酸性殘渣對天津濱海鹽堿土的改良效果

馬妍+尹建道+張建唐+劉立民

摘要：以天津濱海鹽堿土改良利用為目的，選擇3種酸性殘渣廢棄物（醋渣、酒糟、糠醛渣）作為土壤改良劑，進(jìn)行單因素土柱試驗研究。結(jié)果表明，摻拌酸性殘渣廢棄物能夠明顯改善土壤的滲透性能，提高脫鹽效率，同時抑制脫鹽堿化程度，是一種兩全其美的廢棄物資源化利用途徑。醋渣和酒糟增強(qiáng)滲透性能較強(qiáng)，糠醛渣抑制脫鹽堿化的能力較強(qiáng)。改良程度的大小與添加比例相關(guān)，一般情況下20%的添加量基本能夠滿足改土要求。

關(guān)鍵詞：天津；鹽堿土改良；酸性殘渣；廢棄物資源化

中圖分類號： S156.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）23-0251-03

天津濱海地區(qū)鹽堿地面積大，土壤結(jié)構(gòu)不良，鹽化和堿化程度極高[3-6]，若利用此類酸性廢棄物來改良土壤并脫鹽降堿，不失為一種優(yōu)勢互補(bǔ)且具有明顯環(huán)境效益的利用途徑，也能為生產(chǎn)廠家和環(huán)保部門解決后顧之憂。相關(guān)資料表明，已有將酸性殘渣應(yīng)用于鹽堿土改良的研究，高偉等開展盆栽試驗篩選鹽堿土改良劑，當(dāng)改良劑施加量設(shè)定為3 000 kg/hm2時，處理組50%褐煤+50%醋渣的效果最好，春小麥產(chǎn)量最高[7]；郝禹等研究雞糞、煤渣、污泥、酒糟、磷石膏5種物質(zhì)對大慶鹽堿土pH值及水溶性鹽的影響[8]。結(jié)果表明，酒糟對鹽堿土壤pH值的改善效果最好；孫軍娜等通過室內(nèi)模擬降水淋鹽試驗后發(fā)現(xiàn)，糠醛渣加入鹽漬土后能顯著降低土壤pH值[9]。本研究將選取3種酸性殘渣——醋渣、酒糟、糠醛渣，針對天津濱海地區(qū)鹽堿土特性開展試驗研究，旨在為該類廢棄物的資源化利用提供新途徑，同時也為鹽堿土改良探索新方法。

1材料與方法

1.1土壤

試驗土壤取自天津市濱海新區(qū)南部（大港區(qū)）獨流減河下游64 km處河道右岸。為保證土壤樣本具有代表性，在多個采樣點采取一定量0～20 cm表層土，充分混合均勻，實驗室內(nèi)風(fēng)干，粉碎后過2 mm篩，測定相關(guān)理化性質(zhì)，供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。供試土壤的含鹽量極高、堿性大、有機(jī)質(zhì)含量低，土壤結(jié)構(gòu)緊實、通透性差，理化性質(zhì)不良，屬于典型的濱海鹽土，不進(jìn)行改良就沒有利用價值。

表1供試土壤的基本理化性質(zhì)

理化性質(zhì)參數(shù)土壤類型粉質(zhì)黏土容重（g/cm3）1.42滲透系數(shù)（cm/s）2.28×10-6pH值8.36含鹽量（g/kg）18.94有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）14.26

1.2材料

選取了3種酸性殘渣廢棄物作為供試材料，分別為醋渣（A）、酒糟（B）、糠醛渣（C）。這些殘渣廢棄物數(shù)量大、來源廣，對環(huán)境危害明顯；但有機(jī)質(zhì)含量高，無重金屬污染，是良好的土壤改良劑。幾種酸性殘渣廢棄物的來源及其性質(zhì)見表2。表2供試材料的來源及基本性質(zhì)

試驗材料來源粒徑（mm）含水率（%）pH值含鹽量（g/kg）有機(jī)質(zhì)含量（%）醋渣天津市獨流老醋廠3～578～934.54±0.233.9290.2酒糟山東濟(jì)南市某酒廠3～455～623.98±0.451.2685.7糠醛渣河北無極縣糠醛廠2～338～492.75±0.330.8776.9

