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粉煤灰研制成新材料 让盐碱地长出作物

2021-10-11 11:40:17 来源:科技日报

眼前这片金灿灿的稻田,谁能相信7个月前还是寸草不生?

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,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”举办成果展示。

种植面积340亩的试验田,测试人员随机取样,现场测试水稻生长情况。最终,未改良的对比田亩产496斤,加3吨粉煤灰地亩产则高达1439斤。

检测结果令科研人员非常欣喜。

“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5.6g/kg。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0.8g/kg,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说。

粉煤灰,称其为西部地区的痛点,毫不为过。

当前,我国粉煤灰年排放量近6亿吨,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%,亟需土壤改良。

科研人员决定跟粉煤灰打一场“硬仗”。

其实,作为固废,它并非一无是处。

“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,联合研发团队全国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。

具体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。

循环、绿色、低碳,这是团队始终秉承的发展思路。

韩凤兰介绍称,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。

粉煤灰中重金属深度脱除、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,研发团队成功建立了粉煤灰基盐碱地改良新材料制备及应用技术。

随后,他们开展了连续3年近千亩的大田试验验证与应用示范研究,取得了良好应用效果。

针对很多人的疑虑,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。

在此基础上,团队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理论和数据支撑。

马淑花指出,该项技术如在全国大面积推广,不仅有望实现长期困扰上述地区经济发展的粉煤灰固废“零排放”,而且能增加我国农田有效供给3亿亩以上,对于煤电行业和农业可持续健康发展及“双碳”战略的贯彻实施均具有重要意义。

“希望同仁对我们下一步的研究工作提出宝贵建议,未来我们携手共进。”她说。(科技日报记者 王迎霞 通讯员 杨保国)

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