生物廢棄物改良鹽堿地的研究進展

王志勇, 石春芳, 冷小云, 劉菊梅, 曹菊梅

(1. 包頭市土壤肥料工作站， 包頭 014010； 2. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院， 包頭 014010；3. 內(nèi)蒙古包頭北郊污水處理廠， 包頭 014010)

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生物廢棄物改良鹽堿地的研究進展

王志勇1, 石春芳2, 冷小云2, 劉菊梅2, 曹菊梅3

(1. 包頭市土壤肥料工作站， 包頭 014010； 2. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院， 包頭 014010；3. 內(nèi)蒙古包頭北郊污水處理廠， 包頭 014010)

鹽堿化土壤是一類特殊類型的土地資源，將其改良具有保護生態(tài)環(huán)境、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟雙重效益。利用各行業(yè)產(chǎn)生的富含有機質(zhì)及氮磷鉀等植物營養(yǎng)要素的生物廢棄物可對鹽堿地進行改良，在保證改良效果的同時，可降低改良成本。應(yīng)用于鹽堿地改良的生物廢棄物主要有秸稈、沼渣沼液、剩余污泥等廢棄物。概述了這3類生物廢棄物在鹽堿地改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出存在的問題，探討深入研究的側(cè)重點。

生物廢棄物; 鹽堿地; 改良; 秸稈; 沼渣沼液; 污泥

鹽堿地是鹽堿土、鹽化土和堿化土的總稱，面積約占陸地面積的25%，在寒帶、溫帶和熱帶均有分布。中國鹽堿地的分布幾乎遍布全國，主要集中在華北黃淮海地區(qū)、東北三江平原和西北干旱、半干旱地區(qū)，以及東部沿海地區(qū)，其中農(nóng)耕地土壤約有1/5發(fā)生鹽堿化。土壤鹽堿化后，地表植被大面積減少，土地蒸發(fā)量增大，形成大面積荒漠，自然環(huán)境發(fā)生極大改變，造成土地資源喪失、生態(tài)平衡被破壞。在干旱和半干旱地區(qū)，土壤的鹽堿化造成農(nóng)作物產(chǎn)量大幅降低。因此進行鹽堿地改良，尤其是在內(nèi)陸干旱農(nóng)業(yè)地區(qū)進行鹽堿地改良，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護具有極其重要的現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)外常用的鹽堿地改良措施主要有物理、化學(xué)、生物和水利工程等措施。物理改良主要與農(nóng)業(yè)耕作相關(guān)，通過平整土地，削高墊底的方式，使水分均勻下滲，避免形成塊狀鹽堿地；通過深耕深翻，及時松土、交換表層土與深層土等增強土壤通透性的方式，以平衡土壤鹽分，達到改良效果；水利改良主要通過大量灌溉的方式，溶解稀釋土壤表層鹽分，使表層鹽隨水分下滲或被直接沖洗，達到改良效果，但灌排配套技術(shù)的成本較高，對水資源的浪費較大；化學(xué)改良是利用酸堿中和原理，施用一些可降低堿化度的材料改良鹽堿地，如石膏、過磷酸鈣、泥炭、醋渣等改良劑；生物改良是利用生物對受損生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)調(diào)節(jié)作用改良鹽堿地，如種植耐鹽堿植物、施用農(nóng)業(yè)有機肥、添加微生物菌劑等方式。

近年來，在鹽堿地改良新技術(shù)的研究中，不少學(xué)者提出利用各行業(yè)的廢棄物進行鹽堿土改良，以減少經(jīng)濟投入，降低污染。如用廢棄培養(yǎng)基菌糠、養(yǎng)殖業(yè)的禽畜糞便、火電廠的副產(chǎn)物煙氣脫硫石膏和粉煤灰、檸檬酸廠剩余的檸檬酸渣以及沼渣、沼液等改良鹽堿土[1-10]，這些廢棄物在降低土壤含鹽量、pH 值、堿化度、改變土壤性狀、降低容重、增加孔隙度以及增加土壤養(yǎng)分方面分別取得了不同程度的效果。針對此方面的研究，概述幾類生物廢棄物在鹽堿地改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出深入研究的側(cè)重點。

1　秸稈對鹽堿地的改良

秸稈是指農(nóng)作物成熟后，收獲籽實后剩余的莖葉(穗)部分，如小麥、玉米、糜黍、豆類、油料、棉花等農(nóng)作物，富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素及一些微量元素，可循環(huán)利用。目前，我國利用秸稈的主要方式有秸稈還田、秸稈堆肥、秸稈育菇、秸稈發(fā)電、秸稈造紙、秸稈制炭、秸稈產(chǎn)乙醇等，其中秸稈還田可通過不同的方式，如堆肥漚制后還田、牲畜食用后過腹還田、直接還田、燃燒后草灰還田等方式。

