启培抗疏力土壤盐碱化防治
(下篇)
2.3.2作物改良
⑴ 育种抗盐
采用传统和现在的遗传工程方法,培育选择抗盐品种,用各种理化方法,直接提高植物的抗盐能力。
⑵ 引种耐盐
选择引种植物应该首先根据生态因子、引种目的而定,同时还需要考虑植物的适应性、种植资源供应情况等来综合评判。
2.3.3 地下排盐
⑴ 井灌井排
井灌井排,又称垂直排水,是农业常用的方法之一。其原理是利用机井排水,降低地下水位,使其周围的地下水不断地向机井方向移动,从而达到防止土壤返盐的作用。
单井灌排控制地下水的作用不明显,应采用由多井构成的群井系统,并在较大范围内合理布设与正确运用,才能保证有效开发控制地下水,达到井灌井排、防止土壤返盐的目的。
⑵ 暗道排水
采用管式,如陶管、塑料管、混凝土和石砌等;梢捆,如树梢、芦苇、高梁秸等,设置暗道排水。暗道排水,不占耕地,避免坍塌与淤积。
⑶ 阻盐陷阱
在土壤的一定深度,用砾石和沙子设置一个空隙层,名曰“阻盐陷阱”。此结构,水盐只能下渗,而不能通过毛细吸水返回土壤表面,同时有助抑制水的流失。
2.3.4阻断返盐
⑴ 刚性材料
① 石灰土
石灰土,又称灰土或三七灰土,用30%的石灰+70%的土壤混合而成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
② 水泥土
水泥土,又称二八水泥土,用20%的水泥+80%的土壤混合而成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
③ 固化土
固化土名目繁多,一般采用土壤固化剂+石灰(或水泥、石灰+水泥)+土壤混合而成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
④ 混凝土
混凝土,即水泥混凝土,由水泥、沙、石混合而成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
⑵ 柔性材料
① 灰渣层
用灰渣构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
② 沙层
用沙构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
③ 有机肥层
用有机肥构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
④ 秸秆段块层
用秸秆构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
⑤ 铁尾矿层+秸秆层+生物炭层
用5~10cm铁尾矿层+15~20cm秸秆层+4~8cm生物炭层(总厚度24~38cm)构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
⑶ 三布两膜
用土工布+塑料薄膜构成,置于耕作层下,阻断积盐层返盐。
2.3.5甘肃省盐碱地治理
近年来,甘肃在治理土地盐碱化方面进行了积极尝试,推出“培肥控盐”“节水阻盐”“灌水降盐”“适种抗盐”四大盐碱地治理技术模式。“节水阻盐”模式利用滴灌水肥一体化,配施生理酸性肥料治理盐碱地;据专家建议,对重度盐碱化土地应以保护为主,可引入耐盐碱植被进行生态恢复,实施适种“抗”盐治理方法,即通过种植耐盐碱作物改善地力;针对中重度盐碱化土地,实施耐盐碱种植生态恢复,同时采取灌水“压”盐方式治理。如玉门市采取工程技术手段,布设暗管排碱。即布设暗管低于地下水位30厘米,上方回填砾石,形成上宽10米、下宽5米的梯形排碱沟,通过漫灌渗水,每两年灌水洗盐一次,析出土壤中的盐碱层,同时施用优质腐熟农家肥、生物有机肥、磷肥和土壤调理剂综合治理;针对中度盐碱化土地,实施“节水阻盐”治理方法。进行为期三年灌水压盐,改用滴灌水肥一体化,配施生理酸性肥料,切断毛管水,防止盐分上升,并采用育苗、移栽、穴施有机肥、水肥一体化模式进行种植改良;针对轻度盐碱化土地,实施 “培肥控盐”方法治理,即采取加深耕层,通过加速淋盐来防止返盐,增强保墒抗旱能力,改良土壤的养分状况。
