實驗室酸性廢液在鹽堿土改良中的應(yīng)用前景

趙巴音那木拉，朝 博，戴旭光，包慶格樂，烏 恩

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 草原與資源環(huán)境學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.中化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)蒙東有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028018）

我國鹽堿土面積大、分布廣、種類多，對農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境造成了復(fù)雜而廣泛的影響[1]。鹽堿土是在一定的自然條件或人為活動影響下，土壤中的各種易溶性鹽類經(jīng)過水鹽運動重新分配，在土壤表層積聚而形成的一種土壤類型。鹽堿土是土壤系統(tǒng)分類中的一個土綱，包括鹽土、堿土兩個亞綱，表層中可溶鹽大于0.1%的稱為鹽化土壤，而大于1.0%的則稱為鹽土。表層中堿性成分（碳酸鈉、重碳酸鈉）含量較高時，土壤表現(xiàn)堿性，其中，堿化度大于5.0%而小于15.0%的稱作堿化土壤，大于15.0%的稱作堿土。具體到某個區(qū)域，特別是我國北方干旱地區(qū)的土壤，可能同時存在鹽化土壤、堿化土壤、鹽土和堿土，即這些土壤的復(fù)合體在實踐中統(tǒng)稱為鹽堿土。鹽堿土有機質(zhì)匱缺，理化性質(zhì)差，肥力低下，有害鹽離子多，不利于植物生長，即使能種植作物，也形不成產(chǎn)量或產(chǎn)量極低。然而，對于人口多耕地少的我國而言，鹽堿土是重要的后備耕地資源，目前已種植的面積超過100萬hm2，約占我國鹽堿土面積的1/3，仍有2/3的鹽堿土資源尚未開發(fā)和利用。另外，在我國北方邊疆草原牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)，由于氣候干旱或過度利用水資源[2]，出現(xiàn)了大量大面積的河湖水面萎縮和湖泊干涸現(xiàn)象[3]，到處可以見到鹽堿灰塵飛揚的干鹽湖盆或鹽堿化草地，大面積的草地需要植被重建或植被修復(fù)。干鹽湖盆是寸草不生的光板地，只有通過土壤改良結(jié)合耐鹽堿牧草種植才能重建植被。因此，無論在半農(nóng)半牧區(qū)還是在草原牧區(qū)，鹽堿土的改良和利用前景都非常廣闊。

實驗室廢液是實驗室分析測試過程中用過的液體混合物、殘留試劑和洗液等混合而成的廢棄溶液[4]。實驗室廢液不同于一般企業(yè)的污水，有相對的排放量和污染物成分含量和控制標準，而是隨著測試分析方法的不同，藥品、試劑的使用類型隨之變化，其排放量和成分含量也較為復(fù)雜[5]。由于收集、處理比較麻煩，沒有統(tǒng)一、規(guī)范的無害化處理技術(shù)，很多實驗室采用的處理方法是簡單中和，有的實驗室甚至不加任何處理直接排放[6]，已成為實驗室正常運行和科學化管理的一大漏洞[7]。如果處理不當或直接排放，一方面腐蝕下水道設(shè)施，另一方面污染大氣、水和土壤環(huán)境。因此，研究和探索實驗室廢液的回收、無害化處理和資源化利用對實驗室安全運行和環(huán)境保護具有重要意義。

今后的鹽堿土改良利用研究應(yīng)面向農(nóng)牧業(yè)，兼顧資源、環(huán)境效應(yīng)，注重技術(shù)創(chuàng)新，為糧食安全、資源可持續(xù)利用和環(huán)境保護發(fā)揮更大作用。本文對鹽堿土改良利用現(xiàn)狀和實驗室廢液的特點進行概述，并探討實驗室酸性廢液用于鹽堿土改良的可能性，旨在為實驗室廢液的資源化利用提供參考。

1 鹽堿土改良利用現(xiàn)狀及存在問題

1.1 鹽堿土改良利用現(xiàn)狀

目前，鹽堿土的主要改良措施可分為水利措施、物理措施、化學措施、生物措施等，利用方法主要是種植作物或牧草。這些鹽堿土改良措施中，適于我國北方干旱地區(qū)且近年來研究和應(yīng)用較多的是化學措施和生物措施及其綜合應(yīng)用。

