Alleviation of Subsoil Acidity of Red Soil in Southeast China with Lime and Gypsum

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石灰磷石膏稳定红黏土动力特性试验研究

采用室内SDT-20动三轴试验机对素红黏土和石灰磷石膏稳定红黏土进行了动力特性试验。研究了不同围压、固结比和振动频率下的素红黏土和石灰磷石膏稳定红黏土的动剪切模量和阻尼比变化规律;提出了动剪切模量和阻尼比的动本构关系。研究结果表明:素红黏土和石灰磷石膏稳定红黏土随围压、固结比、频率和石灰含量增大而增大;阻尼比随围压、固结比、频率和石灰含量的增大逐渐减小;在相同条件下,石灰磷石膏稳定土最大动剪切模量比素红黏土大得多,最大阻尼比比素红黏土小得多;素红黏土和石灰磷石膏稳定红黏土的动剪切模量、阻尼比与动剪切应变本构关系符合H-D模型;掺入石灰与磷石膏可显著提高红黏土动剪切模量,降低阻尼比。这说明石灰磷石膏稳定红黏土能提高土体强度,增加土体抵抗动剪切变形性能、降低能量损耗。

石灰对红壤区花生土壤酶活性及经济性状的影响

花生是喜钙作物,南方红黄壤属酸性土壤且钙元素流失严重,种植花生会造成空壳、减产等问题,石灰(氧化钙)常用作补钙肥料。为探讨施用石灰钙对红壤瘠薄旱土花生土壤酶活性的影响,优化花生生长条件,以3种不同粒型花生品种(大粒品种湘花2008、中粒品种湘花55、小粒品种蓝山小籽)为试材,采用土柱栽培法,设置施钙(生石灰)与不施钙(对照)两个处理,对花生主要生育时期0~20 cm耕层和根际土的5种土壤酶活性进行测定与分析。研究结果表明:随着花生生育期发展,土壤酶活性均呈现先增加后逐渐降低的趋势,且峰值都出现在生长旺盛期即花针期或结荚期;施石灰对3种类型花生全生育期耕层土和根际土酶活性均有显著影响,根际土壤酶活性变幅大于耕层土壤;耕层和根际土壤过氧化氢酶活性均增加;施钙提高了大、中粒型花生品种土壤蛋白酶、脲酶活性,却降低了土壤蔗糖酶及磷酸酶活性;小粒型花生土壤蔗糖酶、磷酸酶活性则大幅提高,蛋白酶和脲酶活性平均增幅虽然低于对照组,但生育后期蛋白酶和脲酶活性仍高于对照以及大、中粒品种,施钙可以增强花生抗氧化能力;可以促进花生植株营养生长向生殖生长转化,降低植株主茎高和侧枝长,增加各粒型的饱果数、饱果重及单株生产力,施钙量相同时大、中粒型花生单株生产力增幅较小,说明大、中粒型花生比小粒型花生需钙量更多。因此,南方红壤旱地花生施用石灰,对各粒型花生不同土壤酶活性及产量有较大调控作用,为花生高产栽培、品种选育以及种植布局奠定基础。

利用电石渣进行赤泥脱碱研究

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物,高碱含量限制了其利用。利用电石渣替代天然钙基材料进行赤泥脱碱,分析脱碱温度、电石渣掺量、液固比、反应时间四个因素对脱碱效果的影响,探究电石渣进行赤泥脱碱的反应机理。结果表明,随着温度升高、电石渣掺量增加、反应时间增加,赤泥脱碱效率升高;在温度为90℃、液固比为4∶1、反应时间为360 min、赤泥与电石渣的质量比为1∶1的反应条件下,脱碱效率达到81%,脱碱后赤泥中的Na2O含量不大于1%(质量分数),满足水泥原料的要求。电石渣进行赤泥脱碱反应符合内扩散未反应收缩核模型,提高反应温度与反应物的质量均可提高脱碱率。

煅烧红土替代红土制备红灰的可行性研究

古建筑红灰存在强度低、耐冻融性较差等现象,为提高红灰的性能,将红土分别于600、800℃下进行煅烧,并用煅烧红土替代红土与石灰混合制备红灰,并研究了红灰试样的物理力学性能及耐冻融性.结果表明以煅烧红土为原料的试样性能皆优于以红土为原料的试样,其中耐冻融性显著提升.分析各试样的物相组成与微观形貌可知,煅烧红土与氢氧化钙发生了火山灰反应,且添加了煅烧红土的试样中骨料与基体结合更为紧密,这是其性能提升的重要原因.

