生物基磺酸盐生态修复盐碱地机理研究

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我国的盐碱地面积高达15亿亩,是具有巨大潜在开发价值的耕地资源,为保证我国18亿亩可耕地红线,盐碱地治理是发展生态产业和解决后备土地资源不足的重要途径。脱硫石膏、大水漫灌洗盐、暗管排盐、喷施耐盐微生物、大量使用有机肥等措施虽然有一定效果,但都不能解决有效解决用水量大、水体污染、土壤水分蒸发导致的返盐问题,盐碱地治理的任重道远。导师课题组近年来在生物质合成水溶性生物大分子磺酸盐取得了成就,发现了生物大分子磺酸盐的保水保肥、供水供肥、络合束盐、形成凝胶网络结构的保湿性地膜方面的独特作用,在改良沙漠、盐碱地治理方面取得了突破性进展,重度盐碱地的葵花和牧草种植中当季获得丰收。本论文希望在课题组用生物基磺酸盐作为盐碱地改良剂在内蒙古五原县盐碱地改良大田试验取得成功的基础上,用当地的盐碱土作为研究对象,参考治理过程的条件,深入研究这种以秸秆为原料生产的生物基高分子磺酸盐的吸附、络合和保水性能在抑碱制盐、离子交换、保水和促进微生物生长过程中的作用,希望能够阐明其作用机理,定量评价其在吸附盐碱土中离子、土壤表层成膜、抑制水分蒸发、微生物生长、八大离子变化等几方面的作用,通过以传统石膏方法的比较,探究生物基磺酸盐改良盐碱地的基本作用机理和改良过程中离子的变化规律。同时评价,生物基磺酸盐的保肥作用对于改善灌溉排水的减排作用。研究结果和结论如下:(1)按生物基磺酸钙和生物基磺酸铵大田施用量为100 kg/亩,脱硫石膏施用量为1500 kg/亩时,脱硫石膏组的电导值EC为生物基磺酸盐的2.55倍,全盐含量为7.84 g/kg,而脱硫石膏组为16.17 g/kg,石膏试验组全盐含量是生物基磺酸盐试验组的2倍。仅需石膏用量的十二分之一生物基磺酸钙提供的钙离子浓度与石膏浓度相同。以上结果证明生物基磺酸盐通过离子交换的束盐性能远好于石膏,可喻为具有很高钙离子浓度的“液体高分子石膏”,不但可以沉淀碳酸根和硫酸根阴离子,而且可以离子交换钠离子,其铵盐还可以中和碱,并提供氮肥,生物基磺酸过程水解或被微生物降解产生的酸可以降低碱性。(2)生物基磺酸盐在在盐碱土中,6天的保水率仍达41%,而空白组保水率为13.58%,脱硫石膏组为14.23%;即使在50℃下也能维持20%的保水率,而脱硫石膏和对照组保水率只能维持在10.5%左右。(3)施用生物基磺酸盐浸泡洗涤结果表明,其洗水的EC值和COD值明显低于其他试验组,微生物的含量远远高于其他试验组,放置过程中生物基磺酸盐试验组的洗涤水氨氮和总氮可以自然降低,说明生物基大分子磺酸盐在土壤中具有吸附和保肥作用,漫灌的水中有少量溶解也可被微生物降解,因此,使用生物基磺酸盐肥料,具有防止“面污染”,保护水体的生态效应。生物基磺酸盐治理盐碱地机理应该是:通过自带的路易斯酸-铵盐及水解和生物降解产生的酸中和降低碱度,通过钙离子与碳酸盐和硫酸盐的沉淀和生物大分子磺酸根负离子束缚和离子交换钠离子降低盐度,通过生物大分子的亲水和离子基团的氢键和离子键形成凝胶及在土壤表层形成“保湿地膜”,抑制水分蒸发和吸收保存水分的同时阻止了土壤下层的水和盐通过毛细作用扩散到土壤表层造成的返盐;生物基磺酸盐本身就是供水供碳供能的生物营养源,提供了适合植物和微生物生长的生态恢复环境,构建了很好的生命支撑体系,可使微生物和植物顺利生长。
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