是一种大小不等，高度分散的微细颗粒集合体，比重为1.9?.4g/cm3,一般说来粉煤灰的各方面物理性能是相互联系的(表1)。粉煤灰在林业方面的利用前景
11000班 王亚妹
粉煤灰是热电厂排放的废弃物，在“三废”
（粉煤灰、水库淤积物、城市废水沉积物）之中，粉煤灰问题是最严重的。近年来，世界各国对粉煤灰的利用都十分重视。当前我国的林业发展还处在较低层次，是国家建设中的一个薄弱环节。根据粉煤灰目前的利用状况，开发其在林业方面的利用价值，从而“变废为宝”，提高粉煤灰的综合利用价值有相当重要的意义。本文将从分析粉煤灰的利用现状及目前我国林业状况出发，对粉煤灰的基本性质详细分析，了解其物理、化学等性质，再与土壤的基本性质对照，从而推及粉煤灰对土壤的影响。由树木在土壤中生长机理及吸收营养过程分析，提出粉煤灰在林业方面利用的必要性与可行性，预计其利用前景及成果。粉煤灰的利用现状
我国是煤炭生产与消费大国，灰渣排放量巨大，到2000年达到1.5?/FONT>1.6吨[1]，而目前综合利用率仅为41.7%，主要用于建材，绝大部分废弃堆放，占用大量耕地，这不仅需要交纳大量征地费和贮存费，还对生态环境造成很大威胁。风力作用造成的飞尘，对贮放场周围的大气有不利影响，粉煤灰中的重金属和有毒元素的浸出可严重破坏地下水、地表水的质量。有鉴于此，进一步开发粉煤灰的应用领域，从根本上解决粉煤灰的环境污染问题，“化害为利，变废为宝”是十分必要的。目前我国林业现状
我国森林面积仅为世界的3.9%，森林蓄积量不足世界的3%，覆盖率仅为16.55%，全国人均占有森林面积和人均蓄积量相当于世界人均的21.3%和12.5%［2］。今后五到十年，是我国经济和社会发展的重要时期，也是林业大有作为的时期。我们必须深刻认识到，当前林业发展处在较低层次，是国家建设中的一个薄弱环节，森林资源增长缓慢与社会对林业日益增长的多种需求，正逐步成为当前林业的主要矛盾。“十五”计划林业要大发展，出奇制胜在科技。在植树造林方面利用粉煤灰，对改善当前林业现状及解决粉煤灰的利用、贮放现状具有重大意义。
一、粉煤灰的基本性质
1. 物理性质
粉煤灰是一种灰白到黑色的粉状物质，
是一种大小不等，高度分散的微细颗粒集合体，比重为1.9?.4g/cm3,一般说来粉煤灰的各方面物理性能是相互联系的(表1)。
（1）颗粒形貌 粉煤灰是一种球形颗
粒，比重小，常具有空腔和蜂窝两种构造（图
， 粉煤灰的球形颗粒）。（2）细度 粉煤灰越细，其活性越高。
（3）燃失量（Loss） 表示粉煤灰中含碳量的大小，碳的存在增加了需水量，土壤中pH值与建筑用水不同，碳的含量对土壤性质影响不是太大。
2. 化学性质
粉煤灰一般化学成份属CaO-AL2O3-SiO2系统， SiO2和AL2O3是粉煤灰中最有效的成分。其中Si、Al、Fe、Ca和Mg的氧化物约占90%左右，其它主要成分还有K2O、Na2O、SO3[4]未燃尽的碳以及多种微量元素（表2）。其中的微量元
表1 粉煤灰的平均物理性质[3]
|
比重 |
容量(kg/m2) |
|
4900孔筛余(%) |
2000孔筛余(%) |
透气法比表面积(m2/g) |
|
1.81-2.47 |
0.48-1.26 |
0.24- 0.51 |
0 - 65.0 |
微量 - 86.15 |
1000 - 7477 |
素与游离的CaO含量与颗粒大小有关，颗粒越细，CaO含量越高，粉煤灰活性越高。粉煤灰中一般含有微量放射性元素（238U系列、232Th系列和40K），但重要的不是其放射性而是其化学毒性。
表2 我国31个有代表性的火力发电厂粉煤灰的化学性质[3]
|
成分 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
SO3 |
烧失量 |
|
|
含量 |
33.9 -59.7 |
16.5 -35.4 |
1.5-19.7 |
0.8 -10.4 |
0.7 -1.9 |
0.6 -2.9 |
0.2-1.1 |
0-1.1 |
1.1-23.6 |
|
平均值 |
50.6 |
27.1 |
