吉林省西部平原地区应用粉煤灰进行土壤改良的可行性分析

1、文章编号 : 10012427 (2001) 02004706吉林省西部平原地区应用粉煤灰进行土壤改良的可行性分析松权衡1 , 王淑霞2 , 于城3(11 吉林省地质科学研究所 , 吉林 长春 130012 ; 21 长春热电一厂 , 吉林 长春 130052 ;吉林省地勘局第五地质调查所 , 吉林 九台 130500)31摘要 : 本文主要从目前农业发展形势 、农业现在的耕作方式 、可耕土地的利用状况 、粉煤灰在农业上的应用试验及粉煤灰的物理化学性质等方面加以分析 , 提出在我省西部地区利 用粉煤灰进行土壤改良的可行性分析 。关 键 词 : 吉林省西部平原地区 ; 粉煤灰 ; 土壤改良中图分

2、类号 : s156文献标识码 : a人口 、资源 、环境是科学研究永恒的主题 , 研究人口 、资源 、环境的目的归根到底都是为了人类的自我发展 、资源的合理开发利用 、环境保护和综合治理 。对土壤的改良即是资源 问题 , 也是环境问题 , 同时也是人类自我生存发展的问题 。土壤是土地的重要组成部分 , 是人类赖以生存的物质基础 , 它不但为人类提供几乎所有 的动 、植物食品来源 , 同时也为工业提供大量的原材料 。是自然界任何物质无法替代的生产资料 , 在人和生物圈中居于极其重要的地位 。因此农业发展中对土地资源的合理开发利用及 保护 , 具有深远的历史意义和现实意义 。粉煤灰是燃煤电厂排放的

3、工业废渣 , 现在它已由污染环境 , 造成严重公害的废弃物 , 逐 步被人们认识到是一种资源 , 并被划归为非常规矿产资源类 。在其中不但可以选取某些有用 的矿物和提取稀有金属等 , 同时它在工农业生产中也得到了广泛的应用 。但是 , 利用粉煤灰进行土壤改良 , 虽有所报道 , 但成果应用并没有得到广泛的推广 。目前农业发展形式1现在引用的持续农业概念 , 是一个具有划时代意义的概念 。持续农业是采取某种使用和维护自然资源的方式 , 并实行技术变革和体制性改革 , 以确保当代人类及其后代对农产品的 需求不断得到满足 , 这种可持久的农业能维持土地 、水和动植物的遗传资源 , 是一种环境不 退化

4、 、技术上应用适当 、经济上能维持下去以及社会能够接受的农业1 。持续农业是针对传统农业和现代农业在资源 、环境和经济等方面固有的弊端提出来的 。收稿日期 : 20001016 ; 修订日期 : 20010330作者简介 : 松权衡 (1963 - ) , 男 , 吉林省农安人 , 吉林省地质科学研究所地球化学工程师 1志的现代农业 , 以前所未有的规模 、产量和效率大幅度地提高了农业生产水平 , 为社会提供了丰富的农产品 , 满足了不断增长的需求 。但是 , 农业却面临着能源短缺 、环境污染和资源退化等生态环境的问题 。在这种形式下 , 持续农业应运而生 。因此 , 持续农业必须兼顾农业资源

5、开发利用的持久性与农业生产对社会需求的适应性 。前者包括各种农业资源 ( 如水 、土 、气 、生物等) ; 后者包括社会经济 、生态环境等1 。现在提出的农业地质2 一词 , 笔者理解其原意并试图提出 , 地质不但要为找矿勘探服 务 , 同时也要为农业服务 , 并且为农业服务的领域相当宽广 。在吉林省这样的一个农业大省 ,地质工作者为农业服务是大有用武之地的 。笔者作为一个地质工作者 , 试图总结各家在综合利用粉煤灰这种非常规矿产资源之所 重新认识利用粉煤灰在我省西部平原土壤改良的可行性 。长 ,土地资源利用现状2211土地资源利用的当前形式持续农业需要有一个持久的资源支持系统1 , 其中土地

6、资源系统的支持 , 在农业生产中的作用尤为重要 。合理地开发利用土地资源能够促进农业的稳产高产 , 使农业发展具有可持续性 。同时持续农业的发展能够充分 、合理地利用土地资源 , 使土地资源在农业发展上发 挥更大的作用 。而现在的农业耕作方式 , 在利用土地资源的同时 , 也相对地引发了大量的生态环境问题 , 譬如 , 重用轻养 、大量无机化肥投入 、有机肥施入量较少 、大量的农药喷酒 、过度放牧 、乱采乱伐等 , 造成了资源退化 , 土地地力下降等各方面对持续农业生产不利的因素 。当前 , 无论从世界范围看 , 还是从国内 、省内的实际情况来看 , 耕地面积在呈逐年减少 的趋势 , 这就向人

