不同物料促進(jìn)吹填土脫鹽抑堿的試驗研究

王素君 趙立偉 陳燕珍 何榮

摘 ? ?要：針對濱海地區(qū)吹填土鹽分含量高、理化性狀差、難以利用的現(xiàn)狀，選用脫硫石膏、草炭、污泥營養(yǎng)土和褐煤作為改良材料，對吹填土進(jìn)行脫鹽改良，同時抑制次生堿化。試驗采用盆栽方式，研究四種物質(zhì)對吹填土脫鹽抑堿的作用。結(jié)果表明：在1.2 m3·m-2灌水量下，脫硫石膏的淋水速度最快，從節(jié)約成本考慮，在促進(jìn)吹填土脫鹽抑堿方面，脫硫石膏用量為1.5 kg·m-3的處理能取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：不同物料 ;吹填土; 脫鹽抑堿

中圖分類號：S156.4+2 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.06.011

Abstract： In view of the high salinity and poor physical and chemical properties of dredger fill in coastal area， desulfurization gypsum， peat， sludge nutrient soil and lignite were selected as improvement materials to desalinate dredger fill and inhibit secondary alkalization. Pot experiment was conducted to study the effects of four substances on desalination and alkali inhibition of dredger fill. The results showed that： under the watering amount of 1.2 m3·m-2 the spraying speed of desulfurization gypsum was the fastest. Considering the cost saving， the treatment with 1.5 kg·m-3 desulfurized gypsum could achieve good results in promoting desalting and alkali suppression of dredger fill.

Key words： different materials; dredger fill; desalting and restraining alkali

圍海吹填造陸由于其物源豐富，成本低廉，是緩解人地矛盾的一種有效途徑。濱海吹填土（濱海潮灘鹽土）是通過淺海底泥挖掘等人工吹填方式形成的新陸地， 由于沒有經(jīng)過成土過程，雖然有土壤的成分和形態(tài)但沒有土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，不能稱之為土壤，可劃歸為濱海鹽土的成土母質(zhì)[1]。

鑒于吹填土特定的成土環(huán)境和立地條件導(dǎo)致它的理化性狀很差，質(zhì)地粘重，干時堅硬，濕時泥濘，通透性極差，含鹽量高，鹽分高達(dá)10‰～40‰，同時沿海區(qū)域內(nèi)地下水埋深淺， 礦化度高， 在蒸發(fā)作用下易造成吹填土嚴(yán)重積鹽或脫鹽后返鹽， 極大地制約了吹填區(qū)的生態(tài)建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，很難實現(xiàn)其在城市建設(shè)中的生態(tài)利用價值[2]。

目前，對吹填土的利用研究較多的是以排水為基礎(chǔ)，附加培肥和改良材料對其進(jìn)行脫鹽改良，大多取得了比較理想的效果。土壤脫鹽后一般耐鹽性樹種能夠成活， 但長勢較弱， 主要由于土壤結(jié)構(gòu)性能不良， 快速脫鹽后的次生堿化造成肥力降低等因素造成的[3]，對于脫鹽堿化土壤的改良主要是通過添加改良劑對土壤進(jìn)行培肥、提高其團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、抑制和控制堿化等措施， 這些治理方式在一定程度上能夠改善土壤的理化性狀，降低土壤堿性[4-6]。由于吹填土極高含鹽量的特性，在脫鹽后容易出現(xiàn)次生堿化，還要對堿化的土壤進(jìn)行改良，為了從根本上改良吹填土，在脫鹽的同時抑制次生堿化的發(fā)生，筆者選定工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品對其進(jìn)行脫鹽抑堿改良。

初步選定4種改良物料，按照不同使用量在吹填土上進(jìn)行脫鹽抑堿試驗，經(jīng)過統(tǒng)計分析，確定促進(jìn)吹填土快速脫鹽和抑制次生堿化合適的改良物料和最佳量比。

1 材料和方法

1.1 供試材料

選擇脫硫石膏、污泥營養(yǎng)土、草炭和褐煤作為初選改良物料進(jìn)行脫鹽抑堿試驗，脫硫石膏為電廠副產(chǎn)物（電導(dǎo)率2.98 ms·cm-1， pH值7.6），污泥營養(yǎng)土為污泥和秸稈按一定比例發(fā)酵的有機(jī)肥料（電導(dǎo)率7.29 ms·cm-1，pH值6.8），草炭為園林常用的改良物質(zhì)（電導(dǎo)率0.56 ms·cm-1，pH值5.8），褐煤為腐殖酸肥料的原材料（電導(dǎo)率0.71 ms·cm-1，pH值4.5）

