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第24章 技术成果(14)

对于西大滩白僵土的脱盐过程,有其特殊的地质原因,它的形成,包括脱盐和碱化两个过程。即:整个银川盆地在NNE向的反时针扭动力作用下,致使西大滩逐渐抬升,导致地下水位下降,又在山洪与降水的淋溶作用下,使土壤中的盐分逐渐减少。西大滩白僵土的碱化过程为频繁的水盐运动加剧了胶体表面钠离子与二价阳离子的交换作用。当土壤盐分以碱性钠盐为主时,由于碳酸根离子的存在,减少了土壤溶液中钙离子的活性,加强了钠离子置换钙离子的能力,当土壤胶体表面吸附交换性钠离子数量大于土壤盐基代换量的20%时,就形成了碱化土壤。

1.3宁夏盐碱地的改良技术研究进展

宁夏引黄灌区是一个古老的灌区,宁夏人民在长期治理盐碱过程中,积累了丰富的农艺耕作经验,可简要归纳如下:淤,放淤改良;灌,合理灌溉;肥,即增施有机肥和磷肥,以增强土壤对盐碱的缓冲性和作物的抗盐碱能力;翻,当夏作物收获后正值伏天,及时灌水并犁翻土壤,此外,还可于秋后翻地爆晒;轮,即采用稻旱轮作的方式;松,及时松土切断土壤毛管,抑制返盐;种,根据土壤含盐碱轻重,选择适宜的耐盐碱作物;换,铺沙换土或田面铺覆麦文,以改善黏重土壤物理性质,增加土壤有机质数量来抵御盐碱危害。

水利工程技术是1950年以来宁夏改良盐碱土所采用的最主要的技术。近50年来,水利工程技术走过了20世纪50年代、60年代以明沟为主要排水体系的灌排改良盐碱土技术,70年代竖井强制抽排技术,80年代竖井、排水沟结合排水洗盐技术,到90年代的以明沟为主,同时辅以竖井与暗沟为特征的综合水利工程改良技术。

台田法改良技术是指在盐渍土上人为抬高田面,相对降低地下水位从而达到抑制土壤返盐的方法。宁夏于20世纪70年代初在惠农下营子运用此法改良盐渍滩地,目前这些台田已成为当地稳产、高产农田。

化学改良盐碱土技术主要在白僵土的改良中被应用。黄震华(1959年)首先利用石膏改良白僵土,施入第一年效果不明显,但到第二年石膏处理区较对照增产21.3%,表明石膏有改良白僵土的效果,但较迟缓。王平武、苗济文(1988年)曾尝试引进东北地区碱茅草改良宁夏盐碱地,对碱茅草在宁夏引黄灌区的适应性、耐盐性及其改土效果进行了详细探讨,并认为在应用生物材料改良盐碱地时,除了要重视其治理的生态效益外,还应考察其经济效益大小,这样才有生命力。

综合改良技术指综合运用上述2种以上方法改良盐碱地的技术。自改革开放以来,宁夏先后在平罗沿河、惠农庙台、平罗新丰、平罗六中开展了3项较大规模的涉及农、林、牧等学科的盐碱土综合改良项目。项目以“改土治水”为技术核心,以增强改良区农业生态系统与社会经济系统的综合能力为目标,同时积极发展盐碱土区的林、果、牧、蔬菜等,取得了良好效果。

1.4宁夏盐碱地改良存在的问题及对策

尽管宁夏盐碱土改良研究工作取得了较大成果,但与我国盐碱土改良研究总体相比,还存在一定差距。尤其是对碱性土壤的改良效果还不理想。近年来,以脱硫废弃物为主要改良剂改良盐碱地的技术,有效地解决了该地区碱性土壤不易改良的技术瓶颈。