7、类的生存提出了挑战 。如何利用好现有的可耕地资源 , 如何开发 、改良那 些目前不能耕种的土地 , 使粮食产量保持稳产高产和增长的态势 , 走农业可持续性发展的道路 , 有着重要的战略意义 。212 土地资源利用中存在的问题土壤的自然生产力是农业生产的基础 , 由于自然和人为的因素 , 使土壤的物化性质在不 断的改变 , 特别是人为因素对土壤的形成 、演化的影响是十分强烈的 。人为因素不仅使土壤 发生质变的进程大大超过自然演化进程 , 并且人为的不合理利用土地资源 , 导致了土壤的变质退化 。人类不合理利用土地资源最主要的表现在以下几个方面 。 耕地重用轻养 , 掠夺式经营 。现在耕作的土地都

8、是垦植耕作历史较早的 , 土壤连续耕作 , 使氮 、磷 、钾 、硅 、铝 、钙 、镁 、铁 、钠 、铜 、锌 、锰 、硼等常量元素和微量元素 、矿物质和有机质年复一年的长期被植物吸收带出 , 土壤内部养份消耗较多 , 而却得不到补充 , 造成土地疲劳 , 土壤与植物之 间出现了物质上的供需矛盾 。在地球化学上表现为某种元素或物质被长期的带出 , 造成这种元素或物质大面积的背景值偏低现象 。长此以往 , 势必导致农作物长势不良 , 产量徘徊不 前 ; 在经济上表现为投资效益递减 。究其原因 , 就是在土地的利用上 , 只顾眼前利益 , 没有 保护耕地土壤质量的长远规划 。只是大量的投入无机氮 、

9、磷 、钾等肥 , 忽视了土壤中缺乏某 种微量元素及物质的微肥施入 , 忽视了有机肥的使用 。尤其是我省西部平原条件的限制 , 农村生活中所需能源大部分来自农作物秸杆的燃烧 , 致使秸杆不能还田 。长此下去 , 造成恶性循环 。正是由于这种重用轻养 , 掠夺式的经营方式 , 地力得不到补充 , 提高土壤肥力无法实 现 , 土壤结构的破坏得不到控制 , 土壤板结 , 抗旱涝能力下降 , 保墒性 、含水性不好 。 土 地的盐碱化和次生盐碱化 。由于一些地区对土地的使用不合理 , 重灌轻排 , 大量开采地下水灌溉等原因 , 造成大面积的低洼地出现了次生盐碱化现象 。 土地沙漠化严重 。由于个别地 方乱

10、砍 、乱伐 , 防风固沙的防护林破坏日益严重 , 草场过度放牧 , 风沙向良田进军 , 造成了 大面积耕地沙漠荒化 , 生态环境遭到破坏 。 耕地的乱开发 、乱占用 , 是快速减少耕地的主 要因素之一 。在我省的西部平原农安 乾安 白城一带 , 还分布着大面积的盐碱化土地 , 这些土地的 土壤中含盐碱量高 , 土壤粘度大 , 易板结 , 透气性 、透水性不好 , 土壤中的有机质含量少 ,农作物的生长能力差 , 甚至大面积的土地不能生长任何农作物 。选取适合的物质 , 合适的理化指标 , 对这些盐碱地进行改良 , 不仅可以增加我省人均可耕土地面积 , 提高我省的粮食总 产量 , 而且对改善我省西

11、部平原的生态环境 , 将具有重要的意义 。3应用粉煤灰进行改良的可行性分析在我省西部平原进行土壤改良 , 提高单位面积的粮食产量 , 这是摆脱广种薄收和对土壤重用轻养的粗放型农业 , 向精耕细种 、高产高效的集约型农业迈进不可缺少的一步 。利用粉 煤灰进行土壤改良是逐步兴起的 , 非常经济 , 而又十分适用 , 并且能减轻城乡环境污染 , 有利于农业发展的新技术措施 。粉煤灰中含丰富的硅 、磷 、钾 、氮等多种常量元素和微量元素及矿物质 , 它不仅能改变土壤的结构 , 使土壤疏松 , 通透性好 , 保墒增温能力提高 , 而且能 补充土地中缺乏的微量元素及矿物质 , 提高土壤的肥力 , 使农作物