以上四大技术模式,在理论上应该有些作用,但是否能解决根本问题,还有待实践、时间检验。
盐碱土改良技术,耕作层改良,如客土改良,文章都做在耕作层上,应该还是有一定的效果。但是,不能解决根本问题,无法跨越返盐再次形成盐碱地这道鸿沟。作物改良,简单地说,就是让植物适应盐碱地。然而,盐碱通过植物根茎叶进入花果实,进入人体,或者通过动物,最后进入人体。问题来了,盐碱地的这些果实,对人体究竟有没有害,有相应的实验数据吗?有多长时间的实验数据?实验数据的可信度有多权威?地下排盐,理论上可解决根本问题,但投资成本太大,是问题之一,盐碱排到哪里去了,会不会排到它地继续污染土壤也是问题。阻断返盐,问题更复杂,后有专论。
因此,阻断返盐、盐碱水管理、盐碱结晶管理,是盐碱地治理的三大核心问题。
3.启培抗疏力盐碱地治理
土壤盐碱化防治,是世界性难题。目前,未见有一套完整的、成熟的土壤盐碱化防治理论和可行实施办法。绝大多数治理工作,没能收到理想的效果,包括客土,过不了多长的时间又被盐化,终点回到起点。
一般的土壤盐碱化防治技术,多停留在土壤耕作层治理,即使有些涉猎阻断返盐的技术,也存在阻断返盐材料的性能问题、治理技术指标问题及排除的水盐处理等问题。总之,目前的土壤盐碱化防治,还没有一套可信的、可行的、全面的、完整的、生态的、安全的、长期有效的防治系统。1979年10月的西德波恩会议至今,近半个世纪即将过去,波恩会议的话好像是昨天说的一样,还是那么耳熟,“世界大部分地区,土壤盐碱化的原因业已查明,但是合理的治理方法尚未确定,至今改良工作耗资巨大,在许多情况下收效甚微。”
要根治土壤盐碱化,阻断积盐层返盐、严控脱盐水外泄、确保耕作层生态,三位一体,缺一不可。否则,治盐、返盐,再治、再返……按下葫芦起来瓢,盐碱地治理将陷于永远也治不完的怪圈。
启培抗疏力土壤盐碱化治理,是一项以生态防渗为主体的土壤盐碱化防治技术体系,由阻断返盐保护耕地、脱盐造地改良土壤、输送水盐保障安全、依托自然分离水盐、密封盐碱防止外泄,五大部分组成,形成治理闭环,并具有投资小、见效快、标本兼职、一劳永逸等特性。
抗疏力土防渗阻断返盐,是启培抗疏力土壤盐碱化防治技术体系的重要组成部分之一,由99.99%的就地盐碱土+0.01%的启培抗疏力土壤稳定剂构成,阻断土壤毛细吸水,使积盐层中的盐份不能通过水“迁移”,从而阻断“返盐”。
3.1.1理论依据
A.理论依据之一
表3—1 土样试验成果表
黄堪公司土样试验成果表数据显示:当粘粒含量为15%左右时,启培可降低渗透量一个数量级左右。换言之,与原状土相比,用启培抗疏力土壤稳定剂处理的土壤可减少渗透量8倍以上。
B.理论依据之二
江河公司《……启培抗疏力应用研究报告》结论:“通过对比高倍电镜下的土颗粒照片,可以发现掺入启培抗疏力土壤稳定剂的土壤颗粒间距变小,减少了水的流动通道”,如图所示:
图3—1 5000倍微观扫描电镜图 图3—2 10000倍微观扫描电镜图
根据上述理论依据,盐碱土与稳定剂混合而成的抗疏力土防渗阻断返盐层,是完全可以阻断返盐的。
3.1.2类似案例
宁夏银川启培抗疏力实验基地的黑臭水体治理表明:
A. 抗疏力土具有良好的防渗性能;
B. 抗疏力土能阻断黑臭水体“迁移”;
C. 抗疏力土能阻断臭味;
D. 抗疏力土具有净化水质的作用。
3.1.3渗透实验
室内实验表明:盐碱土对稳定剂没有任何影响,降低渗透系数与一般原状土相同。
综上所述,稳定剂与盐碱土构筑的抗疏力土防渗阻断返盐层,能阻断盐碱土的毛细吸水,从而阻断积盐层通过毛细吸水返盐。因此,稳定剂能迅速从根本上治理盐碱土返盐问题,且省钱、省事、省工期。
3.2 脱盐造地
本体系通过耕作层开沟排水,除去盐碱土中的盐碱成份,还原土壤的自然生态属性,主要有自然降水除盐、灌溉淋洗除盐、脱盐分离剂除盐和灌水浸泡除盐四种方法。
3.2.1自然降水除盐
依靠自然降水,逐步排除盐碱土中的盐碱成分。随着水量的增加,盐碱土中的盐碱逐步减少,直至彻底排完,盐碱土变为良田。
