植物淋洗脫鹽過程中的離子添加比例研究

隨著天津?yàn)I海新區(qū)的開發(fā)開放，以及臨港工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)和濱海工業(yè)區(qū)規(guī)劃建設(shè)的快速推進(jìn)，原土地儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。圍海建設(shè)是解決土地資源短缺問題的重要手段。但圍海造陸區(qū)域由于受水、土、鹽、氣候等生態(tài)因子的制約,自然植被形成和演替短時(shí)間內(nèi)難以完成,無法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類居住的需求。因此,如何在圍海吹填土地上構(gòu)建陸地植物生態(tài)系統(tǒng),創(chuàng)造適合人類居住的生態(tài)環(huán)境已成為區(qū)域開發(fā)建設(shè)中所面臨的重要課題。本研究主要針對(duì)吹填海泥質(zhì)地粘重、含鹽量高、透水能力弱、自然脫鹽率低的特點(diǎn),利用堿渣、粉煤灰等廢棄物對(duì)吹填海泥的改性作用,探討堿渣和粉煤灰的最佳用量及不同用量條件下混合基質(zhì)相應(yīng)理化性質(zhì),并通過脫鹽速率、用水定額、淋洗過程中的鹽漬程度(如電導(dǎo)率、土壤溶液中的陰陽離子含量、土壤含鹽量、pH、SAR等)等指標(biāo)篩選出三者的適宜的混料比例,解決吹填海泥脫鹽難的問題,為圍海吹填區(qū)植被快速構(gòu)建提供技術(shù)支撐,建立吹填土綠化循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式,提高資源的開發(fā)、利用價(jià)值。1材料和方法1.1雜質(zhì)雜質(zhì)清除本試驗(yàn)中吹填海泥、堿渣、粉煤灰分別采自開發(fā)區(qū)南疆碼頭、天津堿廠、軍糧城電廠,全部剔除雜質(zhì),室內(nèi)風(fēng)干,粉碎過2mm篩,混合均勻備用;3種廢棄物的理化性質(zhì)見表1、表2。1.2土柱淋洗脫鹽ec將吹填海泥、堿渣、粉煤灰三者按不同的比例(體積比)相混合,設(shè)計(jì)方案為A1=14∶5∶1,A26∶3∶1,A3=10∶7∶3,A4=2∶2∶1,A5=3∶1∶1,A6=2∶1∶1,A7=4∶3∶3共7個(gè)處理(中等鹽分含量),每個(gè)處理重復(fù)3次,采用室內(nèi)土柱模擬淋洗脫鹽方法,依據(jù)混合體浸提液EC測(cè)定結(jié)果。土柱采用直徑7cm,長(zhǎng)37cm的UPVC塑料管。將吹填海泥、堿渣和粉煤灰按設(shè)計(jì)比例混合均勻,裝入土柱中,共填裝25cm,使混合樣容重控制在1.4g·cm-3(開發(fā)區(qū)濱海鹽土的實(shí)際容重)。土柱中各處理表面保持5cm水頭,底部用3cm石英砂作為反濾層。收集濾液供分析用。各處理用蒸餾水進(jìn)行淋洗。從各處理土柱被水分飽和后滲出濾液時(shí)開始計(jì)時(shí),以后每隔24h收集1次濾液,記錄其體積,測(cè)定其電導(dǎo)率、pH值。同時(shí),每隔48h分析1次濾液的離子組成,直至所有濾液電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的全鹽含量小于脫鹽要求的臨界濃度3g·L-1時(shí)停止淋洗。記錄整個(gè)淋洗過程的耗水量。淋洗試驗(yàn)共計(jì)18d。1.3靜電勢(shì)全鹽量:電導(dǎo)法(DDS-II型電導(dǎo)儀)。pH值:酸度計(jì)法(瑞士萬通Metrohm744pHMeter)。HCO3-、CO32-、Cl-:電位滴定法(瑞士萬通Metrohm716DMSTitrino)。Ca2+、Mg2+、SO42-:EDTA滴定法。Na+、K+:火焰光度計(jì)法(6400-A型)。