12、的产量大幅度提高 。因此 粉煤灰用于土壤改良是会逐步被人们所认识和接受的一种有效方法 。311 粉煤灰在农业上应用研究的现状近几年来在农业上应用粉煤灰的科研成果及相关报道愈来愈多 , 这标志着粉煤灰由废物 向资源的转化 。粉煤灰由污染环境的工业废弃物到被人们认识为是一种可利用资源 , 而逐步的被各行业应用 ,重视 (表 1) 。特别是农业上的应用量呈逐年增长 , 说明其在农业领域应用研究逐步得到表 1 灰渣利用途径分类表table 1 the classificatio n of utilizatio n of fine breeze1985 年1990 年1995 年类别利用量占总利用量利用

13、量占总利用量利用量占总利用量建材建工 筑路 回填 农用515 . 166 . 15680 . 118 . 465 . 98 . 57 . 210 . 32 . 366112423350518036 . 76 . 912 . 928 . 11012444151292845208301031 . 220 . 45注 : 此表引自张金明 “选矿技术在粉煤灰综合中的应用”, 1998 年利用量 : 万 t 占总利用量 : ( %)上农业用灰后要涉及到食品的卫生与安全 , 故有关部门在推广农用粉煤灰时需要周密的考虑 。当然我们在宣传方面的工作也不够 , 致使极大多数农民还没认识到粉煤灰在农业方面的作用3

14、 。粉煤灰的综合利用 , 就当前讲在技术上是可行的 , 在经济上是有价值的 , 特别是它能变 废为宝利国利民 , 对加速实现四个现代化是有好处的 , 因此 , 这项工作已经受到国家有关部 门的重视 , 是势在必行 , 国家已经开始视作资源 , 制定了粉煤灰国家标准 gb1596 - 794 。用粉煤灰来改良粘质土壤 , 并能增加土壤中的微量元素 , 并可以提高产量4 。 粉煤灰经过高温烧结 , 球粒微珠颗粒很多 , 体积大 , 重量轻 , 吸水性较好 , 直接用于改良土壤 , 每亩掺撒 2040t , 能改变粘土的颗粒细 、结构紧和吸水低的缺点 , 增强土壤中微 生物的活动能力 , 同时 ,

15、粉煤灰中含的钾 、钠等元素对土壤有一定的肥效5 。粉煤灰磁化及磁化复合肥技术 。电力 、农业部门从 70 年代末开始研究粉煤灰对农作物 的增产作用 , 经过大面积农用试验 , 证实在酸性土壤 、湖泥土壤上种植小麦 、水稻等农作 物 , 每亩施用磁化粉灰 150250 kg , 可使农作物增产 10 %15 % 。从 90 年代初开始 , 我国开始推广应用磁化粉煤灰复合肥技术 , 即在粉煤灰中添加适量的氮 、磷 、钾养份和其它微量元素 , 经混料 、造粒 、磁化工序得到的一种新型复合肥 , 简称 “磁化肥”, 它具有养份全面 、肥效稳长 、施用方便等优点 , 可根据各地土壤情况及各作物对养份的不

16、同需求 , 调整配方 ,生产出一系列专用复合肥 。每亩施用 50 kg 左右 , 可使作物增产 5 %30 %不等 , 施肥成本 下降 10 %30 % , 目前全国已建成磁化肥厂四 、五十家 。磁化肥的 “肥效”作用主要来源于 : n p k 养份 (一般为 15 %20 % , 甚至 30 %) ; 粉煤灰的物理作用 , 如改善土壤透 气 、透水 , 调节酸碱度 ; 粉煤灰中化学成分的作用 , 如可溶性硅 、硼 ; 所添加的微量元 素对当地土壤所缺少的元素所起到的补充作用 。312 粉煤灰的物理性质粉煤灰表面的颜色为灰色 黑色 , 密度较大 , 一般在 1183214g/ cm3 , 但它

17、的堆密度(容重) 较小 , 一般在 0141g/ cm3 , 粉煤灰的需水量较大 , 一在 90 %120 %左右 。粉煤灰 的粒径在 50400 目 , 即 0129501038 mm 。在电子显微镜下 , 发现粉煤灰是由粒径不等的 球形颗粒和多孔颗粒组成 , 致密球状颗粒的表面光滑 , 多孔颗粒表面粗糙 。313 粉煤灰物理性质在土壤改良中的应用(1) 由于粉煤灰表面的颜色呈暗色 , 所以利用它进行土壤改良 , 可使改良后的土壤能充 分吸收太阳光的光能 , 提高土壤的温度 , 利于农作物的生长 。(2) 粉煤灰的粒度较大 , 相当于土壤中的粉砂壤 。所以我们利用它可以对粘度大 、易板 结的

