燃煤煙氣脫硫石膏改良鹽堿地技術研究與工程化應用進展

田榮榮，張文超，李 燁，徐立珍，孫振濤，李 彥，趙呈剛，趙永敢，王淑娟

(1.清華大學能源與動力工程系，北京 100084；2.北京市鹽堿及荒漠化地區(qū)生態(tài)修復與固碳工程技術研究中心，北京 100084；3.清華大學山西清潔能源研究院，太原 030032；4.華清農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，北京 100084；5.清華大學圖書館，北京100084)

我國是能源生產(chǎn)大國，煤炭消費約占全球總消費量的一半[1]，燃煤發(fā)電是電力生產(chǎn)的主要組成部分[2-3].隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國對煤炭和電力的需求量與日俱增，但燃煤產(chǎn)生大量的污染物(SO2，NOx等)對生態(tài)環(huán)境造成了極大危害[4].基于我國對污染物的高度重視，從2004 年開始普遍對燃煤裝置加裝煙氣脫硫設備.脫硫石膏作為燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝的主要副產(chǎn)物[5]，生產(chǎn)量也隨之快速增長.據(jù)統(tǒng)計，2014～2018 年間我國脫硫石膏年產(chǎn)量 超過7 000 萬t，當前年產(chǎn)量更是突破8 000 萬t 大 關[2-8]，大量累積的脫硫石膏亟待合理處置.傳統(tǒng)的脫硫石膏堆積、填埋方式不但占用大量土地，而且還會增加環(huán)保壓力[9-10].因此，脫硫石膏如何資源化利用一直是困擾電力行業(yè)綠色發(fā)展的難題.

國內(nèi)外資源化利用脫硫石膏的途徑以工業(yè)、建筑等行業(yè)為主，為了開辟新途徑，清華大學從1995 年開始提出并致力于利用脫硫石膏改良鹽堿地，試驗示范與推廣應用范圍涵蓋了我國鹽堿地典型分布的10余個省(市、區(qū))，并與多家單位合作完善了基礎理論、創(chuàng)建了技術體系、確定了生態(tài)安全性[9,11-12].歷經(jīng)20 多年的科學研究和應用實踐，利用脫硫石膏改良鹽堿地技術已經(jīng)得到社會各界的高度關注和廣泛認可[13-14].將脫硫石膏用于改良素有“地球之癬”之稱的鹽堿地，在生態(tài)修復邊際土地的同時還可實現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)物的資源化利用[9,15]，對保障我國糧食安全和生態(tài)安全都具有重要意義.盡管如此，脫硫石膏在農(nóng)業(yè)行業(yè)的應用還飽受爭議.部分學者認為脫硫石膏是工業(yè)副產(chǎn)物，其夾雜的重金屬元素會污染土壤、水資源、作物等，進而威脅環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[8].但也有學者指出，脫硫石膏的重金屬含量相對較低，甚至低于土壤背景值，并認為只要在施用之前嚴格把控原料來源就不會帶來環(huán)境問題.令人欣慰的是，農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《土壤調(diào)理劑及使用規(guī)程 煙氣脫硫石膏原 料》(NY/T 3936—2021)[16]自2022 年5 月1 日開始實施，內(nèi)蒙古、寧夏、新疆、山西等鹽堿地典型分布區(qū)的省(市、區(qū))相關行政主管部門也相繼制定了脫硫石膏改良鹽堿地技術標準，為該項技術的大面積推廣應用提供了科學的指導.

1 脫硫石膏改良鹽堿地技術起源與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術起源

我國煙氣脫硫技術始于20 世紀初，相比于國外發(fā)達國家起步較晚，但煙氣脫硫副產(chǎn)物—脫硫石膏的產(chǎn)量與日激增[17].基于對我國煤電行業(yè)發(fā)展趨勢的正確預判，結(jié)合大宗煤基固廢資源化利用的戰(zhàn)略方針，清華大學熱能工程專家徐旭常院士汲取了農(nóng)業(yè)行業(yè)利用天然石膏改良鹽堿地的理論知識，于1995 年前瞻性地提出了利用脫硫石膏改良鹽堿地技術，并與東京大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學、寧夏大學、中國科學院等國內(nèi)外科研團隊合作，開展了大量的試驗研究與應用示范[7,18-20]，開創(chuàng)了脫硫石膏改良鹽堿地的先河.

