实验室酸性废液在盐碱土改良中的应用前景

赵巴音那木拉，朝 博，戴旭光，包庆格乐，乌 恩

（1.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010；3.中化现代农业蒙东有限公司，内蒙古 通辽 028018）

我国盐碱土面积大、分布广、种类多，对农牧业可持续发展和生态环境造成了复杂而广泛的影响[1]。盐碱土是在一定的自然条件或人为活动影响下，土壤中的各种易溶性盐类经过水盐运动重新分配，在土壤表层积聚而形成的一种土壤类型。盐碱土是土壤系统分类中的一个土纲，包括盐土、碱土两个亚纲，表层中可溶盐大于0.1%的称为盐化土壤，而大于1.0%的则称为盐土。表层中碱性成分（碳酸钠、重碳酸钠）含量较高时，土壤表现碱性，其中，碱化度大于5.0%而小于15.0%的称作碱化土壤，大于15.0%的称作碱土。具体到某个区域，特别是我国北方干旱地区的土壤，可能同时存在盐化土壤、碱化土壤、盐土和碱土，即这些土壤的复合体在实践中统称为盐碱土。盐碱土有机质匮缺，理化性质差，肥力低下，有害盐离子多，不利于植物生长，即使能种植作物，也形不成产量或产量极低。然而，对于人口多耕地少的我国而言，盐碱土是重要的后备耕地资源，目前已种植的面积超过100万hm2，约占我国盐碱土面积的1/3，仍有2/3的盐碱土资源尚未开发和利用。另外，在我国北方边疆草原牧区和半农半牧区，由于气候干旱或过度利用水资源[2]，出现了大量大面积的河湖水面萎缩和湖泊干涸现象[3]，到处可以见到盐碱灰尘飞扬的干盐湖盆或盐碱化草地，大面积的草地需要植被重建或植被修复。干盐湖盆是寸草不生的光板地，只有通过土壤改良结合耐盐碱牧草种植才能重建植被。因此，无论在半农半牧区还是在草原牧区，盐碱土的改良和利用前景都非常广阔。

实验室废液是实验室分析测试过程中用过的液体混合物、残留试剂和洗液等混合而成的废弃溶液[4]。实验室废液不同于一般企业的污水，有相对的排放量和污染物成分含量和控制标准，而是随着测试分析方法的不同，药品、试剂的使用类型随之变化，其排放量和成分含量也较为复杂[5]。由于收集、处理比较麻烦，没有统一、规范的无害化处理技术，很多实验室采用的处理方法是简单中和，有的实验室甚至不加任何处理直接排放[6]，已成为实验室正常运行和科学化管理的一大漏洞[7]。如果处理不当或直接排放，一方面腐蚀下水道设施，另一方面污染大气、水和土壤环境。因此，研究和探索实验室废液的回收、无害化处理和资源化利用对实验室安全运行和环境保护具有重要意义。

今后的盐碱土改良利用研究应面向农牧业，兼顾资源、环境效应，注重技术创新，为粮食安全、资源可持续利用和环境保护发挥更大作用。本文对盐碱土改良利用现状和实验室废液的特点进行概述，并探讨实验室酸性废液用于盐碱土改良的可能性，旨在为实验室废液的资源化利用提供参考。

1 盐碱土改良利用现状及存在问题

1.1 盐碱土改良利用现状

目前，盐碱土的主要改良措施可分为水利措施、物理措施、化学措施、生物措施等，利用方法主要是种植作物或牧草。这些盐碱土改良措施中，适于我国北方干旱地区且近年来研究和应用较多的是化学措施和生物措施及其综合应用。

化学措施是通过添加土壤改良剂促进盐基代换，加速盐碱离子的淋洗，以治理盐碱土壤。常用改良剂有钙质改良剂、酸性改良剂、有机改良剂等。钙质改良剂有磷石膏、脱硫石膏等，磷石膏、脱硫石膏是以其Ca2+将土壤胶体吸附的Na+交换下来，用雨水或灌溉水淋洗之，以降低土壤Na+含量[8]。脱硫石膏在降碱排盐、改善理化性状、提高养分有效性、增加微生物活性、促进植株生长等方面效果显著[9-10]。酸性改良剂有腐殖酸、黄腐酸、硫酸亚铁、硫酸铝、废酸及康地宝、禾康、施地佳等人工制剂，酸性改良剂可有效降低碱性土壤盐分、pH值、碱化度（ESP）和钠吸附比（SAR）等[11-12]。有机改良剂包括有机肥、微生物肥、秸秆还田、生物炭、泥炭、沼气肥、糠醛渣等。孙赫阳等[13]在苏打盐碱土上的长期研究表明，施用有机肥可以全面改善土壤理化和生物学性质，降低容重，增加孔隙度及水分、有机质、氮、磷、钾含量，调低pH值，能够促进玉米生长，提高产量。秸秆还田作用与施用有机肥的效果相似，CHEN等[14]用秸秆还田方法改良盐碱土效果较好。乌音嘎等[15]用微生物复合肥改良碱土并种植玉米取得了较好的效果。生物炭可改善土壤理化和生物学性质，降低土壤容重和盐分，促进植物生长[16-17]。

