張志眾，李云凱，孫秀君

（唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山063000）

粉煤灰是燃煤火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過(guò)程中排放出的大量固體廢渣［1］。粉煤灰對(duì)環(huán)境的危害主要體現(xiàn)在重金屬和放射性物質(zhì)污染、空氣污染、水污染、土壤污染、人體健康危害以及地質(zhì)災(zāi)害等多個(gè)方面。一直以來(lái)我國(guó)對(duì)粉煤灰的處置方法多以傳統(tǒng)消極的堆放保存為主，這種堆貯的治理方法已經(jīng)給社會(huì)帶來(lái)了巨大的環(huán)境問(wèn)題。鹽堿土是對(duì)鹽土和堿土的統(tǒng)稱。土壤中的含鹽量在0.1%～0.2%以上，或土壤膠體吸附一定數(shù)量的交換性鈉，堿化度數(shù)值在15%～20%以上，且有害于作物正常生長(zhǎng)的土壤屬鹽堿土類型，或稱鹽漬土［2］。唐山地區(qū)具有豐富的粉煤灰資源和代表性的鹽堿土壤，針對(duì)鹽堿土問(wèn)題，如果通過(guò)添加適量的粉煤灰，改進(jìn)運(yùn)行方式和優(yōu)化操作條件，可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰對(duì)鹽堿土的改良。

1 研究?jī)?nèi)容及方法

1.1 研究?jī)?nèi)容

通過(guò)園林開(kāi)墾地試驗(yàn)的方法，采用掩模層配比法，研究不同配比的粉煤灰和原土混合后各地塊鹽堿土壤理化性狀的差異性，主要內(nèi)容是對(duì)加入不同混合配比的粉煤灰與原土混合后土壤的質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、酸堿性及水分等養(yǎng)分狀況的研究。

1.2 研究方法

采用掩模層配比法。首先對(duì)地形進(jìn)行整體改造，即在試驗(yàn)地周圍挖陽(yáng)溝，挖出的土壤按試驗(yàn)設(shè)計(jì)與粉煤灰、爐渣等混合堆土成基，加速土壤脫鹽，使土壤達(dá)到植物生長(zhǎng)發(fā)育的條件。在種植層以下設(shè)置25cm左右隔離帶，上層用粉煤灰和試驗(yàn)地土壤以不同梯度進(jìn)行配比，再進(jìn)行不同配植方式的種植。

2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)10個(gè)處理小區(qū)（A1－E2），每處理小區(qū)長(zhǎng)10m，寬2m，分別平地鋪設(shè)25cm厚爐渣，其上覆40～50cm混合土，混合土由挖溝起始土壤與粉煤灰按4∶1比例混成，栽種植物。

2.2 采樣及檢測(cè)指標(biāo)

2.2.1 土壤樣品的采集

土壤分析包括養(yǎng)分供應(yīng)分析，一般在晚秋或早春采集土樣［3］。在木苗返青前后，進(jìn)行3次采樣。采樣面積的規(guī)格約為長(zhǎng)1.5m，寬0.8m，深1.0m，采樣深度為10cm 和30cm。在采樣標(biāo)注圖上標(biāo)出采樣地點(diǎn)，以避免下次在相同處采集。

2.2.2 土壤測(cè)定指標(biāo)

試驗(yàn)內(nèi)容選取以下指標(biāo)：土壤質(zhì)地、容重、pH值、可溶鹽含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量。取不同試驗(yàn)處理地塊的土壤樣本，測(cè)定其理化性質(zhì)，分析添加粉煤灰后對(duì)鹽堿土產(chǎn)生的影響。

2.2.3 土壤測(cè)定的試驗(yàn)方法和裝置

pH值用蒸餾水（水土比5∶1）浸提，pH計(jì)測(cè)定；可溶性鹽用電導(dǎo)率法測(cè)定，使用MU2020型電導(dǎo)率控制器；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法－稀釋熱法測(cè)定；全氮用半微量凱氏法測(cè)定；速效磷用0.5mo1／L的NaHCO3溶液浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用中性1mol／L乙酸銨20溶液浸提，火焰光度計(jì)測(cè)定；容重用環(huán)刀法測(cè)定；土壤質(zhì)地采用吸管法測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 粉煤灰對(duì)試驗(yàn)土壤的性質(zhì)影響