脫硫石膏改良鹽堿地技術發(fā)展歷程可分為基礎理論探索、關鍵技術研發(fā)與示范、產(chǎn)業(yè)化應用3 個階段.在第1 階段取得了顯著成效后，該項技術得到了社會各界的高度關注，越來越多的學者加入到了研究隊伍.從“十一五”至“十四五”期間，國家科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃及省(市、區(qū))科技項目都部署了關于脫硫石膏改良鹽堿地的科研課題，有力地推動了該項技術的深化發(fā)展、應用推廣及研究隊伍建設.目前，我國在利用脫硫石膏改良鹽堿地的關鍵技術研發(fā)和應用等方面整體達到了國際先進水平[19].2016 年，國務院印發(fā)的《土壤污染防治行動計劃》明確提出“在新疆生產(chǎn)建設兵團等地開展利用燃煤電廠脫硫石膏改良鹽堿地試點”[20]，有效地推動了脫硫石膏改良鹽堿地技術的產(chǎn)業(yè)化應用落地.

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)和中國知網(wǎng)CNKI 數(shù)據(jù)檢索1991 年至2021 年間脫硫石膏改良鹽堿地相關文獻，與主題相關的英文文獻79篇，總被引頻次1 032 次；中文文獻267 篇，總被引頻次4 479 次，見圖1(a).從文獻發(fā)表情況來看，利用脫硫石膏改良鹽堿地的相關研究工作始于20 世紀90 年代末期.在國際上，以美國農(nóng)業(yè)部和俄亥俄州立大學為代表的脫硫石膏改良鹽堿地研究成果發(fā)表相對較早，但2008 年之后發(fā)文數(shù)量銳減.在國內(nèi)，利用脫硫石膏改良鹽堿地的研究成果發(fā)文數(shù)量從2007 年開始逐年增加，被引頻次也波動上升.這主要是由于我國自2005 年才開始大量產(chǎn)生脫硫石膏[7]，國家和地方政府對脫硫石膏改良鹽堿地的關鍵技術研發(fā)和應用推廣提供了政策和資金支持，眾多學者取得了豐碩的研究成果，并建立了不同團隊之間資源優(yōu)勢互補 的合作網(wǎng)絡(見圖1(b)和1(c))，為該技術的產(chǎn)學研融合發(fā)展提供了有力支撐，國際影響力也隨之逐漸 增大.

圖1 脫硫石膏改良鹽堿地相關研究近30年發(fā)文情況以及國際和國內(nèi)研究機構(gòu)合作網(wǎng)絡Fig.1 Publication and citation trend in saline-alkali land amelioration by flue gas desulfurization gypsum in the last 30 years and cooperation network of foreign and domestic research institutions

國內(nèi)利用脫硫石膏改良鹽堿地的相關研究的中文發(fā)表機構(gòu)主要有寧夏大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學和中國農(nóng)業(yè)大學等，英文發(fā)表機構(gòu)主要有清華大學、中國農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)科學院等.其中，清華大學連續(xù)參與了“十一五”國家科技支撐計劃課題“黃河河套地區(qū)鹽堿地改良及脫硫廢棄物資源化利用關鍵技術研究與示范”、“十二五”國家科技支撐計劃課題“河套地區(qū)鹽堿地耐鹽植物高效利用與生態(tài)修復模式研究與示范”、“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題“河套平原鹽堿地復合型生態(tài)治理制劑產(chǎn)品研發(fā)”和“蘇打鹽堿地土壤調(diào)理劑產(chǎn)品研發(fā)及應用”，“十四五”國家重點研發(fā)計劃課題“河套平原鹽堿土壤淡化肥沃耕層構(gòu)建關鍵技術及產(chǎn)品研發(fā)”等國家科研課 題[10,18]和若干項省部級科技計劃課題，在脫硫石膏改良鹽堿地適宜施用量、施用方法、施用時期等關鍵技術[21-22]和鈣基型復合土壤改良劑產(chǎn)品的研發(fā)方 面[23]取得了長足的進步，尤其是解析了脫硫石膏對鹽堿旱地、水田改良的短期與長期效應差異和調(diào)控 機制[12,24-25].

