文摘

探索煤水浆的效果(水煤浆)气化渣盐碱地土壤的土壤水分物理特性在内蒙古黄河流域,水煤浆气化粗渣(GCS)和气化细渣(GFS)被用作改进材料和与盐碱地土壤在不同混合比例。gc的影响机制和GFS盐碱地土壤持水量研究通过测量粒度组成、持水量、土壤水分特征曲线的变化后混合。结果表明,添加气化渣改良盐碱地土壤的粒度组成,含砂量增加了-3.79% ~ 217.31%,粘土和粉砂含量下降了5.77% ~ 56.50%和-0.38% ~ 41.53%,分别。土壤容重显著降低( ),与减少15.17% ~ 45.1%的范围。土壤质地改变从粉砂壤土、砂壤土,和保水性能改善,影响土壤饱和含水量,毛管持水量和田间持水量( ),增加从20.75% ~ 86.15%,7.84% ~ 27.81%和-1.89% ~ 34.56%。后添加GCS和GFS, VG模型适应盐碱地土壤的土壤水分特征曲线,表明气化渣的加入显著增强土壤保水性。总之,水煤浆气化渣有效改良盐碱地土壤的水物理性质和显著提高保水性和水功能。

1。介绍

土壤盐渍化是一个世界性的问题。中国是由盐渍化困扰最严重的国家之一。盐渍土面积约3600万公顷,总土地面积的3.75%。的主要分布地区盐渍土在中国海岸,西北、东北和北部。盐碱地已经破坏了耕地920万公顷,占全国6.62%的耕地。在内蒙古自治区,盐碱土地主要分布在Bayannaoer,鄂尔多斯、呼和浩特、包头、通辽市,内蒙古自治区,和其他城市,占地355万公顷和106万公顷的盐碱地种植不同盐碱荒地的土地和249万公顷(1]。改善和利用盐碱地的内蒙古自治区是一个至关重要的战略,甚至整个国家增加储备土地资源,提高耕地质量和生产,确保粮食安全。中国已探明煤炭储量占全球储量的12.84%,但煤炭使用量占全球消费量的一半。因为中国的资源禀赋的“富煤、少油、穷人和气体,”以及中国经济目前处于一个发展和能源需求高峰的时期,煤炭仍将是中国的主要能源来源很长时间了。煤气化技术是洁净煤技术的主要元素之一,发展迅速为了履行的目的“达到碳峰,2030年到2060年实现碳中和。”

水煤浆气化渣是一种散装煤化学工业产生的固体废物与巨大的年产量。在中国每年,水煤浆气化生产超过一千万吨的气化渣。这一数字预计将增长随着煤化学行业的发展(2,3]。根据初步实验,气化渣含有大量的0.5 ~ 300μ米粒状或片状微粒(4,5),在干燥条件下松散沉积物。长期堆积在季风的影响会产生很多灰尘(6,7),这将大大影响空气质量。气化渣堆积占用大量的土地。由于大量的每年从水煤浆气化渣,使用水煤浆气化渣必须探索和及时解决。它为当地生态环境管理具有重要的现实意义(8,9]。由于水煤浆气化残渣还包括大约20 - 30%碳元素类似于活性炭和氧化铝20%左右,具有优良的保水性的属性。此外,气化渣富含硅等元素,钙和镁。及其结构组成与土壤。因此,它被认为是一个高质量的原料为土壤改良(10,11]。当20%的气化渣混合到盐碱地种植玉米和小麦,土壤容重降低,保水性能有所改善,作物萌发率显著提高(12]。的气化渣为沙质土壤砂质土壤改良和紫花苜蓿的生长是有利的(13]。的增长Arternisia ordosica被修改后的辅助气化渣(14]。气化渣也是一个好的腐殖酸存储和释放介质(15]。它可以用作堆肥高温期延长和提高堆肥完全无害的(16]。