18、土壤进行改良 , 俗语说 “粘土见沙 , 如同小孩见妈”, 可见 , 粉煤灰这一物质性质对粘 度大的土壤改良的独到之处 。(同时我们也可以利用粉煤灰对贫脊的沙化土壤进行改良 , 但 这主要是应用它的化学性质 。)(3) 高产良田土壤的固 、液 、气三相应保持适宜的比例 。土壤不但要含水性能好 、通气 性好 , 同时 , 还要有良好的土壤结构 , 即团粒结构为主 。只有有了良好的土壤结构 , 土壤中 的含水性 , 通气性 , 保墒性的能力才能加强 , 才能协调好水气的矛盾 。利用粉煤灰堆积密度 小这一物理性质 , 不但改良了土壤的结构 , 同时也使土壤的通气性明显改善 。(4) 利用粉煤灰需水量

19、较大的性质 , 进行土壤改良 , 可以提高土壤蓄水和土壤保墒的能力 , 使土壤能充分发挥肥水的作用 。所谓的高产土壤 , 就是指土壤能在农作物生长过程中 , 持续不断地调节和供给作物需要 的水 、肥 、气 、热 、矿物质及微量的化学元素等条件 , 并能获得较高的单位面积产量 。而在调节和供给的过程中 , 土壤的物理性质即结构 、通气 、含水 、温度等是满足调节和供给的基 础 。高产土壤并不是一成不变的 , 如果长期的只用不养 , 重用轻养 , 土壤的结构将遭到严重的破坏 , 造成地力下降 , 高产田也会退变成中低产田 , 反之如果我们加强土壤的保护与改 良 , 则中低产田也会变成高产田 。在保

20、护土壤与改良土壤应用物质上 , 单从物理性质上来看 , 粉煤灰不失为一种理想 、经济的物质 。对于土壤的板结 、粘度大及含水性 、保墒 、增温性不好 , 结构破坏严重等问题 , 在土壤改良中应用粉煤灰则基本可以得到解决 。314粉煤的物质成分及化学性质31411粉煤灰的物质成分粉煤灰中含有丰富的矿物质和微量化学元素 。据分析测定 , 其矿物成 分 和 微 量 化 学 元 素 主 要 有 : sio2 、fe2 o3 、al2 o3 、 tio2 、cao 、mgo 、so3 、 k2 o 、na2 o 及磷 、铜 、锌 、锰 、钼 、硼以及少量的有机物质 。粉煤灰中所含的这些矿物质和微量元素都

21、是植物在生长过程中所不可短少的营养元素 。31412 粉煤灰的化学性质 从粉煤灰的物质成分上看 , 其中的 sio2 呈中性 , 可溶部分溶解 后 , 不会使溶液呈酸性或碱性 。而 cao 、mgo 、k2 o 、na2 o 等物质为碱性氧化物 , 尤其水 解之后其呈现明显的弱碱性 , 但这部分物质施入土壤中后 , 经水解 , 与其它物质一起被植物当做肥料 吸 收 , 残 留 量 较 小 。只 有 na2 o 有 少 部 残 留 , 而 不 会 造 成 土 壤 的 酸 碱 化 。so3 、p2 o5 在水溶后呈微酸性 , 但是 p2 o5 在施入土壤后 , 与 cao 、mgo 、k2 o 等

22、一起作为多元磷肥 , 大部分被植物生长逐步所吸收 , 不会对土壤的酸碱性产生影响 。只有 so3 在水解后产 生微量的酸 , 但在碱性氧化物中 na2 o 有残留 , 可以综合其酸性 , 所以 so3 也不会对土壤的 酸碱性产生较大的影响 。另外 na2 o 、so3 在粉煤灰中的含量很低 。粉煤灰中 al2 o3 的含量很高 , 一般在 20 %以上 , 由于它的化学性质呈两性 , 即在酸性 条件下 , 它显示的是碱性氧化物的性质 , 在碱性条件下 , 它呈酸性氧化物的性质 。它的这一化学性质很重要 , 利用它的这一化学性质 , 可以调节土壤的酸碱性 , 使酸碱性土壤得以中和 , 利于农业耕

23、作 。315 粉煤灰的物质成分在土壤改良中的应用(1) 钾是农作物营养的三要素之一 , 它在农作物中的含量比氮还要多 。现在土壤中补充 钾的来源主要是通过施用钾肥 。钾肥也是现在肥料工业中发展较快的 , 使用较广的肥料之 一 。粉煤灰中的 k2 o 含量高 , 一般在 3 %左右 , 个别的粉煤灰可达到 4 %5 % 。粉煤灰在施入土壤后 , 其中的 k2 o 部分溶出 , 可以被植物吸收 , 可以节省或代替部分钾肥的施用 。由上可以看出 , 利用粉煤灰进行土壤改良 , 不仅可以改变土壤的物理结构 , 而且可以提高土壤中钾的含量 。(2) 磷是农作物重要的营养元素之一 , 它能促进农作物幼根的