不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响

【目的】探究不同磷肥对土壤磷素形态转化及小麦磷素吸收利用效率的影响,为土壤-磷肥-作物体系磷肥精准匹配及高效利用提供理论依据。【方法】在砂姜黑土和红壤上设置不施磷(CK)、施用过磷酸钙(SSP)、钙镁磷肥(FMP)、磷酸二铵(DAP)、重过磷酸钙(TSP)和聚磷酸铵(APP)6个处理,研究小麦拔节期和开花期根际与非根际土壤中磷库转化特征及其与植株体内磷素累积利用的关系。【结果】砂姜黑土施用磷肥后土壤有效磷含量提高194%—662%,不同磷肥处理小麦根际土壤中有效磷含量为APP>TSP>DAP>FMP>SSP>CK处理。施用磷肥显著提升了小麦拔节期和开花期砂姜黑土中H_(2)O-P和NaHCO_(3)-Pi含量,降低Residual-P含量,其中H_(2)O-P和NaHCO_(3)-Pi含量与土壤有效磷含量呈显著正相关,TSP和APP处理在小麦拔节期对NaHCO_(3)-Pi含量提升幅度最大,分别较不施磷提升了41.0和36.0 mg·kg^(-1)。红壤施用磷肥后根际土壤有效磷含量提高84%—791%,其中DAP和TSP处理的土壤有效磷含量显著高于其他磷肥处理,红壤中根际土壤NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi含量与土壤有效磷含量呈显著正相关,施用磷肥后红壤中NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi含量分别提高275.2%—848.3%和26.9%—58.3%,其中DAP和TSP处理提升效果最为显著。砂姜黑土和红壤上小麦植株磷素累积量与土壤有效磷含量在小麦拔节期均呈现显著正相关关系,砂姜黑土和红壤小麦植株磷素累积量与土壤有效磷含量在小麦拔节期均呈现显著正相关关系,根际土壤有效磷含量每提高1 mg·kg^(-1),小麦植株磷素累积量分别提高0.87和0.37 mg/pot。砂姜黑土施用不同磷肥均可显著提高植株磷素累积量,较不施磷提高15.4%—50.9%,其中APP和TSP处理使小麦植株磷素累积量及磷素利用效率较其他磷肥处理显著提高。红壤中施用不同磷肥使磷素累积量和产量分别较不施磷提高123.7%—643.9%和75.5%—337.2%,其中TSP处理的小麦产量、植株磷素累积量和磷素吸收效率较其他磷肥处理均显著提高。【结论】砂姜黑土施用重过磷酸钙和聚磷酸铵显著提高土壤H_(2)O-P和NaHCO_(3)-Pi含量,红壤施用重过磷酸钙和磷酸二铵可显著提高土壤NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi含量。因此,从提高磷肥利用效率角度考虑,两种土壤均适合施用重过磷酸钙,种植小麦时,砂姜黑土还可推荐施用聚磷酸铵,红壤可选用磷酸二铵。

石灰改良红黏土导热系数影响因素及模型预测

导热系数是研究温度场的重要参数,基于石灰与红黏土酸碱互损随时间的演化,利用瞬态热线法导热系数仪,研究含水率、干密度以及龄期对石灰改良红黏土导热系数的影响,并建立经验函数和反向传播(back propagation,BP)神经网络预测模型。结果表明:石灰改良红黏土的导热系数随含水率的增加呈指数增长,随干密度的增加呈线性增长;在15%~27%含水率范围内,其导热系数平均增长53.87%;在1.25~1.65 g/cm^(3)干密度范围内,其导热系数平均增长87.06%;改良土导热系数随龄期的增加呈指数降低,降低速率逐渐减小,最终趋于稳定的趋势,在龄期90 d范围内,导热系数平均降低16.6%。经验证分析,两种模型的整体误差均小于10%;可以很好地描述石灰改良红黏土的导热系数随影响因素的变化情况。该规律以及模型可以为相同土样进行石灰改良提供参考。