化學措施是通過添加土壤改良劑促進鹽基代換，加速鹽堿離子的淋洗，以治理鹽堿土壤。常用改良劑有鈣質(zhì)改良劑、酸性改良劑、有機改良劑等。鈣質(zhì)改良劑有磷石膏、脫硫石膏等，磷石膏、脫硫石膏是以其Ca2+將土壤膠體吸附的Na+交換下來，用雨水或灌溉水淋洗之，以降低土壤Na+含量[8]。脫硫石膏在降堿排鹽、改善理化性狀、提高養(yǎng)分有效性、增加微生物活性、促進植株生長等方面效果顯著[9-10]。酸性改良劑有腐殖酸、黃腐酸、硫酸亞鐵、硫酸鋁、廢酸及康地寶、禾康、施地佳等人工制劑，酸性改良劑可有效降低堿性土壤鹽分、pH值、堿化度（ESP）和鈉吸附比（SAR）等[11-12]。有機改良劑包括有機肥、微生物肥、秸稈還田、生物炭、泥炭、沼氣肥、糠醛渣等。孫赫陽等[13]在蘇打鹽堿土上的長期研究表明，施用有機肥可以全面改善土壤理化和生物學性質(zhì)，降低容重，增加孔隙度及水分、有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量，調(diào)低pH值，能夠促進玉米生長，提高產(chǎn)量。秸稈還田作用與施用有機肥的效果相似，CHEN等[14]用秸稈還田方法改良鹽堿土效果較好。烏音嘎等[15]用微生物復(fù)合肥改良堿土并種植玉米取得了較好的效果。生物炭可改善土壤理化和生物學性質(zhì)，降低土壤容重和鹽分，促進植物生長[16-17]。

生物措施主要是通過種植耐鹽堿植物吸收土壤中的鹽分。一方面，植物根系的物理作用和根分泌物的生物化學作用以及植物根系等殘體的土壤歸還來改善土壤理化和生物學性質(zhì)，增加有機質(zhì)和養(yǎng)分，提高肥力；另一方面，收獲后的植物產(chǎn)品從土壤中移出鹽分，達到改良效果。種植白刺、杜梨、檉柳等耐鹽堿植物可有效降低土壤鹽分、pH值和EC值，增加肥力，促進團粒結(jié)構(gòu)形成，效果明顯[18-19]。印度等國家通過種植海馬齒、堿蓬等鹽生植物，維持了鹽堿地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[20-21]。堿蓬主要通過吸鹽、淋洗等作用對鹽堿土產(chǎn)生顯著的改土效應(yīng)[22]。

另外，我國有近3 000萬hm2受鹽堿化影響的草地，廣泛分布在我國北方地區(qū)。隨著氣候不斷變化和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國草地生態(tài)系統(tǒng)的鹽堿化情況日益嚴重，草地的鹽堿化不僅會嚴重威脅生態(tài)安全，還會制約社會經(jīng)濟的發(fā)展，對鹽堿化草地進行修復(fù)勢在必行[23]。草地鹽堿化是指草地土壤中的鹽（堿）含量增加，導致優(yōu)質(zhì)牧草的生長性能降低，耐鹽（堿）力強的植物增加，致使草原的利用率降低，鹽（堿）斑面積增大甚至變成光板地[24]。近年來，在北方干旱草原牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)湖泊、河流干涸現(xiàn)象嚴重[3]，出現(xiàn)了好多干鹽湖盆，土壤鹽堿含量很高，一般植物難以生存。在冬春季甚至干旱的夏季，從干鹽湖盆隨風飄揚的鹽堿灰會對附近的正常草地進行大范圍覆蓋，引起鹽堿化，使鹽堿化草原面積逐年擴展，不但嚴重影響農(nóng)牧民生產(chǎn)生活，而且已成為難以解決的生態(tài)環(huán)境問題。相關(guān)研究結(jié)果表明，通過土壤改良與種植耐鹽堿牧草相結(jié)合的植被重建技術(shù)，在干鹽湖盆重建堿茅草地，可以獲得較理想的效果[25]。

