基于石膏尾礦的鹽堿地復合調理劑應用及經濟性評估

田 鵬，李洪靜

1.湖南宏業石膏礦業有限公司，湖南常德 415300；2.興安盟隆華農業科技有限公司，內蒙古興安盟 137400

全球約有3億hm2的土地受到鹽堿化影響，其中中國約占1/3，尤其是在干旱和半干旱地區普遍存在，影響農作物生長，嚴重制約著糧食生產和農業可持續發展。因此，高效開發利用鹽堿地，對保障國家糧食安全和置換經濟發展用地，具有積極而重要的意義。

1 石膏尾礦的資源化再利用

脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏等工業副產石膏是工業廢棄物，被廣泛地應用于鹽堿地改良，但工業副產石膏含有一定的重金屬元素，一方面可能被農作物吸收并影響其正常生長，另一方面可能進入地下水，成為二次污染的隱患，從而威脅土地安全和糧食安全[1]。雖然部分研究指出，施用工業副產石膏后土壤和農產品的重金屬含量低于有關國家標準中的限量[2-4]。但由于脫硫工藝、煤炭和石灰石來源等不同，造成不同工業副產石膏中的重金屬元素、放射性核素含量差異較大，選用不當或者長期大量使用，存在對環境和人類健康造成負面影響的風險[5-9]。

石膏尾礦是指石膏礦山開采中產生的廢棄物，其本質是低品位天然石膏，并含有泥巖等圍巖。石膏尾礦的礦物組成除二水石膏外，主要為無水石膏、伊利石、綠泥石、方解石、石英等礦物組成，主要化學成分為氧化鈣、三氧化硫，其次為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵，同時還含有一定量的鉀、鈉、鎂和其他中微量元素，可以有效補充鹽堿土壤中缺乏的礦物質元素，提高土壤肥力。將石膏尾礦應用于鹽堿地改良，還能提高土壤硫酸鹽還原菌、甲烷氧化菌的豐度及其活性，并抑制土壤產甲烷菌的活性，從而顯著降低稻田溫室氣體排放，有效緩解全球氣候變暖[10]。

富勒烯是一種新型碳納米材料，可以誘導作物體內水通道蛋白的表達，從而促進根的生長和對水分的吸收，還可吸附土壤溶液中的養分離子，從而促進營養離子進入根系細胞，加快作物對營養離子的吸收，并能提高光合作用強度等。同時，富勒烯還可以降低土壤氧化還原電位和根際土壤酶活性，抑制養分元素的淋失作用，顯著提高土壤中氮、磷和鉀元素的有效性，從而促進植物對石膏尾礦中養分的轉化和吸收[11-15]。

因此，探究以石膏尾礦、富勒烯等為核心原材料的新型石膏基鹽堿地復合調理劑，石膏在土壤中分解為鈣離子和硫酸根離子，前者有利于改善土壤結構，后者則能夠與鈉離子結合形成不溶性鹽，有效減少土壤鹽分累積，從而使土壤pH值和堿化度顯著降低[16-18]。富勒烯則具有豐富的表面活性基團，能夠吸附土壤中的鈉離子，防止其與植株根系產生反應，并能改善水稻根系周圍微環境，提高根系活力，促進水稻根系對營養元素的吸收，對改善土壤結構、提高作物抗逆性具有重要作用。因此，富勒烯與石膏的復合應用，可以達到良好的改良效果，并為鹽堿地治理提供新思路和技術支持。

2 石膏基鹽堿地復合調理劑的實驗室研究

2.1 原材料的預處理

2.1.1 石膏尾礦的預處理 首先，篩分來自湖南宏業石膏礦業有限公司的石膏尾礦，篩選出粒徑為1～3 mm的顆粒，去除雜質和大塊狀的石膏尾礦。其次，將篩選出的石膏尾礦顆粒進行烘干，將其放入烘箱中，在120 °C下烘干24 h。最后，將烘干后的石膏尾礦顆粒進行研磨，得到粒徑均勻的石膏尾礦粉末。