本文调查了内蒙古灌区两岸的黄河流域,土地盐渍化严重的地方,许多类型的盐渍化,面积广阔,广泛分布,和具有挑战性的改进和应用,所有这些都有负面影响,限制当地生产和经济的长远发展。利用气化渣作为小说盐碱地土壤改良材料不仅可以充分利用气化渣的有益成分,但也减少了气化渣堆积的环境影响。目前有限的研究成果在提高盐碱地土壤在内蒙古的黄河流域,特别是在土壤水分条件属性。基于上述分析,本研究盐碱地土壤与水煤浆气化渣混合(包括粗渣和细渣)在不同的金额。探讨了水潴留气化渣对盐碱地土壤的影响通过土壤水分物理性质的变化,如土壤粒径组成、保水性能和土壤水分特征曲线。为了提供技术支持和理论依据利用盐碱地土壤的改善气化渣在内蒙古黄河流域。

2。材料和方法

2.1。研究领域的概述

研究实验站点位于Sandaoqiao镇(106 5435.18E, 40 4934.49N)在Hangjinhou横幅,Bayannaoer城市,内蒙古。Hangjinhou横幅Bayannaoer位于中部和西部地区的城市,内蒙古自治区。它位于河套平原,Linhe区东部,Wulanbu沙漠和Dengkou县西部,黄河和Hangjin横幅在鄂尔多斯市南部,北部阴山山脉。

Hangjinhou横幅形成了一个内陆断裂盆地在地质新构造运动。下半部分是由一个巨大的湖泊沉积厚层。由于多个黄河改道,长期冲积作用黄河的水,和山洪的大量沉积,上半部是一个冲积、洪积平原地形和平坦的表面,高海拔1032 ~ 1046米(如图1(一))。

每年的平均温度在一个典型的大陆性气候,温带半干旱高原是6.8°C。年平均降水量245毫米,和60%的降水在夏天7月和9月之间。年平均蒸发量2720毫米。相对湿度是49%,干燥是1.98。年平均风速3.0米/秒。平均无霜期155天,多年土壤冻结深度为1.5米。

2.2。测试材料

中使用的盐碱地土壤测试是取自Chengni村,Sandaoqiao小镇,Hangjinhou横幅。我们使用一个根钻与钻直径10厘米0-50厘米的表层土,然后把它放进一个塑料袋密封和混合。气化渣来自博达Shidi化学有限公司,有限公司,内蒙古鄂尔多斯市趋势县。表1显示了土壤基本性质和气化渣在实验区的土壤。

2.3。实验设计

实验采用三因子与多水平正交设计和9治疗,每次治疗被重复三次。盐碱地土壤的主要特征是土壤的粘粒含量和比表面积大,有许多水溶性盐或碱性物质。通常是盐碱地土壤粘湿和硬干。总有白色的盐沉积在土壤表面,通风和渗透性差。因此,粘土颗粒的相对含量可以减少盐碱地土壤添加气化渣相对较粗的颗粒,这是测试设计的基础。增加土壤中气化粗渣可能增加颗粒之间的孔隙,削弱毛细管作用,放松土壤结构,提高土壤渗透性,加快水运(土壤水盐运动规律,遵循“盐是提供水和盐被删除”),并减少土壤盐渍化。每个样品的重量是1000克。具体治疗方案如表所示2。

2.4。实验指标和方法

土壤颗粒大小的构成是由激光粒度分析仪(BT9300ST,如图2(一个))。土壤和气化残渣干燥阴凉的地方,与一个木制完全滚辊,然后用1毫米筛筛选。选择适当的暂停和分散剂,混合样品和暂停,让样本粒子完全分散悬浮分散剂的援助。然后将样品放入超声波清洗机,清洗水箱的液位达到大约1/2的总高度的量杯,打开电源,让它震动大约2分钟(样本很容易沉,应该十分响亮,用玻璃棒搅拌)。把准备好的样品的激光粒度分析仪测量,并使用粒度分析软件镇痛新处理数据来确定粒度组成和土壤质地(17]。

环刀方法用于确定保水性能。首先,衡量包含每个处理土样的环刀。把它放在平底盘子和加水的上边缘切割环。重吸收后24小时的水。地方上的环刀干砂和权衡后2小时和24小时。环刀然后干在105°C,体重一次。使用称重数据,饱和含水量,毛细水能力,现场水能力、毛管孔隙度、和noncapillary孔隙度计算每个治疗(18]。