2 脫硫石膏改良鹽堿地技術研究進展

2.1 技術原理

脫硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，其有效成分含量大多在80%以上[10,18].脫硫石膏施入表層土壤后，在降雨或灌水作用下CaSO4由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，并與土壤發(fā)生離子置換和鹽類轉(zhuǎn)化反應(圖2).CaSO4溶解出來的 Ca2+率先與土壤 CO32-和HCO3-發(fā)生鹽類轉(zhuǎn)化反應生成CaCO3沉淀，再與土壤交換性Na+、K+和Mg2+發(fā)生離子置換反應，在兩種反應的協(xié)同交替互促共進作用下，土壤pH 值和堿化度呈顯著降低趨勢[26-27]，并將土壤中對植物生長毒害性較大的碳酸鹽轉(zhuǎn)化為毒害性相對較小的硫酸鹽.

圖2 脫硫石膏改良鹽堿地機理示意Fig.2 Mechanism diagram of saline-alkali land amelioration by flue gas desulfurization gypsum

鹽堿土壤膠體吸附的Na+具有親水性，分散在土 壤顆粒細縫間，形成透水性差的土層，從而降低了土壤團聚體的穩(wěn)定性[22,28-30].施用脫硫石膏后，吸附Ca2+的土壤膠體具有疏水性，膠體微粒能夠互相靠近，利于形成微團聚體，進而減少土壤膠體在土壤中的分散[28-30].多項研究表明，施用脫硫石膏后土壤容重降低，孔隙度、大團聚體含量及導水系數(shù)增大，加速了土壤脫鹽[31-34].

隨著脫硫石膏與土壤化學反應的進行，生成的反應產(chǎn)物(Na2SO4、K2SO4、MgSO4等)濃度逐漸增大，如果在表層土壤中大量集聚，會與液相CaSO4發(fā)生同離子效應，促使化學反應逆向進行，從而降低固相CaSO4的溶解量[35].因此，脫硫石膏改良鹽堿地過程中需要及時排出反應產(chǎn)物，才能保障改良效果的持 久性[21].

通常，脫硫石膏與土壤的反應產(chǎn)物通過水平遷移和垂直遷移兩種途徑進行脫除.水平遷移即鹽分離子隨水排出土壤，這些被排泄出去的鹽分離子大多來自表層土壤.垂直遷移即鹽分離子隨水向底層土壤遷移，但在地下水位較淺、地表蒸發(fā)量較大時，土壤鹽分離子會隨著毛細作用再次向表層土壤遷移，造成鹽分表聚，此時灌溉洗鹽成了必不可少的步驟.已有研究表明，在旱田淋洗不充分的條件下，施用脫硫石膏后表層土壤鹽分含量明顯增大[36]，而在充分淋洗條件下表層土壤鹽分含量則顯著降低.因此，合理灌溉是促進脫硫石膏改良表層土壤的重要輔助措施.

隨著水分的垂直運動，液相CaSO4隨之向底層土壤遷移，該過程也會發(fā)生離子置換和鹽類轉(zhuǎn)化反應，進而改良底層土壤，且改良土層深度隨著脫硫石膏施用年限的增加而增大[22].在脫硫石膏過量施用情況下，未與土壤鹽分離子發(fā)生反應的CaSO4會殘留在土壤中某一土層，或被淋溶至地下水中造成滲漏損失.肖國舉等[37]研究表明，CaSO4含量為80%的脫硫石膏在輕、中、重度鹽堿地改良中的損失率達到23%左右.因此，在計算脫硫石膏施用量時，應該將損失率(滲漏量、殘留量)納入考慮范圍.