將秸稈應(yīng)用于鹽堿地改良的主要方式有直接扦插、平埋秸稈及秸稈堆肥等，如周曉飛[11]通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)利用秸稈堆肥產(chǎn)物與鹽堿土混合后，土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，pH 值下降，土壤有機質(zhì)、速效 N、P、K 含量提高，作物的發(fā)芽率、株高、生物量、壯苗指數(shù)、G值、根長等都有所提高；何念鵬等[12]通過扦插玉米秸稈改良次生光堿斑的大田實驗發(fā)現(xiàn)，在改變鹽堿化土壤理化特性的同時，土壤種子庫也得到顯著提高，改良具有持續(xù)性。而且，扦插改良技術(shù)簡單、成本低，在鹽堿化土地面積相對較小、斑塊狀區(qū)域具有改良推廣潛力；鄭艷美[13]利用秸稈生物反應(yīng)堆對濱海鹽堿土進行改良，改良后土壤理化指標(biāo)如孔隙度、容重、酸堿度等均有顯著變化，土壤由輕鹽化達到非鹽化水平；范富等[14]利用玉米秸稈隔離層處理鹽堿地種植大麥，4年生態(tài)修復(fù)后，土壤營養(yǎng)指標(biāo)如有機質(zhì)含量、速效磷、速效鉀、堿解氮等含量均高于對照，鹽堿化主要指標(biāo)如pH值、堿化度、總鹽量等顯著下降、土壤趨于良性改善。

2　沼液沼渣對鹽堿地的改良

沼液沼渣是畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣后的發(fā)酵殘留物，富含有機質(zhì)、腐殖酸和氮磷鉀等植物營養(yǎng)要素，在水稻浸種、有機肥料、動物飼料等方面均有廣泛應(yīng)用，鹽堿地改良方面，部分研究者進行了相關(guān)研究，如張翠麗等利用沼液沼渣對不同鹽漬化土壤進行改良[15]，鹽堿化土壤經(jīng)改良后，土壤容重和pH值下降，土壤有機質(zhì)、有效氮含量增加，利用沼液沼渣改良鹽堿地可使土壤各項指標(biāo)趨于良性改善。

3　剩余污泥對鹽堿地的改良

剩余污泥是污水處理廠處理污水過程中產(chǎn)生的廢棄物，含有大量有機質(zhì)和植物所需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，肥效高于一般的農(nóng)家肥，常被作為肥料應(yīng)用于園林綠化、農(nóng)田、土地復(fù)墾及容器育苗的基質(zhì)，但總體利用率偏低。將其應(yīng)用于鹽堿地改良，理論上是可行的，部分研究者進行了實驗室盆栽實驗和試驗田研究[6,10,16-21]。如劉純甫以干化污泥、堆肥污泥和脫水污泥作為土壤改良劑對松嫩平原因干旱導(dǎo)致的鹽堿化土壤進行改良[16]，結(jié)果表明，脫水污泥在改善土壤保水持水能力、增加土壤養(yǎng)分、降低堿化度等方面均具有良好效果。朱琳瑩等利用堆肥污泥對黑龍江松嫩平原中度蘇打鹽堿化草甸鹽堿土進行改良[17-18]，結(jié)果表明：改良后土壤各項微生物活性指標(biāo)如土壤微生物量、土壤酶活、碳氮比等顯著提高；土壤由中度堿化土轉(zhuǎn)為輕度堿化土；農(nóng)作物中重金屬含量不超標(biāo)，在國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

4　其他生物廢棄物對鹽堿地的改良

4.1豆渣

豆渣是豆制品加工過程中的副產(chǎn)品，含有鈣、磷等大量營養(yǎng)物質(zhì)，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)肥料。發(fā)酵后豆渣呈酸性，是良好的有機改良試劑，理論上可應(yīng)用于鹽堿土改良。李凱等利用豆渣對蘇打鹽堿土進行改良[22]，結(jié)果表明蘇打鹽堿土經(jīng)豆渣改良后，土壤pH 值下降顯著，總堿度降低明顯，且發(fā)酵豆渣的改良效果優(yōu)于干燥豆渣。

4.2園林廢棄物

園林廢棄物是指園林綠色植物在自然生長和養(yǎng)護過程中產(chǎn)生的枯枝落葉及修剪物等廢棄物，主要組成成分為多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)。國內(nèi)對園林廢棄物的主要處理處置方式是隨生活垃圾填埋或焚燒，造成資源的浪費和環(huán)境的污染。若將其進行生物堆肥化處理，堆肥產(chǎn)品可作為土壤改良基質(zhì)或有機肥，在維持土壤溫度、保持土壤水分、提高土壤肥力、改善土壤物理結(jié)構(gòu)及減緩腐蝕、抑制雜草和病原體等方面均有一定作用[23]。董陽等利用綠色植物廢棄物的堆肥產(chǎn)物及礦化垃圾對上海臨港新城鹽堿地進行改良[24-25]，結(jié)果表明堆肥產(chǎn)物具有鹽堿地改良效果，土壤鹽分顯著降低、肥力提高明顯。

