施用燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土的效应研究

燃煤烟气脱硫废弃物的主要成分是CaSO4·2H2O,利用其改良盐碱土具有显着效果.其改良原理就是利用其溶解产生的Ca2+代换土壤胶体上的Na+,从而降低土壤的碱化度、pH值及土壤黏粒的分散性,增加土壤的透水性.而且燃煤烟气脱硫废弃物富含S、Ca、Si等植物必需或有益的矿质营养,因而在土壤改良方面有较为广阔的应用前景.

盐碱地作为潜在的耕地资源,存在着巨大的开发潜力,已成为区域经济发展的后备资源.盐碱土改良是一个、复杂的系统工程,其改良核心是减少土壤有害盐分、改善植物生长发育的土壤环境.目前,虽然国内外关于燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土壤已有诸多研究,结果表明施用燃煤烟气脱硫废弃物能显着降低碱土的pH值、碱化度和总碱度,增加作物产量,但关于燃煤烟气脱硫废弃物不同施用量改良盐碱土种植枸杞的根际土壤变化及对植物根系生长的效应研究却鲜见报道.因此,本研究主要从施用燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土种植枸杞入手,探讨燃煤烟气脱硫废弃物不同施用量对改良盐碱土种植枸杞后根际土壤盐分变化及对根系生长的影响,为燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土大面积种植枸杞进行推广示范提供理论依据和技术支撑.

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验设在宁夏银北西大滩,位于宁夏贺兰山东麓洪积扇边缘,属于黄河中上游灌溉地区(35°01′N,114°24′E),该区属干旱温带季风气候,年均降水量205 mm,年蒸发量1875 mm,年均气温为13.9℃.地下水一般埋深1.5 m左右,盐分类型主要有NaCl、Na2SO4、Na2CO3.土壤pH值8.2~10.4,全盐2.5~6.5 g/kg.

1.2 试验材料 燃煤烟气脱硫废弃物来自当地湿法脱硫的燃煤电厂.其组成成分见表1.

枸杞为宁夏农林科学院培育的2a生"宁杞一号".

1.3 试验设计 按正交试验设计,共分15个小区,每小区为10 m×10 m.实验设置5个处理,分别为CK(0.0t/667m?)、T1(1.8t/667m?)、T2(2.5t/667m?)、T3(3.0t/667m?)、T4(4.0t/667m?),每小区施用等量有机肥2t/667m?,每处理重复3次.

种植前将燃煤烟气脱硫废弃物均匀施于地表,深翻20~30㎝.栽植步骤按照常规种植枸杞的方法进行.枸杞的栽植密度为2 m×2 m.

试验于2009年9月中旬取样测定各项指标.测定根际土壤pH值、碱化度、全盐、分盐含量,以及枸杞根系的生长状况.

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1 样品采集 每小区选取8棵枸杞苗,将选好的枸杞连根挖出,轻轻抖落根系表面的土壤装入自封袋作为根际土壤,用于测定土壤理化性质;将枸杞根系剪切装入自封袋,用于根系各指标测定.

1.4.2 根际土壤测定 测定燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土种植枸杞后根际土壤pH值、碱化度、全盐、Ca2+、Mg2+、K+、Na+-、Cl-、HCO3-、CO32-、SO4?离子.

将取得的土样过2 mm筛,按1∶5土水比混合,振荡摇匀并过滤,用酸度计测定pH,用电导率仪测定电导率,并计算全盐和碱化度;土壤中各分盐测定参照孙权[14] 的方法.

1.4.3 根系测定 测定燃煤烟气脱硫废弃物改良盐碱土种植枸杞后枸杞根长、根表面积和根系干重.

利用根系分析系统WinRHIZO测定根长和根表面积.然后将植物根置于烘箱,105℃杀青10 min后,80℃烘干至衡重,测定根系干重.

1.5 数据分析 所有数据采用Excel和DPSv7.55处理系统进行单因素方差分析,并进行显着性检验.

2 结果与分析

2.1 燃煤烟气脱硫废弃物施用后对枸杞根际土壤的影响 施用燃煤烟气脱硫废弃物后,能明显降低土壤的pH值、碱化度和全盐含量(表1).与CK相比,土壤pH值由10.51下降到7.71,碱化度由32.3%下降到18.1%,全盐含量由4.70 g/kg下降到2.91g/kg.降幅分别达26.64%、43.96%和38.09%.燃煤烟气脱硫废弃物施用后根际土壤离子含量随施用量变化而有明显变化.与CK对比,土壤中Na+、K+、Mg2+、Cl-和HCO3-离子含量逐渐降低,降幅分别达51.9%,16.8%, 42.7%,44.7%和28.2%,而Ca2+和SO2-4离子含量有所上升,增幅分别高达96.9%和81.8%.

本试验研究结果表明施用燃煤烟气脱硫废弃物,明显增加了土壤中Ca2+和SO42-离子含量,且置换掉了土壤胶体表面的Na+、Mg2+等阳离子,从而使土壤的理化性质得到改善.随着燃煤烟气脱硫废弃物施用量的增加,土壤全盐含量有所增加,可见利用其改良盐碱土壤的效果在一定范围内和其施用量呈正相关.

2.2 燃煤烟气脱硫废弃物施用后对枸杞根系生长的影响 由表2可以看出,施用燃煤烟气脱硫废弃物后明显促进枸杞根长、根表面积和根重,根系生长各处理之间存在显着差异,T2效果.与CK相比,T1、T2、T3、T4处理下枸杞根长分别增长22.8%、51.6%、27.2%、5.4%,枸杞根表面积分别增大25.2%、41.1%、20.4%、2.8%,枸杞根重分别增加6.3%、14.8%、4.3%、0.7%;当燃煤烟气脱硫废弃物用量为2.5t/667m? 时,枸杞生长明显优于其它几个处理,而当其施用量过2.5t/667m?时,枸杞根系生长就受到抑制,说明过量施用脱硫废弃物,不利于枸杞根系的生长及根系生物量的累积.

3 讨论与结论

利用燃煤烟气脱硫废弃物改良宁夏盐碱土已取得了显着效果,对区域经济发展和生态环境的改善具有深远的意义.从本试验可知:施用燃煤烟气脱硫废弃物可明显增加土壤中Ca2+含量,显着降低Na+含量,土壤盐分组成发生了明显变化,植物根系生长的根际环境得到了改善.施用不同量燃煤烟气脱硫废弃物后枸杞根系的生长均大于对照CK,且随着施用量的增加,其根系生长呈现先升高后降低的趋势.

燃煤烟气脱硫废弃物盐碱土的效果与其施用量仅在一定范围内呈正相关,过量施用则会引起土壤局部全盐含量升高,进而影响植物根系的生长发育.本试验研究表明燃煤烟气脱硫废弃物施用量为2.5t/667m?时对盐碱土的改良效果,枸杞的根系生长发育达到大.因此,针对不同盐碱土壤类型确定合适的燃煤烟气脱硫废弃物施用量,对大面积改良盐碱土具有重要的生态价值.