫硫副產物后， 花崗

16、巖紅壤上花生的生物量增加最為顯著，其次是 砂頁巖赤紅壤的。大豆的試驗則可能是由于試驗過 程中，病蟲害對試驗影響較大，使試驗結果無規律 性（本來大豆的盆栽試驗是設置了3種不同土壤的，后來由于網室被局部破壞，造成病蟲害侵壟較嚴 重，導致試驗基本失敗），但也可看出有一些處理 是有效的。表5的調查結果顯示，以大豆、花生為代表的 豆科作物施用脫硫副產物后，植株高度和主根長度 普遍受抑制；而產量調查結果顯示，其結實率、生 物量和籽實干質量則普遍提高，即脫硫副產物有矮 化植株、減少消耗、提高產量的功能。豇豆農藝性 狀調查（表5）和產量調查（表 6）結果顯示，豇 豆施用脫硫副產物后是通過結莢率和結豆數增加，

17、去提高收獲物產量的。264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）表5施用燃煤煙氣脫硫副產物對大豆和花生農藝性狀和產量的影響土壤類型作物w（施供試物）/（g kg-1）h（株高）/cm1（主根長）/cm結實率/%生物量/（g盆一1）1）干物質量/（g盆一1）1）籽實干質量/（g盆一1）1）花崗巖赤紅壤大豆097.3330.3370.686.33ab34.88ab2.71b2.888.3326.3371.7102.62a43.52a4.35ab4.281.5026.3375.099.57a41.61a3.35ab8.373.3318.3395.0

18、75.73b27.94b4.74a11.181.8330.0087.682.42ab29.50b4.88a16.692.6729.6778.26102.62a40.69a4.01ab花崗巖紅壤花生032.6720.8567.5119.17a33.58b10.16b4.529.7818.3167.1118.33a38.84a12.34a8.030.4317.9767.8128.55a37.37a12.27a15.031.6317.5472.7128.63a38.74a12.76a砂頁巖赤紅壤花生027.5817.1365.992.17"26.15b6.96b4.526.6515.896

19、6.0123.6340.61a10.36a8.025.5015.0965.9124.8339.27a10.94a15.025.9316.0067.1136.9339.20a9.78a1）顯著度p i0.05，處理間不同字母者表示差異顯著表6施脫硫副產物對豇豆農藝和產量性狀影響w（施供試物）/（g kg-1）豇豆結莢率/ %結豆數量/（條盆-1）全株生物量/（g 盆-1）全株干物量/（g 盆-1）豇豆鮮質量/（g 盆-1）1）豇豆干質量/（g 盆 一1）1）w（豇豆干物率）/ %017.3218.4298.741.84217.23b25.31b11.65816.4721.7315.741.352

20、32.58ab25.23b10.851620.8223.2321.843.85244.86ab29.03ab11.863214.9525.2351.147.99261.77329.73ab11.368018.7425.0359.149.94273.67a32.36a11.821）顯著度p i0.05，處理間不同字母者表示差異顯著264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）可根據作物的產量效應確定脫硫副產物的適 宜施用量。圖1的統計結果顯示，脫硫副產物的適 宜施用量有一定的范圍，太少了效果不明顯，太多 也會使作物減產；不同作物對脫硫副產物的需求量不同，這可能是不同作物對某些元素的需求差異所

21、致。本試驗結果顯示，花生在兩種不同母質的紅壤 上的最適施用量是 610 g/kg ,大豆的最適施用量是 811 g/kg，而豇豆的最適施用量則是5060 g/kg。264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）20脫硫副產物施入量/(g kg-1)Y = 14.65+0.16X-0.001 53X2(r =0.986, F =17.74)盆量質實籽豆大花崗巖赤紅壤大豆盆F量產生花砂頁巖赤紅壤花生5101520脫硫副產物施入量/(g kg-1)Y=2.97+0.043 X-0.000 22X2(r=0.95, F=14.77 )264生態環境第1

