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粉煤灰“转行”改良土壤盐碱地里稻花香

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  粉煤灰化学成分与土壤相似,以易于结构改性的铝、硅为主,且富含植物生长所必需的中微量元素,具有制备土壤改良材料的天然优势。

  7个月前还是寸草不生的盐碱地,现在映入眼帘的是一片金灿灿的稻田。能让盐碱地里长出作物,要归功于一种基于粉煤灰研制而成的新材料。

  10月10日,在宁夏农垦贺兰山农牧场,由中国科学院过程工程研究所和北方民族大学联合研发、宁夏科技厅立项支持的“粉煤灰基土壤调理剂盐碱地改良技术开发与应用项目”举办了成果展示。

  测试人员从种植面积340亩的试验田中随机取样,现场测试水稻生长情况。最终,未改良的对比田亩产496斤,加了3吨粉煤灰基改良材料的稻田,亩产则高达1439斤。这一检测结果令科研人员非常欣喜。

  粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物,主要来源于以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉。粉煤灰中未燃烧的有机物含碳量较高,易对环境造成污染。

  当前,我国粉煤灰年排放量近6亿吨,后续以低端利用为主,利用率仅70%,累计堆存超30亿吨,且以每年2亿吨的速度在增加。粉煤灰占用大量土地,造成了严重的环境污染。

  由于区域经济发展不平衡,粉煤灰主要堆存于宁夏、内蒙古、新疆等地。这些地区也是我国干旱半干旱地区,土壤盐碱化严重。仅宁夏盐碱面积就达260万亩,占耕地面积的40%,亟须土壤改良。

  “粉煤灰化学成分与土壤相似,以易于结构改性的铝、硅为主,且富含植物生长所必需的中微量元素,具有制备土壤改良材料的天然优势。”北方民族大学材料科学与工程学院教授韩凤兰告诉科技日报记者。

  针对宁夏地区粉煤灰产生量大、传统途径难以消纳、大面积盐碱化土地亟待改良的现状,中国科学院过程工程研究所和北方民族大学联合研发团队在国内首次提出了粉煤灰无害化和定向选择性活化后用于盐碱化土壤改良的新思路。即采用粉煤灰改性与多养分协同集成技术制备粉煤灰基新型土壤调理剂,开展盐碱地改良系统研究,修复盐碱土壤,并同步实现粉煤灰的大宗消纳。

  据介绍,研发初期,他们深入分析了盐碱地形成机理和盐碱对土壤结构的影响,决定摒弃盐碱地改良目前普遍采用的大水漫灌洗盐排盐的传统方法,提出了创新性技术路线,即采用特殊结构材料抑制盐碱向地表迁移,从根源上解决土壤盐碱化问题。

  粉煤灰重金属深度脱除、粉煤灰定向活化、盐碱土壤结构再造、土壤养分平衡……在多个核心技术取得突破后,研发团队成功研发了粉煤灰基盐碱地改良新材料制备及应用技术。

  随后,团队连续3年开展了近千亩的大田试验验证与应用示范研究,取得了良好效果。他们还进行了调理剂制备放大实验,查明放大规律及核心设备运行规律,并完成大田实验验证,为大范围盐碱地改良提供了理论和数据支撑。

  “今年3月份的时候,这里还什么都不长,当时土壤pH值高达10.4,盐化度达到5.6克/千克。经过一个种植季的改良,目前土壤pH值降到了8.4,盐化度也锐减至0.8克/千克,该盐碱程度可满足绝大多数作物生长需要。”中国科学院过程工程研究所研究员马淑花表示,改良后的土壤重金属含量完全符合《GB15618-2018土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》的要求,收获的作物重金属含量也符合国家关于食品中重金属限量标准。

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