24、生长 , 促进开花结果 , 提 早成熟 。农作物缺磷时生长缓慢 , 叶色深绿色 , 缺乏光泽 , 严重缺磷时 , 叶片枯死脱落 , 造 成农作物的减产 。在磷肥中比较常用的一种是钙镁磷肥 , 它 属 弱 酸 性 磷 肥 。它 的 主 要 有 效 成 分 除 含 有的营养 。粉煤灰中 p2 o5 的含量为 012 % 018 % , cao 的含量 1123 %左右 , m go 的 平 均 含 量1178 %左 右 , sio2 的 平 均 含 量 58 % 左 右 。因 此 利 用 粉 煤 灰 进 行 土 壤 改 良 , cao 、mgo 、sio2 、p2 o5 这些化学物质都是可以提高土

25、壤肥力的有益物质 , 是农作物在生长过程中不可缺少的物质 , 可见粉煤灰在土壤改良中的应用好处之大 。(3) 在农作物的生长过程中 , 土壤中很多微量元素都是不可缺少的 , 如铜 、锰 、锌 、钼 、铁 、硼等 , 现在肥料工业中研究生产的硼肥 、钼肥 、锰肥 、铜肥 、铁肥 、镁肥等 , 其主要目的就是通过微肥的施用 , 来补充土壤中植物生长过程中必需的微量元素的含量 。而在对 粉煤灰进行分析表明 , 粉煤灰中不仅含有 sio2 、al2 o3 、cao 、k2 o 、p2 o5 等氧化物 , 还含 有铜 、锌 、锰 、铁 、钛 、铜 、硼等微量元素 , 由此可见利用粉煤灰进行土壤改良 ,

26、不仅可以 提高土壤中钾 、磷含量 , 也可使土壤中微量元素的含量得到补充 。结束语4从以上粉煤灰的物质性质 、化学性质及我省西部平原农业的耕作情况 , 粉煤灰中所含的矿物质及微量元素等都是土壤中必不可少的 。利用粉煤灰进行土壤改良可以补充土壤的养 分 , 提高土壤的肥力 , 降低土壤的粘度 , 降低土壤的容重 , 增加土壤的孔隙度 , 或疏松土 壤 , 改善土壤的通透性 , 提高土壤的保墒 、增温能力 。总之 , 人口的连续增长 , 耕地的不断减少 , 人们生活水平的不断提高 , 对土地的产出量 要求越来越高 , 农业生产由粗放型向集约型转变 , 这些都对土壤 这一不可再生资源提出了挑战 ,

27、究竟如何使土壤资源得到持续 、合理的开发利用 , 我们现在唯一能做的就是从基础 做起 土壤改良 。参考文献 :吉林地质 , 2000 , (3)12吴文业 .张勃夫 . (1)郑云香 .骆兰田 .松原地区水资源与持续农业的协调发展研究 j .农业地质大有可为 对当前拓宽开发矿业服务领域的思考和建议 j .吉林地质 , 2000 ,345粉煤灰综合利用国内外动态 j . 吉林省电力试验研究所所刊 , 1994 , 10粉煤灰综合利用 , 1988 , (1)安阳电厂粉煤灰综合利用与研究 j .石家庄市粉煤灰综合利用研究会 . 综合利用消除污染 浅析电厂粉煤灰污染及其综合利用 j .粉煤灰综合利用

28、 , 1987 , (1)国外金属矿选矿 , 1988 , (7)678张金明 . 选矿技术在粉煤灰综合利用中的应用 j .周连仁等 . 农田管理与施肥技术 m .邹传俊等 . 土壤改良与施肥技术 m .黑龙江省科学技术出版社 , 1995化学工业出版社 , 1997(下转第 82 页)on the co nfide ntial wo rking whe n p etrole umgeolo gic al e xplo ratio n dep art me nt s change a dmini strative dep art me nt s into e nt e rp ri se sl

29、i ling( no rt heast bureau of pet roleum , china xinxing pet roleum co , l t d. , changchun 130062 , chi2na)ab stra ct : af ter administ rative depart ment s of pet roleum geolo gical explo ratio n system changedinto enterp rise unit s , so me data must be kep t absolutely secret . in t his paper , t he p resent sit ua2tio n , a new require and app rop riate measures in t he co nfidential wo r king are discussed.ke y wo rd s : to change administ rative depart ment s into enterp