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世界土壤日 | 环保矿物材料在土壤修复中的应用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2019-12-05 17:01:10    浏览次数:
 
      12月5日是世界土壤日,今年的世界土壤日主题是“阻止土壤侵蚀,拯救我们的未来”。每5秒钟,地球上就有一片约足球场大的土壤遭到侵蚀;每年,全世界土壤侵蚀导致250-400亿吨表土流失;如果不采取行动减少侵蚀,预计到2050年全世界粮食损失将达2.53亿吨,相当于减少了150万平方公里的作物生产面积或者是印度全部的耕地……
     
      矿物材料在土壤修复中具有原位、操作简便、见效快和成本低等优势,而我国天然矿物资源又比较丰富,因此,应用环境矿物材料治理土壤污染是土壤修复的重要方法之一,且市场前景广阔。
     
      1、环保矿物材料在土壤抗旱节水方面的应用
     
      水是土壤的命脉,环保矿物材料在土壤抗旱节水中的应用主要是作土壤保水剂和作物叶面抗蒸腾剂等。
     
      (1)土壤保水剂
     
      土壤保水剂是通过改善植物根土界面环境、又供给植物水分的化学节水技术,并可改善土壤结构和调节肥力,具有操作简便、投入少、见效快和易于推广等特点。
     
      《JC/T2412-2017农林用矿物复合保水剂》中明确指出,农林用矿物复合保水剂主要是由非金属矿物同亲水性有机分子反应制备的矿物复合保水剂产品,主要用于农林业改善植物根系或种子周围土壤的水分状况,可用做土壤调湿、种子包衣、苗木移栽或肥料缓释添加剂等。
     
      例如,中科院兰州化物所王爱勤研究员开发的凹凸棒石保水剂,已在旱区农业、兰州南北两山等应用推广近百万亩,有效助力了我国节水农业发展和西部生态环境修复。
     
      (2)作物叶面抗蒸腾剂
      作物叶面抗蒸腾剂是能够降低植物蒸腾减少水分损失的一类产品,按其性质和作用方式分为代谢型气孔抑制剂、薄膜型抗蒸腾剂和反射型抗蒸腾剂3类。
     
      其中,反射型抗蒸腾剂是利用反光物质反射部分光能,达到降低叶面温度减少蒸腾损失的目的。目前研究使用较多的是成本低廉的高岭土。
      Abou-Khaled等研究表明,旱地小麦播种后45d叶面施用6%的高岭土溶液,叶温较对照低1~2.5℃,蒸腾降低,产量较对照有明显提高,在不同降水年份中,产量提高幅度为16.5%~27.7%。
     
      2、环保矿物材料在土壤重金属污染治理中的应用     
     
      土壤重金属污染是土壤污染研究和解决的重点,其中研究与应用较多的主要是生物修复技术和化学固化修复技术。
      化学固化修复是化学修复技术之一,原理是向土壤中加入重金属固化剂或钝化剂,改变重金属和土壤的理化性质,通过吸附、沉淀等作用降低土壤中重金属的迁移能力和生物有效性。
     
      目前,重金属稳定固化修复的材料主要有粘土矿物、磷灰石、含铁矿物、磷酸盐、粉煤灰、废石尾矿、无机矿物、有机堆肥及微生物等,其中矿物材料具有廉价高效和来源广泛等特点,被用作控制和修复重金属污染土壤的重要材料。
     
      膨润土:谢正苗等在绍兴某矿区利用膨润土修复Pb和Zn复合污染土壤的研究中发现,在pH为5、膨润土与污染土壤比为1:5时,修复效果最佳,可达到修复土壤的目的。同时,利用膨润土和合成沸石材料吸附土壤中Cd等重金属,显著降低了作物根部和地上部Cd的浓度。

      碳酸钙:曾敏等研究发现,碳酸钙施用会显著提高土壤pH,降低土壤交换态镉含量,减少大豆对镉吸收。

      凹凸棒石:范迪富等通过田间试验利用凹凸棒石黏土对南京八卦洲Cd含量超标的土壤进行了修复研究,在Cd超标的土壤中施加适量的凹凸棒石黏土,芦蒿中Cd的含量降低了46%,且未引起土壤质量的退化和芦蒿产量的下降。
     
      海泡石:张清等的研究发现,经过热改性的海泡石显著提高As3+、As5+的吸附,且在800℃热改性海泡石的吸附效果最佳。

      沸石:张云琦等研究表明,沸石独特的孔道结构及其所含大量可交换态阳离子对重金属铅和镉的吸附效果尤为明显。
     
      磷灰石材料:Laperche等研究表明,Zn污染土壤施入磷灰石后,其生长的高粱中重金属含量明显降低,磷灰石与Pb形成了磷氯铅矿,降低了Pb在土壤中的生物有效性。
     
      碳酸盐矿物:石灰石、白云石等碳酸盐矿物主要通过改变土壤pH,以及与重金属离子形成难溶性的碳酸盐沉淀以降低重金属在土壤中的有效性。Chen等研究发现,碳酸钙可显著降低水稻、白菜和小麦对红壤中Cd的吸收。
     
      金属氧化物:土壤中As的固定大多采用含铁氧化物,主要是由于As离子可通过替代铁氧化物表面羟基而被吸附固定,同时也可形成无定形砷酸铁(Ⅲ)或非溶性的次生矿物。
     
      粉煤灰:余观梅发现,施用粉煤灰钝化污泥能明显降低鸡冠花和高羊茅植株中锌、铜、锰和铅的含量。
     
      3、环保矿物材料在在盐碱地改良中的应用
     
      目前用于改良盐碱地的环境材料主要有两类:
      一是加钙(代换作用)环境材料,主要有石膏、磷石膏、脱硫石膏、氧化钙、沸石、石灰石、磷石膏和煤矸石等。
      二是加酸(化学作用)环境材料,主要有腐植酸、糠醛渣、硫磺、黑矾(硫酸亚铁)、粗硫酸、硫酸铝及酸性肥料等。
     
      石膏主要成分是硫酸钙,其钙离子代换土壤胶体吸附的交换性钠离子,使钠质土变为钙质土。同时,土壤中游离的碳酸氢钠和碳酸钠经过代换形成硫酸钠随灌水洗盐冲洗掉,土壤中盐碱对作物毒害就会减轻。

      近年电厂烟气脱硫废弃物脱硫石膏改良盐碱地试验示范加快,如沈阳市康平县应用脱硫废弃物改良苏打碱化土壤的玉米,效果明显。宁夏银北灌区利用电厂脱硫石膏种植油葵等作物,取得良好效果。内蒙土默川地区的碱化土壤进行小麦、玉米盆栽试验,提出碱土改良时不必彻底消除交换性钠离子为目标,只要碱化度<10%就适宜作物生长。     
     
      徐根洪研究表明,沸石能够降低土壤中的代换性酸和水解性酸浓度;以沸石和蒙脱石粉为原材料的土壤改良剂能够使轻黏质酸性红壤的pH提高1.7个单位。
     
      来源:黄占斌,孙在金.环境材料在农业生产及其环境治理中的应用[J].中国生态农业学报,2013,21(1).


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