粉煤灰在土壤中作用的研究進展

關紅飛，張 雷

（陜西省土地工程建設集團，西安710075）

粉煤灰在土壤中作用的研究進展

關紅飛，張 雷

（陜西省土地工程建設集團，西安710075）

在我國貯存閑置著大量粉煤灰，是一種可利用的資源。文章介紹了粉煤灰的理化性質，綜述了粉煤灰在土壤改良中的作用，如改善土壤物理性質，增加土壤營養成分，影響土壤生物活性，治理鹽堿地以及修復治理重金屬污染。粉煤灰也可用于土地整治工程，改變土壤結構，增加土壤的生產力，是高質量完成土地工程的有力保障。但是，粉煤灰的大量使用，仍要重視其性質的檢測及預處理。

粉煤灰 土壤改良 土地整治

我國熱電廠每年發電產生的粉煤灰達上億噸，多數堆積貯存，破壞著整個生態圈的大氣、水體、土壤等，嚴重威脅著區域環境，對人類和環境造成危害[1]。因此粉煤灰的處理和利用問題已引起人們的關注。目前，粉煤灰大多用于工業中如建筑工程，生產磚、水泥等，或者用于土壤改良[2]。隨著對粉煤灰土壤理化性質的研究，其在土壤改良和環境污染治理方面開始應用[3]，例如廢水處理、廢氣凈化和重金屬治理等污染治理方面都可以利用粉煤灰有效的進行處理[4]。粉煤灰在綠色經濟的發展理念下得到有效地利用。

1 粉煤灰的基本性質

粉煤灰是一種灰白色粉狀物料，由不同粒徑和形狀的顆?；旌隙傻?，其不同比例的顆粒組成理化性質決定著其理化性質。粉煤灰顆粒形狀規則不一，容重較低，密度為2.1～2.4 g/cm3，粒級在10～1 000 um區間約占85%以上，滲透速度比土壤快。粉煤灰呈多孔性表面粗糙的蜂窩狀組織，孔隙度較大，大比表面積，一般在2 500～5 000 cm2/g，使其比土壤具有更好的透水、透氣性，因此粉煤灰吸附活性很強。粉煤灰的主要化學成分是常見的金屬氧化物如Si、Al、Fe、Ca、C等，此外還有少量的Mg、 Na、K、S等以及砷、銅、鋅等微量元素。粉煤灰中硅、鋁、鐵、鈣含量最多[5]；Na，P，K和S占0. 5%～3. 5 %，此外也有部分微量元素如B、Cu、Mn等[6-7]。粉煤灰中存在著植物生長所需的多數營養元素。

2 粉煤灰在土壤修復改良中的應用

2.1 粉煤灰改變土壤理化性質

在土壤改良中粉煤灰可以改善土壤結構，調節不同土壤類型的質地，改變土壤容重和孔隙度[8]。粉煤灰粒徑都在微米級別，與砂壤土相似，施加適量的粉煤灰可以改變黏土、砂土的質地，達到適合作物生長的質地條件[9]。趙亮等在沙土中添加不同比例的粉煤灰，檢測出砂粒含量降低11%～18%，而且土體中粉粒所占比例也顯著提高，有效的降低了沙土的砂粒含量，沙土的物理組成可以改變為沙壤土[10]。同時，粉煤灰的添加改變了土壤結構，研究中隨著施用粉煤灰比例增加，土壤的容重逐漸增大，孔隙度逐步減小，較小粒徑的灰粒滲入到孔隙大的顆粒中，從而使形成單位體積內容重增加，土粒增多。粉煤灰改良的方法明顯改善了沙質土的質地特性，土壤中有效含水量增加，土壤中水分利用效率得到提高。目前多數研究表明，土壤中施入粉煤灰后土壤物理結構發生改變，例如容量降低、地溫升高、孔隙度增加、膨脹率縮小等，土壤中微生物活性增強，有利于土壤中養分轉化，保墑保濕，協調水、肥、氣、熱等循環趨向，為作物生長創造良好的土壤生態環境[11-12]?；哪貐^土壤以沙粒為主，滲透性強，漏水漏肥，非常不利于農業生產，利用粉煤灰對沙化地改良可以克服這些弊端，提高農業生產力[13]。