3.2.2灌溉淋洗除盐
采用灌溉淋洗,一次性排除盐碱土中的盐碱成分,使盐碱土变为良田。机械灌溉淋洗除盐,能迅速见效。
3.2.3脱盐分离剂除盐
采用脱盐分离剂除盐,不但能一次性排除盐碱土中的盐碱成分,使盐碱土变为良田,而且,对土壤的肥力有所提高。
3.2.4灌水浸泡除盐
⑴ 造田除盐
第一步:平整盐碱地,然后旋耕、喷洒稳定剂、再次旋耕、拌和、找平、压实,得到稳定剂改良土壤层,其厚度≥设计犁底层厚度+耕作层厚度;
第二步:旋耕稳定剂改良土壤层,厚度≥设计耕作层厚度,用旋耕得到的土壤,构筑田埂,然后找平旋耕土壤,完成造田;
第三步,加脱盐分离剂,灌水浸泡盐碱田。浸泡12小时后,放水除盐,反复浸泡、放水,直至脱盐完成,如图所示:
⑵ 除盐造田
也可采用集中盐碱土,采用饮用水脱盐或分离剂脱盐。将脱盐后的土壤,摊铺在生态防渗阻断返盐层上,找平、压实,其压实厚度≥设计耕作层厚度。然后,在压实的耕作层上造田。
采用上述方法改良的稻田,除不会再次被盐碱化外,其田埂极其稳定,抗冲击能力极强,一般短时强降雨是冲不垮的。而且,与一般土壤相比,稳定剂+盐碱土构筑的生态防渗阻断返盐结构,用作犁底层,能减少水和肥水的渗漏量8倍以上。
3.3盐碱水安全输送
脱盐后的盐碱水必须得到有效的处理,否则,会给环境带来污染,造成更多的盐碱地。处理的第一步,应该选用有效的防范措施,确保盐碱水在输送途中不外泄。
抗疏力土水沟,其土的自然属性不变,能自然生长植被;密实度高、稳定性强,不因浸泡、冲刷而垮塌;渗透系数可达1×10-6以下 ,疏导盐碱水,不因渗透而盐碱外泄。
抗疏力土水沟,采用现场土+稳定剂,通过喷洒、拌和、整形、压实、机开而成。“机开”意为机械开沟。
机开抗疏力土水沟与夯实抗疏力土水沟相比,具有更多的技术、经济、速度优势。
3.4盐碱水分离
3.4.1盐碱水分离装置
将盐碱地脱盐后的盐碱水,通过具有防渗功能的抗疏力土水沟、管道或其它类似设备,引入具有防渗功能的池塘或容器。然后,采用塑料薄膜或玻璃等类似物质建棚,罩住装有盐碱水的水塘。在棚内,设置高度可上下移动、角度可调整的房型或伞型集水盖。
集水盖上设有小孔,受日照等因素的影响,棚内所贮存的盐碱水会产生蒸发。由于盐、碱的沸点远远高于水,水蒸发或沸腾时,盐、碱与水分离。水变成了水蒸气上升,盐碱则留下来形成结晶。
水蒸气粒径小于水珠,水蒸气上升时,一部分会附着在集水盖下面,而更多的会穿过集水盖上的孔而达到棚的顶部,然后再形成水珠掉落到集水盖的上面。随着集水盖上水量的增加,在重力的作用下,这些水会顺着集水盖设置的路线,下流到蓄水罐内,可循环使用或作它用。
3.4.2盐碱水分离装置原理
依托自然能分离盐碱水的装置,正是利用水蒸气颗粒直径(0.01到10微米之间)<水滴直径(≥0.3毫米)这一原理,在集水布上设置水蒸气能通过、而水滴不能通过的网眼,来回收分离水。
因蒸发的速度与环境温度、液面面积、空气流速的关系密切,所以,改变这三个条件,就会改变蒸发的速度。
⑴ 环境温度的影响
液面周围的温度越高,水分子的平均动能越大,将导致更多的水分子飞出液面成为气体分子,从而使蒸发速率加快。因此,大棚选用白色材料构建,能更有效地接受日光;棚内设施选用黑色材料,能更有效地吸热,以提高棚内的温度。
⑵ 液面面积的影响
液体表面积的大小,决定液体表面积的分子多少,影响同一时间内飞出的分子数量。面积大飞出多,面积小飞出少。因此,想加快蒸发速率,尽量扩大液体面积,反之,缩小液体面积。
⑶ 空气流速的影响
液面上的空气流动速度,会影响分子重新返回液面中的概率。如果液面上方空气流动较快,分子被气流带回液面的可能性减少,从而使蒸发过程加速。有条件的地区,可在棚内设置吹风设备。
综上所述,蒸发速率受到环境温度、液面面积和空气流速三个因素的影响。为了快速回收脱盐用的水,应提高棚内温度、扩大液体面积和设法使液面上空气流动,以加速蒸发。
3.4.4 治土、治水、治气候