1.3研究方法

采用單因素?fù)桨柰林脑囼灧椒?，試驗裝置由有機(jī)玻璃管制成，內(nèi)徑為8 cm，厚度為5 mm，裝土高度為20 cm，安裝在不銹鋼支架上。玻璃管下方有大量篩孔，可接取土柱中滲透下來的土壤淋溶液；側(cè)壁標(biāo)有刻度，方便觀察土柱中的水流動態(tài)變化。為便于生產(chǎn)應(yīng)用，3種酸性殘渣分別按照體積比10%、20%、30%進(jìn)行摻拌（10%為10份土摻拌1份改良劑），分別表示為10%醋渣（A1）、20%醋渣（A2）、30%醋渣（A3）；10%酒糟（B1）、20%酒糟（B2）、30%酒糟（B3）；10%糠醛渣（C1）、20%糠醛渣（C2）、30%糠醛渣（C3）。設(shè)置空白對照組（CK），土壤為經(jīng)過5 mm篩孔的自然風(fēng)干土。裝填前將試驗材料按設(shè)計配比精確稱量并充分混合均勻。填充過程中不斷晃動土柱，自然沉實直至高度達(dá)到20cm；均安排2組平行試驗。

土柱試驗采用定量間歇式灌水方式，以自來水作為水源，每天1次性給水200 mL（約相當(dāng)于土柱4 cm高度，占土壤體積的1/5），讓水分自由下滲，觀察記載水流的下滲速度、各土柱滲水完成時間等，并在土柱下方放置燒杯承接淋溶液（滲濾液），當(dāng)淋溶液達(dá)到50 mL時測定1次電導(dǎo)率、pH值（對照淋溶液較少為每8 h測定1次），每天測定3次。當(dāng)試驗進(jìn)行到7 d時停止灌水，此時澆水量達(dá)到1 400 mL（體積約為填充土壤體積的1.4倍）。最后，從土柱中采集分析樣品，測定灌水后土壤的全鹽量、pH值等相關(guān)指標(biāo)，并分析各處理的滲透系數(shù)、脫鹽效率等，從而綜合評價改土效果。

1.4測定項目及方法

土柱淋溶液的電導(dǎo)率利用DBB-3型數(shù)字溫控電導(dǎo)率儀進(jìn)行測定；淋溶液pH值、土壤pH值測定采用Delta320 pH計；土壤含鹽量測定采用烘干殘渣法。

2結(jié)果與分析

2.1酸性廢渣對土壤滲透速率的影響

灌水淋鹽試驗共進(jìn)行了7 d，處理組前2 d水流下滲速度較快，3 d起土柱中水分飽和、土體沉實，下滲速度趨于穩(wěn)定，對照組下滲緩慢，每天只有少量淋溶液流出，穩(wěn)定后的土柱滲透系數(shù)平均值見表3。從表3可以看出，與對照相比，供試土壤摻拌不同比例的酸性殘渣都能明顯提高滲透性能，滲透系數(shù)提高2個數(shù)量級及以上。我國對農(nóng)田滲透系數(shù)的要求為 1×10-4～1×10-3 cm/s，在綠化工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中也要求種植土壤的滲透系數(shù)應(yīng)大于1×10-5 cm/s，最好達(dá)到1×10-4～1×10-3 cm/s的范圍內(nèi)[10]，經(jīng)過摻拌的土壤均能達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)，而且摻拌的比例越大，滲透系數(shù)越大，呈現(xiàn)出正向相關(guān)性。摻拌醋渣、酒糟的滲透系數(shù)要高于糠醛渣，這可能與糠醛渣的顆粒較細(xì)有關(guān)。

表3不同處理組的滲透系數(shù)對比

材料濃度（%）滲透系數(shù)（cm/s）CK09.18×10-6醋渣109.68×10-4202.83×10-3306.14×10-3酒糟101.22×10-3202.34×10-3303.55×10-3糠醛渣108.67×10-4201.02×10-3301.03×10-3endprint