7.1 |
2.8 |
1.2 |
1.3 |
0.5 |
0.3 |
8.2 |
3．矿物组成
粉煤灰的矿物组成主要是铝硅酸玻璃体，还有少量石英和莫来石等结晶矿物，以及未燃尽的煤粉（表3）。铝硅酸玻璃体是粉煤灰的主要组成部分，含量一般在70%以上，玻璃体在高温煅烧中储存了较高的化学内能，是粉煤灰活性的来源，含量越高，活性越高。
表3 粉煤灰的矿物组成[5]
|
矿物名称 |
莫来石 |
石英 |
一般玻璃体 |
磁性玻璃体 |
碳 |
|
范围(%) |
11.3-30.6 |
3.1-15.9 |
42.2-72.8 |
1-21 |
1.2-23.6 |
|
平均值 |
20.7 |
6.4 |
59.7 |
4.5 |
8.2 |
二、土壤的基本性质
土壤矿物所含化学成分有：SiO2、AI2O3、Fe2O3、FeO、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O3等，含有大量C、H、O，提供植物营养满足植物需要，另外还有N、S、C、P、K、Ca、Mg和各种营养元素，其中有机质、P、N、对保持土壤疏松，对于耕作很重要。P含量不宜过高，K应是有效的。Ca、Mg和石灰石改良酸性土壤非常有利。
根据土壤应用功能和保护目标，把土壤分为三类：第一类型国家规定的自然保护区，第二类适用于一般农田，第三类主要适用于林 地土壤。几类土壤执行几类标准，二类标准即为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值，三级标准为保障林业生产和植物生长的环境临界值（表4）。
表4 土壤环境质理标准值（mg/kg）[6]
|
项目级别 |
一级 |
二级 |
三级 |
||
|
土壤pH值 |
自然背景 |
<6.5 |
6.5~7.5 |
>7.5 |
>6.5 |
|
镉≤ |
0.20 |
0.30 |
0.60 |
1.0 |
?/FONT> |
|
汞≤ |
0.15 |
0.30 |
0.50 |
1.0 |
1.5 |
|
砷 水田≤ |
15 |
30 |
25 |
20 |
30 |
|
旱地≤ |
15 |
40 |
30 |
25 |
40 |
|
铜 农田≤ |
35 |
50 |
100 |
100 |
400 |
|
果园≤ |
?/FONT> |
150 |
200 |
200 |
400 |
|
铅≤ |
35 |
250 |
300 |
350 |
500 |
|
铬 水田≤ |
90 |
250 |
300 |
350 |
400 |
|
旱地≤ |
90 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
锌≤ |
100 |
200 |
250 |
300 |
500 |
|
镍≤ |
40 |
40 |
50 |
60 |
200 |
|
六六六≤ |
0.05 |
0.50 |
1.0 |
||
|
滴滴滴≤ |
0.05 |
0.50 |
1.0 |
||
三、粉煤灰对土壤的影响
粉煤灰对土壤物理性质的影响
粉煤灰可以改变土壤的质地和结构（尤其是粘性和酸性土壤），而且用灰量大效果好[7]；粉煤灰能增加土壤的透气性和蓄水性，使土壤增温，保墒、增加养分，提高净化能力，调结土壤酸碱度，避免酸化和板结，改善作物生长环境［8］。另外，经磁化的粉煤灰中的铁磁性物质强烈地发生磁化，在其周围形成一个附加的局部磁场，独特的剩磁作用能改进植物系统的物理，化学、生物性质。粉煤灰对土壤化学性质的影响
粉煤灰对土壤化学性质最重要的影响是增加土壤pH值，盐度积潜在毒性微量元素的含量等。很多粉煤灰是碱性的，其中Ca、Mg等碱性物质含量很高，其因此可作为石灰代用品来降低酸性土壤的酸度，磁化粉煤灰还可作为改变土壤氧化还原物质的材料，加快有机物质的矿化和其转化过程的进行，促进植物呼吸和新陈代谢，使土壤中N、P、K等的有效性增加，粉煤灰中Si、Ca、K、P等可被植物吸收的无机营养元素，若再加入其它所需成分，则可制成复合肥料，这一技术已在农业方面取得重大成果。粉煤灰对土壤微生物的影响
