脱硫石膏改良碱土过程中大气CO2吸收强度研究

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随着世界人口的持续增长和可利用土地面积的逐渐减小,盐碱土已成为土地开发利用中较为重要的土地资源:脱硫石膏是燃煤电厂脱硫技术产生的工业废弃物,在中国每年产量巨大且利用率较低,这对环境造成大量污染;与此同时,以CO2为主的温室气体所引发的全球气候变化已成为全世界关切的热点问题,而土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,也是与人类联系最紧密的碳库,持续与大气CO2发生着最为直接的交互作用,而盐碱土改良作为目前较为频繁发生的土地利用措施,将必然改变地-气系统中CO2的吸收机制和吸收速率。干旱区由于其特殊的气候特点,土壤盐碱化已成为制约干旱区域农业发展和生态环境改善的突出问题,由此干旱区的盐碱土改良不仅能够改善盐碱现状,还必然能够对吸收大气CO2有所贡献。因此,该项研究的开展,不仅能够确定区域碱土改良的农业可持续发展模式在减缓大气CO2的贡献,同时也可以为电厂废弃物脱硫石膏的资源回收再利用模式提供一条直接便利的途径。这一方面对于正确认识干旱区碳汇问题提供重要的数据支持,另一方面对于认识在当前气候变化背景下对区域生态环境改善的促进作用具有深远的意义。  本研究选取干旱区pH值为8.5-10.5范围内的5种土壤样品作为研究对象,以室内装填土柱模拟淋溶法为研究手段,通过添加不同量的脱硫石膏,通过定时采集土壤样品,结合土壤呼吸数据以及与之相对应的化学分析数据,评价盐碱土的改良效果;通过土壤和淋溶液中有机碳和无机碳的储量测定,量化改良过程中大气CO2的吸收强度;最后基于以上数据,分析各环境要素与大气CO2吸收强度之间的关系。结果表明:  (1)改良部分:通过添加脱硫石膏改良碱土,在0-20的改良层中土壤pH值、碱化度(ESP)、钠吸附比(SAR)均得到了有效改善,且降低程度与脱硫石膏添加量呈正相关关系,在整个0-60cm的土层深度中改良效果为0-20cm>20-40cm>40-60cm;另外从淋溶液中分析得到钠离子占阳离子比重的90%以上,证实钠离子在改良层中被有效置换且去除。  (2)碳吸收部分:通过CO2通量变化可以证实脱硫石膏改良盐碱土过程中存在大气CO2吸收过程,且可以把整个过程分为三个阶段,0-12天左右的反应阶段,12-18天左右的稳定阶段,18天之后的自然波动阶段;根据公式计算得出不同初始pH值的大气CO2吸收强度,可以得到的范围为0.04±0.012kg/m2-0.91±0.009kg/m2,且土壤的改良效果与碳吸收量并不完全成正比。通过拟合各初始pH值表现出随脱硫石膏添加量的增加大体表现为逐渐增加趋势;根据不同初始pH值土壤计算得出的最佳脱硫石膏添加量得到各组相对应的大气CO2吸收量,其随初始pH值的增加表现为先降低后升高的趋势,变化范围为0.29kg/m2-0.81kg/m2,最终通过拟合得到拟合公式(R2=0.98,P<0.05)。  (3)通过冗余分析(RDA)得到各环境因子与大气CO2吸收量的关系,结果显示,脱硫石膏添加量与大气CO2吸收量呈现明显正相关关系,初始pH值与大气CO2吸收量呈现明显负相关性;对相关性进行排序显示,正相关性:脱硫石膏添加量>CO32->K+>土壤含水率>SO42-,负相关性:初始pH值>Cl->Ca2+>SAR>ESP>Na+>土壤pH>土壤EC。
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