馬淑花：粉煤灰改良鹽堿地

袁帥

經(jīng)過粉煤灰改良后的鹽堿地，前期將以水稻、小麥、玉米等糧食作物為主，配備灌溉、自動化基礎(chǔ)設(shè)施等基礎(chǔ)條件，逐步實現(xiàn)無人播種、無人收割、自動化灌溉等系列智能技術(shù)，降低成本，發(fā)展高效農(nóng)業(yè)。

9月19日，中科院過程工程研究所牽頭的“粉煤灰基土壤調(diào)理劑鹽堿地改良技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項目順利通過中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的科技成果評價。評價委員會一致認(rèn)為，項目技術(shù)成果處于國際領(lǐng)先水平，實現(xiàn)了重度鹽堿地一年即可改良成功的重大突破，建議加快該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。

土地因鹽堿化而產(chǎn)生的治理利用問題一直是全球性難題。與此同時，作為煤炭燃燒過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物，我國粉煤灰產(chǎn)生量大，傳統(tǒng)的處理途徑和手段卻相對有限。中科院過程工程研究所研究員馬淑花是“粉煤灰基土壤調(diào)理劑鹽堿地改良技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項目負(fù)責(zé)人。她帶領(lǐng)團(tuán)隊，探索出一條用粉煤灰進(jìn)行鹽堿地改良的新路徑。

粉煤灰可以改良土壤

十多年前，馬淑花在進(jìn)行一項針對粉煤灰工業(yè)固廢處理的研究時，驚奇地發(fā)現(xiàn)粉煤灰不但有很好地防治土壤板結(jié)的作用，還能降低鹽度、減少土壤營養(yǎng)成分的流失，對一般的土壤也有一定的增產(chǎn)功效。

馬淑花介紹，土壤是礦物和有機(jī)物的混合組成部分，按容積計，在較理想的土壤中礦物質(zhì)約占38％～45％，有機(jī)質(zhì)約占10%，孔隙約占50%。按重量計，礦物質(zhì)占固相部分的90%以上，有機(jī)質(zhì)約占10%以下。而粉煤灰的化學(xué)成分恰好與土壤相近，且粉煤灰含有大量中微量元素，由此，粉煤灰生態(tài)化利用有望成為另一規(guī)模化消納新途徑。

在政策引導(dǎo)方面，2011年，國家發(fā)改委印發(fā)的《大宗固體廢物綜合利用實施方案》指出，鼓勵粉煤灰復(fù)墾、回填造地和生態(tài)利用。2019年，國家發(fā)改委、工信部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》明確，將持續(xù)推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，并共同在烏海、中寧、大同、榆林、阿勒泰開展了100家大宗固廢綜合利用基地建設(shè)。2018年，國務(wù)院發(fā)文開展無廢城市建設(shè)，由生態(tài)環(huán)境部主導(dǎo)，2019年選定“11+5”個城市和地區(qū)開展試點示范。2015年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《農(nóng)業(yè)部關(guān)于大力開展糧食綠色增產(chǎn)模式攻關(guān)的意見》，提出采取摻粉煤灰等措施改良土壤。

我國粉煤灰產(chǎn)生量較大，年產(chǎn)生量約6億噸。由于傳統(tǒng)的處理途徑和手段相對有限，大量未經(jīng)處理的粉煤灰可能引發(fā)空氣中的揚(yáng)塵問題，嚴(yán)重污染環(huán)境。目前，我國粉煤灰超過九成用于建筑材料、建筑工程和筑路，其余用于農(nóng)業(yè)、回填等處理，導(dǎo)致庫存粉煤灰利用率相對偏低，只有71%，并不能完全消耗掉每年產(chǎn)生的粉煤灰。加之區(qū)域綜合利用水平發(fā)展不平衡，致使堆存量日益增高，歷史堆存總量累計已超30億噸，占地約100萬畝。值得注意的是，我國粉煤灰主要堆積在干旱和半干旱地區(qū)，這些地區(qū)往往也是生態(tài)脆弱地區(qū)，還有相當(dāng)一部分堆積在東北三省。長此以往，大量堆積的粉煤灰為這些地區(qū)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)增加了阻礙和挑戰(zhàn)。

十多年來，馬淑花及其團(tuán)隊一直專注于相關(guān)研究與實踐，形成了鹽堿地治理系列新技術(shù)，總結(jié)出了一系列成功的經(jīng)驗，能夠?qū)⒎勖夯疫@一固廢變成治理鹽堿地的有效材料。這項新技術(shù)不僅可以改良鹽堿地，還可用于沙漠化治理和一般地增產(chǎn)，并得到了國家管理部門、行業(yè)協(xié)會、種植機(jī)構(gòu)等的認(rèn)同。

粉煤灰變身鹽堿地治理材料

粉煤灰是如何實現(xiàn)變廢為寶，進(jìn)而解決土地鹽堿化這一世界難題的？據(jù)中國科學(xué)院過程工程研究所合作、技術(shù)實施方乾元泰斗（北京）有限公司董事長李伸學(xué)介紹，這項新技術(shù)主要涉及三個環(huán)節(jié)，首先是將粉煤灰進(jìn)行無害化處理。目前有很多的粉煤灰被當(dāng)成了水泥、陶瓷的添加劑，這些領(lǐng)域一般都是直接添加的，不需要無害化處理。也有部分粉煤灰、城市淤泥未被無害化處理就用作綠化植物的種植，但是農(nóng)業(yè)種植土壤有著更高的標(biāo)準(zhǔn)，想要符合這個標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行無害化處理。如今市面上對粉煤灰進(jìn)行無害化批量處理的技術(shù)很少，為解決粉煤灰無害化處理的問題，中國科學(xué)院過程工程研究所依托對過程工程的經(jīng)驗優(yōu)勢，在多年研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上設(shè)計建成了一套無害化處理的專門的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，并添加一定的其它輔助成分，使粉煤灰中的有害成分大大低于國家標(biāo)準(zhǔn)，同時具備很好的節(jié)水、節(jié)肥效果。