1.2 鹽堿土改良利用存在的問題

鹽堿地作為我國后備耕地資源，其改良利用方面的研究報道較多，但改良技術(shù)的推廣應(yīng)用方面仍存在較多問題。水利工程改良措施因工程量較大，需要使用機械設(shè)備，并需要有充沛的水資源，成本較高，尤其在水資源匱乏的北方地區(qū)難以實施。物理改良措施容易操作、方法簡單、適用性廣，但消除土壤鹽分不徹底、工程量較大、成本較高，影響其推廣應(yīng)用。化學改良措施雖然見效快，效果明顯，但也存在持續(xù)時間短、易發(fā)生返鹽等問題和二次污染等風險。另外，改良劑施用量往往比較大，難以在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用，同時化學改良劑在施用后需用大量灌溉水或雨水沖洗鹽堿，在水資源匱乏的干旱及半干旱地區(qū)水源難以保證，推廣應(yīng)用較為困難[26]。生物改良措施具備生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)等特點，研究比較活躍，但受經(jīng)濟效益等限制，未能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。而在水資源十分匱乏的干旱草原地區(qū)，受自然條件和相關(guān)法規(guī)約束，只能嘗試化學改良或生物改良措施，化學改良劑在施入土壤后沒有洗鹽堿、壓鹽堿條件，效果短暫，鹽堿容易反復(fù)；生物改良因氣候干旱、地下水匱乏，難以種出植物，因此，相關(guān)研究更少，基本沒有可供推廣應(yīng)用的技術(shù)。

綜上所述，受各種條件限制，單一的改良措施難以實施或難以達到理想的改良效果。因此，應(yīng)遵循因地制宜原則，選用適合當?shù)貤l件的改良措施。另外，近年來采用不同改良措施有機結(jié)合的綜合治理往往可獲得較好的效果，可視為實現(xiàn)鹽堿土改良利用的主要措施。實驗室廢液與石膏配合施用可改善鹽堿土理化性質(zhì)，提高石膏溶解度，從而有望提高改良效果，是值得研究的問題。然而，實驗室廢液能否用于鹽堿土改良，主要取決于無害化處理的效果。根據(jù)戴旭光[27]、鐘磊[28]在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學的研究結(jié)果可知，實驗室廢液的主要問題是個別重金屬離子如Cr6+超標，可以用活性炭吸附技術(shù)進行無改性無害化處理，不僅可以最大程度保持其營養(yǎng)成分和酸性，而且可使Cr6+含量降低到國家污水排放標準范圍內(nèi)，能夠用于鹽堿土改良。由此說明，實驗室廢液經(jīng)過無害化處理后可以實現(xiàn)資源化利用。

2 實驗室廢液及其處理和利用

2.1 實驗室廢液的來源和特點

目前，實驗室廢液的主要來源有高校、科研院所的各種教學實驗、科研測試分析[29]以及農(nóng)技部門和企業(yè)的監(jiān)測分析等。其中，教學實驗廢液的產(chǎn)生量和成分比較固定，處理難度相對較小[30]；分析測試廢液的產(chǎn)生量和處理難度相對較大，其主要成分為鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸，乙酸、脂類等有機物質(zhì)，氮、磷、鉀等植物營養(yǎng)元素，有的含有少量鉛、鎘、鉻、鎳等重金屬離子[31]，其主要特點是因含有大量酸類而呈強酸性?；瘜W、生物學、農(nóng)林牧、土壤肥料、植物分析測試方面的教學實驗和科研測試分析的廢液主要屬于酸性廢液，因其強酸性而具有較強的腐蝕性，導致回收和處理工作成為實驗室減排降污工作的重點和難點。隨著農(nóng)林牧業(yè)和科研事業(yè)的發(fā)展，科研機構(gòu)、高校、農(nóng)技部門和企業(yè)開展的科研項目越來越多，進行的科研測試分析也越來越深入和廣泛[32]，實驗室廢液的產(chǎn)生量日益增多。

2.2 實驗室廢液的處理現(xiàn)狀

國內(nèi)高校、科研院所、農(nóng)技部門和企業(yè)的大多數(shù)實驗室陸續(xù)出臺了廢棄物管理辦法和制度，但往往可操作性不強、執(zhí)行難度大，有的僅停留在文字表面。高校、科研院所、農(nóng)技部門和企業(yè)的廢棄物主要是含有酸性或堿性成分的廢液，因此，可進行中和處理或沉淀處理[33]。然而，無論是中和還是沉淀，均需摻入其他化學物質(zhì)，除成本因素需要考慮外，有些衍生物則更加難以處理，造成次生污染。而如果不加任何處理就直接排放，不僅會引起下水污染，還會腐蝕下水管道[34]。因此，實驗室廢液的處理和循環(huán)利用應(yīng)得到相關(guān)部門的足夠重視，同時應(yīng)大力開展其無害化處理和資源化利用方面的研究工作[6]。對實驗室廢液進行科學的回收、處理和利用，首先可以減少污染、保護環(huán)境，其次可以減少對實驗室下水道設(shè)施的腐蝕和損壞、減少經(jīng)濟損失，再次可以實現(xiàn)變廢為寶、節(jié)約資源、實現(xiàn)低碳發(fā)展，是一項很有意義的工作。