2結(jié)果與分析2.1淋洗脫鹽措施對(duì)混合基質(zhì)的影響吹填海泥、堿渣、粉煤灰三者相混合后都含有足以妨礙植物生長(zhǎng)的可溶性鹽類,但未檢出能顯著惡化土壤特性的代換性鈉,其化學(xué)性質(zhì)分析見表3。各處理初始全鹽含量都遠(yuǎn)大于3g·kg-1,鹽分含量最高的是A4處理,初始鹽分含量高達(dá)51.9g·kg-1,是植物生長(zhǎng)極限的10倍;即使鹽分含量最低的A5處理,初始鹽分含量高達(dá)30.2g·kg-1,是植物生長(zhǎng)極限的6倍,且鹽分組成都為NaCl型,不具備植物生長(zhǎng)、生存的基本條件?；旌匣|(zhì)面臨的首要問題就是要經(jīng)過脫鹽處理,淋洗脫鹽措施能改變這一狀況。室內(nèi)淋洗脫鹽試驗(yàn)減少了許多自然及人為因素的干擾,能較準(zhǔn)確地體現(xiàn)脫鹽過程中鹽漬性狀的變化。從各處理土柱被水分飽和后滲出濾液時(shí)開始計(jì)時(shí),至該處理濾液電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的全鹽含量小于3g·L-1時(shí)停止。因大部分植物在土壤3g·kg-1的含鹽量時(shí)會(huì)受到鹽分的危害,大于5g·kg-1即不能生存,因此,取3g·kg-1為達(dá)到脫鹽要求的臨界濃度。根據(jù)鹽分的減少量和經(jīng)歷的時(shí)間計(jì)算出各處理的脫鹽速率如表4所示。從表4可以看出,各處理達(dá)到脫鹽要求所經(jīng)歷的時(shí)間一致,濾液鹽分含量下降到小于3g·kg-1均需要120h,但其濾液鹽分含量不同,處理A1濾液的全鹽含量為2.57g·kg-1,處理A7僅為0.62g·kg-1,兩者相差近3倍,這說明淋洗過程中處理A7濾液鹽分含量的變動(dòng)幅度比處理A1大得多。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)各處理間的脫鹽速率存在著極顯著差異(a=0.01)。脫鹽速率從快到慢依次是:處理A4,處理A2,處理A7,處理A3,處理A1,處理A5,處理A6。2.2處理處理工藝用量達(dá)到脫鹽要求時(shí)各處理的淋洗用水量應(yīng)該盡量少,這對(duì)于水資源缺乏的開發(fā)區(qū)具有重要的實(shí)際意義。當(dāng)濾液電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的全鹽含量都小于3g·L-1時(shí),各處理的用水量均為1345mL。這說明各處理達(dá)到脫鹽要求時(shí)的用水量一致,與3種廢氣物的混合比例無關(guān)。由此可見,用水量無法作為篩選最佳配比的指標(biāo)。2.3不同鹽漬度的測(cè)定,其符合一般情況下的土壤、堿渣、粉煤灰等3.隨著淋洗的進(jìn)行,混合體含鹽量下降,反映混合體鹽漬程度的指標(biāo)SAR、RSC、pH等也發(fā)生變化。這些指標(biāo)值必須在一定的范圍之內(nèi),才能滿足植物的基本生長(zhǎng)要求。一般認(rèn)為:SAR<10,RSC<1.25,pH6.5~8.5時(shí)對(duì)大多數(shù)植物生長(zhǎng)無害。當(dāng)濾液電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)的全鹽含量小于3g·L-1時(shí),各處理的鹽漬指標(biāo)見表5。從表5可以看出,吹填海泥、堿渣、粉煤灰三者混合的7個(gè)處理中,SAR<10的處理有A6和A7。其余處理皆不達(dá)標(biāo);全部處理的RSC<1.25;除處理A1外,其余處理的pH都符合要求。2.4最佳配比的確定只有同時(shí)滿足脫鹽速率快、用水量小,達(dá)到脫鹽要求時(shí)的鹽漬指標(biāo)(SAR、RSC、pH)均達(dá)標(biāo)的處理才能作為最佳配比。綜合以上指標(biāo),初步確定A7為吹填海泥、堿渣、粉煤灰三者混合的最佳配比,即吹填海泥∶堿渣∶粉煤灰=4∶