2.2 施用量

19 世紀末，美國學者赫爾加德利用天然石膏改良“黑堿”，并提出了3 個主要的化學反應方程[37].在此基礎上，學者們深入探究了施用脫硫石膏改良鹽堿地的技術機理.為了量化脫硫石膏施用量，學者們基于土壤交換性鹽基離子含量、陽離子交換量、堿化度、總堿度、容重、土層厚度、石膏含量及其有效利用率等指標情況，提出了多種計算脫硫石膏改良鹽堿地的適宜施用量的方法，見表1.其中：W 與W'為脫硫石膏的施用量，單位分別為kg/hm2和mmol/kg；CEC為陽離子交換量，cmol/kg；ESP 為堿化度，%；ZEP 為總堿度，cmol/kg；H 為土壤堿化層深度，cm；D 為土壤容重，g/cm3；和分別為土壤交換性Na+和Mg2+含量，mmol/kg；Mg(HCO3)2、Na2CO3和NaHCO3分別表示其在土壤中的含量，mmol/kg；R 為石膏的有效利用率，%；η 為CaSO4·2H2O 中石膏含量，%.

表1 脫硫石膏改良鹽堿地施用量計算公式Tab.1 Calculation formula for application rate of flue gas desulfurization gypsum in ameliorating saline-alkali land

盡管學者們提出的脫硫石膏施用量計算公式有差異，但大多都會面臨土壤鹽堿指標檢測耗時長、成本高等問題，尤其是檢測土壤堿化度和交換性離子.為快速判斷脫硫石膏施用量，可利用鹽堿指標間的密切關系簡化計算過程.基于大量樣品檢測結(jié)果，王淑娟等[7]發(fā)現(xiàn)土壤pH 值與堿化度之間存在一定的相關性，見圖3.在野外條件下，用便攜式pH 計或pH 試紙就能快速檢測土壤pH 值.因此，可以根據(jù)不同地區(qū)土壤pH 值與堿化度的關系式計算土壤堿化度，再用上述公式計算脫硫石膏施用量.然而，土壤pH 值與堿化度的關系受土壤質(zhì)地、鹽堿類型等多因素影響，需要在大量數(shù)據(jù)分析的基礎上探索和完善二者的關系，進而提高脫硫石膏施用量計算的精準度.

圖3 不同鹽堿地區(qū)土壤pH值與堿化度的關系Fig.3 Relationships between soil pH value and exchangeable sodium percentagein different salinealkali soils

2.3 施用方式

目前，脫硫石膏施用方式大多為地表撒施，然后用旋耕機將其與表層土壤混合均勻.有研究表明，脫硫石膏撒施后進行犁翻與旋耕結(jié)合的改良效果明顯優(yōu)于單獨旋耕或犁翻[45].脫硫石膏施入土壤后進行合理灌溉，其降堿脫鹽效果立竿見影，施用當年即可收獲可觀的糧食產(chǎn)量[46].但地表撒施往往導致脫硫石膏用量大，在灌溉洗鹽過程中也容易導致有效成分的損失[47].因此，有學者提出了脫硫石膏條施和穴施等集約化施用方式，且取得了明顯的改良和增產(chǎn)效 果[47-48].與傳統(tǒng)地表撒施相比，集約化施用脫硫石膏具有長期高效、低消耗、易操作等優(yōu)點，目前已經(jīng)在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)向日葵種植中得到了推廣應用.

脫硫石膏是一種鈣基型無機改良劑，可以靶向消減土壤堿害.然而，鹽堿地基礎肥力普遍較低，在土壤改良的同時還需提升肥力.雖然脫硫石膏富含Ca、S 等作物生長所需的營養(yǎng)元素，但其在提升土壤肥力方面的作用效果甚微[23,49-50].因此，將脫硫石膏與其他材料配合施用可有效解決其單施培肥功效的不足，從而促進土壤生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)[51-55].