22、2卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）5101520脫硫副產物施入量/(gkg-1)Y=7.03+0.17X-0.001 91X2(r =0.993, F =37.68)0.020.040.060.080.0100.0脫硫副產物施用量/(g kg-1)Y=214+0.66X-0.001 48X2(r =0.989, F =46.5)圖1作物產量與脫硫副產物施入量的回歸關系264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）2.2.2 施脫硫副產物對豆科作物品質的影響表7的分析結果表明，盆栽試驗施用脫硫副產 物，

23、可使大豆和花生的干物率、脂肪和蛋白質含量 提高，從而提高農產品的食用品質。由于Ca是細胞壁的結構成分，還是某些酶的 激活劑、促進蛋白質合成、調節植物體內介質的生 理平衡有特殊功效；S是蛋白質、酶、葉綠體和某 些特殊物質如維生素等的組成元素，還參與氧化還 原反應、固氮作用等；Si促進磷吸收和糖、淀粉和 脂肪的合成；Mo參與氮代謝與同化，并與植物體 內維生素C的合成有關。而脫硫副產物中富含有效 的Ca、S、Si、Mo等對作物品質有顯著關系 的營 養兀素， 因此，適量施用可提高和改善作物產品的 品質。264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）表7

24、紅壤上施用不同量的脫硫副產物對大豆和花生品質的指標分析結果土壤類型作物w（施供試物）/（g kg-1）w（干物）/%w（粗蛋白質）/（g kg-1）w（粗脂肪）/（g kg-1）花崗巖赤紅壤大豆籽實029.74237.58177.22.835.82241.914254.33215.18.334.10246.81225.911.131.61234.21223.716.632.89249.09200.7砂頁巖赤紅壤花生籽實028.37181.63462.74.523.86193.56477.98.031.47198.38486.01528.63200.02489.6264生

25、態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）2.2.3 施脫硫副產物對土壤供肥、供水性能的影響表8的結果顯示，花崗巖母質發育的赤紅壤和264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）表8供試脫硫副產物及施用后土壤主要供肥性能的變化土壤類型作物w(施供試物)/(g kg-1)pH陽離子交換量/（cmol kg-1）p （體積質量）/（g cm-3）w（田間持水量）/（g kg-1）花崗巖赤紅壤大豆05.983.371.3823.081.37140.04.25.363.901.3514

26、03.471.34141.701.36141.871.36140.8花崗巖紅壤花生05.152.591.1983.181.24143.78.05.252.711.21141.3165.032.891.20141.7砂頁巖赤紅壤花生04.558.041.0558.391.10235.88.04.357.461.11249.2164.358.661.08244.1供試脫硫副產物4.998.350.947189.7（沈陽化肥總廠）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第1

27、2卷第3期（2003年8 月）紅壤，以及砂頁巖母質發育的赤紅壤，種植蘿卜施 用脫硫副產物后，土壤的性質發生了如下變化：（1）土壤的pH值有下降的趨勢，這一方面是 由于供試驗的脫硫副產物取自沈陽化肥總廠，其本 身呈酸性（pH 4.99）；另一方面，是由于脫硫副產 物富含硫，經氧化作用會形成硫酸，過量施用會有 此作用，因此在使用過程中應注意不可過量施用。（2）陽離子代換量有提高的趨勢，即有改善土壤的供肥性能的趨勢。這一方面可能是由于脫硫副 產物本身的陽離子代換量高于土壤中的，施用后會 使其陽離子代換量高于原來的；另一方面，紅壤是 可變電荷土壤11, 12，供試物含大量的Si，當把它施 于土壤時，S