2.3 實驗室廢液利用現(xiàn)狀及存在問題

目前，一些實驗室主要采用中和處理的方法處置實驗室廢液，其弊端是會摻入其他化學物質(zhì)，改變廢液的酸堿度和化學特性，可能使其失去利用價值；對于特定污染物，可用物理方法處理，但有局限性、特異性，不易推廣。因此，目前的實驗室廢液回收利用率極低，亟待進一步開展無害化處理和資源化利用方面的研究。關(guān)于實驗室廢液，美國、日本等發(fā)達國家都有嚴格的收集、管理規(guī)定和無害化處理、排放的技術(shù)措施[35]。而我國目前對實驗室廢液的危害性認識不足，防治意識薄弱，處理技術(shù)研究較少，回收利用相關(guān)工作尚未得到足夠重視。

3 實驗室酸性廢液在鹽堿土改良中的應(yīng)用前景

近年來，人們出于節(jié)約資源和經(jīng)濟、環(huán)保的目的，開始重視利用廢棄物，例如以酸性廢棄物作為調(diào)理劑改良鹽堿土[11-12]。特別是酸制劑，通過調(diào)節(jié)土壤酸堿性來提高土壤有效養(yǎng)分，改土效果和植物生長效應(yīng)明顯，成為了鹽堿土調(diào)理制劑的研究重點。意大利、西班牙和美國研究人員利用制堿工業(yè)產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯化鈣，橡膠工業(yè)產(chǎn)生的剩余硫酸進行鹽堿土改良取得了明顯的效果[36]。顧瑩瑩等[37]的試驗結(jié)果表明，檸檬酸廢液可降低濱海鹽堿土的堿性，改善理化性質(zhì)，增加養(yǎng)分有效性，收到了“以廢治廢”的效果。李緒謙等[38]利用處理后的含鉻酸性廢水通過土柱淋溶試驗改良鹽堿土，結(jié)果表明，廢水通過淋溶滲透，降低了鉻的遷移能力，鹽堿土的pH值趨于中性，提高了土壤養(yǎng)分有效性。

實驗室產(chǎn)生的酸性廢液，性質(zhì)與酸制劑十分相似，含有大量的硫酸、硝酸、鹽酸及有機酸，雖然是一種強酸性溶液，但卻攜帶大量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素及有機物質(zhì)，因此，又是一種很好的調(diào)酸營養(yǎng)制劑。侯林[39]研究表明，腐殖酸可提高石膏的溶解性，促進脫硫石膏與鹽堿土的離子交換作用。另有研究表明，脫硫石膏與腐殖酸配合使用對鹽堿土的改良效果較顯著[40]。由此可推斷，脫硫石膏配合使用酸性廢液改良鹽堿土可以達到較理想的改良效果，而且60 t/hm2以下的脫硫石膏使用量不會對土壤和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生安全風險[41]。戴旭光[27]研究表明，實驗室酸性廢液可以提高脫硫石膏的溶解度，在盆栽試驗和田間試驗中，石膏配施實驗室酸性廢液的一些處理能夠有效降低堿土pH值和ESP值，顯著增加土壤有效氮磷鉀含量，顯著增加堿茅和紫花苜蓿出苗率、株高和地上部生物量，種植第2年堿茅生長狀況好于第1年，基本形成了堿茅草地，但紫花苜蓿的生存率大幅降低，其原因有待進一步探討。

4 展望

隨著科研事業(yè)的發(fā)展，實驗室廢液的產(chǎn)生量日益增多，實驗室廢液的無害化處理和資源化利用將成為實現(xiàn)實驗室管理走向低排放、少污染、科學管理的中心環(huán)節(jié)。農(nóng)區(qū)鹽堿土是我國重要的后備耕地資源，半農(nóng)半牧區(qū)和草原區(qū)鹽堿土是潛在的草地化資源，如能將實驗室酸性廢液作為土壤改良劑，實現(xiàn)鹽堿土的科學改良，必能成為將兩廢（廢液、堿土）變?yōu)閮蓪殻▽U液變?yōu)橥寥栏牧紕?、將鹽堿土變?yōu)楦鼗虿莸兀┑闹匾e措。因此，實驗室酸性廢液的無害化處理和資源化利用具有廣泛的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用前景。