水蒸气颗粒直径,是指水分子在水蒸气状态下形成的小颗粒的直径。这些颗粒的大小,可以影响大气中云的形成和天气的变化。水蒸气颗粒直径,一般在0.01到10微米之间,这些微小的颗粒,可以通过大气层的对流和扩散运动在空气中传播。当这些微小颗粒逐渐汇聚在一起时,它们就会形成水滴,进而形成云和雨。因此,可利用这一原理,改变盐碱地地区的气候。
通过水资源治理盐碱土,依托大自然分离盐碱水,利用抗疏力土水塘群的蒸发效应,改变区域生态环境,即治土、治水、治气候。
蒸发回收,节约资源;蒸发效应,治理气候;环保填埋,以待开发。
3.5密封盐碱防治外泄
用稳定剂+现场土壤(土壤粘粒含量≥15%),通过混合、压实而得到的抗疏力土,其防渗系数可达≤1×10-6~-8 ,所以,将盐碱结晶作为待开发物质,置于抗疏力土(厚度≥ 1000mm)的包围之中贮存起来,以备今后使用。因抗疏力土具有防渗性,可确保地下水无法通过毛细作用,雨水及外来水不能通过渗透形式,进入盐碱结晶储存处,致使盐碱结晶不因溶解而外泄。因抗疏力土没有老化期,并随着时间的推移,其密度、强度、防渗性、稳定性会进一步提高,所以,抗疏力土不会因老化而失去保存盐碱结晶的作用。
在填埋层上,回填耕作土,不会被盐化,不影响农作物的生长和品质,还不占用土地使用面积。
3.6技术对比
启培抗疏力盐碱地治理的核心技术是,在生态防渗阻断返盐盐碱地治理技术体系中,阻断返盐、安全输盐、环保闭盐,都离不开抗疏力土,用于农业可称为抗疏力改良土,用于建筑业可成为抗疏力改性土。因此,抗疏力土的性质就成为与其它技术对比的焦点。
对盐碱地治理,本文划分为:耕作层治理、植物改良、阻断返盐和地下排盐。本文认为,单纯的耕作层治理,没有阻断返盐配合,治标不治本,返盐只是时间问题,前景堪忧,徒劳无益,不在对比之列;盐碱地植物改良,涉及人类健康问题,前景不明,本文不便评论,不在对比之列;地下排盐,造价高、收效低,与抗疏力土不在同一治理理念,且未见对盐碱水处理措施,不在对比之列。
本文就阻断盐碱土返盐技术,收集了具有典型代表意义的十项技术,其中1~4为刚性材料,6~10为柔性材料,5为特殊材料,与抗疏力土进行了12项性能对比,具体内容如下表3—2所示:
表3—2 阻断返盐保护耕地不被再次盐化结构 |
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抗疏力土阻断返盐结构与其它阻断返盐结构对比 |
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序号 |
项目 |
对比体 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
抗疏力土 |
石灰土 |
水泥土 |
固化土 |
混凝土 |
三布两膜 |
灰渣层 |
沙层 |
有机肥层 |
秸秆段块层 |
铁尾矿层+秸秆层+生物炭层 |
||
1 |
渗透系数 |
<1x10-6 |
无法达到抗疏力土数据 |
能达此数据 |
能达此数据 |
阻断返盐效果差,距离抗疏力土数据甚远 |
无法达到抗疏力土数据 |
|||||
2 |
主要材料 |
土壤稳定剂+土 |
石灰+土 |
水泥+土 |
水泥+固化剂+土 |
水泥+沙+石 |
土工布+塑料薄膜 |
灰渣 |
沙 |
有机肥 |
秸秆 |
尾矿+秸秆+碳灰 |
3 |
工作原理 |
自身内聚 |
外力粘合 |
物理阻断 |
松散结构 |
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4 |
土体属性 |
柔性 |
刚性 |
柔性 |
柔性 |
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5 |
实施时限 |
无 |
有 |
不能暴晒 |
无 |
|||||||
6 |
工程养生 |
无需 |
需要 |
无需 |
无需 |
|||||||
7 |
长期性质 |
逐步增强 |
逐渐衰退 |
易损、老化 |
逐步失效(土壤进入,毛细吸水上升、失去阻断作用) |
|||||||
8 |
变化性质 |
物理变化 |
化学变化 |
物理变化 |
