粉煤灰對土壤和作物生長的影響

1、粉煤灰對土壤和作物生長的影響汪海珍徐建民謝正苗俞勁炎摘要：粉煤灰施用量控制在60600 t/hm2，不會造成土壤、糧食的污染，且能改善土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，有利于養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。粉煤灰磁化后，1.57.5 t/hm2的施用量即可達(dá)到最佳的改土增產(chǎn)效果。本文在分析粉煤灰理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，討論了粉煤灰對土壤和作物生長的影響，同時也提出了降低粉煤灰中有害物質(zhì)對土壤和作物不利影響的農(nóng)用技術(shù)。關(guān)鍵詞：粉煤灰；土壤；作物中圖分類號：X53；X705；S141.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AEffects of Fly Ash on Soil and the Growth of CropWANG Hai-zhen，

2、XU Jian-ming，XIE Zheng-miao，YU Jinyan( Department of Soil Science and Agricultural Chemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China )Abstract:Fly ash does not cause soil and grain pollution when its application rate ranges from 60 to 600 t/hm2. Results show that fly ash may improve the physica

3、l, chemical and biological properties of soil, promote the transformation of nutrients in soil, and creat a better soil environment for crop growth. After fly ash is magnetized, the best effect on soil amelioration and crop yield can be achieved by applying 1.5 to 7.5 t/hm2 fly ash into soil. The ef

4、fects of fly ash on soil and crop growth are discussed based on its physical and chemical properties. The method of applying fly ash in agriculture and of reducing the adverse effects of the toxic substances in fly ash on soil and crop is proposed.Key words:fly ash; soil; crop粉煤灰是燃煤工廠排放的廢棄物，也是一種有待開發(fā)

5、利用的潛在資源。據(jù)國內(nèi)外報道，粉煤灰農(nóng)用投資最省、成本最低，是開發(fā)利用的重要途徑，但粉煤灰中有害物質(zhì)對土壤和作物生長的不利影響，也引起了人們的極大關(guān)注。因此，如何將粉煤灰合理利用于農(nóng)業(yè)上，是值得討論的重要問題。1 粉煤灰的性質(zhì)1.1 粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰是一種大小不等、形狀不規(guī)則的粒狀體，顆粒內(nèi)有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其50%以上的直徑是50100 m m，密度為1.82.4 g/cm3，體積質(zhì)量（含孔隙）為0.550.88 g/cm31。粉煤灰的物理性質(zhì)與砂壤土相似，因此根據(jù)質(zhì)地改良原則，施加適量的粉煤灰對粘土、砂土等均可起到改良作用，以改良粘土的效果為好。1.2 粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)在粉煤灰的礦物組成

6、中，無定形的鐵鋁硅酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.70.9，其主要化學(xué)成分與土壤相類似（表1）2。粉煤灰的pH為4.512.8；其pH值一般由母煤中硫的含量決定，高硫煤產(chǎn)生酸性灰，低硫煤產(chǎn)生堿性灰，通常以堿性灰為多。一般認(rèn)為干灰的pH值、鹽度及潛在毒性微量元素等皆高于老貯灰場中經(jīng)過多年風(fēng)雨侵蝕的濕灰。粉煤灰的化學(xué)組成使它可用來生產(chǎn)硅鈣肥或配制復(fù)合肥料，也有不經(jīng)加工直接作為肥料或改良劑施用的。由于此類肥料和改良劑的高pH值、高鹽度和有毒元素的存在，在連續(xù)施用或一次大量施用時有可能產(chǎn)生土壤污染的問題。表1粉煤灰的主要化學(xué)成分成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(g× kg-1)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(mg× kg-1)

7、SiO2231624B27.057.8Al2O3165354Cu20.185.0Fe2O350200Mn75.079.5CaO8219Mo2.08.6MgO763Zn25.038.2K2O733SO30112 粉煤灰對土壤的影響2.1 粉煤灰對土壤物理性質(zhì)的影響粉煤灰能改善粘土的結(jié)構(gòu)性，而且用灰量越大，效果越好3。粉煤灰也能改善砂土的物理性質(zhì)，提高它的持水性，加強(qiáng)抗旱能力。粉煤灰中含有一定量的鐵，膜狀氧化鐵的膠結(jié)作用及鐵在腐殖質(zhì)和粘土礦物晶格間的橋梁作用是土壤團(tuán)聚化的重要機(jī)制。另外，經(jīng)磁化的粉煤灰中的鐵磁性顆粒強(qiáng)烈地發(fā)生磁化，在其周圍形成一個附加的局部磁場，使土壤顆粒發(fā)生“磁性活化”而逐步團(tuán)聚

