【資訊分享】脫硫石膏在農業生產和土壤改良中的應用

發布日期:2019-3-8 9:35:19 點擊次數: 字體顯示:【大】  【中】  【小】

 燃煤火力發電廠會產生大量二氧化硫,通常不能直接排到空氣中,會對其進行煙氣脫硫。石灰石吸收劑在煙氣吸收塔內同二氧化硫和氧氣發生反應,產物以石膏的形式沉淀析出,成為工業固定廢棄物,大量積累,如何開發利用它們已經迫在眉睫。脫硫石膏化學成分與天然石膏類似,主要成分都為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O),還包括碳酸鈣、亞硫酸鈣、酸不溶物、氯離子、氧化鎂等雜質。

脫硫石膏作為一種工業副產品,幾乎全部應用于工業生產,尤其是建材行業,可以作水泥緩凝劑,用來制作各種石膏板,作為原料生產碳酸鈣晶體;除此之外,還可以作筑路路基和現澆墻體材料等。脫硫石膏由于其獨特的物理和化學性質,經大量研究證明還可應用于農業生產以及土壤改良方面。脫硫石膏能改變土壤的理化性質,增加土壤有機質的含量,提高植物的產量;脫硫石膏具有較好的吸附性,可以用來吸附土壤中的重金屬離子,減少土壤的重金屬污染;除此之外,脫硫石膏中含有少量的碳酸鈣,可以用來改良鹽堿土。

1 脫硫石膏在農業生產中的應用

脫硫石膏的主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O),所以它含有豐富的鈣硫元素。對植物來說,鈣可以穩定細胞壁,果膠酸鈣組成細胞壁的胞間層;鈣可以穩定細胞膜結構,保持細胞的穩定性;鈣可以促進細胞伸長和細胞分裂;鈣可以參與第二信使傳遞,能結合在鈣調蛋白上,對植物體內許多種關鍵酶起活化作用,并對細胞代謝有調節作用;鈣具有調節滲透作用和酶促作用。硫元素參與植物光合作用,形成鐵氧還蛋白的鐵硫中心,參與暗反應;硫元素參與抗逆過程和蛋白質的合成;硫元素還可以提高油料作物的產油量等。由此可見,這兩種元素對植物的生命過程起很大作用,是植物發育生長不可或缺的兩種元素。脫硫石膏施用于土壤中,會提高土壤中這兩種離子的含量,對農業生產具有促進作用。

 

國內外研究結果證明,施用石膏可以直接或間接提高某些作物的產量。在稻田中施用脫硫石膏,土壤中的細菌豐富度和多樣性在一定程度上會增加,細菌參與有機物的分解以及各種礦質元素的合成,有利于植物的生長。施用石膏可以提高氮肥的利用率,由此來提高玉米籽粒的產量。將可以促進植物生長的真菌和石膏一起施用在蘇打土壤上,可以提高南非醉茄的互交乙醇酯含量。將脫硫石膏施用于鹽堿土壤上,向日葵的出苗率在一定程度上會隨著石膏施用量的提高而提高。肖國舉等人發現,在鹽堿土壤上施用不同濃度的脫硫石膏,水稻的出苗率和產量都會顯著提高。在Cd 污染的土壤上施用石膏,可提高在此地種植的小麥的產量并且能降低小麥對Cd 的吸收量。施用一定劑量的脫硫石膏可以提高大豆的產量。李玉波等人發現,在程度不同的鹽堿土壤上施用不同量的脫硫石膏,可以顯著提高燕麥的株高等各項生長指標。同時,李玉波等人發現,在重度蘇打鹽堿地上施用脫硫石膏與對照相比,土壤的pH 值會降低,紫花苜蓿的出苗率、干生物量、含水量會增加。王彬等人發現,在堿化的土壤中施用脫硫石膏,紫花苜蓿會減少對Na+的吸收,同時會增加對Ca2+和K+等營養離子的吸收,這樣就減少了離子毒害作用,同時也改善了植物體內營養虧缺的狀況,增加了植物的抗逆性,提高了出苗率和產量,促進了植物的生長。

