砒砂巖對生態(tài)環(huán)境的影響及對策研究

魏力

[摘要]砒砂巖作為一種發(fā)育不充分且利用率較低的風化巖石，其特殊的理化特性和結構特點引起區(qū)域內土地荒漠化和水土流失等環(huán)境破壞現象，對自然生態(tài)環(huán)境產生嚴重的危害。從砒砂巖區(qū)域內生態(tài)建設的需求出發(fā)，對砒砂巖引起的環(huán)境問題進行了說明，并針對引發(fā)的問題提出了砒砂巖與沙復配成土技術、砒砂巖改性材料技術以及砒砂巖重金屬吸附技術的應用，對實現砒砂巖資源最大化利用具有重要的意義。

[關鍵詞]砒砂巖;生態(tài)環(huán)境;影響;對策

[中圖分類號]X53[文獻標識碼]A

引言

砒砂巖是一種由風化和干旱引起的結構松散的巖石，其主要成分為泥巖或沙巖。目前主要于我國陜北、內蒙古以及山西等區(qū)域和大部分沙漠地帶富集。砒砂巖結構特殊且受自然條件制約較大，在風力作用下使其砂化并隨之遷移，逐漸改變所在地自然環(huán)境甚至形成沙漠，土壤侵蝕現象嚴重。由于其極易溶于水，在極端降雨條件下容易引起嚴重的水土流失現象，而在無水無風情況下，其質又十分堅硬而難以利用。砒砂巖所處區(qū)域大部分在于干旱半干旱地帶，植被覆蓋程度較低，降雨較為集中且風沙活動頻繁，對巖層的破壞程度更大，使得區(qū)域內地形破碎，形成溝壑及陡坡，嚴重危害自然生態(tài)環(huán)境和生活生產。2018年6月，中共中央、國務院印發(fā)《關于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》等眾多政策規(guī)劃制定了生態(tài)保護紅線并提出“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)戰(zhàn)略思想。因此，如何有效利用砒砂巖結構特性將其充分利用，減輕其對自然生態(tài)環(huán)境的破壞是目前必須要解決的問題。

1 砒砂巖引起的環(huán)境問題

砒砂巖形成年代較早，主要為三疊紀、侏羅紀和白堊紀時期積累的砂巖、頁巖及泥巖的復合體，其透水性差且地表呈層狀板結緊實，在風力、降雨、凍融等自然條件的影響下，其結構十分容易改變。風蝕發(fā)生與表土粒度組成特征存在緊密的相關性，因此土壤質地是引起風蝕的重要因素之一，由于砒砂巖膠結能力較差且結構強度低，土層澆薄且極易風化，裸露砒砂巖風化速率快，風力作用能夠使其結構發(fā)生一定的破壞，抵抗侵蝕的能力減弱，進而使其沙漠化程度加劇。目前已通過種植沙棘、物理化學及生態(tài)手段等進行了砒砂巖區(qū)域治沙，雖取得了一定成果，但并未從根源上解決砒砂巖區(qū)沙化問題。砒砂巖中粒徑小于0.2μm的黏粒含量較少，結構松散、遇水易水解，透水性差，黏粒缺乏導致其保水性極差，風化后的堆積物的抗蝕性弱，易受水力侵蝕，砒砂巖區(qū)水土流失現象嚴重。由于砒砂巖中有機質含量低，土壤肥力較低，缺乏作物生長所需的必要營養(yǎng)物質，砒砂巖區(qū)域內作物生長及產量受到較大程度的影響。此外，由于大面積砒砂巖的存在，導致了很大程度土地資源利用率較低，不僅激化了人地矛盾，且對我國糧食安全造成了重大影響。

