中國粉體網(wǎng)訊 對許多地區(qū)而言,農(nóng)田富營養(yǎng)化徑流是個大問題。
每逢下雨的時候,就會有一條河流穿過Dan Johnson農(nóng)場的小棚。流經(jīng)農(nóng)田的水,穿過一個白色的“小建筑”,這里有一個泵抽取少量的水做樣本。當(dāng)水充滿20升的水壺后,研究人員就會收集并測試磷含量。
這個裝置是一項水污染控制實驗的一部分。該項目旨在檢測燃煤電廠排放的廢棄物,并通過使用石膏,減少農(nóng)場徑流富營養(yǎng)化。
在這個美國農(nóng)業(yè)的中心,越來越多農(nóng)民選擇在大面積農(nóng)田中劃分出小塊土地飼養(yǎng)牲畜,并將牲畜的糞便當(dāng)做農(nóng)作物肥料。糞便中的磷和氮能為農(nóng)作物提供營養(yǎng),促進其生長。但如果過多營養(yǎng)成分被沖入水道,就會刺激藻類過度繁殖,直至破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。
為了預(yù)防這種破壞,研究人員一直在尋找防止?fàn)I養(yǎng)成分從土壤中浸出的方法。最近,他們重新審視了石膏法,這種又名為碳酸鈣二水合物的白色或灰色的軟礦物質(zhì),對固磷有很大幫助。
石膏是單斜晶系礦物,是主要化學(xué)成分為硫酸鈣(CaSO4)的水合物。石膏是一種用途廣泛的工業(yè)材料和建筑材料?捎糜谒嗑從齽⑹嘟ㄖ破、模型制作、醫(yī)用食品添加劑、硫酸生產(chǎn)、紙張?zhí)盍、油漆填料等?/p>
在美國,農(nóng)民使用石膏處理田地是從第一位總統(tǒng)喬治•華盛頓時代就開始的老做法了。部分原因是,石膏中的硫酸鹽能與土壤中的鎂綁在一起,幫助土壤鎖住水分。但污染專家則對石膏中的鈣更感興趣,它與土壤中的磷酸鹽聯(lián)結(jié)在一起,能形成更大的顆粒不易被水沖走。
實際上,之前化肥公司曾會在產(chǎn)品中混入一定比例的石膏,但這種做法已經(jīng)消失了。因為這種礦物質(zhì)原料來源于礦山,海運的價格高昂。“于是,我們慢慢忘記了石膏!丙湹线d市威斯康星大學(xué)土壤學(xué)家Francisco Arriaga說。
但隨著營養(yǎng)物污染問題的愈發(fā)嚴(yán)重,以及火力發(fā)電廠的數(shù)量激增,研究人員認(rèn)為石膏或許能再次“大展身手”。很多工廠都配備了洗滌器設(shè)備,原理是用石灰洗除污染物。這種過程所涉及的化學(xué)反應(yīng)可以生產(chǎn)出一種煙氣脫硫石膏。許多煙氣脫硫石膏最終被填埋在垃圾場,但公司也使用它制作墻板和水泥。部分因為是它相對便宜:一噸礦物石膏的成本約為140美元,而一噸煙氣脫硫石膏成本在38美元左右。
農(nóng)民同樣被允許在農(nóng)田內(nèi)使用煙氣脫硫石膏,并且在過去十年間,科學(xué)家已經(jīng)在7個州進行了研究,調(diào)查這種石膏如何影響農(nóng)作物及土壤。在威斯康星州, Johnson的農(nóng)場是Arriaga及其同事一起挑選的三個實驗基地之一。研究人員還正在與麥迪遜市非盈利組織“沙鄉(xiāng)基金會”以及威斯康星電力公司合作。
項目的現(xiàn)場負責(zé)人、沙鄉(xiāng)基金會該的Greg Olson指出,在Johnson的農(nóng)場中,陡峭斜坡上的徑流受污染的可能性非常高,這使得它成為一個絕佳的實驗基地。Olson團隊對這個項目特別感興趣,因為他們對受污染的徑流在五大湖區(qū)造成的缺氧死區(qū)越來越擔(dān)心。
Johnson從2014年就開始使用石膏處理農(nóng)場的大約4公頃農(nóng)田。這些石膏從距其農(nóng)場僅10公里的一個威斯康星電力公司的分部獲得,這一做法已經(jīng)持續(xù)了2到3年!拔覀冋谕寥乐羞M行化學(xué)實驗!監(jiān)lson說,石膏不僅能使磷粒子減少移動,而且可以增加土壤水分、減少徑流。
Arriaga在美國土壤科學(xué)協(xié)會會議上報告了初步結(jié)論,結(jié)果顯示石膏能有助于保持Johnson農(nóng)場土壤中的磷。而且在之前的現(xiàn)場實驗中,包括喬治亞州與俄亥俄州的實驗項目,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種礦物不但能降低土壤中有毒鋁合金及病原菌水平,還能提供鈣和硫這兩種植物生長所需的營養(yǎng)元素,F(xiàn)在,發(fā)電廠排放的硫在減少,之前這種元素以酸雨和灰塵的形式回到土壤中,這樣一來,一些土壤開始缺乏這種營養(yǎng)物。
然而,煙氣脫硫石膏也有缺點。假如暴雨將石膏沖入水道,它將釋放出保存在河床沉積物中的磷,并增加水流中的營養(yǎng)物。在美國中西部,暴雨是一種可預(yù)見的氣候變化影響。
另外一個問題是石膏的可得性;鹆Πl(fā)電廠的關(guān)閉在一定程度上歸功于更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)與低廉的天然氣價格。但當(dāng)這些工廠關(guān)閉后,石膏也將停止產(chǎn)出。喬治亞大學(xué)退休員工、土壤學(xué)家Malcolm Sumner 預(yù)測,“在20到30年間,石膏將再度供不應(yīng)求,農(nóng)民也將爭相購買!