城市化的快速推进、经济的迅猛发展,带来对土地的强劲需求,中国18亿亩耕地红线岌岌可危。与此同时,我国北方干旱和半干旱地分布着数以亿亩计的盐碱土地,存在巨大开发潜力。清华大学一项研究表明,利用燃煤烟气脱硫废弃物改良碱化土壤,可以最终实现为国家增加一亿亩耕地的目标,同时解决每年数以千万吨计的脱硫废弃物二次污染问题,在不另外增加任何投资的情况下为国家每年增加数以百万吨计的碳汇。

  记者近日在中国工程院清华大学共同举办的“能源与环境的协调生态建设――以及碱化土壤改良和荒漠化治理研讨会”上了解到,清华大学燃煤烟气脱硫废弃物改良碱化土壤项目经过十几年的基础研究和田间实践,目前改良面积已达到12万亩,实施范围覆盖黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古、天津、宁夏、甘肃、青海、新疆、山西等我国北方有碱化土地的大部分省区,当年施用、当年见效,在长年荒芜甚至寸草不生的碱化土地上,作物能够正常出苗、生长。理论研究和土壤作物测试结果都证明,采用此技术,土壤、作物的秸秆和果实中的重金属及其他微量、痕量元素的含量都低于它们原来的本底值,也都低于国家标准允许的含量。

  在我国的能源构成中,煤一直占据主要地位,致使二氧化硫排放总量世界第一,1/3的国土面积酸雨污染严重。为改变这种状况,国家主管部门要求燃煤装置要加装烟气脱硫设备,现行烟气脱硫技术中,应用最广、费用较低的是石灰石―石膏法,脱硫后的废弃物为脱硫石膏,主要成分为硫酸钙(85%~90%)及一定量的水分(10%~15%)。据该项目学术指导、中国工程院院士徐旭常介绍,这些废弃物仅少量用来制造建筑用石膏板和做水泥添加剂,其余大量堆放在荒地或山谷。脱硫石膏逐年堆积,越来越多。如不妥善处置,既占用宝贵的土地资源,又可能造成二次环境污染。上世纪90年代,日本东京大学定方正毅、松本聪等教授建议和中国合作尝试把脱硫石膏用于改良碱化土地。

  徐旭常介绍,从1995年开始清华大学热能工程系、日本东京大学和国内有关单位合作,在实验室和大田中试验改良碱化地,并研究重金属对土地和作物的影响。改良的土壤几乎涵盖了我国所有的碱化土壤类型。1996年开始,清华大学和内蒙古农业大学、宁夏大学等单位合作,对我国北方大面积的碱化土壤施用脱硫石膏,进行不同规模的改良试验。2000年开始,清华大学与广东省生态环境与土壤研究所合作,对我国南方大面积的酸性土壤(红壤)进行了改良试验。脱硫石膏对碱化土壤的改良机理是石膏中钙离子交换土壤中的可代换性钠离子,理论上是一劳永逸的,实际应用中可在15年以后再施用一次;对酸性土壤的改良也能在较长周期内维持效果;不会累积增加土壤中的盐分。按2010年装有烟气脱硫的燃煤发电机组达4.6亿千瓦计算,有烟气脱硫废弃物(脱硫石膏)2660万吨/年,则若干年内可使一亿多亩碱化土壤改造为丰产耕地。对于地处偏远、改良后不宜种植粮食作物的碱化土地还可以种植能源植物,解决生物质能源的原料来源。改良后的土壤及其所种林木也可捕捉和储存温室气体二氧化碳

  该项目负责人、清华大学盐碱地区生态修复与固碳研究中心教授陈昌和介绍,十多年来,他们和当地农学家合作,不仅系统、深入、全面地研究了燃煤烟气脱硫废弃物改良碱化土壤的机理、影响因素,以及脱硫废弃物中重金属等痕量有害元素对土壤和作物的影响,还通过千亩量级的大田试验与示范和万亩级的推广应用,初步形成了燃煤烟气脱硫废弃物改良碱化土壤的理论和一整套改良碱化土壤的技术和工艺,包括脱硫废弃物的施用量、施用技术,用水量、灌溉技术,作物筛选和种植技术等。碱化土地用此法改良的用水量,仅为用传统灌排法改造的用水量的1/3左右;脱硫废弃物中重金属含量远低于它们在土壤中的本底值,也没有累积效应;改良后的土壤和作物的秸秆和果实中的重金属含量远低于国家标准的允许值,这项技术对土壤和作物及人体都是安全的;当年施用,当年见效,第二、三年的效果更好,而且土壤的碱化程度愈高,效果愈加明显。

  据悉,清华大学和有关的参加人员已经向中国、美国等国家申请了发明专利,并已获得中国国家知识产权局的发明专利授权。
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