不同物料促进吹填土脱盐抑碱的试验研究

王素君 赵立伟 陈燕珍 何荣

摘    要：针对滨海地区吹填土盐分含量高、理化性状差、难以利用的现状，选用脱硫石膏、草炭、污泥营养土和褐煤作为改良材料，对吹填土进行脱盐改良，同时抑制次生碱化。试验采用盆栽方式，研究四种物质对吹填土脱盐抑碱的作用。结果表明：在1.2 m3·m-2灌水量下，脱硫石膏的淋水速度最快，从节约成本考虑，在促进吹填土脱盐抑碱方面，脱硫石膏用量为1.5 kg·m-3的处理能取得良好的效果。

关键词：不同物料 ;吹填土; 脱盐抑碱

中图分类号：S156.4+2          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.06.011

Abstract： In view of the high salinity and poor physical and chemical properties of dredger fill in coastal area， desulfurization gypsum， peat， sludge nutrient soil and lignite were selected as improvement materials to desalinate dredger fill and inhibit secondary alkalization. Pot experiment was conducted to study the effects of four substances on desalination and alkali inhibition of dredger fill. The results showed that： under the watering amount of 1.2 m3·m-2 the spraying speed of desulfurization gypsum was the fastest. Considering the cost saving， the treatment with 1.5 kg·m-3 desulfurized gypsum could achieve good results in promoting desalting and alkali suppression of dredger fill.

Key words： different materials; dredger fill; desalting and restraining alkali

围海吹填造陆由于其物源丰富，成本低廉，是缓解人地矛盾的一种有效途径。滨海吹填土（滨海潮滩盐土）是通过浅海底泥挖掘等人工吹填方式形成的新陸地， 由于没有经过成土过程，虽然有土壤的成分和形态但没有土壤的结构和性质，不能称之为土壤，可划归为滨海盐土的成土母质[1]。

鉴于吹填土特定的成土环境和立地条件导致它的理化性状很差，质地粘重，干时坚硬，湿时泥泞，通透性极差，含盐量高，盐分高达10‰～40‰，同时沿海区域内地下水埋深浅， 矿化度高， 在蒸发作用下易造成吹填土严重积盐或脱盐后返盐， 极大地制约了吹填区的生态建设和农业生产，很难实现其在城市建设中的生态利用价值[2]。

目前，对吹填土的利用研究较多的是以排水为基础，附加培肥和改良材料对其进行脱盐改良，大多取得了比较理想的效果。土壤脱盐后一般耐盐性树种能够成活， 但长势较弱， 主要由于土壤结构性能不良， 快速脱盐后的次生碱化造成肥力降低等因素造成的[3]，对于脱盐碱化土壤的改良主要是通过添加改良剂对土壤进行培肥、提高其团粒结构、抑制和控制碱化等措施， 这些治理方式在一定程度上能够改善土壤的理化性状，降低土壤碱性[4-6]。由于吹填土极高含盐量的特性，在脱盐后容易出现次生碱化，还要对碱化的土壤进行改良，为了从根本上改良吹填土，在脱盐的同时抑制次生碱化的发生，笔者选定工农业副产品对其进行脱盐抑碱改良。

初步选定4种改良物料，按照不同使用量在吹填土上进行脱盐抑碱试验，经过统计分析，确定促进吹填土快速脱盐和抑制次生碱化合适的改良物料和最佳量比。

1 材料和方法

1.1 供试材料

选择脱硫石膏、污泥营养土、草炭和褐煤作为初选改良物料进行脱盐抑碱试验，脱硫石膏为电厂副产物（电导率2.98 ms·cm-1， pH值7.6），污泥营养土为污泥和秸秆按一定比例发酵的有机肥料（电导率7.29 ms·cm-1，pH值6.8），草炭为园林常用的改良物质（电导率0.56 ms·cm-1，pH值5.8），褐煤为腐殖酸肥料的原材料（电导率0.71 ms·cm-1，pH值4.5）