試驗土壤：取自天津東疆港區(qū)沿海造陸的吹填土，理化性狀如下表1，風(fēng)干后過5 mm篩備用。

試驗容器：采用高40 cm，上口徑25 cm的紫砂花盆，容積0.014 6 m3，每盆裝土約19 kg。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗為四因素三水平，每個處理重復(fù)三次，具體設(shè)計如下表2所示。

通過各物料不同用量的試驗，確定利于吹填土脫鹽抑堿的物料及最佳施用量。

1.3 試驗實施

將提前取回的吹填土晾曬粉碎過篩處理，按設(shè)計量與各物料摻拌均勻，分層裝入紫砂盆中，灌水量參考沖洗定額的經(jīng)驗公式：M=（C1-C2）*ShD/K計算（全鹽含量從15.99 g·kg-1降至3.0 g·kg-1），可得本試驗的洗鹽灌水量為1.2 m3·m-3，分次灌水，澆灌水為自來水（礦化度980 mg·L-1，pH 值8.0），各處理及重復(fù)所加入的水量一致。

灌水量為表層水深2 cm，待上次水完全滲進(jìn)土壤后進(jìn)行下一次灌水，對照由于滲透太慢，其余處理均達(dá)到灌水量時，它還沒有水分流出，而且水滲入越來越慢，后來幾乎停止入滲。

灌水停止后，全部取出每盆中的土體，混拌均勻，四分法留出1 kg左右的土壤，風(fēng)干，待測。檢測項目為：可溶性全鹽、pH值、八大可溶性離子和SAR、SSP、RSC、總堿度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤滲水速度的影響

由表3看出，在達(dá)到相同灌水量時，不同處理水分全部淋出的時間有明顯差異，對照水分入滲最慢，在花盆中僅向下移動了49 cm，最后沒有水分流出。

對各處理淋出水時間進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。分析表明，在淋洗時間上，不同物料間呈極顯著差異，不同水平間也呈極顯著差異，四種物料的不同用量都會影響吹填土的鹽分淋洗。

進(jìn)一步對4種物料進(jìn)行鄧肯新的多重比較可知，脫硫石膏在淋出水時間上與污泥營養(yǎng)土、褐煤和草炭呈極顯著差異，淋出水時間遠(yuǎn)早于其他三物料，褐煤與污泥營養(yǎng)土和草炭也呈顯著差異，淋出水時間慢于污泥營養(yǎng)土和草炭。淋出水的快慢依次為脫硫石膏>草炭≈污泥營養(yǎng)土>褐煤。淋出水快的物料能使吹填土脫鹽時間縮短，從而促進(jìn)土體脫鹽，提高工程施工效率。

2.2 不同處理改良后土壤的脫鹽狀況

依據(jù)“鹽隨水來、鹽隨水去”的脫鹽機(jī)理，水分的運(yùn)移和淋失必然帶走土體中多余的可溶性離子。土壤達(dá)到預(yù)定灌水量后，可溶性全鹽量和八大可溶性離子的檢測結(jié)果如下表5。

由表5可知，對照雖水分沒有流出土體，但灌水后溶出一部分離子粘附在盆壁上，致使最后取土檢測時全鹽有少量改變;脫硫石膏的處理降到4.0 g·kg-1左右，其余各處理的鹽分也都降到了3.0 g·kg-1以下，各物料不同用量間全鹽和八大離子均沒有明顯差異，但是不同物料間的全鹽含量和八大離子均差異顯著，全鹽含量脫硫石膏處理最高，由其八大離子的數(shù)據(jù)可知大部分的離子為Ca2+、Mg2+和SO42-，主要是由于脫硫石膏中的CaSO4分解產(chǎn)生的，而有害離子Na+和Cl-均大幅減少，同時脫鹽后土壤中的HCO3- 含量最低，因此脫硫石膏處理土壤脫鹽次生堿化的程度最小，其余各處理可溶離子的降低均較多，但是HCO3- 含量較高，土壤都出現(xiàn)了不同程度的次生堿化。