2.2淋溶液電導(dǎo)率的動態(tài)變化

在土柱試驗過程中，淋溶液電導(dǎo)率的動態(tài)變化可以及時反映出土柱鹽分的動態(tài)變化。從圖1可以看出，所有土柱淋溶液的電導(dǎo)率均呈明顯下降的趨勢，表明隨著灌水的不斷進(jìn)行，土柱含鹽量也在快速下降。與對照相比，摻拌有酸性殘渣的土柱，摻拌比例越大，電導(dǎo)率下降越明顯。從淋溶液變化規(guī)律來看，整個過程由快到慢，最后逐漸趨于平緩，表明前期脫鹽迅速，后期脫鹽緩慢。

2.3淋溶液pH值的動態(tài)變化

從圖2可以看出，摻拌醋渣、酒糟、糠醛渣具有相同的變

化趨勢，不同處理的淋溶液pH值均隨脫鹽時間而不斷升高，表明摻拌物中有機(jī)酸逐漸被洗脫、弱化的動態(tài)過程，同時也反映了土壤脫鹽堿化的變化規(guī)律。與對照相比，摻拌酸性殘渣處理仍具有一定的抑制pH值升高的效果，且摻拌的比例越大，抑制效果越明顯。

2.4酸性廢渣對土壤含鹽量的影響

灌水淋鹽后的土壤含鹽量是反映脫鹽效果最直接的指標(biāo)，鹽堿土經(jīng)過改良后能否被開發(fā)利用，主要看土壤鹽度和堿化程度的高低。天津市園林綠化工程質(zhì)量檢查評定和驗收標(biāo)準(zhǔn)[11]的要求是土壤含鹽量≤3.0 g/kg、土壤pH值≤8.5。

淋洗結(jié)束后分別采集土柱的上層土（上5 cm）、下層土（下5 cm）并測定土壤含鹽量。從圖3可以看出，經(jīng)過摻拌的土柱，土壤含鹽量均低于對照，其中處理B3的土壤含鹽量最低，上層土的脫鹽效率高達(dá)92.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照組上層土脫鹽效率（52.1%），且摻拌物比例越大，土壤的含鹽量也越低，A2、B3處理基本都達(dá)到了綠化改土要求。摻拌糠醛渣的土柱含鹽量較其他2種摻拌物高、效果差，這可能是由于糠醛渣的顆粒較細(xì)、改善土壤滲透性較差，因而淋洗脫鹽的效果也就不如顆粒較大的醋渣和酒糟。此外，各土柱的上層土含鹽量均低于下層土，鹽分在土柱中明顯發(fā)生了分異現(xiàn)象，這是由于水流自上而下，所以上層土脫鹽的效果要好于下層土。

2.5酸性廢渣對土壤pH值的影響

灌水淋鹽結(jié)束后測定了土柱pH值的變化。從圖4可以看出，在淋洗脫鹽后，對照組的土壤pH值明顯高于原土的pH值（8.36），分別達(dá)到了9.91、9.46；摻拌改良劑的土柱pH值均低于對照，表明添加酸性殘渣能在一定程度上抑制土壤pH值的升高，且添加比例越大，抑制效果也越好，有良好的正向相關(guān)性。摻拌糠醛渣的土壤pH值要低于其他2種酸性殘渣，因為糠醛渣本身的酸度更低。此外，土柱上層土的pH值均高于下層土，這是因為上層土的淋洗脫鹽效果要好于下層土，所以上層土的脫鹽堿化現(xiàn)象也就比下層土更加明顯。

3結(jié)論與討論

與對照相比，摻拌醋渣、酒渣、糠醛渣都能明顯改善鹽堿土的物理結(jié)構(gòu)，提高其滲透性能；在提高灌水脫鹽效率的同時，也能夠明顯降低堿化程度；其改善物理結(jié)構(gòu)程度的大小均與添加比例有關(guān)。改良劑種類不同、理化性質(zhì)不同，則對鹽堿土的改性作用和改良效果也不同。試驗結(jié)果表明，醋渣和酒糟增強(qiáng)滲透性能較強(qiáng)，因而脫鹽效率更高，而糠醛渣抑制脫鹽堿化的能力較強(qiáng)。添加酸性殘渣20%與30%的改良效果差距不大，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)依據(jù)投入產(chǎn)出效益原則綜合考量，一般而言20%的添加量基本可以滿足改土要求。

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