石灰活性对铝土矿溶出性能和赤泥物相组成的影响

利用盐酸滴定法测定了不同煅烧温度和时间下石灰的活性度,并将不同活性的石灰应用于铝土矿溶出过程。通过探究氧化铝溶出率以及赤泥物相的变化,阐明了石灰活性影响铝土矿溶出性能的原因。研究表明,石灰石在950~1100℃内煅烧1 h可获得高活性石灰。添加欠烧或过烧石灰进行溶出时,氧化铝的相对溶出率分别为89.72%和89.79%,赤泥物相中均存在一水硬铝石和氢氧化钙。然而,添加正烧石灰进行溶出时,氧化铝的相对溶出率分别为98.35%和97.51%,赤泥物相中一水硬铝石和氢氧化钙相消失,氢氧化钙与钠硅渣反应生成了新的钙霞石物相。

拜耳法赤泥石灰脱碱降本的生产实践

传统拜耳法赤泥石灰脱碱采用洗涤沉降槽底流赤泥直接与石灰乳反应,由于赤泥附液率高导致石灰无效消耗高、氧化铝损失大,从而造成生产成本升高。针对此问题某企业对现有的赤泥石灰脱碱流程进行改造优化:(1)将脱碱赤泥后过滤调整为双过滤,降低脱碱过程中石灰的无效消耗和氧化铝的损失,从而降低生产成本;(2)在上述流程优化的基础上,采用低成本的电石渣替代石灰进行脱碱,大幅度提升经济效益。

干湿、冻融循环作用下石灰-赤泥固化土的物理、力学和微观特性研究

【目的】赤泥是氧化铝生产过程中产生的工业废弃物,极易造成地下水污染、土地盐碱化等问题,赤泥的再生利用成为亟待解决的难题。此外,湿度(即干湿)和温度(即冻融)是影响道路材料性能的主要因素。【方法】尝试使用石灰激发赤泥(添加或不添加氢氧化钠)用于固化路基土,通过质量、体积监测、无侧限抗压强度试验、核磁共振试验及X射线衍射试验研究了固化土在干湿、冻融循环作用下的物理、力学性能和微观结构特性。【结果】结果显示:氢氧化钠的掺入使固化土强度提高约204.6%~343.6%;石灰-赤泥固化土的抗压强度随干湿、冻融循环次数的增加而降低;干湿、冻融循环作用后固化土的质量损失率和体积变化率分别在0.52%~2.06%和0.62%~1.99%之间;干湿循环会降低土体的孔隙体积,而冻融循环使土体大尺寸孔隙体积增加;石灰-赤泥固化土的主要水化产物是水化硅酸钙(C-S-H)。【结论】结果表明:石灰-赤泥固化土耐干湿、冻融侵蚀的能力优于纯石灰固化土,干湿、冻融循环作用后石灰-赤泥固化土的强度折损率、质量损失率和体积变化率均明显低于纯石灰固化土。石灰-赤泥固化土的水化产物(C-S-H)能够提高土体耐干湿、冻融侵蚀的能力。研究成果能够为赤泥在道路工程中的应用提供可靠依据。

石灰对一水硬铝石拜耳法的影响

近年来,我国进口铝土矿的规模不断扩大,而国内绝大多数铝土矿(约95%)都为一水硬铝石型铝土矿,对氧化铝生产条件要求苛刻,且生产成本高,限制了本土铝土矿的使用。面对这一问题,石灰拜耳法在一水硬铝石生产氧化铝过程中得到广泛应用。文章主要从拜耳法石灰的溶出机理、石灰对拜耳法赤泥沉降性能的影响、石灰对拜耳法赤泥相变的影响、石灰质量及石灰添加方式的选择几方面对石灰在一水硬铝石拜耳法生产氧化铝中的作用进行阐述,同时展望了石灰在一水硬铝石拜耳法生产氧化铝中的应用前景。

不同改良剂对镉污染土壤的改良效果和对水稻光合特性的影响

采用盆栽试验,研究赤泥、石灰和海泡石对Cd污染土壤的改良效果和水稻光合特性的影响。结果表明:施赤泥、石灰和海泡石均能有效促进土壤交换态Cd的稳定,有利于Cd的固定,其中以赤泥对Cd的钝化效果最佳;与对照相比,赤泥处理的水稻增产幅度较大,为11.41%,海泡石处理的水稻产量略有提高,石灰处理的水稻产量略有下降;不同改良剂均能增加水稻剑叶的叶绿素含量(SPAD值)、气孔导度、净光合速率、胞间CO2浓度及蒸腾速率,其中以施赤泥处理效果最好,分别比对照提高6.63%、8.59%、6.93%、11.95%、5.42%;不同改良剂处理水稻剑叶面积均有不同程度的上升,添加赤泥更能缓解Cd污染对水稻生长的影响。