2 脫硫石膏在土壤改良中的作用

國內外學者廣泛聚焦于脫硫石膏對土壤的影響,研究表明脫硫石膏可以用來改善土壤質量。脫硫石膏施用于堿性土壤中,硫酸鈣微溶于水中,溶解在土壤中的Ca2+會置換土壤中的Na+,從而降低了土壤的pH 值,同時提高土壤的吸附能力,使土壤的保水性大大提高。脫硫石膏施用在酸性土壤中,由于脫硫石膏中還混有少量的CaCO3,會與土壤中的H+反應,從而提高土壤的pH 值,會對酸化土壤起到一定的改良作用。脫硫石膏在生產過程中會與含有某些微量元素(Fe、Zn、Mn)的飛灰相結合,從而會對缺少這些元素的土壤起到一定的改良作用。重金屬在土壤中移動性很小,不易隨水淋濾,也不能夠被微生物所降解,會大量累積在土壤中,也會隨食物鏈進入到生物體中,對生物體造成危害。脫硫石膏施用于重金屬污染的土壤中,會吸附土壤中的重金屬離子,減少植物所吸收的重金屬。所以,可以在重金屬污染的土壤中加入脫硫石膏,通過對重金屬離子的吸附或(共)沉淀作用,改變金屬離子的存在狀態,降低其危害性。楊平等人為消除潮灘土壤中的重金屬污染,通過土柱淋溶實驗,發現使用脫硫石膏后,上層土壤中Pb 和Cd 的浸出率最高,可有效消除這兩種重金屬對土壤的污染。童澤軍等人在灘涂圍墾土壤中施用脫硫石膏,由于石膏的吸附作用,土壤中的重金屬含量大大降低,從而降低了土壤的毒性,減少了可被生物利用的重金屬;童澤軍以灘涂圍墾土壤為樣本,通過土柱脫硫石膏淋洗的方法,探討了洗去各類重金屬離子的脫硫石膏的最佳施用量。李鴻業發現,脫硫石膏對污染沉積物中的Cd 具有很強的固定能力,主要是通過重金屬的吸附作用以及沉淀作用,減少其對環境的污染。同樣,王瑤等人也研究發現,在Cd 的吸附體系中摻雜脫硫石膏,會提高Cd 向沉淀化方向轉化,降低其對環境的污染。

 

目前,很多研究證明脫硫石膏在處理鹽堿地時發揮很大的作用,脫硫石膏施用在鹽堿土壤中,會提高土壤中有機質含量,降低土壤的總pH 值,而Ca2+會置換土壤中的Na+,降低土壤中的總堿度,有利于植物體的生長。毛玉梅等人發現,在脫硫石膏施用量與濱海灘涂鹽堿土壤比例達到一定程度時,鹽堿土的改良效果以及在促進植物生長方面達到最佳;賀坤等人發現,在濱海灘涂鹽堿地種植旱稻,施用脫硫石膏與不施用脫硫石膏相比,土壤的pH值降低、交換性Na+以及土壤的堿化度顯著降低,旱稻的主要根系指標、主要產量指標以及總產量顯著提高,改善了農作物的生長環境。同時,脫硫石膏與其他改良鹽堿地的措施相結合,對改良鹽堿地有更大的效果。許毅等人發現,在改良鹽堿地時,同時種植羊草和施用脫硫石膏,會使鹽堿地改良的進程大大加快,但是為了避免養分不足,需要施用磷鉀肥。李謨志等人發現,在鹽堿地上種植燕麥的同時施用脫硫石膏,會在降低土壤鹽分的同時提高土壤的養分,二者有一定的交互作用。脫硫石膏還可以與腐殖酸一起改善鹽堿地土壤的品質。有研究表明,脫硫石膏與腐殖酸共同施用在鹽堿地土壤上,會使土壤的pH 值顯著降低,同時土壤中的鹽分組成也會發生變化,Na+、Cl-等土壤的鹽堿化指標會降低,有機質、氮等土壤肥力指標會增加。脫硫石膏還可以與微生物菌劑一同施用來改良鹽堿土,王金滿等人發現二者共同施用與只施用其中一種相比,改良鹽堿化土壤的效果更加顯著,具有較高的可行性。除此之外,脫硫石膏還可以與生物炭一起用來改善鹽堿化土壤,效果也較某單一種更好,對玉米生長所起的作用也更為明顯;就目前的研究來看,脫硫石膏在改良鹽堿土壤時的作用顯著,會在降低土壤鹽堿度的同時提高土壤的肥力,對土壤的理化性質大大改善,所以,應大力推行用脫硫石膏來治理鹽堿地。

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