98 / 2023-10-20 09:43:11

耕地保护与盐碱地改良创新思路和科学实践

土壤修复；盐碱地改良；超稳矿化；插层结构

层状双金属复合氢氧化物（LDHs）是由主体层板金属氢氧化物及层间阴离子通过插层组装而形成的阴离子型层状材料。本团队经多年研究发现，LDHs赋存形式对阴阳离子均具有超稳矿化作用。LDHs结构中存在多种化学键合方式，使其溶度积常数（K_sp）较相应金属的碳酸盐或氢氧化物小数十个数量级。

基于对LDHs超稳矿化结构的认识，通过调变LDHs的结构和组成，将镉、镍、铜、砷、汞和铅等重金属离子锚定在主体结构晶格中，显著降低重金属离子在环境中的迁移性和生物有效性，阻断重金属离子进入生态循环。基于此，团队提出“超稳矿化结构”概念，并揭示了重金属离子经同晶取代形成超稳矿化结构的作用机制。研制的超稳矿化材料用于修复重金属污染土壤具有大容量、快速高效、长效性、抗酸性、低成本等优点。其中，不同种类的超稳矿化材料对镉、镍、铜、锌、铅、铬和砷等的选择性不同，可根据不同地区、不同类型土壤污染的具体情况，定制设计并提供针对性修复技术。该技术在江苏隆昌公司转化后，共同构建了新一代土壤修复技术体系，先后在湖南、江苏、甘肃、海南、山东和广西等省进行了100,000余亩重金属污染土壤修复示范，效果显著。

通过LDHs的超稳矿化结构进行盐碱地改良，主要是利用酸性金属盐矿化剂与盐碱地中的碱基（氢氧根）和盐基（碳酸根等）原位形成超稳矿化结构，再通过阳离子型黏土的离子交换作用固定盐碱地中的Na⁺。矿化后使得土壤中平衡碱基和盐基浓度极低，即具有极低的溶解度，从而大幅降低土壤中的碱度和盐含量。此外，由于原位形成的超稳矿化结构具有极低的K_sp，因此导致碱基和盐基的溶出非常困难，从而可以长期维持土壤的低盐碱状态，即具有长效性。团队通过实验研究证明，钙盐和铁盐矿化剂与盐碱地中的氢氧根和碳酸根在土壤中原位形成了超稳矿化结构，使得盐碱土壤理化性质得到了极大改善。改良后土壤pH、电导率、碳酸根和可溶性钠离子含量、容重均大幅降低。采用该技术，已在甘肃、青海、内蒙古、宁夏和吉林等省进行了盐碱地改良示范，效果显著。