目前，學者們開展了大量的以脫硫石膏為主要原料的復合改良劑研發(fā)工作，輔料主要包括腐殖酸、糠醛渣、生物炭、黃腐酸和秸稈等有機物料.有研究表明，脫硫石膏與腐殖酸、黃腐酸鉀等有機質(zhì)材料混合施用能夠增加脫硫石膏溶解度，提高土壤改良效 果[56-57].閆洪等[58]研究發(fā)現(xiàn)，在河套灌區(qū)將4.5 t/hm2脫硫石膏與0.9 t/hm2腐殖酸配合施用可顯著降低土壤全鹽量和pH 值，實現(xiàn)向日葵促生增產(chǎn).唐雪等[59]研究表明，在濱海地區(qū)將9 t/hm2脫硫石膏與5 t/hm2稻殼、1.2 t/hm2黃腐酸鉀配合施用可顯著降低土壤鹽堿危害，增加土壤養(yǎng)分含量.王鼎等[60]研發(fā)了以脫硫石膏與腐殖酸、保水劑復配的復合改良劑，施用后可顯著降低土壤pH 值、水溶性Na+、和含量，增加土壤有機質(zhì)含量，提高向日葵出苗率.

3 脫硫石膏改良鹽堿地工程化應用進展

3.1 工程化應用現(xiàn)狀

在鹽堿地科學治理方面，我國已形成了較大規(guī)模的研究隊伍[61]，從物理、化學、生物、水利等改良措施方面開展了多項研究.以此為基礎，鹽堿地改良工程項目在全國大部分地區(qū)已逐漸展開.通過地方政府采招網(wǎng)調(diào)研顯示，近年來鹽堿地改良工程項目招標逐年增加，采招內(nèi)容主要包括改良劑產(chǎn)品采購、工程技術服務以及社會資本項目.其中，脫硫石膏作為內(nèi)陸鹽堿地區(qū)地方政府主要采購的改良劑產(chǎn)品之一，其在鹽堿地改良工程項目中應用的面積及范圍也在逐步擴大.隨著2022 年中央1 號文件中關于“支持將符合條件的鹽堿地等后備資源適度有序開發(fā)為耕地”、“分類改造鹽堿地”等信息發(fā)布，鹽堿地改良工程勢必會再上一個新臺階，脫硫石膏改良鹽堿地的應用規(guī)模預期也會進一步擴大.

近年來，我國各級政府都加大了鹽堿地治理工作，大面積的鹽堿地改良與利用工程項目如火如荼.內(nèi)蒙古巴彥淖爾市位于黃河“幾字灣”最北端，鹽堿地改良與高效利用一直備受重視.脫硫石膏作為當?shù)刂魍频?84 萬畝鹽堿地“五位一體”綜合治理技術之一，在五原縣開展先行先試，取得了顯著效果后向臨河區(qū)、達拉特旗、土默特右旗、科爾沁左翼中旗等周邊旗縣輻射推廣[62].吉林省大安市地處松嫩平原腹地，近年來實施了多個國家重大土地開發(fā)整理項目，引進了10 余家擁有土壤改良技術的企業(yè)和科研院所，研發(fā)了包括脫硫石膏改良鹽堿地、種稻治堿等多項實用技術，助力當?shù)匦略龈孛娣e70.3 萬畝，極大地提升了糧食產(chǎn)能[63].新疆生產(chǎn)建設兵團于2015 年開展了脫硫石膏改良鹽堿地示范2 萬畝，實現(xiàn)了435 億元的農(nóng)業(yè)增加值[64].寧夏銀北地區(qū)實施了包括施用脫硫石膏、種植耐鹽堿作物等鹽堿地改良技術，改良面積累計80 萬畝，因地制宜推廣大豆、苜蓿等豆科作物及綠肥的種植和還田[65]，取得顯著效果.河北省張北縣于2014 年引進了脫硫石膏改良鹽堿地項目，結(jié)合配套的種植技術，將2 600 畝鹽堿地變農(nóng)田，改良后的土壤pH 值接近正常耕地水平，作物產(chǎn)量更是達到了正常耕地的90%[66]，并在尚義縣、康保縣等周邊地區(qū)進行了大面積應用推廣.