压力膜仪(1500个f2,如图2 (b))是用来确定修改后的土壤水分特征曲线。设置环刀充满每个处理土样在一个平底的盘子,加水。当切断环完全饱和,权衡。将环刀在压力锅增压。删除后的环刀水已经停止流出和权衡。还回压力锅,提高压力,和增压切割环不断,直到达到平衡,然后权衡一遍。重复这个过程获得一系列土壤水吸力的力量和相应的土壤含水量对土壤水特征曲线。

2.5。数据分析方法

数据被Excel 2010和SPSS 19.0统计分析软件。显著性检验LSD法( )。单因素方差分析(方差分析)是用来比较不同治疗之间的保水性能的差异,和邓肯的方法被用来测试的意义。土壤水分特征曲线是使用RETC软件安装。主成分分析是用来评估每个治疗的改善效果。

3所示。结果和分析

3.1。添加气化渣对粒度成分的影响

每个治疗和CK的粒度组成如表所示3。随着气化渣量的增加,土壤砂和毛管孔隙度显著增加的内容( ),增加从-3.79%到217.31%,从112.61%降至502.10%。减少范围为15.17% ~ 45.1%,5.77% ~ 56.50%,-0.38% ~ 41.53%,土壤容重,粘土,淤泥的内容都显示明显降低趋势( )。含砂量(体积密度有显著的负相关 , )和显著的正相关( , )淤泥和粘土含量。

毛管孔隙度与含砂量有显著的正相关( , )淤泥和粘土含量和显著的负相关( , )。这表明添加气化粗渣和气化细渣的体积增加,盐碱地土壤的容重逐渐减少,和粘土和粉土颗粒的比例不断下降,增加颗粒之间的孔隙,削弱了毛细效应,改善通风不良的缺点和盐碱地土壤的渗透性,放松土壤质地,加快水运,减少土壤盐含量。此外,根据土壤质地分类、重构土壤的土壤质地逐渐改变了从粉砂壤土、砂壤土为GCS和GFS的比例增加,提高盐碱地土壤的土壤质地。结果数据,大小分级和土壤质地都接近壤土,符合假设的盐碱地土壤改良方案。

3.2。添加气化渣对保水性能的影响

饱和含水量土壤水分含量指的是当所有毛孔充满了水在自然条件下,包括毛细管孔隙和noncapillary毛孔。它代表了土壤最大持水量,即含水量当土壤颗粒之间的孔隙都充满了水。表4表明气化粗和细渣后,盐碱地土壤的保水性能,增加添加量在持续增加。饱和含水量显著增加( )。治疗6饱和含水量最高,其次是治疗,治疗3,治疗4、5治疗,治疗1,和治疗2,所有这些都是高于CK。治疗1 - 8增加了33.70%,20.75%,56.09%,50.23%,42.00%,86.15%,71.20%,和71.60%,分别比CK,表明添加气化渣改良盐碱地土壤的保水能力。

毛管持水量是指毛细水上升的最大数量可以在土壤中。毛管持水量也表现出上升趋势,治疗6是最高的,其次是治疗,治疗,治疗,治疗,治疗,治疗7,和治疗2,所有这一切都高于CK。治疗1 - 8分别为20.36%,7.84%,26.05%,18.57%,12.03%,27.81%,10.69%,分别比CK高18.81%,。

场水能力最高的土壤含水量,可维护的稳定土壤,暂停的最大数量的水,可以保持在土壤中,土壤水分含量最高,是有效的作物。田间水容量还显示一个上升趋势,治疗3是最高的,其次是治疗6、处理1、处理4、5治疗,治疗8和治疗2,所有这一切均高于CK,治疗7是最低的。与CK相比,治疗1 - 8增加了23.38%,4.47%,34.56%,12.19%,6.84%,30.22%,1.89%,和8.03%,分别。