生物措施主要是通过种植耐盐碱植物吸收土壤中的盐分。一方面，植物根系的物理作用和根分泌物的生物化学作用以及植物根系等残体的土壤归还来改善土壤理化和生物学性质，增加有机质和养分，提高肥力；另一方面，收获后的植物产品从土壤中移出盐分，达到改良效果。种植白刺、杜梨、柽柳等耐盐碱植物可有效降低土壤盐分、pH值和EC值，增加肥力，促进团粒结构形成，效果明显[18-19]。印度等国家通过种植海马齿、碱蓬等盐生植物，维持了盐碱地农业生态系统的稳定性[20-21]。碱蓬主要通过吸盐、淋洗等作用对盐碱土产生显著的改土效应[22]。

另外，我国有近3 000万hm2受盐碱化影响的草地，广泛分布在我国北方地区。随着气候不断变化和社会经济的高速发展，我国草地生态系统的盐碱化情况日益严重，草地的盐碱化不仅会严重威胁生态安全，还会制约社会经济的发展，对盐碱化草地进行修复势在必行[23]。草地盐碱化是指草地土壤中的盐（碱）含量增加，导致优质牧草的生长性能降低，耐盐（碱）力强的植物增加，致使草原的利用率降低，盐（碱）斑面积增大甚至变成光板地[24]。近年来，在北方干旱草原牧区和半农半牧区湖泊、河流干涸现象严重[3]，出现了好多干盐湖盆，土壤盐碱含量很高，一般植物难以生存。在冬春季甚至干旱的夏季，从干盐湖盆随风飘扬的盐碱灰会对附近的正常草地进行大范围覆盖，引起盐碱化，使盐碱化草原面积逐年扩展，不但严重影响农牧民生产生活，而且已成为难以解决的生态环境问题。相关研究结果表明，通过土壤改良与种植耐盐碱牧草相结合的植被重建技术，在干盐湖盆重建碱茅草地，可以获得较理想的效果[25]。

1.2 盐碱土改良利用存在的问题

盐碱地作为我国后备耕地资源，其改良利用方面的研究报道较多，但改良技术的推广应用方面仍存在较多问题。水利工程改良措施因工程量较大，需要使用机械设备，并需要有充沛的水资源，成本较高，尤其在水资源匮乏的北方地区难以实施。物理改良措施容易操作、方法简单、适用性广，但消除土壤盐分不彻底、工程量较大、成本较高，影响其推广应用。化学改良措施虽然见效快，效果明显，但也存在持续时间短、易发生返盐等问题和二次污染等风险。另外，改良剂施用量往往比较大，难以在生产中大面积推广应用，同时化学改良剂在施用后需用大量灌溉水或雨水冲洗盐碱，在水资源匮乏的干旱及半干旱地区水源难以保证，推广应用较为困难[26]。生物改良措施具备生态、环保、可持续等特点，研究比较活跃，但受经济效益等限制，未能实现大规模生产应用。而在水资源十分匮乏的干旱草原地区，受自然条件和相关法规约束，只能尝试化学改良或生物改良措施，化学改良剂在施入土壤后没有洗盐碱、压盐碱条件，效果短暂，盐碱容易反复；生物改良因气候干旱、地下水匮乏，难以种出植物，因此，相关研究更少，基本没有可供推广应用的技术。

综上所述，受各种条件限制，单一的改良措施难以实施或难以达到理想的改良效果。因此，应遵循因地制宜原则，选用适合当地条件的改良措施。另外，近年来采用不同改良措施有机结合的综合治理往往可获得较好的效果，可视为实现盐碱土改良利用的主要措施。实验室废液与石膏配合施用可改善盐碱土理化性质，提高石膏溶解度，从而有望提高改良效果，是值得研究的问题。然而，实验室废液能否用于盐碱土改良，主要取决于无害化处理的效果。根据戴旭光[27]、钟磊[28]在内蒙古农业大学的研究结果可知，实验室废液的主要问题是个别重金属离子如Cr6+超标，可以用活性炭吸附技术进行无改性无害化处理，不仅可以最大程度保持其营养成分和酸性，而且可使Cr6+含量降低到国家污水排放标准范围内，能够用于盐碱土改良。由此说明，实验室废液经过无害化处理后可以实现资源化利用。

2 实验室废液及其处理和利用

2.1 实验室废液的来源和特点

目前，实验室废液的主要来源有高校、科研院所的各种教学实验、科研测试分析[29]以及农技部门和企业的监测分析等。其中，教学实验废液的产生量和成分比较固定，处理难度相对较小[30]；分析测试废液的产生量和处理难度相对较大，其主要成分为盐酸、硫酸、硝酸等无机酸，乙酸、脂类等有机物质，氮、磷、钾等植物营养元素，有的含有少量铅、镉、铬、镍等重金属离子[31]，其主要特点是因含有大量酸类而呈强酸性。化学、生物学、农林牧、土壤肥料、植物分析测试方面的教学实验和科研测试分析的废液主要属于酸性废液，因其强酸性而具有较强的腐蚀性，导致回收和处理工作成为实验室减排降污工作的重点和难点。随着农林牧业和科研事业的发展，科研机构、高校、农技部门和企业开展的科研项目越来越多，进行的科研测试分析也越来越深入和广泛[32]，实验室废液的产生量日益增多。