2.2 粉煤灰提供營養成分

粉煤灰是復雜的富含多種礦物的混合物料，其中含有植物所需的大量營養元素及有機物和粘土礦物[14]，具有較高活性，其微觀形態常見有為蛋殼狀球形、橢球形，內部存在大量的孔隙，有利于保持土壤濕度和改善土壤結構。粉煤灰是一種高活性，由多種顆粒機械混合而成。通常情況下，顏色越深，粉煤灰顆粒就越細，含碳量也就越高。從鈣質角度判斷，高鈣粉煤灰顏色偏黃，低鈣粉煤灰顏色偏灰[15]。粉煤灰成分中中含有較多的有機質，從而在量上增加了土壤有機質含量，使得土壤結構得到改善，增加了土壤中N，P，K的含量，增強土壤的綜合肥力。牟俊山等利用粉煤灰進行改良土壤，通過大田種植玉米的試驗研究得出，灰分低含有有害元素少量的粉煤灰，可以補充土壤微量元素，增加土壤營養成分，并且達到農作物增產的效果[16]。粉煤灰同時影響農作物的氮化作用和硝化作用，粉煤灰摻入耕作層植物中氮含量增加[17]。

2.3 粉煤灰影響土壤生物活性

利用粉煤灰吸附改良土壤過程中，土壤的理化性質在一定程度上發生改變，可以促進土壤中微生物的繁殖生長。粉煤灰的成分比較復雜，微量的毒性物質會對土壤化學性質的改變，可能會影響土壤中菌落的生長和酶的活性[18～19]。在粉煤灰對白漿土微生物影響的研究試驗中表明，土壤中微生物的活性可以顯著提高，粉煤灰利于促進白漿土中有機成分的腐殖化過程，青霉菌含量提高，并且土壤中生物抗性有效增強，使有益微生物發揮更多的優勢，土壤肥力增加。Goural等[20]研究成果表明，土壤中粉煤灰在一定的用量范圍時，土壤腐殖質中的磷酸酶、芳基硫酸酶活性增強，暫時性地抑制土壤中細菌、真菌和放線菌活性，而脫氫酶活性則不受影響。生物肥料與粉煤灰混合使用可以有效的改善土壤環境，此過程中是添加一定比例的堿性粉煤灰后對土壤中的微生物活性和呼吸作用沒有出現明顯的抑制[21]，此外隨著使用量的增加會逐漸影響微生物的活性。土壤中微生物是其重要的生命體，是保持土壤有機活性的重要物體，粉煤灰可以有效地調節微生物的活性。

2.4 粉煤灰對鹽堿地的改良

在粉煤灰可以調節鹽堿土的pH值降低，改變土壤孔隙。隨著土壤培養時間的延長，土壤pH值有變小的趨勢[22-23]。黃河等[24]通過盆栽試驗得出粉煤灰可有效地促進土壤中Na+的淋洗，降低HCO3-含量，同時增加Ca2+，Mg2+，SO42-，K+含量。石膏、粉煤灰和油脂素三者混合施用時效果最好，粉煤灰呈堿性，和酸性磷石膏改良劑配合，可調整酸堿性，因而選擇粉煤灰作為改良礦物。隨著培養時間的延長，土壤中Na+，HCO3-有越來越少的趨勢，而其他幾種鹽離子趨勢不明顯。粉煤灰對土壤中Cl-的改良效果不顯著。