3.2 工程化項目實踐

清華大學長期致力于利用脫硫石膏改良鹽堿地技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相關研究成果已被學校列為百年科研成果之一，并先后成立了清華大學鹽堿地區(qū)生態(tài)修復與固碳研究中心和北京市鹽堿及荒漠化地區(qū)生態(tài)修復與固碳工程技術研究中心兩個技術研發(fā)平臺.為了加快脫硫石膏改良鹽堿地技術成果轉(zhuǎn)化，清華大學于2010 年發(fā)起成立了成果轉(zhuǎn)化公司(華清農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司)，形成以企業(yè)為產(chǎn)業(yè)化主體、中心為工程化技術支持平臺的“政-產(chǎn)-學-研-用”緊密結(jié)合的技術研發(fā)與工程化應用互饋促進機制[20].至今，項目團隊已經(jīng)在我國東北、西北、華北及黃河中上游地區(qū)建立了4 個萬畝以上的試驗示范基地，并承擔了鹽堿地改良技術服務工程項目24 項，見圖4，應用面積累計超過136 萬畝，改良效果顯著、引領作用明顯.

圖4 清華大學研究團隊利用脫硫石膏改良鹽堿地示范基地分布Fig.4 Distribution of demonstration base for ameliorating saline-alkali land with flue gas desulfurization gypsum by the research team from Tsinghua university

以項目團隊在我國華北地區(qū)(11 694 畝)和東北地區(qū)(67 754 畝)成功實施的脫硫石膏改良鹽堿地工程項目為例.華北地區(qū)利用脫硫石膏改良后，土壤pH 值、電導率和堿化度分別降低了1 個單位、29.2%和85.4%，見圖5(a).東北地區(qū)利用脫硫石膏改良后，土壤pH 值和堿化度分別降低1.1 個單位和56.8%，電導率有所增加但無顯著差異，見圖5(b).圖6 是項目團隊于2018 年在吉林省扶余市長春嶺 鎮(zhèn)實施完成的工程項目，總面積177.1 hm2.利用脫 硫石膏改良后，土壤pH 值、電導率和堿化度等鹽 堿指標整體呈現(xiàn)降低趨勢.歷經(jīng)6 個月的時間，項目區(qū)從鹽堿荒地變成了可種植大豆、水稻等常規(guī)作物的良田.

圖5 華北和東北示范區(qū)利用脫硫石膏改良前和改良后土壤鹽堿指標變化Fig.5 Variations of soil salinity and alkalinity in the demonstration areas in North China and Northeast China before and after flue gas desulfurization gypsum application

圖6 吉林省扶余市長春嶺鎮(zhèn)項目區(qū)利用脫硫石膏改良前和改良后土壤鹽堿指標分布Fig.6 Distribution of soil salinity and alkalinity before and after amelioration with flue gas desulfurization in the project area of Changchunling Town，F(xiàn)uyu City，Jilin Province

在工程項目實施過程中，脫硫石膏作為主要改良劑產(chǎn)品，可從周邊燃煤電廠免費拉運或低價采購而得.為了提高脫硫石膏資源化利用率，一些燃煤電廠甚至還會支付部分運輸費用，顯著降低了采購成本.目前，脫硫石膏可機械化施用，并可快速降低土壤鹽堿危害，實現(xiàn)集中連片的鹽堿地春改、春種和秋收，科學種植3 年后即可達到當?shù)刂懈弋a(chǎn)水平.此外，由于脫硫石膏溶解度相對較低，一次施用長期有效.Zhao 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在旱地中施用脫硫石膏17年后，其改良效果仍舊持續(xù)且呈現(xiàn)向深層土壤遷移的趨勢.Zhang 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，一次性施用脫硫石膏改良蘇打鹽堿水田4 年后作用效果基本穩(wěn)定，且改良土層深度達到40 cm.趙永敢等[20]對利用脫硫石膏改良后的土壤及種植產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量進行檢測 分析，均低于國家相關標準限量要求.因此，利用脫硫石膏改良鹽堿地兼?zhèn)渌傩Ш烷L效作用，實現(xiàn)以廢治廢、工農(nóng)業(yè)協(xié)同發(fā)展的目的，是一項真正的藍天綠地工程.