3.1.1 試驗(yàn)土壤質(zhì)地的變化

試驗(yàn)用粉煤灰是一種形狀各異、大小不等的顆粒狀物，顏色為深黑色，相當(dāng)于細(xì)砂壤土。直徑0.002～0.02mm的粉粒占65%以上，直徑0.02～2mm的粉粒含量少于32.4%，直徑小于0.002mm的粉粒更是低于1.1%。試驗(yàn)中摻入一定比例粉煤灰后的土壤質(zhì)地具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。由表1可知，隨著粉煤灰用量的增加，試驗(yàn)土壤中D1，D2大于0.002mm的粉粒含量由對(duì)照原土的30.57%和31.21%分別增加至44.52%和45.64%，平均為原來(lái)的1.41倍，粉粒含量隨粉煤灰加入量明顯增加，而粘粒和砂粒的含量則明顯降低，由對(duì)照原土的27%和42%左右分別降至16%和38%左右，土壤類別也從重壤土變?yōu)橹腥劳粒寥蕾|(zhì)地明顯得到一定的改善。

表1 不同處理方案對(duì)土壤質(zhì)地的影響

3.1.2 容重與孔隙體積的變化

試驗(yàn)用粉煤灰比重為2.05g／cm3，自然沉積后，容重均值僅為0.70g／cm3左右，而毛管孔隙體積則平均高達(dá)81.65%。因此，隨著粉煤灰施用量的增加，土壤容重減小，總孔隙體積、毛管孔隙體積增加，詳見(jiàn)表2。分別對(duì)不同處理方案的各項(xiàng)土壤指標(biāo)作圖，如圖1－3所示。

表2 不同處理方案對(duì)土壤容重及孔隙體積的影響

圖1 不同處理方案對(duì)土壤容重的影響

圖2 不同處理方案對(duì)土壤總孔隙體積的影響

圖3 不同處理方案對(duì)土壤毛管孔隙體積的影響

從方案對(duì)比中可以看出，施用粉煤灰后土壤的容重降低了0.1～0.3g／cm3，毛管孔隙體積增加了8%～15%，由此增加了土壤的保水性能。由圖表分析得到不同處理方案土壤的物理形狀也各不相同。根據(jù)測(cè)定：試驗(yàn)地塊D1，D2的毛管孔隙體積及總孔隙體積均為各種處理方案的最高值，總孔隙體積分別為63.40%和62.38%，毛管孔隙體積分別為57.96%和58.02%，且土壤容重最小分別為1.14g／cm3和1.10g／cm3，說(shuō)明該土壤物理性狀最好，透氣透水性能良好，土層疏松柔軟，保水保肥能力較強(qiáng)。試驗(yàn)地塊A2的物理性狀最差，總孔隙體積52.94%，毛管孔隙體積50.06%，為所有試驗(yàn)地塊中的最低值，容重最重只達(dá)到1.24g／cm3，此數(shù)據(jù)說(shuō)明該處理方案的土壤質(zhì)地固相較多，氣相偏少，所以毛管持水量也相應(yīng)最少，土層相對(duì)緊密度大，透氣透水性能最差，同時(shí)保水保肥能力也最差，不利于植物生長(zhǎng)。其他試驗(yàn)地塊的各項(xiàng)指標(biāo)介于兩者之間，按指標(biāo)優(yōu)良性能排列順序?yàn)榉勖夯药僁1D2﹥C1C2﹥B1B2﹥A1A2﹥對(duì)照土壤。

3.1.3 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定分析

本試驗(yàn)中土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 不同處理方案的土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

（1）土壤pH值的變化。粉煤灰還可以改善土壤的pH值［4］。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤pH均值詳見(jiàn)表3中pH值一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤pH值的影響如圖4所示。本試驗(yàn)中選用的粉煤灰來(lái)自電廠貯灰場(chǎng)，因經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的存放，風(fēng)化作用后粉煤灰的pH值迅速降低，經(jīng)過(guò)測(cè)試，pH值范圍為8.63～8.72，比土壤略高。因此，與試驗(yàn)地塊的原土進(jìn)行不同比例混合后對(duì)土壤pH值造成的影響并不明顯。

