施用燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土的效應研究

燃煤煙氣脫硫廢棄物的主要成分是CaSO4·2H2O,利用其改良鹽堿土具有顯著效果.其改良原理就是利用其溶解產生的Ca2+代換土壤膠體上的Na+,從而降低土壤的堿化度、pH值及土壤黏粒的分散性,增加土壤的透水性.而且燃煤煙氣脫硫廢棄物富含S、Ca、Si等植物必需或有益的礦質營養,因而在土壤改良方面有較為廣闊的應用前景.

鹽堿地作為潛在的耕地資源,存在著巨大的開發潛力,已成為區域經濟發展的后備資源.鹽堿土改良是一個、復雜的系統工程,其改良核心是減少土壤有害鹽分、改善植物生長發育的土壤環境.目前,雖然國內外關于燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土壤已有諸多研究,結果表明施用燃煤煙氣脫硫廢棄物能顯著降低堿土的pH值、堿化度和總堿度,增加作物產量,但關于燃煤煙氣脫硫廢棄物不同施用量改良鹽堿土種植枸杞的根際土壤變化及對植物根系生長的效應研究卻鮮見報道.因此,本研究主要從施用燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土種植枸杞入手,探討燃煤煙氣脫硫廢棄物不同施用量對改良鹽堿土種植枸杞后根際土壤鹽分變化及對根系生長的影響,為燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土大面積種植枸杞進行推廣示范提供理論依據和技術支撐.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗設在寧夏銀北西大灘,位于寧夏賀蘭山東麓洪積扇邊緣,屬于黃河中上游灌溉地區(35°01′N,114°24′E),該區屬干旱溫帶季風氣候,年均降水量205 mm,年蒸發量1875 mm,年均氣溫為13.9℃.地下水一般埋深1.5 m左右,鹽分類型主要有NaCl、Na2SO4、Na2CO3.土壤pH值8.2~10.4,全鹽2.5~6.5 g/kg.

1.2 試驗材料 燃煤煙氣脫硫廢棄物來自當地濕法脫硫的燃煤電廠.其組成成分見表1.

枸杞為寧夏農林科學院培育的2a生"寧杞一號".

1.3 試驗設計 按正交試驗設計,共分15個小區,每小區為10 m×10 m.實驗設置5個處理,分別為CK(0.0t/667m?)、T1(1.8t/667m?)、T2(2.5t/667m?)、T3(3.0t/667m?)、T4(4.0t/667m?),每小區施用等量有機肥2t/667m?,每處理重復3次.

種植前將燃煤煙氣脫硫廢棄物均勻施于地表,深翻20~30㎝.栽植步驟按照常規種植枸杞的方法進行.枸杞的栽植密度為2 m×2 m.

試驗于2009年9月中旬取樣測定各項指標.測定根際土壤pH值、堿化度、全鹽、分鹽含量,以及枸杞根系的生長狀況.

1.4 樣品采集與指標測定

1.4.1 樣品采集 每小區選取8棵枸杞苗,將選好的枸杞連根挖出,輕輕抖落根系表面的土壤裝入自封袋作為根際土壤,用于測定土壤理化性質;將枸杞根系剪切裝入自封袋,用于根系各指標測定.

1.4.2 根際土壤測定 測定燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土種植枸杞后根際土壤pH值、堿化度、全鹽、Ca2+、Mg2+、K+、Na+-、Cl-、HCO3-、CO32-、SO4?離子.

將取得的土樣過2 mm篩,按1∶5土水比混合,振蕩搖勻并過濾,用酸度計測定pH,用電導率儀測定電導率,并計算全鹽和堿化度;土壤中各分鹽測定參照孫權[14] 的方法.

1.4.3 根系測定 測定燃煤煙氣脫硫廢棄物改良鹽堿土種植枸杞后枸杞根長、根表面積和根系干重.

利用根系分析系統WinRHIZO測定根長和根表面積.然后將植物根置于烘箱,105℃殺青10 min后,80℃烘干至衡重,測定根系干重.

1.5 數據分析 所有數據采用Excel和DPSv7.55處理系統進行單因素方差分析,并進行顯著性檢驗.

2 結果與分析

2.1 燃煤煙氣脫硫廢棄物施用后對枸杞根際土壤的影響 施用燃煤煙氣脫硫廢棄物后,能明顯降低土壤的pH值、堿化度和全鹽含量(表1).與CK相比,土壤pH值由10.51下降到7.71,堿化度由32.3%下降到18.1%,全鹽含量由4.70 g/kg下降到2.91g/kg.降幅分別達26.64%、43.96%和38.09%.燃煤煙氣脫硫廢棄物施用后根際土壤離子含量隨施用量變化而有明顯變化.與CK對比,土壤中Na+、K+、Mg2+、Cl-和HCO3-離子含量逐漸降低,降幅分別達51.9%,16.8%, 42.7%,44.7%和28.2%,而Ca2+和SO2-4離子含量有所上升,增幅分別高達96.9%和81.8%.

本試驗研究結果表明施用燃煤煙氣脫硫廢棄物,明顯增加了土壤中Ca2+和SO42-離子含量,且置換掉了土壤膠體表面的Na+、Mg2+等陽離子,從而使土壤的理化性質得到改善.隨著燃煤煙氣脫硫廢棄物施用量的增加,土壤全鹽含量有所增加,可見利用其改良鹽堿土壤的效果在一定范圍內和其施用量呈正相關.

2.2 燃煤煙氣脫硫廢棄物施用后對枸杞根系生長的影響 由表2可以看出,施用燃煤煙氣脫硫廢棄物后明顯促進枸杞根長、根表面積和根重,根系生長各處理之間存在顯著差異,T2效果.與CK相比,T1、T2、T3、T4處理下枸杞根長分別增長22.8%、51.6%、27.2%、5.4%,枸杞根表面積分別增大25.2%、41.1%、20.4%、2.8%,枸杞根重分別增加6.3%、14.8%、4.3%、0.7%;當燃煤煙氣脫硫廢棄物用量為2.5t/667m? 時,枸杞生長明顯優于其它幾個處理,而當其施用量過2.5t/667m?時,枸杞根系生長就受到抑制,說明過量施用脫硫廢棄物,不利于枸杞根系的生長及根系生物量的累積.

3 討論與結論

利用燃煤煙氣脫硫廢棄物改良寧夏鹽堿土已取得了顯著效果,對區域經濟發展和生態環境的改善具有深遠的意義.從本試驗可知:施用燃煤煙氣脫硫廢棄物可明顯增加土壤中Ca2+含量,顯著降低Na+含量,土壤鹽分組成發生了明顯變化,植物根系生長的根際環境得到了改善.施用不同量燃煤煙氣脫硫廢棄物后枸杞根系的生長均大于對照CK,且隨著施用量的增加,其根系生長呈現先升高后降低的趨勢.

燃煤煙氣脫硫廢棄物鹽堿土的效果與其施用量僅在一定范圍內呈正相關,過量施用則會引起土壤局部全鹽含量升高,進而影響植物根系的生長發育.本試驗研究表明燃煤煙氣脫硫廢棄物施用量為2.5t/667m?時對鹽堿土的改良效果,枸杞的根系生長發育達到大.因此,針對不同鹽堿土壤類型確定合適的燃煤煙氣脫硫廢棄物施用量,對大面積改良鹽堿土具有重要的生態價值.