2.5 重金屬吸附

物質的性質與其存在的化學狀態有著必要的聯系，重金屬的化學存在狀態也同樣決定著其性質。在空氣、水、土壤中的重金屬對人類的身體健康影響明顯。在水、氣、土三大環保領域中，采用化學修復手段，利用特定的化學試劑改變重金屬的存在狀態，改變其活性從而抑制重金屬的遷移[25]。在土壤污染治理方面過程中，粉煤灰用作改變重金屬狀態的化學試劑，在以土壤膠體和腐殖質載體下粉煤灰有效發揮其對重金屬的吸附和沉淀作用，降低重金屬的活性，整體形成玻璃態進行固化重金屬、防止重金屬遷移至生命圈。過程中也會發生重金屬電位的變化以改變重金屬的狀態[26-27]。

污染土壤的修復治理過程中，粉煤灰如石灰、沸石、碳酸鈣等作為改良劑將重金屬吸附。在粉煤灰合成鋁硅酸鹽后，可以大幅度的提升離子交換容量和比表面積兩種特性，從而增強對重金屬的離子交換和吸附能力，有效減少從土壤中的遷移到植被里的重金屬[28]。金漫彤等[29]在土壤聚合物中添加一定比例的粉煤灰，考慮綜合浸出毒性和抗壓強度等因素，固化Zn2+、Cu2+和Pb2+的理想固化量在2%～0.8%內，對Pb2+固化效果較好[30-31]。但是也有部分學者認為粉煤灰自身當中含有重金屬，而且有一部分重金屬含量完全高于土壤本底值，因此在利用中要非常謹慎，注意其安全使用量。粉煤灰可以與其他聚合物共同改良土壤。趙智等[32]選擇聚丙烯酰胺（PAM）與粉煤灰共同吸附土壤中的重金屬離子，試驗出兩者可以有效地固定重金屬離子，減少重金屬離子從土壤向植物中的遷移量，植物體內富集量減少。

3 粉煤灰在土地整治中的應用

隨著城市化的快速推進，浪費土地資源和破壞生態環境的問題更加嚴重。在耕地面積銳減，人地矛盾日益突出的形勢下，進行土地整治，解決糧食安全，將未利用地進行改良變為農用地已是必然趨勢。在全國相繼有許多土地整治項目正在開展，在土地整治過程中是一個土體有機重構的過程[33]，是進行土壤的重構和改良，也是土壤中有機生命體的生長。粉煤灰在土壤中是一種良好的改良劑，可以改變土壤質地，也可以進行鹽堿地和污染土地的治理[34-36]。因此粉煤灰在土地整治過程中可以有效地利用。例如進行礦山復墾的過程中，充分利用當地大量的粉煤灰資源進行礦區廢棄地的整治或者荒地的開墾[37-38]，調節土壤質地，增加土壤保水性能，增加土壤的有機質、N、P、K等元素含量，提高土壤營養成分，從而進行農作物的種植，提高產量[39-40]。我國大片的鹽堿地、沙化地區、礦區正是充分利用粉煤灰進行土地整治的改良劑[41]。

4 問題與展望

在我國綠色經濟發展理念下，粉煤灰是產業發展的一種可利用資源。經過對粉煤灰理化性質及應用的研究，其在土壤改良和土地整治工程中的價值是重要。施用粉煤灰對土壤進行改良和修復，既能改善土壤結構，增加微量元素和營養成分，又能提高農作物的產量。粉煤灰是鹽堿地治理和重金屬修復的改良劑，是進行土地整治工程的重要資源。但是由于煤質的不同，各地粉煤灰在微量元素含量上各有不同，自身含有重金屬、放射性物質，粉煤灰在利用前必須進行檢測。在土壤改良中需要優化粉煤灰的施用量和添加比例，從而有效地提高土壤質量，避免土壤二次污染和環境的破壞。因此，繼續加強粉煤灰特性及應用的研究和試驗，提高粉煤灰的預處理和改性的手段，增加在中試階段粉煤灰和其他土壤改良劑共同作用的研究，是將粉煤灰廣泛利用的必要措施。隨著粉煤灰的研究，其在土壤改良和土地整治工程中會有更大的價值。

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