毛细管孔隙是指与毛细管孔隙函数。其孔径大于不活跃的孔隙。它是对水的运动和储存的地方。影响土壤渗透性的关键因素,确定地表径流,径流时间。如表4表明,毛细管孔隙度上升的气化渣,表明它改善了紧凑的结构和一些盐碱地土壤的孔隙。这是一个关键因素影响土壤渗透性和地表径流,径流生成时间。与CK相比,治疗1 - 8的毛细管孔隙度增加了128.72%,112.61%,269.88%,275.66%,255.34%,501.40%,502.10%,和447.64% %,分别。

Noncapillary孔隙度,是比例的非毛管孔隙度在土壤体积。Noncapillary毛孔也称为大孔隙。土壤孔隙与孔隙直径大于0.1毫米,大孔隙都充满了空气,充满了水只有当有大量的重力水。Noncapillary毛孔没有持水量,但能使土壤充气和渗透。如表所示4noncapillary孔隙度显示了一个上升趋势,这是由CK <治疗,2 <治疗,1 < <治疗,治疗,5 <治疗,4 3 < <治疗,治疗,7和8 <治疗6。治疗1 - 8为33.73%,20.77%,56.11%,50.25%,42.03%,86.15%,71.23%,分别比CK高71.62%,。可以看出,增加气化渣可以提高盐碱地土壤的保水性能。

3.3。添加气化渣对土壤水分特征曲线的影响

土壤水分特征曲线是一条曲线,描述了改变土壤水吸力和内容之间的关系。它可以反映土壤持水量和土壤水的可用性以及改变土壤水的数量和能量之间的关系。盐碱地土壤的土壤水分特征曲线在不同比例的气化渣图所示3。气化渣添加到土壤水分特征曲线会导致土壤水分特征曲线向下平移控制相比,表明土壤含水量与气化渣添加相同PF值(土壤水吸力)小于没有气化渣。随着气化渣添加量的增加,土壤含水量在同样PF值降低。

主要原因是增加气化渣提高土壤孔隙结构,使其更渗透和加速水运输。因此,相同压力下的CK含水量高于其他治疗方法。J-chart显示之间的吸力范围0到50 kPa, PF治疗和CK的含水量区别随着PF值的增加而减少。PF之间的吸力范围50到1000 kPa,治疗1的土壤含水量高于CK的土壤含水量。虽然治疗2 ~ 8低于CK在同样的PF值。很明显,气化渣的加入影响了土壤水分特征曲线,协助改善土壤孔隙结构、孔隙度、渗透率和加速土壤水分运输。货车Genuchten模型用于进一步分析气化渣的影响内容的土壤水分特征曲线定量。

在表5当确定系数范Genuchten模型范围从0.972到0.991,VG function-simulated土壤饱和含水量之间的偏差和测量结果实验从-3.38%降至4.12%。这表明VG模型模拟的影响气化渣含量对土壤水分特征曲线。CK较低水潴留的内容( )比所有其他的治疗方法。价值拐点吸力值的倒数当水特征曲线接近饱和。更高的价值土壤水分保持能力较差。治疗1 - 8有价值低于CK由于气化渣(图3)。因此,添加气化渣盐碱地土壤改良土壤保水性能和增强其持水量。

3.4。主成分分析在气化渣对土壤保水性能的影响

使用主成分分析方法,可以筛选出许多不相关的综合指标降维的复杂的指标体系。这些综合指标最能反映所有原始指标提供的信息。五个因素,包括饱和含水量,毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度、和noncapillary孔隙度的治疗选择。特征值、特征向量、贡献率和累积贡献率计算矩阵的进一步使用SPSS因子分析,如表所示6。

两个主要组件是使用特征值派生 原则。两个主成分的方差贡献率分别为63.947%和32.705%,分别。累积方差贡献率为96.652%,这反映了对土壤保水性能的基本信息。五个组件的原始数据规范化。和综合保水性能得分计算使用主成分得分系数矩阵(表6)。保水性能反映在此项综合得分值。如表所示7、治疗6排名得分最高,其次是治疗,治疗,治疗,治疗,治疗,治疗,治疗2,CK。因此,治疗6保水能力最高,而CK最低。