8、化，使大于5 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體（實(shí)際為僵硬的大土塊）減少，而51 mm和0.50.25 mm這兩級微團(tuán)聚體的總和有所增加，改善了土壤結(jié)構(gòu)性和通氣透水性3。不過，某些高硬凝性粉煤灰能硬化土壤顆粒，降低土壤透水性，這是對農(nóng)田土壤物理性質(zhì)的一種有害效應(yīng)，在施用時應(yīng)該引起注意。2.2 粉煤灰對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響粉煤灰農(nóng)用的主要環(huán)境效應(yīng)是改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，而對土壤化學(xué)性質(zhì)最重要的影響是增加土壤pH值、鹽度和潛在毒性微量元素的含量等。有機(jī)質(zhì)含量高、陽離子交換量大、緩沖能力強(qiáng)的土壤的化學(xué)性質(zhì)受粉煤灰的影響要小些4。很多粉煤灰是堿性的，其中鈣、鎂等堿性物質(zhì)含量很高，因此可作為石灰代用品來降低酸性土壤的酸度

9、。另外，磁化粉煤灰還可改變土壤的氧化還原狀態(tài)。其中磁性礦物的鐵是最活躍的組分。磁鐵礦在土壤中逐漸水解，先氧化成為磁赤鐵礦，可釋放出169.35 J/mol的熱量而其磁化率降低；然后磁赤鐵礦再轉(zhuǎn)變?yōu)槔w鐵礦，又可釋放出熱量 44.75 J/mol，其磁化率進(jìn)一步降低3。磁性礦物的加速水解，造成強(qiáng)烈的能量釋放和磁化率降低，加快了有機(jī)物質(zhì)的礦化和其氧化過程的進(jìn)行，促進(jìn)了農(nóng)作物的呼吸、代謝過程，使土壤中氮、鉀和磷等營養(yǎng)元素的有效性增加。2.3 粉煤灰對土壤微生物的影響無論是普通粉煤灰，還是磁化粉煤灰，實(shí)際上均是磁性粉煤灰，只是磁性強(qiáng)弱而已。根據(jù)磁生物學(xué)原理，磁場在一個很寬的范圍內(nèi)，從強(qiáng)磁場到弱磁場，均可

10、對生物產(chǎn)生影響。人們已發(fā)現(xiàn)趨磁性是多種細(xì)菌所共有，在這些細(xì)菌中具有單磁疇大小范圍內(nèi)的磁鐵礦顆粒。一些酶中含有微量的順磁性過渡金屬原(離)子，由于磁場的作用，可改變這些酶的結(jié)構(gòu)和活性等功能3。周鑫玉得出，粉煤灰水提取液對磷酸酶有激活作用5。俞勁炎等的試驗(yàn)結(jié)果表明，在紅壤中以粉煤灰占土壤質(zhì)量的2%的比例施用粉煤灰，能明顯提高土壤呼吸作用，促進(jìn)轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶等活性，增強(qiáng)微生物活性，有利于土壤中各種生化反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)磷等養(yǎng)分的釋放，加速土壤熟化；而對脲酶和過氧化物酶等有抑制作用3。Wong研究發(fā)現(xiàn)，無論砂土還是砂壤土，施灰后，開始時因?yàn)橥寥莱炙Φ奶岣撸⑸锏幕钚栽鰪?qiáng)，土壤中有機(jī)質(zhì)分解加快；隨后由

11、于土壤中碳、氮等含量降低，微生物的活性受到抑制；但不管酸性粉煤灰還是堿性粉煤灰，隨施灰量增多，土壤中pH值、電導(dǎo)率及有毒元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，微生物的活性和數(shù)量減少，土壤呼吸作用減弱；經(jīng)過一段時間，土壤微生物能適應(yīng)毒性條件，呼吸作用逐漸增強(qiáng)5。3 粉煤灰對作物生長的影響粉煤灰，尤其是磁化粉煤灰的磁效應(yīng)對作物品質(zhì)和產(chǎn)量有促進(jìn)作用。張林等報道施用磁混肥，可使過氧化物酶、多酚氧化酶活性降低，能抑制作物光呼吸作用，促進(jìn)作物新陳代謝，有利于物質(zhì)的積累，從而增加作物的產(chǎn)量；也使作物的硝酸還原酶活性提高，使有機(jī)質(zhì)氮的礦化、硝化作用增大，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，提高作物品質(zhì)。另外，粉煤灰中的鎂養(yǎng)分可提高作物葉綠素質(zhì)量分

12、數(shù)7。粉煤灰對作物生長的主要限制因素首先是碳、氮等營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)不足，粉煤灰的氮已在燃燒中揮發(fā)損失掉，而其磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖可能高于土壤磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但當(dāng)施灰量超過土壤質(zhì)量的10%時，灰中的鐵、鋁及鈣會對土壤中磷的固定作用增強(qiáng)，使作物可利用磷減少8；此外，有的粉煤灰的pH值、鹽度、硼及潛在毒性元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高。粉煤灰雖然含有許多作物所必需的營養(yǎng)元素，但在高施灰量時，土壤pH值的升高，可降低土壤中鐵、鋅、銅、錳和磷等許多營養(yǎng)元素的有效性，導(dǎo)致作物缺乏這些營養(yǎng)元素。粉煤灰中可溶性鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.633 g/kg之間；若施用可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的粉煤灰，使土壤的含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于23 g/kg，則對作物生