无论是普通粉煤灰，还是磁化粉煤灰，实际上均是磁性粉煤灰。根据磁生物学原理，磁场在一个很宽的范围内，从强磁场到弱磁场，均可对生物产生影响。由于磁场的作用可改变这些酶的结构和活性等功能[8]有利于土壤中各种生化反应的进行，促进磷等养分的释放，加速土壤熟化。
四. 粉煤灰在林业方面的利用前景
粉煤灰对植物生长的影响：
1）调查表明，树木的根系可在粉煤灰深层中正常生长，在深扎至粉煤灰层中吸收多种营养物质和矿物质的同时，也吸收一定数量的Pb、Se、Cd、Hg、Cr、As、F等多种有害元素，减少粉煤灰和土壤有害元素和有毒物质的含量，减轻对自然环境污染的污染。另外，粉煤灰中镁养分可提高作物叶绿素质量分数 [9]。2）粉煤灰对作物生长主要限制因素首先是C、N、等营养物质的供应不足，当施灰量超过土壤质量的10%时，灰中Fe、Al、及Ca会对土壤中P的固定作用增强，使作物可利用Ｐ减少[10]。粉煤灰中Cd、Ni等重金属元素也会对作物有不利的影响[11]。此外，粉煤灰中Se、Mn、Ni等微量元素虽然是作物所必需的营养元素，但当它们的质量分数过高时，也会对作物的生长或食物链产生不利的影响，上述因素对微生物生存不利也限制了作物生长。3）对树木与作物的各种元素含量界限要求不同，在林业上利用便可大于在农业上的含量界限，因此我们在充分全面考虑上述因素后对粉煤灰的大量应用上稍作选择。粉煤灰的林用技术
1) 因土施灰，种植适宜树木。适合施用粉煤灰的土壤主要是过酸过碱和过砂过粘的低产田。实验表明，用酸性灰改良钠质土，盐碱土，用碱性灰改良红壤，等酸性土壤，都很好的效果，例如：近年来，淮北市先后从中国林科院，江苏、山东、河南和安徽省林科所经过与在粉煤灰复田上进行品种对比试验，初步筛选出一批适宜粉煤灰复田上的优良无性系树木品种，其主要品种有：中林74号杨、苏柳172，鲁刺73013，鲁刺73042，皖刺1号，皖刺8002号，豫榆2号，豫榆3号。2）综合利用，提高施灰效果。试验测定，在粉煤灰中加入一定量的N、P、K等营养元素或Ca、Mg等营养元素制成各种复合肥，促进N、P、K等营养元素的有效性，起到了更好的改良土壤的作用[12]。也有实验证明，在粉煤灰中掺入适量的Zn、Se等营养元素，既可弥补植物缺乏的元素，也可生产出富含微量元素的优质产品[13]。另外，粉煤灰与城市污泥或粪尿混合后，既能消除或显著降低病原体数量，又可降低重金属的浓度和活性，有机C能提高土壤C/N比率，创造有利于微生物存在的条件，减轻施灰的不利影响。３）确立适宜的施灰量，减少环境污染。国内一些试验结果表明[8]，在一些土壤上，根据不同质地，以６０－６００t／hm2施用粉煤灰，土壤及粮食作物中有害元素质量分数未达到污染程度，作物均有显著增产。粉煤灰磁化后，１.５－７.５t/hm2的施灰量即可达到最佳的改土增产效果，不同作物与不同质地土壤具体施灰量不同，其中粘土>壤土>砂土，而在林业上，此范围稍宽，即要求有害元素含量可比农业上值略宽，则粉煤灰在林业方面的利用可行性及时性及现实性意义重大。五．预计成果
粉煤灰在林业方面的利用对综合评价其利用品位有特殊意义。其效益可简单地分析为：
经济效益：粉煤灰对植物生长有很大促进作用，可用于大量种植树木，降本增利，节约灰场征地费和建设费。
环境效益：将粉煤灰用于林业方面，具有化害为利的双重环境效益，既解决了环境废渣的掩埋问题，又维护了生态平衡。
社会效益：提高土地生产力，增强林业后劲，保障经济和社会可持续健康发展，减轻电厂经济负担和生产成本，为企业发展创造良好的外部环境。
加大用灰量项目的研究开发，可以迅速有效地解决粉煤灰所带来的环境问题，是目前减少粉煤灰污染占地的最有效途径，该项目的研究有重要技术经济和减少环境污染的效益。将其应用在林业上，推进林业的新科技革命，研究和规划新世纪的林业工作，一个体现时代特点，充满积极进取精神的林业建设新格局就可能基本形成。
（指导教师：李胜荣，万天丰 ）
参考文献：
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