2.2 实验室废液的处理现状

国内高校、科研院所、农技部门和企业的大多数实验室陆续出台了废弃物管理办法和制度，但往往可操作性不强、执行难度大，有的仅停留在文字表面。高校、科研院所、农技部门和企业的废弃物主要是含有酸性或碱性成分的废液，因此，可进行中和处理或沉淀处理[33]。然而，无论是中和还是沉淀，均需掺入其他化学物质，除成本因素需要考虑外，有些衍生物则更加难以处理，造成次生污染。而如果不加任何处理就直接排放，不仅会引起下水污染，还会腐蚀下水管道[34]。因此，实验室废液的处理和循环利用应得到相关部门的足够重视，同时应大力开展其无害化处理和资源化利用方面的研究工作[6]。对实验室废液进行科学的回收、处理和利用，首先可以减少污染、保护环境，其次可以减少对实验室下水道设施的腐蚀和损坏、减少经济损失，再次可以实现变废为宝、节约资源、实现低碳发展，是一项很有意义的工作。

2.3 实验室废液利用现状及存在问题

目前，一些实验室主要采用中和处理的方法处置实验室废液，其弊端是会掺入其他化学物质，改变废液的酸碱度和化学特性，可能使其失去利用价值；对于特定污染物，可用物理方法处理，但有局限性、特异性，不易推广。因此，目前的实验室废液回收利用率极低，亟待进一步开展无害化处理和资源化利用方面的研究。关于实验室废液，美国、日本等发达国家都有严格的收集、管理规定和无害化处理、排放的技术措施[35]。而我国目前对实验室废液的危害性认识不足，防治意识薄弱，处理技术研究较少，回收利用相关工作尚未得到足够重视。

3 实验室酸性废液在盐碱土改良中的应用前景

近年来，人们出于节约资源和经济、环保的目的，开始重视利用废弃物，例如以酸性废弃物作为调理剂改良盐碱土[11-12]。特别是酸制剂，通过调节土壤酸碱性来提高土壤有效养分，改土效果和植物生长效应明显，成为了盐碱土调理制剂的研究重点。意大利、西班牙和美国研究人员利用制碱工业产生的副产品氯化钙，橡胶工业产生的剩余硫酸进行盐碱土改良取得了明显的效果[36]。顾莹莹等[37]的试验结果表明，柠檬酸废液可降低滨海盐碱土的碱性，改善理化性质，增加养分有效性，收到了“以废治废”的效果。李绪谦等[38]利用处理后的含铬酸性废水通过土柱淋溶试验改良盐碱土，结果表明，废水通过淋溶渗透，降低了铬的迁移能力，盐碱土的pH值趋于中性，提高了土壤养分有效性。

实验室产生的酸性废液，性质与酸制剂十分相似，含有大量的硫酸、硝酸、盐酸及有机酸，虽然是一种强酸性溶液，但却携带大量的氮、磷、钾等营养元素及有机物质，因此，又是一种很好的调酸营养制剂。侯林[39]研究表明，腐殖酸可提高石膏的溶解性，促进脱硫石膏与盐碱土的离子交换作用。另有研究表明，脱硫石膏与腐殖酸配合使用对盐碱土的改良效果较显著[40]。由此可推断，脱硫石膏配合使用酸性废液改良盐碱土可以达到较理想的改良效果，而且60 t/hm2以下的脱硫石膏使用量不会对土壤和农产品产生安全风险[41]。戴旭光[27]研究表明，实验室酸性废液可以提高脱硫石膏的溶解度，在盆栽试验和田间试验中，石膏配施实验室酸性废液的一些处理能够有效降低碱土pH值和ESP值，显著增加土壤有效氮磷钾含量，显著增加碱茅和紫花苜蓿出苗率、株高和地上部生物量，种植第2年碱茅生长状况好于第1年，基本形成了碱茅草地，但紫花苜蓿的生存率大幅降低，其原因有待进一步探讨。

4 展望

随着科研事业的发展，实验室废液的产生量日益增多，实验室废液的无害化处理和资源化利用将成为实现实验室管理走向低排放、少污染、科学管理的中心环节。农区盐碱土是我国重要的后备耕地资源，半农半牧区和草原区盐碱土是潜在的草地化资源，如能将实验室酸性废液作为土壤改良剂，实现盐碱土的科学改良，必能成为将两废（废液、碱土）变为两宝（将废液变为土壤改良剂、将盐碱土变为耕地或草地）的重要举措。因此，实验室酸性废液的无害化处理和资源化利用具有广泛的研究开发和推广应用前景。