其次是將粉煤灰活化改性。這就需要把粉煤灰中有益元素進(jìn)行選擇性活化，需要投資設(shè)立工廠，加工改良治理鹽堿地所需要的原料。最后，把改性后粉煤灰及配比的其他原料根據(jù)地塊土質(zhì)的特點加入土地中。加入混合均勻后就可以進(jìn)行正常的種植了。水位較淺的地區(qū)由于土壤的毛細(xì)效應(yīng)，會存在反鹽問題，需另外進(jìn)行反鹽處理，也是可以一次性解決問題的。

在2019年至2020年，馬淑花團(tuán)隊在寧夏石嘴山的44畝試驗鹽堿地得出的數(shù)據(jù)表明，鹽土和堿土復(fù)合，改良難度大。經(jīng)過粉煤灰改良后，鹽堿地pH值和EC均顯著下降，改良效果初顯，土壤營養(yǎng)元素失衡狀況有待下一步改善。初步判斷，極重鹽堿土經(jīng)過3至5年改良后，有望恢復(fù)成為健康土壤。

誠然，利用粉煤灰治理鹽堿地的探索之路并非一帆風(fēng)順。在研究過程中，馬淑花團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)部分粉煤灰重金屬含量超標(biāo)土壤結(jié)構(gòu)再造及功能化問題，進(jìn)一步開發(fā)的技術(shù)瓶頸亟須打破。對此，李伸學(xué)表示，粉煤灰改良鹽堿地的主要技術(shù)瓶頸目前已經(jīng)解決，污染成分無害化處理與營養(yǎng)成分活化已有量產(chǎn)經(jīng)驗。目前，千畝級的種植已三年，萬畝級的種植也正在實踐中。未來突破的方向應(yīng)該是針對不同鹽堿地土壤的更多的適配經(jīng)驗與處方方案，以及不同作物所需要的粉煤灰匹配問題，技術(shù)上可以建立一個大數(shù)據(jù)庫，針對不同的土壤、作物、粉煤灰原料等進(jìn)行智能模型計算。

改良后的鹽堿地前期將以水稻、小麥、玉米等糧食作物為主，配備灌溉、自動化基礎(chǔ)設(shè)施等基礎(chǔ)條件，逐步實現(xiàn)無人播種、無人收割、自動化灌溉等系列智能技術(shù)，降低成本，發(fā)展高效農(nóng)業(yè)。在自動化、大數(shù)據(jù)和種植方面，中國科學(xué)院自動化所、軟件所、軟件中心和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院具有多年的技術(shù)積累，在農(nóng)業(yè)方面也有很多的實際案例，這些技術(shù)與粉煤灰鹽堿地治理技術(shù)的結(jié)合將能較好地推進(jìn)農(nóng)業(yè)朝著技術(shù)化、精細(xì)化、科學(xué)化、智慧化的方向發(fā)展，在農(nóng)作物育種、選種和種植指導(dǎo)管理方面由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供技術(shù)支持。為進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益，也可以逐步嘗試發(fā)展功能農(nóng)業(yè)、中醫(yī)農(nóng)業(yè)等附加值高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，創(chuàng)造更好的產(chǎn)值。

目前，技術(shù)研發(fā)方中國科學(xué)院過程工程研究所和技術(shù)實施方乾元泰斗意在全國范圍內(nèi)選擇更多適合新技術(shù)項目落地的地方和土地。怎樣的土地才是適合這項新技術(shù)的土地？“最好是較為集中的地塊，10萬畝為1個單元，這樣有利于實現(xiàn)自動化與智能化及成本控制。其次，最好配備一定的灌溉條件，保證每年基本的產(chǎn)量，尤其是降雨量相對較低的地域。土質(zhì)最好適合小麥、玉米、苜蓿等基本作物的種植，保證大量基本農(nóng)作物的產(chǎn)量。當(dāng)?shù)赜写笮突鹆Πl(fā)電廠，保證每年供應(yīng)至少30萬噸粉煤灰原料?！崩钌鞂W(xué)說，同時建議含建設(shè)期在內(nèi)的最低運(yùn)營期限不低于10年。

目前新項目落地既可以采用“核心技術(shù)+資金+工廠+改良治理+種植運(yùn)營”整個產(chǎn)業(yè)一條龍的“自治自營”模式，也可將治理好的鹽堿地交還地方政府，由地方管理部門進(jìn)行再分配或委托給農(nóng)墾集團(tuán)進(jìn)行耕種，由乾元泰斗做好技術(shù)支持與智慧系統(tǒng)建設(shè)的“自治他營”模式。乾元泰斗還可與大型農(nóng)墾集團(tuán)合作，對其手中的鹽堿地進(jìn)行具體分析，然后單獨配備鹽堿地改良方案及智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)方案。