赤泥、石灰对Cd污染稻田改制玉米吸收积累Cd的影响

利用Cd污染稻田改制玉米的大田试验,研究了施用赤泥、石灰对玉米吸收积累Cd的影响。结果表明,施用赤泥、石灰对春玉米、秋玉米产量无显著影响,但与施用石灰相比,施用赤泥能显著增加玉米产量和生物量;施用赤泥、石灰皆显著提高了土壤pH值、显著降低了土壤有效态Cd含量,减少了玉米对Cd的吸收积累;春玉米、秋玉米施用赤泥后其籽粒Cd含量分别比对照降低了27.5%和21.1%,施用石灰后则分别降低了26.4%和31.1%;施用赤泥、石灰皆抑制了玉米对Cd的富集和转运,且赤泥抑制玉米茎、叶、籽粒富集Cd的能力优于石灰,但石灰阻控玉米由茎向籽粒及叶片中转运Cd的能力优于赤泥。大田试验结果还表明,稻田改制玉米结合赤泥、石灰等钝化剂的施用可能是一条实现Cd污染农田安全可持续利用的有效途径,也利于保障国家粮食安全和农产品质量安全。

长期施肥及石灰后效对不同生育期玉米根际钾素的影响

依托祁阳红壤旱地定位施肥试验(始于1990年),选取施氮磷(NP)、氮磷+石灰(NPCa)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾+石灰(NPKCa)、氮磷钾配施秸秆(NPKS)、氮磷钾配施秸秆+石灰(NPKSCa)6个处理,采集玉米不同生育期根际与非根际土壤,测定其钾、钙、镁、铝含量和p H。结果表明:与NP处理相比,施钾处理(NPK和NPKS)根际和非根际土壤速效钾含量显著提高。NP、NPK和NPKS处理根际速效钾在拔节期和灌浆期均处于亏缺状态,亏缺率分别平均为18.2%、34.2%和26.4%。与对应不施石灰处理相比,NPKCa和NPKSCa处理根际土壤速效钾含量在苗期分别降低46.0 mg kg^(-1)和26.5 mg kg^(-1),非根际分别降低68.5 mg kg^(-1)和56.0 mg kg^(-1);从拔节期至收获期,根际速效钾含量平均升高25.2 mg kg^(-1)和33.7 mg kg^(-1),非根际略微降低。NPCa、NPKCa和NPKSCa处理根际土壤速效钾盈亏率与不施石灰相比,整个生育期分别平均提高8.6%、33.2%和19.3%。根际和非根际土壤速效钾含量与相对应缓效钾含量、钾饱和度、K+/(Ca2++Mg2+)和K+/Al3+呈极显著正相关关系。缓效钾和钾饱和度相对变化率(交换性钙镁相对变化率)与速效钾相对变化率呈极显著正(负)相关关系。长期施氮磷钾肥基础上施石灰(NPKCa和NPKSCa)4年以后,根际土壤速效钾、缓效钾含量及钾饱和度均提高(苗期除外),根际土壤交换性钙镁含量提高幅度低于非根际,最终缓解根际土壤钾素的亏缺。

常压石灰法处理烧结法赤泥脱碱及其机理研究

采用石灰(CaO)作为脱碱剂处理烧结法赤泥,研究了反应温度、反应时间、脱碱剂添加量、液固比等因素对赤泥中钾、钠溶出率等碱脱除效果的影响,分析了石灰处理赤泥的脱碱机理。结果表明:温度升高、反应时间延长、石灰掺量增加以及液固比增大均能提高赤泥的脱碱效果,其中尤以反应时间和石灰掺量的影响效果更显著。添加石灰处理烧结法赤泥的脱碱机理是部分方钠石(Na8Al6Si6O24CO3)中的2个Na+被1个Ca2+置换出,生成了更难溶的钙霞石[Na6CaAl6Si6(CO3)O24.2H2O]。