2.1.2 農作物秸稈的預處理 收集興安盟當地普遍存在的玉米秸稈和水稻秸稈。先進行清洗、切碎和風干處理，使其含水率控制在10%以下，然后進行堆肥，堆肥過程中溫度控制在50～60 ℃之間，在不斷翻堆的過程中，使秸稈充分分解后，通過篩網篩分，去除雜質和大塊物料。

2.1.3 牛羊糞的預處理 收集興安盟當地普遍存在的牛羊糞。先進行堆肥處理，堆肥期為2～3個月，達到腐熟要求，使糞便充分發酵后，通過篩網篩分，去除雜質和大塊物料。

2.2 石膏基鹽堿地復合調理劑的配制

2.2.1 稱量 將石膏尾礦粉末、富勒烯、農作物秸稈、牛羊糞、磷酸二銨和麥飯石粉按照如下比例進行稱量。

石膏尾礦粉末：20%～30%，富勒烯：10%～20%，農作物秸稈：15%～25%，牛羊糞：10%～20%，磷酸二銨：2%～5%，麥飯石粉：15%～20%。

2.2.2 配置水溶液 將富勒烯粉末加入去離子水中攪拌均勻，制備成富勒烯水溶液。

2.2.3 混合 將石膏尾礦粉末、農作物秸稈、牛羊糞、磷酸二銨和麥飯石粉混合均勻，形成混合物。

2.2.4 復配 將富勒烯水溶液加入混合物中，攪拌均勻。

2.2.5 干燥 晾干或烘干后即可使用。

3 石膏基鹽堿地復合調理劑的應用

3.1 試驗設計

應用試驗于2021—2022年在內蒙古自治區興安盟科右中旗進行，該地區鹽堿地以蘇打型為主，試驗地塊平均pH值為8.6，不適宜水稻生長。

采用大區對比法，設置2個處理，每個處理重復3次，每個處理面積為667 m2。處理1按100 kg/667 m2的用量施用石膏基鹽堿地復合調理劑、1 000 kg/667 m2的用量施用腐熟農家肥，然后旋耕混勻，旋耕深度不低于15 cm；處理2（CK）不施用鹽堿地復合調理劑，按1 000 kg/667 m2的用量施用腐熟農家肥，然后旋耕混勻，旋耕深度不低于15 cm；種植的水稻品種為興安盟袁隆平院士工作站選育的耐鹽堿雜交稻新組合TL7，水稻于4月21日播種，9月16日收獲。

種植期間，各處理的其他肥料品種、施用方法、施用量按常規施肥，均按50 kg/667 m2的用量施用水稻專用底肥、10 kg/667 m2的用量施用水稻專用摻混肥。

3.2 石膏基鹽堿地復合調理劑對鹽堿地土壤理化性質的影響

從試驗情況來看，使用石膏基鹽堿地復合調理劑后，鹽堿地土壤pH值、全鹽含量、土壤容重顯著下降，處理1與CK組的差異十分明顯，說明石膏基鹽堿地復合調理劑對鹽堿地的改良效果好，能夠有效降低土壤的含鹽量，同時土壤結構得到了改善，提高了土壤的透水性和保水能力，十分有利于農作物生長；有機質和氮、磷、鉀含量方面都呈現下降的趨勢，處理1下降的趨勢更明顯，這可能是由于施用石膏基鹽堿地復合調理劑后產量顯著提高，導致土壤養分的消耗更多（表1）。

表1 石膏基鹽堿地復合調理劑對鹽堿地土壤理化性質的影響情況表

3.3 石膏基鹽堿地復合調理劑對水稻農藝性狀及產量的影響

從試驗情況來看，在鹽堿地施用石膏基鹽堿地復合調理劑后，水稻產量明顯得到提高。具體而言，處理1水稻的各項農藝性狀指標都顯著高于CK組，并且增產率高達118.7%。這表明施用石膏基鹽堿地復合調理劑可以改善水稻生長狀況，提高水稻產量，具有很好的應用前景（表2）。