2 砒砂巖環(huán)境污染治理對策

2.1 砒砂巖與沙復配成土技術

土壤修復及土體有機重構技術是當前研究的熱點問題，尤其在土地整治工程中應用較為廣泛。從2009年起，韓霽昌等在毛烏素沙地進行了砒砂巖與沙復配成土技術的研究，通過將砒砂巖與沙按照不同比例混合，使其結構組成進行有機重構，形成新的可被有效利用的土壤，既解決了砒砂巖大量富集引起的占用土地問題，又將其進行了有效利用，緩解了砒砂巖對自然環(huán)境的破壞。大量研究表明，砒砂巖與沙復配成土技術對防風固沙、涵養(yǎng)水土、有效提高土壤有機質含量和提高作物產量等方面具有顯著影響，該技術已在陜西毛烏素沙地進行大面積推廣，取得了較好的效果，經濟效益和生態(tài)效益十分顯著。程杰等對毛烏素沙地的砒砂巖與沙復配進行固沙特性研究，研究表明是通過將二者復配后在地表形成的結皮有效起到了防止沙土流動和地表揚沙的固沙效果。張露等對毛烏素沙地不同質量比復配土持水情況進行了研究，結果表明復配土中砒砂巖質量與田間持水量和保水能力呈顯著的正相關關系。魏彬萌等按砒砂巖與沙不同復配比例進行田間種植試驗，結果表明，復配土有機質含量與種植年限呈正相關關系。柴苗苗等研究表明，砒砂巖與沙復配土壤團聚體和有機質含量較高，更有利于小麥、玉米和大豆的生長，且通過復配土造地，產生了可以利用的優(yōu)質耕地，緩解了人地矛盾和降低了糧食安全威脅。

2.2 砒砂巖改性材料技術

砒砂巖中主要礦物成分為石英、長石、餐酸鹽以及蒙脫石、高嶺石等，大多為兼容性物質，且由于砒砂巖具備一定的火山灰活性，有利于其膠凝化。有研究表明，通過物理和化學手段來改變材料的物質形態(tài)或性質能有效提高其使用性能，利用砒砂巖研制地聚物材料具有可行性，砒砂巖可以用來研制地聚物材料進行筑壩，具有較大的工程應用潛力。董晶亮等研究表明，可以將砒砂巖作為改性建筑材料。在NaOH激發(fā)條件下，砒砂巖強度和抗壓強度均得到大幅提高，可作為混凝土摻合材料，并對混凝土的抗折強度和抗凍融性能均有顯著提高。董晶亮等研究表明，通過堿激發(fā)法并摻入適量的礦粉將砒砂巖轉變成了力學性能較好的改性礦粉/砒砂巖復合材料，其力學性能及耐水性得到顯著提高。此外，對黃土高原水土流失區(qū)域有效治理的手段為修建淤地壩，由于砒砂巖結構特性不能直接作為淤地壩建筑材料，而砒砂巖改性技術的應用使其力學性能得到有效提高，可以滿足其施工要求。

2.3 砒砂巖重金屬吸附技術

重金屬污染由于其穩(wěn)定性強、不易遷移、難以降解以及含有毒性成分等特點，嚴重危害土壤系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)。目前，針對土壤重金屬污染的治理措施主要有物理、化學、生物及復合修復技術，但此類修復方式大多存在除污效率低下、操作復雜及投入成本較高等缺陷。溫婧等研究表明，砒砂巖對Pb吸附效果顯著，且吸附效果與土壤pH值成正相關關系。李勁彬等研究表明，砒砂巖對Mn2+、Ni 2+、Cd2+、Cr6+和Cu2+等重金屬滲透抑制效果顯著，抑制程度與砒砂巖含量成正比。溫婧等研究表明，砒砂巖對土壤弱酸提取態(tài)鉛的含量具有顯著的降低效果，且能顯著降低土壤鉛毒性溶出量。羅林濤等利用砒砂巖對土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb含量進行研究，結果表明，除Hg外土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb質量比均有明顯下降，砒砂巖及沙重金屬單項污染指數均小于1。

3 結語

砒砂巖由于其自身理化特性和結構特點危害性顯著，不僅能引起土壤質量下降、土地荒漠化，且在區(qū)域內水土流失嚴重，不僅不利于區(qū)域內自然生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，且對于耕地資源浪費引起的糧食安全尤為嚴重。本文通過對砒砂巖引起的環(huán)境危害，提出了砒砂巖與沙復配成土技術、砒砂巖改性材料技術以及砒砂巖重金屬吸附技術等能夠實現砒砂巖資源利用最大化的技術和對策，為砒砂巖區(qū)域內生態(tài)建設提供新的思路。

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