生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草苗期生长影响的差异

我国南方红壤普遍存在酸性强、铝毒和有效养分含量低等特性,本文研究了生物炭和石灰对红壤理化性质及烟草生长的差异,为烟田红壤改良提供理论基础。采用盆栽试验,设置0、0.5%、1%、2%生物炭用量与传统石灰用量(0.3%)等5个处理,研究了其对红壤pH值、交换性铝和锰、有效态矿质养分含量,以及烟草农艺性状、烟叶矿质养分含量等的影响。结果表明:施用生物炭或石灰后,烟草株高、茎粗和叶片数目等农艺性状明显改善,生物量显著提高。0.5%和1%生物炭处理烟叶的N、P、K、Ca和Mg含量较对照处理明显提高,但2%生物炭处理,烟叶N含量比对照处理降低了9.3%。与对照处理相比,石灰处理中烟叶的N、P和Ca含量增加,K和Mg含量下降。施用生物炭和石灰均能够提高红壤p H值,降低其交换性铝含量;且施用生物炭土壤的碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量均高于对照处理;而石灰处理仅交换性钙含量增加,交换性锰含量则减少。因此,施用生物炭和石灰均能促进红壤中烟草的生长,并有效改善红壤的理化性状。

施用石灰对红壤旱地土壤酸度和油菜产量的影响

在施石灰石粉的长期定位试验中，种植了５季油菜．结果表明：（１）施用石灰使土壤ｐＨ升高和交换性铝含量下降，其降酸作用与石灰施用量呈正相关．亩施２５０、５００、７５０及１０００ｋｇ石灰石粉的降酸作用分别可维持２、６、７及１０年．（２）施用石灰显著增加了每株荚数而提高油菜籽产量，增产幅度为１９．７％－２．９．６％．过量施用石灰并未引起油菜产量的降低．（３）施用石灰能显著抑制菌核病（连作二年）和田间杂草。（４）施用石灰使土壤ｐＨ＞５．８，交换性铝含量＜０．７ｍｅ／１００ｇ，油菜可获得较高产量。

红壤施用石灰对玉米产量和肥料利用率的影响

经盆栽和田间试验结果表明，红壤施用石灰不但能降低土壤酸度，并能显著提高玉米的产量和肥料利用率。盆栽玉米地上部干物质重量提高５９．８％～１５６．５％；１９８９和１９９５年，大田玉米的籽粒产量分别提高８．２％～１４．６％和１９．１％～４３．１％，Ｎ、Ｐ、Ｋ的肥料利用率分别提高１１．２％～１６．１％和２１．２％～４７．３％、２７．６％～３９．５％和１６．５％～３０．０％、６．８％～１９．１％和４．８％～５５．９％。要获得较高的玉米产量和肥料利用率，土壤ｐＨ须提高至６．０以上，而交换性铝降至１．０ｃｍｏｌ（＋）／ｋｇ以下。

施石灰石粉后红壤化学性质的变化

红壤施用石灰１０年的田间试验和盆栽试验的结果表明：（１）施用石灰能降低土壤酸度，增加土壤中交换性Ｃａ和Ｍｇ含量，从而导致作物产量的提高；（２）底土酸度的降低随时间的推移和石灰用量的增大而增强，每公顷施用３．２５－１５．０吨石灰石粉的降酸和增产效应至少可维持１０年以上；（３）每公顷施用７．５吨石灰石粉能显著提高土壤有机质、全氮及速效磷含量；（４）土壤有效锌和有效铜含量随ｐＨ升高而增加，并与有机质含量呈正相关，相关系数分别为ｒ＝０．９６５（ｎ＝５）和ｒ＝０．８８７（ｎ＝５）。土壤有机质、有效磷、有效锌及有效铜的含量随上层深度增加而减少；（５）缺磷的酸性土壤，磷肥与石灰配施对增产效应更大。

粉煤灰和石灰对突发性污染土壤中重金属化学形态的影响

利用石灰和粉煤灰对突发性污染土壤中重金属进行修复,采用TCLP法和Tessier浸提法对修复后土壤进行评价。结果表明,当石灰用量为土重的0.1%时,培养1个月,突发性污染土壤中Cu、Cd浸提量(TCLP法)比对照分别下降68.13%和76.67%;当粉煤灰用量为土重的8%时,土壤Cu、Cd浸提量比对照分别下降61.58%和71.67%。两种土壤经修复后,Cu、Cd浸提量均降至国际标准值以下,原因是施用粉煤灰和石灰后,土壤中Cu、Cd的形态由交换态向碳酸态和铁锰态发生转化。