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(jié)構(gòu)特點引起區(qū)域內(nèi)土地荒漠化和水土流失等環(huán)境破壞現(xiàn)象，對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害。從砒砂巖區(qū)域內(nèi)生態(tài)建設(shè)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(shù)、砒砂巖改性材料技術(shù)以及砒砂巖重金屬吸附技術(shù)的應用，對實現(xiàn)砒砂巖資源最大化利用具有重要的意義。

[關(guān)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(jié)構(gòu)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(nèi)蒙古以及山西等區(qū)域和大部分沙漠地帶富集。砒砂巖結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)象，而在無水無風情況下，其質(zhì)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(nèi)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(chǎn)。2018年6月，中共中央、國務院印發(fā)《關(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)緊實，在風力、降雨、凍融等自然條件的影響下，其結(jié)構(gòu)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(guān)性，因此土壤質(zhì)地是引起風蝕的重要因素之一，由于砒砂巖膠結(jié)能力較差且結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)象嚴重。由于砒砂巖中有機質(zhì)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(zhì)，砒砂巖區(qū)域內(nèi)作物生長及產(chǎn)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(shù)

土壤修復及土體有機重構(gòu)技術(shù)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(shù)的研究，通過將砒砂巖與沙按照不同比例混合，使其結(jié)構(gòu)組成進行有機重構(gòu)，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(shù)對防風固沙、涵養(yǎng)水土、有效提高土壤有機質(zhì)含量和提高作物產(chǎn)量等方面具有顯著影響，該技術(shù)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(jīng)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(jié)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(zhì)量比復配土持水情況進行了研究，結(jié)果表明復配土中砒砂巖質(zhì)量與田間持水量和保水能力呈顯著的正相關(guān)關(guān)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(jié)果表明，復配土有機質(zhì)含量與種植年限呈正相關(guān)關(guān)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(zhì)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(chǎn)生了可以利用的優(yōu)質(zhì)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(shù)

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(zhì)，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(zhì)形態(tài)或性質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)特性不能直接作為淤地壩建筑材料，而砒砂巖改性技術(shù)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(shù)

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(shù)，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(guān)關(guān)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(jié)果表明，除Hg外土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb質(zhì)量比均有明顯下降，砒砂巖及沙重金屬單項污染指數(shù)均小于1。

3 結(jié)語

砒砂巖由于其自身理化特性和結(jié)構(gòu)特點危害性顯著，不僅能引起土壤質(zhì)量下降、土地荒漠化，且在區(qū)域內(nèi)水土流失嚴重，不僅不利于區(qū)域內(nèi)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(shù)、砒砂巖改性材料技術(shù)以及砒砂巖重金屬吸附技術(shù)等能夠?qū)崿F(xiàn)砒砂巖資源利用最大化的技術(shù)和對策，為砒砂巖區(qū)域內(nèi)生態(tài)建設(shè)提供新的思路。

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