4所示。讨论

气化渣由粗渣和细渣。气化粗渣的渣排放从气化炉的底部到融化的过程中,冷却,冷凝,等在气化炉操作在高温和压力,粒子大小从16 - 4网格。气化粗渣的特点是高沙粒子组成比和较大的砂颗粒大小,改善了土壤的孔隙结构,增加内部孔隙,降低土壤容重,提高土壤保水性。气化产生的细渣熔渣气化的气流从顶部炉后初步清洗,净化,和沉淀,颗粒尺寸的少于16网格。它高粘土颗粒比,粘土颗粒表面积大,和强大的吸附效果。当与土壤混合时,它可以填补土壤大孔隙,改善土壤质地和保水性18]。

由于大部分的微粒,如淤泥和粘土在盐碱地土壤,土壤相对密度,土壤渗透性差,总有更少的毛细管孔隙毛孔。这种结构使土壤水分运输困难,导电性差,土壤水和土壤水分和养分是很难有效释放。改善盐碱地土壤主要是基于不同比例的气化粗渣和细渣。的气化渣,气化渣颗粒的相对较大的砾石扩大盐碱地土壤的小孔,和土壤质地逐渐改变从粉砂壤土、砂壤土,降低土壤容重,提高土壤孔隙结构,增加土壤孔隙度,改善土壤通透性,使土壤质地松散。气化炉渣的应用优化盐碱地土壤的孔隙结构,从而有效地提高毛管孔隙度的比例和提高水力传导率。与此同时,它遵循的水盐运动规律“盐与水和盐与水”。因此,气化炉渣的应用也降低了土壤的含盐量,削弱了土壤盐渍化的程度,对盐碱地土壤的影响有明显的改进。

土壤水分是影响植物生长的最重要的元素在盐碱地的地区。土壤饱和含水量、毛管持水量、标记和田间持水量是最普遍的土壤水分潴留。之前有研究表明,应用土壤固体添加剂,如粉煤灰和生物炭(19,20.),增强土壤的总孔隙度,因此提高土壤饱和体积含水量和显著提高土壤保水性能。这项研究的结果表明,添加气化渣盐碱地土壤饱和含水量增加,毛管持水量、田间持水量和保水性能改善,这与先前的研究结果是一致的(13,14]。通过研究不同含量的影响气化渣盐碱地土壤的土壤水分特征曲线,它是发现,盐碱地土壤的持水量和保水性能与气化渣的加入显著提高。原因是气化渣有大的比表面积和多孔和穿制服的毛孔21,22)由于高温(800 - 1300°C)和煤气化过程的寒蝉效应,让它吸收更多的水比自身重量;从而改善了土壤结构,增加聚合物和其他功能和改善土壤持水量和保水性能。提高土壤保水性能不仅最大限度地减少水土流失和侵蚀,也促进了作物的发展。

5。结论

结果表明,添加气化渣盐碱地土壤降低了土壤容重。的气化渣,盐碱地土壤的质地改变从粉砂壤土、砂壤土。减少土壤容重和气化渣充填行动进入土壤大孔隙导致增加毛孔在盐碱地土壤,这大大增加了水的可用性,提高土壤渗透性,和解决贫穷的问题持水量和盐碱地土壤的保水性能。

盐碱地土壤的保水性能表现出上升趋势随着气化渣用量的增加。保水性能的改善气化渣的加入量有关。不同添加比例的气化渣,饱和含水量,毛管持水量、土壤田间持水量均显著地影响( )。然而,没有明显的总孔隙度之间的相关性,noncapillary土壤孔隙度和气化渣添加量。

范Genuchten模型以及适应盐碱地土壤的土壤水分特征曲线后气化渣。模型表明,气化渣的加入显著提高土壤持水量和保水性能。在主成分分析的土壤持水量的盐碱地土壤,而且气化渣量越高,尤其是气化渣,更明显的提高土壤持水量和保水性能。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了内蒙古自治区科技计划项目(2019 2020 gg0181 2021 gg0060 gg027)为中央政府和项目指导地方科技发展(2021 zy0031)。