圖4 不同處理方案對(duì)土壤pH值的影響

（2）可溶性鹽的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤可溶性鹽的含量均值詳見(jiàn)表3中可溶鹽一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤可溶鹽的影響如圖5所示。由圖表可知，試驗(yàn)用粉煤灰含鹽量平均為0.19%左右，隨著粉煤灰施用量的增加，土壤含鹽量減小，粉煤灰使用量最大的D1，D2地塊，可溶鹽含量降至0.42%，0.41%，降幅最大；粉煤灰施用量最小的A1，A2地塊，可溶鹽含量分別為0.51%和0.52%，降幅最小。各種處理方案綜合分析，土壤可溶鹽含量降低幅度可達(dá)0.08%～0.18%，植物所受的鹽迫危害進(jìn)一步減小。試驗(yàn)前已對(duì)試驗(yàn)土地進(jìn)行了混合堆土成基的地形改造，在淋灑灌溉過(guò)程中促進(jìn)了土地鹽分的排鹽速度，使得鹽堿地土壤的含鹽量迅速降低。

圖5 不同處理方案對(duì)土壤可溶鹽的影響

（3）有機(jī)質(zhì)含量的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤有機(jī)質(zhì)含量均值詳見(jiàn)表3中有機(jī)質(zhì)一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響如圖6所示。試驗(yàn)用粉煤灰有機(jī)質(zhì)含量較試驗(yàn)對(duì)照地塊本底值更低，僅為0.13%左右；試驗(yàn)對(duì)照地塊有機(jī)質(zhì)含量在0.5%左右，屬于相對(duì)貧瘠的土壤。隨著粉煤灰施用量的增加，土壤含有機(jī)質(zhì)有所減小，降低幅度可達(dá)0.12%～0.17%，植物所需要的養(yǎng)分減少，粉煤灰加入量過(guò)大，會(huì)造成植物營(yíng)養(yǎng)成分不足。此問(wèn)題可通過(guò)投加有機(jī)物質(zhì)得到改善，例如添加牲畜糞便或水庫(kù)淤泥等物質(zhì)。

圖6 不同處理方案對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

（4）土壤全氮的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤全氮含量均值詳見(jiàn)表3中全氮一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤全氮的影響如圖7所示。試驗(yàn)用粉煤灰全氮含量很低，平均值為0.12g／kg。因此，隨著粉煤灰施用量的增加，土壤全氮含量減小，植物所需要的養(yǎng)分進(jìn)一步減小，影響植物的生長(zhǎng)。這與有機(jī)質(zhì)含量降低規(guī)律一致，通過(guò)耕作施肥可改善這一不利影響。

圖7 不同處理方案對(duì)土壤全氮的影響

（5）速效氮含量的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤速效氮含量均值詳見(jiàn)表3中速效氮一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤速效氮的影響如圖8所示。由圖表分析可知，試驗(yàn)用粉煤灰速效氮含量為12.8mg／kg左右，低于土壤的速效氮含量。隨著粉煤灰施用量的增加，土壤速效氮含量減小，其中施灰量最大的試驗(yàn)地塊D1，D2降幅最高，分別達(dá)9.77mg／kg和10.14mg／kg，這與全氮的分布規(guī)律相似，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)。

圖8 不同處理方案對(duì)土壤速效氮的影響

（6）速效磷含量的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤速效磷含量均值詳見(jiàn)表3中速效磷一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤速效磷的影響如圖9所示。土壤中全磷含量較低，速效磷的含量通常會(huì)略顯不足。但即便全磷含量較高的土壤也不一定保證含有足夠的速效磷供應(yīng)作物生長(zhǎng)，因?yàn)橥寥乐械牧状蟛糠质且粤姿徕}鹽這種難溶性化合物形式存在的，能被作物吸收利用的速效磷含量有限。因此要測(cè)定土壤中速效磷的含量才能客觀地說(shuō)明土壤磷肥力的供應(yīng)情況。

圖9 不同處理方案對(duì)土壤速效磷的影響

（7）速效鉀含量的變化。各處理方案試驗(yàn)地塊土壤速效鉀含量均值詳見(jiàn)表3中速效鉀一項(xiàng)。分兩組采樣，不同處理方案對(duì)土壤速效鉀的影響如圖10所示。從圖中可以看出，隨著粉煤灰施用量的增加，土壤中速效鉀的含量也對(duì)應(yīng)增加，增幅為43～144mg／kg。

