【资讯分享】脱硫石膏在农业生产和土壤改良中的应用

发布日期:2019-3-8 9:35:19 点击次数: 字体显示:【大】  【中】  【小】

 燃煤火力发电厂会产生大量二氧化硫,通常不能直接排到空气中,会对其进行烟气脱硫。石灰石吸收剂在烟气吸收塔内同二氧化硫和氧气发生反应,产物以石膏的形式沉淀析出,成为工业固定废弃物,大量积累,如何开发利用它们已经迫在眉睫。脱硫石膏化学成分与天然石膏类似,主要成分都为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),还包括碳酸钙、亚硫酸钙、酸不溶物、氯离子、氧化镁等杂质。

脱硫石膏作为一种工业副产品,几乎全部应用于工业生产,尤其是建材行业,可以作水泥缓凝剂,用来制作各种石膏板,作为原料生产碳酸钙晶体;除此之外,还可以作筑路路基和现浇墙体材料等。脱硫石膏由于其独特的物理和化学性质,经大量研究证明还可应用于农业生产以及土壤改良方面。脱硫石膏能改变土壤的理化性质,增加土壤有机质的含量,提高植物的产量;脱硫石膏具有较好的吸附性,可以用来吸附土壤中的重金属离子,减少土壤的重金属污染;除此之外,脱硫石膏中含有少量的碳酸钙,可以用来改良盐碱土。

1 脱硫石膏在农业生产中的应用

脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),所以它含有丰富的钙硫元素。对植物来说,钙可以稳定细胞壁,果胶酸钙组成细胞壁的胞间层;钙可以稳定细胞膜结构,保持细胞的稳定性;钙可以促进细胞伸长和细胞分裂;钙可以参与第二信使传递,能结合在钙调蛋白上,对植物体内许多种关键酶起活化作用,并对细胞代谢有调节作用;钙具有调节渗透作用和酶促作用。硫元素参与植物光合作用,形成铁氧还蛋白的铁硫中心,参与暗反应;硫元素参与抗逆过程和蛋白质的合成;硫元素还可以提高油料作物的产油量等。由此可见,这两种元素对植物的生命过程起很大作用,是植物发育生长不可或缺的两种元素。脱硫石膏施用于土壤中,会提高土壤中这两种离子的含量,对农业生产具有促进作用。

 

国内外研究结果证明,施用石膏可以直接或间接提高某些作物的产量。在稻田中施用脱硫石膏,土壤中的细菌丰富度和多样性在一定程度上会增加,细菌参与有机物的分解以及各种矿质元素的合成,有利于植物的生长。施用石膏可以提高氮肥的利用率,由此来提高玉米籽粒的产量。将可以促进植物生长的真菌和石膏一起施用在苏打土壤上,可以提高南非醉茄的互交乙醇酯含量。将脱硫石膏施用于盐碱土壤上,向日葵的出苗率在一定程度上会随着石膏施用量的提高而提高。肖国举等人发现,在盐碱土壤上施用不同浓度的脱硫石膏,水稻的出苗率和产量都会显著提高。在Cd 污染的土壤上施用石膏,可提高在此地种植的小麦的产量并且能降低小麦对Cd 的吸收量。施用一定剂量的脱硫石膏可以提高大豆的产量。李玉波等人发现,在程度不同的盐碱土壤上施用不同量的脱硫石膏,可以显著提高燕麦的株高等各项生长指标。同时,李玉波等人发现,在重度苏打盐碱地上施用脱硫石膏与对照相比,土壤的pH 值会降低,紫花苜蓿的出苗率、干生物量、含水量会增加。王彬等人发现,在碱化的土壤中施用脱硫石膏,紫花苜蓿会减少对Na+的吸收,同时会增加对Ca2+和K+等营养离子的吸收,这样就减少了离子毒害作用,同时也改善了植物体内营养亏缺的状况,增加了植物的抗逆性,提高了出苗率和产量,促进了植物的生长。