2005年,宁夏大学与清华大学合作,在我区首次引进了利用燃煤脱硫废弃物改良盐碱地的技术,当年取得显着的改良效果。

2006年,由自治区农业综合开发办公室和自治区科技厅立项的“燃煤脱硫废弃物改良盐碱地综合农业技术引进与开发”项目,当年在国营暖泉农场示范再次取得了成功,积累了重要经验,取得了一批科研成果,为我区盐碱地改良闯出了一条新的途径。

2007年,示范面积进一步扩大到666.7公顷,2008到2010年3年间将示范辐射推广面积增至66666.7公顷,示范推广辐射至整个黄河河套地区。

随着我区宁东煤化工基地的建成与投产,预计到2010年,宁夏将产生100万吨脱硫废弃物,如不及时寻找出路,将成为我区环境污染的严重污染源,甚至成为一种新型的“公害”物质,企业也将为这些废弃物的处置付出巨大的经济代价。利用其改良盐碱地,可实现变废为宝,变害为利的本质性转变,这对于发展我区工农业循环经济,构建和谐社会具有十分重要的现实意义。

2.脱硫废弃物来源与成分

2.1脱硫废弃物来源

中国是世界上唯一以煤为主要能源的大国,我国的二氧化硫排放量占到世界的15.1%,其中我国煤燃烧所释放二氧化硫占到全国总排放的87%。大量燃煤排放的二氧化硫已经威胁到我国13亿人口的健康和1亿多公顷耕地的保护。近年来热煤利用方面引入了烟气脱硫技术以减少二氧化硫排放。现行的脱硫技术和正在发展的脱硫技术绝大多数以钙基物质作为吸收剂,同时又生成了一种脱硫副产物(脱硫石膏)。脱硫石膏量大,目前尚未有适合大量综合利用的途径,在未来除灰场外,火电厂存放脱硫石膏又成为另一个大麻烦。产煤地区火电基地也是天然石膏富产地,供需矛盾更为凸出。所以,从全国整体来看不容乐观,除非有了更好的综合利用方法。

2.2脱硫废弃物对盐碱地的改良利用

2.2.1脱硫废弃物改良碱化土壤的机理

对于碱化土壤,由于土壤胶体中含有过量的代换性钠离子、可溶性碳酸盐,土壤的pH值较高,土壤黏粒扩散,土壤对水和空气的渗透性降低,脱硫废弃物改良碱化土壤的关键就是直接提供二价阳离子来置换土壤胶体中的交换性Na+,降低碱化土壤的碱化度、pH值、钠吸附比等,并使土壤溶液中钙离子浓度增加,从而起到改良的作用。

石膏是改良盐碱地的适宜改良剂,但天然石膏价格高,改良盐碱地的成本大,影响了推广应用。而上述脱硫副产物成本低,良盐碱地,不仅避免了副产物贮存过程中的二次污染,而且开辟了盐碱地改良技术的新途径。可以说,利用烟气脱硫副产物改良盐碱土壤意义重大。所改良土壤性质及脱硫废弃物施用量、施用方法、施用时期、施用深度、与土壤的混合程度、灌水等是脱硫废弃物改良盐碱地效果的主要影响因素。

2.2.2脱硫废弃物对盐碱地的改良利用

国际上用石膏改造碱(化)土壤已有100多年的历史,采用石膏改良碱土在国内外已有成功的经验并且仍受到极大的关注,但因价格昂贵,尚未得到普遍推广,因此,用含石膏的脱硫废弃物改造碱(化)土壤仍处于研究阶段。从目前的情况来看,脱硫废弃物在改良碱土方面有着巨大的前景。在国外,利用燃煤烟气脱硫废弃物改良土壤的研究始于上世纪90年代,主要集中在美国,其研究对象是酸性土壤。

我国脱硫工作起步较晚,对脱硫废弃物的综合利用研究尚在起步阶段。日本东京大学曾经与沈阳农业大学合作,于1996~1997年在我国东北沈阳市的康平县进行田间试验,研究脱硫废弃物作为改良剂改良碱化土壤的效果,结果表明单独施用改良剂比混合化肥施用的效果好。