圖10 不同處理方案對(duì)土壤速效鉀的影響

3.2 試驗(yàn)土壤對(duì)木苗生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

木苗在試驗(yàn)土壤上移植18個(gè)月后，對(duì)試驗(yàn)?zāi)久邕M(jìn)行了抽樣監(jiān)測(cè)，結(jié)果按照樹(shù)種不同分別列表，詳見(jiàn)表4。

表4 不同處理方案對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

3.2.1 木苗生長(zhǎng)狀況分析

由表4可以明顯看出，按照土灰的比例，分別施加4∶1，3∶1和5∶2的粉煤灰后，木苗的胸徑、冠幅和木苗高度均比對(duì)照提高。施加3∶2的粉煤灰時(shí)，由于植物根部有固氮作用，對(duì)改良后的土壤養(yǎng)分需求不苛刻，生長(zhǎng)沒(méi)有受到很大的影響，但為了保證土壤的養(yǎng)分，粉煤灰含量最好控制在30%以下，因?yàn)槌^(guò)30%，除固氮能力極強(qiáng)的植物外，其他木苗生長(zhǎng)可能會(huì)受到明顯影響。

3.2.2 木苗生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果與分析

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得樹(shù)種的電導(dǎo)率、脯氨酸、丙二醛和可溶性糖含量均有不同程度的下降，說(shuō)明粉煤灰改良土壤后，土壤的含水量增加，速效磷、速效鉀含量增加，植物所受的干旱脅迫作用有所減少，抗逆性增強(qiáng)。

根據(jù)植物的生長(zhǎng)狀況和各項(xiàng)生理指標(biāo)數(shù)據(jù)分析，受試樹(shù)種在不同處理方案的試驗(yàn)地塊上均可種植成活，其中，以土灰的比例為3∶1施加粉煤灰后的測(cè)定結(jié)果最為理想，這與木苗的生長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論與建議

在鹽堿土中加入一定比例的粉煤灰，可以降低鹽堿土中粘粒含量，改善土質(zhì)，減少堆積密度，降低土壤容重，增加土壤的孔隙體積，并提高土壤含水量和土地存水量；采用掩模層配比模式可增加鹽堿土壤排鹽速度，減少土壤中的堿性物質(zhì)的含量，調(diào)節(jié)土壤的pH值，增加土壤有效磷、有效鉀的含量，同時(shí)增加土壤中硅、銅、鋅、鉬、錳、硼等營(yíng)養(yǎng)元素含量，有利于提高土壤保肥能力，增強(qiáng)植物抗逆性。

粉煤灰的物理性質(zhì)有利于增加土壤的通氣性、透水性、溫度、蓄水能力，有利于改善土壤水分狀況，而pH值對(duì)土壤酸堿性影響有限。粉煤灰的有效氮含量處于較低水平，滿足不了作物的生長(zhǎng)需要，因此在施灰的同時(shí)應(yīng)添加有機(jī)肥料補(bǔ)充速效氮。

土壤與粉煤灰的配比為3∶1時(shí)，通過(guò)木苗生長(zhǎng)狀況可知土壤的改良效果最為明顯。粉煤灰的物理性質(zhì)與沙壤土相似，可改良粘土的結(jié)構(gòu)性；粉煤灰的主要化學(xué)成分也與土壤相類似，施灰量不超過(guò)土壤質(zhì)量10%的比例時(shí)，不會(huì)造成土壤污染和作物毒害，且經(jīng)過(guò)淋溶的粉煤灰的pH值、鹽度及潛在毒性均低于干灰。

［1］ 王福元，吳正嚴(yán).粉煤灰利用手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004：14－15.

［2］ 王遵親.中國(guó)鹽堿土［M］.北京：科學(xué)出版社，1993：5.

［3］ 北京林業(yè)大學(xué).土壤理化分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書［M］.北京：北京林業(yè)大學(xué)出版社，2002：28－36.

［4］ 孫建衛(wèi)，劉海增，閔凡飛.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀［J］.潔凈煤技術(shù)，2011，17（1）：101－103.