试验土壤：取自天津东疆港区沿海造陆的吹填土，理化性状如下表1，风干后过5 mm筛备用。

试验容器：采用高40 cm，上口径25 cm的紫砂花盆，容积0.014 6 m3，每盆装土约19 kg。

1.2 试验设计

本试验为四因素三水平，每个处理重复三次，具体设计如下表2所示。

通过各物料不同用量的试验，确定利于吹填土脱盐抑碱的物料及最佳施用量。

1.3 试验实施

将提前取回的吹填土晾晒粉碎过筛处理，按设计量与各物料掺拌均匀，分层装入紫砂盆中，灌水量参考冲洗定额的经验公式：M=（C1-C2）*ShD/K计算（全盐含量从15.99 g·kg-1降至3.0 g·kg-1），可得本试验的洗盐灌水量为1.2 m3·m-3，分次灌水，浇灌水为自来水（矿化度980 mg·L-1，pH 值8.0），各处理及重复所加入的水量一致。

灌水量为表层水深2 cm，待上次水完全渗进土壤后进行下一次灌水，对照由于渗透太慢，其余处理均达到灌水量时，它还没有水分流出，而且水渗入越来越慢，后来几乎停止入渗。

灌水停止后，全部取出每盆中的土体，混拌均匀，四分法留出1 kg左右的土壤，风干，待测。检测项目为：可溶性全盐、pH值、八大可溶性离子和SAR、SSP、RSC、总碱度。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤渗水速度的影响

由表3看出，在达到相同灌水量时，不同处理水分全部淋出的时间有明显差异，对照水分入渗最慢，在花盆中仅向下移动了49 cm，最后没有水分流出。

对各处理淋出水时间进行方差分析，结果见表4。分析表明，在淋洗时间上，不同物料间呈极显著差异，不同水平间也呈极显著差异，四种物料的不同用量都会影响吹填土的盐分淋洗。

进一步对4种物料进行邓肯新的多重比较可知，脱硫石膏在淋出水时间上与污泥营养土、褐煤和草炭呈极显著差异，淋出水时间远早于其他三物料，褐煤与污泥营养土和草炭也呈显著差异，淋出水时间慢于污泥营养土和草炭。淋出水的快慢依次为脱硫石膏>草炭≈污泥营养土>褐煤。淋出水快的物料能使吹填土脱盐时间缩短，从而促进土体脱盐，提高工程施工效率。

2.2 不同处理改良后土壤的脱盐状况

依据“盐随水来、盐随水去”的脱盐机理，水分的运移和淋失必然带走土体中多余的可溶性离子。土壤达到预定灌水量后，可溶性全盐量和八大可溶性离子的检测结果如下表5。

由表5可知，对照虽水分没有流出土体，但灌水后溶出一部分离子粘附在盆壁上，致使最后取土检测时全盐有少量改变;脱硫石膏的处理降到4.0 g·kg-1左右，其余各处理的盐分也都降到了3.0 g·kg-1以下，各物料不同用量间全盐和八大离子均没有明显差异，但是不同物料间的全盐含量和八大离子均差异显著，全盐含量脱硫石膏处理最高，由其八大离子的数据可知大部分的离子为Ca2+、Mg2+和SO42-，主要是由于脱硫石膏中的CaSO4分解产生的，而有害离子Na+和Cl-均大幅减少，同时脱盐后土壤中的HCO3- 含量最低，因此脱硫石膏处理土壤脱盐次生碱化的程度最小，其余各处理可溶离子的降低均较多，但是HCO3- 含量较高，土壤都出现了不同程度的次生碱化。