李焕珍等人与日本合作研究利用日本除硫装置所生成副产物脱硫石膏开展强度苏打盐渍土种植玉米的改良试验,资料表明:脱硫石膏改良苏打盐渍土的作用,最明显反映是土壤代换性钠的快速下降与之代换性钙与代换性镁的急剧上升过程,相应的土壤强碱状况亦随之改变,从而为作物正常生长提供着较好的土壤环境。陈欢以燃煤烟气脱硫废弃物作为改良剂种植玉米,试验结果表明土壤的pH值和全盐量有明显降低,出苗率和产量都有明显提高。并且指出原始碱化度越高,则代换性钠和碱化度的下降幅度越大。

田刚、王红梅等对脱硫废弃物的利用研究证明:燃煤烟气脱硫废弃物可改良各类型碱化土壤,促进作物生长,改善耕作环境;对土壤和农作物样品的重金属检测结果证明,重金属含量均符合国家标准,说明脱硫废弃物的农业应用是安全的。王金满、杨培岭等通过试验同样也发现脱硫废弃物具有改善土壤理化性质、促进作物生长发育和提高作物产量的效果。但是其改良效果并不和脱硫废弃物用量呈正相关,脱硫废弃物用量过大反而会抑制葵花的出苗和生长。

石懿通过田间试验研究也表明碱(化)土壤的改良效果不与脱硫废弃物的施用量成正相关,向日葵的产量和脱硫废弃物用量并不是始终成正相关关系,还指出强度碱化土的改良效果要优越于碱土。张凌云在改良滨海盐渍土研究中认为脱硫废弃物可以明显改善土壤的理化性质,并能增加土壤微生物,提高微生物活性,指出不同时期施用对土壤含盐量、作物出苗率和产量的影响是不同的。

3.脱硫废弃物改良盐碱地造林技术

3.1脱硫废弃物改良盐碱湖土造林技术

3.1.1范围

本标准规定了宁夏宜林盐碱湖土环境、土壤改良原则,适用于宁夏湖土分布区及条件相似地区土壤改良及植树造林技术。

3.1.2燃煤烟气脱硫物质量要求

用于改良盐碱湖土的燃煤烟气脱硫物其石膏含量不小于80%,重金属污染物控制执行GB8173,水分含量不高于12%。

3.1.3适用土壤环境

宁夏宜林湖土主要分布于宁夏银川市小西湖周边,大部分贺兰山洪积扇边缘和黄河冲积平原交汇处,地势低洼,湖泊遍布,土壤以沼泽盐碱土为主,地下水埋深小于1米左右,土质黏重,排水不畅,土壤pH值8~9,全盐含量0.6%~1.2%,属中度以上盐碱地,以氯化物、硫酸盐为主;由于地下水矿化度、矿化类型明显差异,造成了这一地区盐化、碱化分布不均匀,相应形成复杂多变的盐化土、碱化土。此类土壤通透性极差,未经改良,难以植树造林。

3.1.4盐碱湖土改良原则

科学规划的原则:规划的依据可靠,布局合理,遵循自然规律、经济规律,使造林、营林建立在科学可靠的基础上,使造林工程达到高质量、高效益。

运用新技术、新方法有机结合的原则:盐碱地改良利用应采取综合措施。在一定区域内对盐碱地进行统筹规划,综合治理。综合运用水利措施、物理措施、化学措施和生物措施。

适地适树原则:全面了解掌握造林地自然条件特点和栽种目的树种的生活习性和适宜区域,做到“天、地、树”合一。

细心种植,严格管护原则。

3.1.5盐碱湖土造林技术

测土测水作为造林前湖土改良措施依据:重点检测土壤盐分,取土层为0~10cm、10~30cm,30~60cm的土壤,测定土壤pH值、碱化度、总碱度,最终确定改土措施。土壤样品采集、pH值、碱化度、总碱度测定按照NY/T1121.1-2006、NY/T1377-2007、NY/T1121.16-2006执行。

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