13、長就有不良影響。例如，由于高鹽度的影響，玉米的發(fā)芽率降低了15%20%，75%的發(fā)芽時間推遲23 d9。Petruzzelli的試驗(yàn)表明，雖然施灰后土壤pH值的升高能降低土壤中重金屬的溶解度而減少小麥幼苗的吸收，但粉煤灰中鎘、鎳等重金屬元素會累積于土壤中而產(chǎn)生危害10。很多研究者認(rèn)為，在農(nóng)田里能否成功地利用粉煤灰，主要是看硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。土壤水溶性硼增至2.85 mg/kg，就對作物生長有不利的影響；若粉煤灰中熱水溶性硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20 mg/kg時，那么生長在施灰土壤上的作物，大多數(shù)呈現(xiàn)硼中毒癥狀，多數(shù)敏感作物的產(chǎn)量可能受到影響；但若粉煤灰經(jīng)過淋溶或pH值調(diào)節(jié)后施入土壤，土壤和作物中的硼質(zhì)量

14、分?jǐn)?shù)皆低于用原粉煤灰直接施入的土壤和作物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)11。此外，粉煤灰中硒、鉬、鎳等微量元素雖然是作物所必需的營養(yǎng)元素，但當(dāng)它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，也會對作物的生長或?qū)κ澄镦湲a(chǎn)生不利的影響。上述因素對微生物生存不利也限制了作物的生長。4 粉煤灰的農(nóng)用技術(shù)因土施灰，種植適宜作物。適合施用粉煤灰的土壤主要是過酸過堿或過砂過粘的低產(chǎn)田。實(shí)驗(yàn)表明，用酸性灰改良鈉質(zhì)土、鹽堿土，用堿性灰改良紅壤等酸性土壤，都有良好的效果2。另外，粉煤灰經(jīng)淋溶、磁化或調(diào)節(jié)pH值等處理后，粉煤灰的高pH值、高鹽度及有毒元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等皆可降低6。在施用粉煤灰的農(nóng)田，第一季可先種植綠肥或飼用甜菜、蘿卜、菠菜、小麥及黑麥等適宜作物

15、，避免種植大麥、燕麥、豌豆、萵苣和馬鈴薯等；第二季可種水稻、玉米等糧食作物。綜合利用，提高施用效果。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)測定，雖然施適量的粉煤灰可以改善土壤的質(zhì)量，但只加粉煤灰而不施肥料，土壤的營養(yǎng)質(zhì)量也得不到改善，產(chǎn)量不會提高；而在粉煤灰中加入一定量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素制成的各種復(fù)肥，皆促進(jìn)了氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的有效性，起到了更好地改良土壤的作用12。也有實(shí)驗(yàn)證明，在粉煤灰中摻入適量的鋅、硒等營養(yǎng)元素，既可彌補(bǔ)作物缺乏的元素，也可生產(chǎn)出富含微量元素的優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品4。另外，粉煤灰與城市污泥或糞尿混合后，既可消除或顯著降低病原體數(shù)量，又可降低重金屬的濃度和活性，其中高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機(jī)碳能提高土壤C/N比率

16、，創(chuàng)造有利于微生物存在的條件，減輕施灰的不利影響4, 6。確定適宜施灰量，減少環(huán)境污染。國外研究證明，以不超過土壤質(zhì)量的10%的比例施灰，不會造成作物的毒害4, 6。國內(nèi)一些試驗(yàn)研究結(jié)果表明13，在一些土壤上，根據(jù)不同質(zhì)地，以60600 t/hm2施用粉煤灰，土壤及糧食作物中有害元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)未達(dá)到污染程度，小麥、玉米、水稻等主要糧食作物都有顯著的增產(chǎn)；以60 t/hm2施用時，土壤中的Hg、Cd、Pb、As、Cr的平均值與土壤本底值接近，這些元素在糧食中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)未超過國內(nèi)外規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；青蘿卜、土豆和白菜中的Hg、Cr(VI)、As、Pb、F及3, 4苯并芘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還不會對人體健康有影響

17、；考慮到粉煤灰中有害物質(zhì)的安全控制及改土增產(chǎn)效果，把225450 t/hm2確定為主要作物的一般適宜施灰量，在此范圍內(nèi)，不同糧食作物與不同質(zhì)地土壤的具體施灰量大小順序?yàn)樗居衩仔←?；粘土壤土砂土?？偠灾?，粉煤灰在農(nóng)業(yè)上的利用范圍很廣，我們應(yīng)該對粉煤灰施用中的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行更深入的研究，加強(qiáng)環(huán)境生物監(jiān)測，確保不造成二次污染?；痦?xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（39670421）和浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（496027）作者簡介：徐建民（1965），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師作者單位：浙江大學(xué)土壤與農(nóng)業(yè)化學(xué)系，杭州 310029參考文獻(xiàn)1 王其于. 衢化熱電廠粉煤灰處置現(xiàn)狀與綜合利用途徑探索 J. 環(huán)境

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