土体中水分淋失的快慢主要取决于土壤的通透性和土壤的团粒结构，脱硫石膏中的钙离子能够改善土壤的团粒结构，促进土壤团粒结构的形成，使土壤有效空隙度增加，进而增加土壤的通透性、提高土壤的渗水速率，加快盐分淋洗。同时脱硫石膏可以通过增大表层土壤溶液中的电解质浓度从而达到降低吹填土大量粘粒的弥散性，增加土壤入渗能力和水力传导能力，促进土体洗盐。而其他三种物料的加入只是单纯改变了土壤的组成和结构，虽然在一定程度上也提高了水分的运移速度，但是还是慢于脱硫石膏的处理。

2.3 不同处理土壤碱化参数的变化

鉴别土壤碱化的指标主要有ESP、pH值、SAR、SSP、RSC和总碱度，由于测定ESP过程较复杂[7]，检测结果容易存在误差，而土壤SSP和ESP间存在显著的相关性[8]，笔者主要选用了SSP来预测土壤碱化度的可能性和达到的程度。经过计算，本试验各个处理改良后的土壤碱化参数差异较大。为说明各处理对土壤的抑碱程度不同，对12个处理的5个碱化参数进行相关性检验和方差分析，结果见表6。

由表7可看出，RSC 与SSP和其他碱化参数都密切相关，都在0.80以上，其中SSP和RSC之间相关最密切达到0.95，因此，进一步对各处理的SSP进行方差分析，结果见表8。

由方差分析表8可看出，吹填土经脱硫石膏、褐煤、草炭和污泥营养土改良后，各处理对SSP的影响呈显著差异，不同因子的各水平之间差异显著，物料和水平的交互作用明显。因此，进一步对脱硫石膏、褐煤、草炭和污泥营养土4种物料进行邓肯新的多重测验，测验结果为：均数标准差为8.274，误差自由度为20，查SSR表，计算不同显著标准的LSR值，最后发现脱硫石膏与其余3种物料对改良后吹填土SSP的影响呈显著差异，说明脱硫石膏在抑制土壤次生碱化方面优于其余3种物料，其次为草炭、污泥营养土和褐煤。

脱硫石膏能够抑制土壤次生碱化的原因主要是利用其含有的大量硫酸钙，众所周知钙离子能置换土壤胶体上的钠离子，过多的钠离子被置换出并随水淋出土体，不仅降低土壤中的可溶性离子，还抑制和改善土壤碱性，修复土壤结构。同时脱硫石膏中所含高价离子的介入可降低土壤胶体表面由于负电荷相互排斥而产生的电位势，促进土壤胶体由于相互吸附而凝聚，有利于土壤团粒结构的生成，抑制土壤次生碱化的发生。

3 结论与讨论

在灌水洗盐过程中，脱硫石膏、污泥营养土、草炭和褐煤都能够使吹填土的含盐量降低，脱硫石膏处理降到4.0 g·kg-1左右，pH值降到8.2;其余各处理的全盐量都降低到3.0 g·kg-1以下，但pH值均有所提高。通过本试验可知：在灌溉水的淋出水时间上四种物料有很大差异，出水快慢依次为脱硫石膏>污泥营养土≈草炭>褐煤，出水最快的是脱硫石膏施用量1.5 kg·m-3和2.25 kg·m-3的处理。

各处理对土壤碱化参数都有影响，尤其对SSP、SAR、RSC的作用显著，预示四种改良物料对抑制吹填土脱盐次生碱化均有积极作用，但在抑制土壤次生碱化方面以脱硫石膏最好，其次为草炭、污泥营养土和褐煤，脱硫石膏的3个处理中1.5 kg·m-3和2.25 kg·m-3在降低总碱度和SAR中效果最好。

综上所述，由本试验结论可知：从施工节约成本考虑，在促进吹填土脱盐抑碱方面采用脱硫石膏用量为1.5 kg·m-3的处理能取得良好的效果。本试验的主要目的是初步优选适宜的吹填土脱盐降碱物料，为下一步对物料的复合配比研究提供理论依据，脱硫石膏与其他物料相结合对吹填土脱盐抑碱方面的具体效果还需进行进一步的研究验证。

参考文献：

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