表2 石膏基鹽堿地復合調理劑對水稻農藝性狀及產量的影響情況表試驗對比

表3 石膏基鹽堿地復合調理劑經濟性評估表試驗對比

4 經濟性評估

從試驗情況來看，在鹽堿地施用石膏基鹽堿地復合調理劑后，水稻產量、產值、凈收益、投產比都比對照組高。其中，處理組的水稻產量為539.2 kg/667 m2，對照組為246.6 kg/667 m2，產量增加了118.7%，而石膏基鹽堿地復合調理劑成本增加卻只有38.1%；從凈收益來看，處理組的凈收益為704.46 元/667 m2，對照組的凈收益為90.07元/667 m2，相差達到7.5倍，雖然石膏基鹽堿地復合調理劑使用會增加一定的成本，但石膏基鹽堿地復合調理劑能夠顯著改善鹽堿地理化性質，進而提高水稻的產量和經濟效益，具有顯著的正向影響，處理1的產投比高達1.8也驗證了這一點，說明投資回報率更高。

綜合來看，石膏基鹽堿地復合調理劑的應用，對鹽堿地種植水稻的產值和經濟效益的影響十分顯著，可以幫助農民獲得更高的收益，對于提高鹽堿地高效開發利用具有重要意義。

5 結論

5.1 石膏基鹽堿地復合調理劑的效果與優點

石膏基鹽堿地復合調理劑對水稻種植的效果和優點主要有以下4點。

（1）明顯提高產量。經過多次試驗和數據分析，施用石膏基鹽堿地復合調理劑可以增加水稻的有效穗數、穗粒數、千粒重，提高結實率，平均增產率達到118.7%，這是由于石膏基鹽堿地復合調理劑中的各種成分可以協同作用，改善鹽堿土壤的理化性質，提高土壤肥力，從而促進水稻生長發育。還可以補充中微量元素，從而提高水稻的品質，增加水稻的商業價值。

（2）降低化肥使用量。石膏基鹽堿地復合調理劑中包含有機肥料和微量元素，可以增加土壤肥力，減少對化肥的依賴，從而降低化肥使用量和成本。通過提高產量和品質，減少化肥使用量和成本，石膏基鹽堿地復合調理劑的應用可以顯著增加農民的收益，提高土地利用效率，促進農業可持續發展。

（3）促進石膏尾礦的綜合利用。石膏尾礦通常含有農作物生長所必需的中微量元素，用于制造石膏基鹽堿地復合調理劑，不僅修復鹽堿地惡劣的生態環境、保障國家糧食安全，還吸收了大量尾礦尾礦，實現了“以廢治廢”，提高了礦產資源利用率。

（4）應用場景廣泛。石膏基鹽堿地復合調理劑適用于鹽堿地改良、農田土壤肥力增強、作物生長促進等領域。其中，改良鹽堿地是主要應用領域。同時，石膏基鹽堿地復合調理劑不僅適用于水稻的種植，還適用于其他作物的種植，如小麥、玉米、大豆等糧食作物和果蔬等經濟作物。

綜上所述，石膏基鹽堿地復合調理劑的應用可以靶向降低土壤堿害，提高鹽堿地土壤肥力，從而顯著提高水稻產量和品質，減少化肥使用量和成本，提高經濟效益，對于加強石膏尾礦的資源化再利用、探索改良鹽堿土壤的有效途徑具有重要的意義，具有廣闊的應用前景和市場潛力。

5.2 未來研究方向和展望

基于石膏尾礦的鹽堿地復合調理劑成功應用為開發和利用鹽堿地提供了新思路和新方法，未來將探索不同鹽堿地類型、不同作物的適用性；同時，雖然通過試驗驗證了石膏基鹽堿地復合調理劑的實際效果，但在深入了解石膏基鹽堿地復合調理劑的作用機理和作用方式上還需要進一步地研究和探索；還需要指出的是，石膏基鹽堿地復合調理劑改良效果的維持性取決于土地利用方式和種植管理模式。改良后的土地若長期撂荒，則會有潛在土壤返鹽返堿風險。此次試驗的結果表明石膏基鹽堿地復合調理劑應用可以提高鹽堿地種植水稻的產量和經濟效益，但該石膏基鹽堿地復合調理劑的成本相對較高，需要進一步降低成本，提高投產比。