化学变化 |
物理变化 |
化学变化 |
|||||
9 |
生态环保 |
净化土壤 |
污染土壤 |
不生态 |
污染土壤 |
生态 |
污染土壤 |
|||||
10 |
损坏修复 |
自行愈合 |
不能自行愈合 |
即无自身内聚,也无外力粘合,不存在自愈问题 |
||||||||
11 |
施工难易 |
工艺简单 |
工艺相对高 |
施工难度大 |
工艺简单 |
材料困难 施工难度大 |
||||||
12 |
工程造价 |
造价低 |
造价高 |
造价低 |
造价高 |
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说明(1)返盐是通过毛细吸水来实现的,所以,阻断返盐层的渗透系数是衡量阻断返盐层功效的重要指标。 |
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(2)盐碱土中排除的盐碱水必须按设定的线路运动,进入规定容器,且不得在输送过程中渗漏和管理失控。否则,从A地排除盐碱就会去B地继续污染土壤。 |
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(3)盐碱土中排除的盐碱必须得到有效处理,不得外泄,再次污染土壤。处理办法,本文认为填埋为佳,构建填埋密闭舱需谨慎,因为密闭舱所用材料老化、地质运动、人为因素都可能造成密闭舱损害,盐碱外泄。 |
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(4)5-10cm铁尾矿层+15-20cm秸秆层+4-8cm生物炭层(总厚度24—38)系专利技术,防渗系数不明确,无水盐输送措施,更无处理措施,且污染土壤、材料便宜运输远、施工流程复杂、造价必定高。 |
⑴ 阻断返盐层的渗透性,因为返盐是通过毛细吸水来实现的,是衡量阻断返盐层功效的重要指标。没有这个技术指标,无法证明能否阻断返盐;
⑵ 盐碱水的安全输送措施,没有这个保障措施,盐碱水必然失控外泄,再去污染土壤;
⑶ 盐碱结晶密闭处理措施,同理,没有这个保障措施,盐碱水必然失控外泄,再去污染土壤。
显然,所列十项技术,无一项具有三项要件。
3.6.2阻断返盐层自身缺陷
⑴ 石灰土、水泥土、固化土、水泥混凝土,阻断返盐应该没有问题,但会污染土壤;而抗疏力土在阻断积盐层返盐的同时,不会污染环境。
⑵ 石灰土、水泥土、固化土、水泥混凝土,在阻断积盐层返盐的同时,也将彻底阻断土壤呼吸;而抗疏力土在阻断积盐层返盐的同时,不会阻断土壤呼吸。
⑶ 石灰土、水泥土、固化土、水泥混凝土为刚性材料,一旦断裂,将失去阻断返盐的作用;而抗疏力土是柔性材料,不会发生断裂。
⑷ 灰渣层、沙层、有机肥层、秸秆段块层、5~10cm铁尾矿层+15~20cm秸秆层+4~8cm生物炭层(总厚度24~38cm),均未注明渗透系数。
2.6.3三布两膜
三布两膜是水利工程上常用的防渗措施,用于农业工程,特别是犁底层时,应该注意下列问题:
⑴ 三布两膜施工难度大,稍不注意就会损坏三布两膜;成本就高,水利工程能承受的成本,农业工程未必能够承受。
⑵ 三布两膜做得好,会彻底阻断土壤呼吸;做得不好,起不到阻断返盐的作用。
⑶ 三布两膜的位置在耕作层之下、积盐层之上,耕作层作业容易损坏三布两膜,积盐层运动容易拉裂三布两膜。三布两膜一旦损坏,不能自愈,将失去阻断返盐的作用。
2.7盐碱土治理工艺流程与检测标准
2.7.1抗疏力土工艺流程及检测标准
⑴ 抗疏力土工艺流程:
土壤稳定剂+盐碱土+拌和+平整+压实=抗疏力土(或称:土壤稳定剂盐碱改良土)
⑵ 抗疏力土检测标准:
密度≥95%
渗透系数≦1x10-6
稳定性,检测试件1/5浸入水中,96小时不倒塌。
2.7.2盐碱土脱盐工艺流程及检测标准
⑴ 盐碱土脱盐工艺流程:
充分搅拌盐碱土,浸泡盐碱土24小时,检测浸泡后水的PH值。
⑵ 盐碱土脱盐检测标准:
水的PH值应符合规定,或设计要求;如不达标,继续换水脱盐水,直至PH值达到设计要求。