28、i可以與土壤中帶正電荷的無定形 FeAl 2O30.5+或FeMn 203°.5+產生作用而轉變為帶負 電荷的Fe-AI-Si（OH） 30.5-或Fe-Mn-Si（OH）曠5-，因 此可以認為，土壤施用脫硫副產物后，Si使土壤中 換量升高的主要原因。（3）田間持水量有增加的趨勢，改善了土壤對 作物的有效供水性能。這可能是由于供試物特有的 極細的蜂窩狀空心體，使持水孔隙增加，從而提高 了土壤保水性能，最終提高了對作物的有效水量。2.3 施脫硫副產物對作物和土壤可能引起的環境 影響的初步評價2.3.1燃煤煙氣脫硫副產物中的重金屬元素含量從表9的結果可知，所研究的取自三個省的供 試物中，

29、不僅重金屬元素質量分數均在國家有關農 用粉煤灰污染物控制標準（國標允許含量值）以下;所有取樣點供試物的總Pb、總Cr,遼寧沈陽和廣東連州供試物的總 Cu的質量分數，甚至在土壤環 境質量標準值二級以下；所有取樣點供試物的總 Ni，山東淮坊供試物的總 Cd、總As和總Cr，遼寧 沈陽供試物的總 Cd和總Cu的質量分數，甚至在土264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）264生態環境第12卷第3期（2003年8 月）負電荷的作用覆蓋了正電荷的作用，是使陽離子代壤環境質量標準值一級（自然背景值）以下。表9燃煤煙氣脫硫副產物的重金屬元素質量分數1）總Pb總Cd總Cr總As總Se總Ni總Cu取樣地點

30、及有天的質量標準pH （ H2O 浸提）w/(mg kg-)遼寧沈陽4.99124.10.083170.534.40.93417.5633.8廣東連州7.7062.451.51179.462.60.36910.8283.26山東淮坊10.0399.380.01283.45.044.2421.35239.8國標最高允許含量2）<6.510.025052507515200250>6.58.7500105007515300500土壤環境質量標準值3）自然背景值< 35< 0.20< 90< 15< 40< 35二級(pH<6.5)< 250

31、< 0.30< 250< 30< 40501501）為了保證分析數據的準確度，在樣本分析過程中用標準樣進行監控2）引自GB 8173-87農用粉煤灰中污染物控制標準3）引自GB 15618-1995土壤環境質量標準值264生態環境第12卷第3期(2003年8 月)分析結果顯示，燃煤煙氣脫硫副產物農用是安豆、豇豆)施用燃煤煙氣脫硫副產物后，其收獲物全的。的重金屬質量分數，均低于國家無公害食品蔬菜的表10 豆科作物的重金屬質量分數變化w/(mgkg-1)作物處理CdPbCrAsCuHg花生籽實對照0.0380.240.290.0197.030.16施脫硫產物0.0430.3

32、20.290.0726.570.002大豆籽實對照0.0790.440.480.07012.710.012施脫硫產物0.0440.410.460.02012.680.008豇豆(可食部分)對照0.00810.140.005施脫硫產物0.0589.840.015蔬菜重金屬限量標準0.051)0.21)0.51)0.51)>202)0.011) 引自中華人民共和國農業行業標準中無公害食品的蔬菜衛生指標(NY50015005-2001)達到營養過剩或毒害的質量分數264生態環境第12卷第3期(2003年8 月)264生態環境第12卷第3期(2

33、003年8 月)2.3.2 施用脫硫副產物后作物的重金屬含量表10的分析結果表明，豆科作物(花生、大3結論(1) 燃煤煙氣脫硫副產物有很好的農用價值。(2) 在酸性土壤上豆科作物施用燃煤煙氣脫 硫副產物可提高作物產量和品質。(3) 在酸性土壤上施用燃煤煙氣脫硫副產物 可改善土壤理化性能。(4) 在酸性土壤上施用燃煤煙氣脫硫副產物 對土壤和作物的重金屬元素變化沒有影響。參考文獻：1 楊劍虹，車福才，王定勇,等.粉煤灰的理化性質與農業化學行為的研究J.植物營養與肥料學報，1997, 3(2): 341-348.2 青木正則，菅沼浩敏.日本煤灰用于農業的研究J.國外農業環境 保護,1993, 38(

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