土體中水分淋失的快慢主要取決于土壤的通透性和土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，脫硫石膏中的鈣離子能夠改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，使土壤有效空隙度增加，進(jìn)而增加土壤的通透性、提高土壤的滲水速率，加快鹽分淋洗。同時脫硫石膏可以通過增大表層土壤溶液中的電解質(zhì)濃度從而達(dá)到降低吹填土大量粘粒的彌散性，增加土壤入滲能力和水力傳導(dǎo)能力，促進(jìn)土體洗鹽。而其他三種物料的加入只是單純改變了土壤的組成和結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上也提高了水分的運(yùn)移速度，但是還是慢于脫硫石膏的處理。

2.3 不同處理土壤堿化參數(shù)的變化

鑒別土壤堿化的指標(biāo)主要有ESP、pH值、SAR、SSP、RSC和總堿度，由于測定ESP過程較復(fù)雜[7]，檢測結(jié)果容易存在誤差，而土壤SSP和ESP間存在顯著的相關(guān)性[8]，筆者主要選用了SSP來預(yù)測土壤堿化度的可能性和達(dá)到的程度。經(jīng)過計算，本試驗各個處理改良后的土壤堿化參數(shù)差異較大。為說明各處理對土壤的抑堿程度不同，對12個處理的5個堿化參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗和方差分析，結(jié)果見表6。

由表7可看出，RSC 與SSP和其他堿化參數(shù)都密切相關(guān)，都在0.80以上，其中SSP和RSC之間相關(guān)最密切達(dá)到0.95，因此，進(jìn)一步對各處理的SSP進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表8。

由方差分析表8可看出，吹填土經(jīng)脫硫石膏、褐煤、草炭和污泥營養(yǎng)土改良后，各處理對SSP的影響呈顯著差異，不同因子的各水平之間差異顯著，物料和水平的交互作用明顯。因此，進(jìn)一步對脫硫石膏、褐煤、草炭和污泥營養(yǎng)土4種物料進(jìn)行鄧肯新的多重測驗，測驗結(jié)果為：均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差為8.274，誤差自由度為20，查SSR表，計算不同顯著標(biāo)準(zhǔn)的LSR值，最后發(fā)現(xiàn)脫硫石膏與其余3種物料對改良后吹填土SSP的影響呈顯著差異，說明脫硫石膏在抑制土壤次生堿化方面優(yōu)于其余3種物料，其次為草炭、污泥營養(yǎng)土和褐煤。

脫硫石膏能夠抑制土壤次生堿化的原因主要是利用其含有的大量硫酸鈣，眾所周知鈣離子能置換土壤膠體上的鈉離子，過多的鈉離子被置換出并隨水淋出土體，不僅降低土壤中的可溶性離子，還抑制和改善土壤堿性，修復(fù)土壤結(jié)構(gòu)。同時脫硫石膏中所含高價離子的介入可降低土壤膠體表面由于負(fù)電荷相互排斥而產(chǎn)生的電位勢，促進(jìn)土壤膠體由于相互吸附而凝聚，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的生成，抑制土壤次生堿化的發(fā)生。

3 結(jié)論與討論

在灌水洗鹽過程中，脫硫石膏、污泥營養(yǎng)土、草炭和褐煤都能夠使吹填土的含鹽量降低，脫硫石膏處理降到4.0 g·kg-1左右，pH值降到8.2;其余各處理的全鹽量都降低到3.0 g·kg-1以下，但pH值均有所提高。通過本試驗可知：在灌溉水的淋出水時間上四種物料有很大差異，出水快慢依次為脫硫石膏>污泥營養(yǎng)土≈草炭>褐煤，出水最快的是脫硫石膏施用量1.5 kg·m-3和2.25 kg·m-3的處理。

各處理對土壤堿化參數(shù)都有影響，尤其對SSP、SAR、RSC的作用顯著，預(yù)示四種改良物料對抑制吹填土脫鹽次生堿化均有積極作用，但在抑制土壤次生堿化方面以脫硫石膏最好，其次為草炭、污泥營養(yǎng)土和褐煤，脫硫石膏的3個處理中1.5 kg·m-3和2.25 kg·m-3在降低總堿度和SAR中效果最好。

綜上所述，由本試驗結(jié)論可知：從施工節(jié)約成本考慮，在促進(jìn)吹填土脫鹽抑堿方面采用脫硫石膏用量為1.5 kg·m-3的處理能取得良好的效果。本試驗的主要目的是初步優(yōu)選適宜的吹填土脫鹽降堿物料，為下一步對物料的復(fù)合配比研究提供理論依據(jù)，脫硫石膏與其他物料相結(jié)合對吹填土脫鹽抑堿方面的具體效果還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究驗證。

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