基于大量的工程項目實踐，項目團隊創(chuàng)建了利用脫硫石膏改良鹽堿地工程技術體系，見圖7.一是提出了測土配方改良技術，利用現(xiàn)代化信息技術，結(jié)合大量土壤樣品的野外快速檢測和室內(nèi)精準檢測結(jié)果，繪制項目區(qū)土壤鹽堿分布圖，并據(jù)此計算和繪制脫硫石膏施用量分布圖，實現(xiàn)鹽堿地的精準改良.二是制定了分區(qū)分類改良方案，針對項目區(qū)土壤鹽堿類型、鹽堿程度、土壤質(zhì)地和利用方式等，以脫硫石膏改良鹽堿地技術為核心，輔以水利、物理和生物改良等措施，優(yōu)化工藝流程，制定工程實施要點，實現(xiàn)鹽堿地的綜合治理.三是建立了項目驗收標準，工程項目實施過程中既要確定脫硫石膏的施用量是否達標，還要保證配套措施質(zhì)量，對此制定了項目驗收指標、檢測方法和質(zhì)量標準，為鹽堿地改良行業(yè)的發(fā)展提供了重要依據(jù).

圖7 脫硫石膏改良鹽堿地工程技術體系[16]Fig.7 Technical system for the project of saline-alkali land amelioration by using flue gas desulfurization gypsum

4 結(jié)論與建議

脫硫石膏是燃煤電廠煙氣脫硫工藝過程中產(chǎn)生的主要固體副產(chǎn)物，其資源化利用的重要性及緊迫性持續(xù)提升.作為一種低廉、高效的鈣基型土壤改良劑，脫硫石膏改良鹽堿地的潛力不斷被挖掘，改良機理逐漸清晰明朗而成為共識，改良效果及其安全性也得到廣泛認可.近年來糧食安全問題日益突出，為保障我國耕地資源，鹽堿地的綜合高效利用逐漸引起重視.在此背景下，推動脫硫石膏改良鹽堿地的工程化應用至關重要.以清華大學和華清農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司組建的項目團隊已實現(xiàn)脫硫石膏改良鹽堿地技術成果轉(zhuǎn)化，并在全國范圍進行示范和推廣工作，取得了卓越的成效，實現(xiàn)了“政-產(chǎn)-學-研-用”高度融合 發(fā)展.

大面積的鹽堿地改良工程項目的推進突顯了改良方法、機械設備、施工和管理之間的矛盾，項目團隊基于多年的工程項目經(jīng)驗提出了針對性建議：

(1) 脫硫石膏單施需要加大施用量以確保改良效果持久性，而施用量的加大可能加劇土壤鹽分脅迫，也會造成資源浪費.針對這一問題，可采用集約化施用脫硫石膏方式實現(xiàn)鹽堿地精準改良，輔以研發(fā)相關農(nóng)機設施，在減少石膏用量、增強改良時效性的同時簡化脫硫石膏施用工藝，節(jié)約人力資源.此外，可根據(jù)不同地區(qū)鹽堿地特征，結(jié)合脫硫石膏改良優(yōu)勢，開發(fā)復合型改良劑，以達到土壤降堿、脫鹽、培肥的相互促進.

(2) 水分直接參與脫硫石膏改良鹽堿地過程，不合理的灌排措施會使以Na+為主的土壤鹽分聚集而增加土壤鹽分脅迫，甚至抑制脫硫石膏的改良效果.因此，配套合理的灌排措施和灌溉制度是保障脫硫石膏改良鹽堿地效果的關鍵所在.

(3) 脫硫石膏一次性施入土壤后，其改土增產(chǎn)效果普遍當年見效，而改良效果的維持性在很大程度上依賴于土地利用方式和種植管理模式.改良后的土地若長期撂荒，則會有潛在土壤返鹽返堿風險.因此，利用脫硫石膏改良鹽堿地后需持續(xù)種植作物、加強田間管理及監(jiān)測改良效果，以降低土壤鹽堿反復的風險，進而延長改良作用年限.

致 謝

感謝清華大學鹽堿地區(qū)生態(tài)修復與固碳研究中心同事在樣品檢測、數(shù)據(jù)整理等方面給予幫助，感謝華清農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司全體人員在工程化項目實施過程中數(shù)據(jù)采集、問題剖析等方面給予幫助.