4.3菌糠

菌糠是指以農(nóng)作物廢棄物作為主要原料栽培食用菌后廢棄的培養(yǎng)基，含有豐富的有機物和多種礦質(zhì)元素，可作為有機肥料生產(chǎn)的資源。目前，我國菌糠處理的傳統(tǒng)方式是丟棄或燃燒，只有少數(shù)部分被用作畜禽飼料、有機肥料、花土，不但造成了資源的浪費，還導(dǎo)致霉菌和害蟲滋生，空氣中有害孢子和害蟲數(shù)量增加，造成環(huán)境污染。由于其富含有機物和多種礦質(zhì)元素，理論上利用廢棄菌糠改良鹽堿地是可行的，但對其實際研究較少。謝修鴻等利用種植黑木耳及姬松茸后的菌糠對蘇打鹽堿地進行改良[26]，實驗結(jié)果表明，隨著菌糠用量的增加，土壤理化性狀改善顯著，土壤肥力及牧草的地上生物量顯著提高，可將其作為有機改良劑用于蘇打鹽堿土的改良。代立蘭等利用菌糠和醋糟兩種有機廢棄物對蘭州市秦王川引大灌區(qū)的次生鹽漬化土壤進行修復(fù)[27]，大田實驗結(jié)果表明土壤經(jīng)有機廢棄物改良后，土壤堿化度指標(biāo)均有程度不同的下降、物理特性指標(biāo)變化顯著。

5　生物廢棄物改良鹽堿地存在的問題和建議

利用不同行業(yè)產(chǎn)生的生物廢棄物對鹽堿地進行改良的研究已取得一定進展，但在利用生物廢棄物改良鹽堿地的研究中，關(guān)注單一生物廢棄物改良作用的研究居多，多種生物廢棄物混合施用的改良作用的研究較少；實驗室盆栽實驗居多，大田實驗較少；關(guān)注改良后鹽堿地種植作物生物量的研究居多，污染物及重金屬遷移規(guī)律的研究較少；關(guān)注改良后鹽堿土理化指標(biāo)變化的研究居多，考察生物廢棄物施加后生態(tài)風(fēng)險評估的研究較少。

土壤是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，考察生物廢棄物對鹽堿化土壤改良效果時，除了在短期內(nèi)考察土壤理化性質(zhì)的變化，還應(yīng)長期考察污染物的遷移變化，評估潛在的生態(tài)風(fēng)險；利用多種生物廢棄物配合施用，避免改良效果單一、養(yǎng)分供給不均、營養(yǎng)要素比例失調(diào)等問題；不同生物廢棄物間或與其他廢棄物混合堆肥，經(jīng)穩(wěn)定處理后對鹽堿地進行改良，避免有害物質(zhì)進入土壤，降低潛在的生態(tài)風(fēng)險。

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Research progress on biological waste improving saline-alkali land

WANG Zhi-yong1, SHI Chun-fang2, LENG Xiao-yun2, LIU Ju-mei2, CAO Ju-mei3

(1. Soil and Fertilizer Station of Baotou, Baotou 014010; 2. School of Mathematics, Physics and Biological Engineering, Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010;3. Baotou North Suburb Wastewater Treatment Plant, Baotou 014010， China)

Saline soil is a special type of a class of land resources, and the improvement of saline soil has double benefit to the protection of the ecological environment and the development of rural economy. Saline soil can be improved by using all kinds biological waste. In these biological waste，the content of organic matter and nutrients N/P/K was very rich. When using this improvement method, the costs were lower and the improvement effect was ensured. Straw, biogas residue, biogas, sludge and other biological waste can be applied in the saline soil improvement. This paper mainly summarized research progress on saline soil improvement of using these three types of biological waste.

biological waste; saline-alkali land; improvement; straw; biogas; sludge

2015-11-03；

2015-12-14

內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金(2015MS0332)；包頭市科技計劃項目(2014Z1010-3)；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金(2014QDL006)

王志勇，碩士，農(nóng)藝師，從事鹽堿地改良方面的研究，E-mail:nmndwzy@163.com

石春芳，副教授，從事環(huán)境生物技術(shù)方面的研究，E-mail:13848273693@163.com

Q939; S156.4

A

2095-1736(2016)05-0100-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.05.100