2 脱硫石膏在土壤改良中的作用

国内外学者广泛聚焦于脱硫石膏对土壤的影响,研究表明脱硫石膏可以用来改善土壤质量。脱硫石膏施用于碱性土壤中,硫酸钙微溶于水中,溶解在土壤中的Ca2+会置换土壤中的Na+,从而降低了土壤的pH 值,同时提高土壤的吸附能力,使土壤的保水性大大提高。脱硫石膏施用在酸性土壤中,由于脱硫石膏中还混有少量的CaCO3,会与土壤中的H+反应,从而提高土壤的pH 值,会对酸化土壤起到一定的改良作用。脱硫石膏在生产过程中会与含有某些微量元素(Fe、Zn、Mn)的飞灰相结合,从而会对缺少这些元素的土壤起到一定的改良作用。重金属在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,也不能够被微生物所降解,会大量累积在土壤中,也会随食物链进入到生物体中,对生物体造成危害。脱硫石膏施用于重金属污染的土壤中,会吸附土壤中的重金属离子,减少植物所吸收的重金属。所以,可以在重金属污染的土壤中加入脱硫石膏,通过对重金属离子的吸附或(共)沉淀作用,改变金属离子的存在状态,降低其危害性。杨平等人为消除潮滩土壤中的重金属污染,通过土柱淋溶实验,发现使用脱硫石膏后,上层土壤中Pb 和Cd 的浸出率最高,可有效消除这两种重金属对土壤的污染。童泽军等人在滩涂围垦土壤中施用脱硫石膏,由于石膏的吸附作用,土壤中的重金属含量大大降低,从而降低了土壤的毒性,减少了可被生物利用的重金属;童泽军以滩涂围垦土壤为样本,通过土柱脱硫石膏淋洗的方法,探讨了洗去各类重金属离子的脱硫石膏的最佳施用量。李鸿业发现,脱硫石膏对污染沉积物中的Cd 具有很强的固定能力,主要是通过重金属的吸附作用以及沉淀作用,减少其对环境的污染。同样,王瑶等人也研究发现,在Cd 的吸附体系中掺杂脱硫石膏,会提高Cd 向沉淀化方向转化,降低其对环境的污染。

 

目前,很多研究证明脱硫石膏在处理盐碱地时发挥很大的作用,脱硫石膏施用在盐碱土壤中,会提高土壤中有机质含量,降低土壤的总pH 值,而Ca2+会置换土壤中的Na+,降低土壤中的总碱度,有利于植物体的生长。毛玉梅等人发现,在脱硫石膏施用量与滨海滩涂盐碱土壤比例达到一定程度时,盐碱土的改良效果以及在促进植物生长方面达到最佳;贺坤等人发现,在滨海滩涂盐碱地种植旱稻,施用脱硫石膏与不施用脱硫石膏相比,土壤的pH值降低、交换性Na+以及土壤的碱化度显著降低,旱稻的主要根系指标、主要产量指标以及总产量显著提高,改善了农作物的生长环境。同时,脱硫石膏与其他改良盐碱地的措施相结合,对改良盐碱地有更大的效果。许毅等人发现,在改良盐碱地时,同时种植羊草和施用脱硫石膏,会使盐碱地改良的进程大大加快,但是为了避免养分不足,需要施用磷钾肥。李谟志等人发现,在盐碱地上种植燕麦的同时施用脱硫石膏,会在降低土壤盐分的同时提高土壤的养分,二者有一定的交互作用。脱硫石膏还可以与腐殖酸一起改善盐碱地土壤的品质。有研究表明,脱硫石膏与腐殖酸共同施用在盐碱地土壤上,会使土壤的pH 值显著降低,同时土壤中的盐分组成也会发生变化,Na+、Cl-等土壤的盐碱化指标会降低,有机质、氮等土壤肥力指标会增加。脱硫石膏还可以与微生物菌剂一同施用来改良盐碱土,王金满等人发现二者共同施用与只施用其中一种相比,改良盐碱化土壤的效果更加显著,具有较高的可行性。除此之外,脱硫石膏还可以与生物炭一起用来改善盐碱化土壤,效果也较某单一种更好,对玉米生长所起的作用也更为明显;就目前的研究来看,脱硫石膏在改良盐碱土壤时的作用显著,会在降低土壤盐碱度的同时提高土壤的肥力,对土壤的理化性质大大改善,所以,应大力推行用脱硫石膏来治理盐碱地。

2019年148期玄机图