CN113079732A - 一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法及其应用 - Google Patents

一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法及其应用，采用：1)在盐渍土壤下设置水基钻屑隔层和秸秆隔层的复合隔层；2)施加腐殖酸、脱硫石膏，施撒均匀，深翻土壤；3)栽植耐盐植物；4)喷洒含壳聚糖的蒸发抑制剂。与现有技术相比，本发明采用水基钻屑隔层，有利于页岩气田水基钻屑的消解与资源化利用、抑制盐分含量高的地下水向上运移、延长隔层寿命、促进盐分淋洗，有效阻断盐渍土的盐分积累，降低土壤根层盐分含量，改善土壤理化性质，在消解页岩气田水基钻屑的同时以较低成本实现盐渍土壤的改良复绿。

Description

一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法及其 应用
技术领域
本发明属于盐渍土壤绿化技术领域，具体涉及一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法及其应用。
背景技术
盐渍土具有盐分含量多、pH偏高、结构较差、养分贫瘠等特征，其生境恶劣，植被稀少、成活率低、生长差，生态系统脆弱，是生态建设中最为困难的地段。
多年来社会对于盐渍土壤的改良与利用一直十分重视，目前以构建景观植被为目标的盐渍土壤改良方法或技术体系多为采用人工换土、铺设隔离层或地下管网等，这些工程措施在重度盐渍区的景观植被构建成本高达250-300元/m2，所以低成本、高适用性的盐渍土壤改良技术日渐成为国内外的研究热点。
而页岩气田水基钻屑是页岩气钻井过程产生的一种固体废物，其主要由混合地层岩屑与水基钻井废液组成，相较一般土壤质地细腻、保水性差，且碱性强、盐分高，同时由于钻井废液的混入，往往含有重金属等污染物。目前针对页岩气田水基钻屑处理主要采用固化填埋的方式，而这一处理方法需要侵占大量土地面积，且废弃的页岩气田水基钻屑无法得到有效利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法，利用页岩气田水基钻屑的特性，根据盐渍土壤的形成因素，在不使用客土的情况下，基于经济性与操作的可行性，提出了一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法。
本发明另一目的在于提供一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法的应用，用于复绿盐渍土壤。
本发明具体技术方案如下：
一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法，包括以下步骤：
1)开挖土方，在盐渍土壤下设置水基钻屑隔层和秸秆隔层的复合隔层；
2)将土壤填平后，施加腐殖酸和脱硫石膏，施撒均匀，深翻土壤；
3)栽植耐盐植物；
4)喷洒含壳聚糖的蒸发抑制剂。
步骤1)中，所述水基钻屑隔层和秸秆隔层的复合隔层为水基钻屑隔层与秸秆隔层两层，水基钻屑隔层材料为经过淡水淋洗后的水基钻屑，秸秆隔层材料为水稻秸秆；所述复合隔层埋深在盐渍土壤下50-80cm，复合隔层总厚度在20-30cm，其中水基钻屑隔层位于秸秆隔层下方，厚度在5-20cm，隔层密度1200-1500kg/m3；所述秸秆隔层厚度在10-20cm，隔层密度120-180kg/m3。
水基钻屑隔层材料为经过淡水淋洗后的水基钻屑，具体淋洗方法：将水基钻屑填入淋洗池，填埋厚度为30-40cm，随后加入淡水使其含水量饱和，在表面均匀撒施分子量为300-800万的阴离子型聚丙烯酰胺5-20g/m2，随后继续加淡水至土表以上水深5-10cm，静置48-72小时后开始从水基钻屑底部排水，待无水流出后依据深度，每间隔5cm取一份样品分析盐分含量，如盐分含量已降至2g/kg以下则不再淋洗，如盐分含量大于2g/kg，则继续进行上述淋洗流程，直至水基钻屑盐分含量降至2g/kg以下。
进一步，步骤1)中，所述水基钻屑淋洗前，其pH为7.5-10.0，盐分含量＜20.0g/kg，铜含量＜40.0mg/kg，锌含量＜150.0mg/kg，镍含量＜40.0mg/kg，汞含量＜1mg/kg，砷含量＜20.0mg/kg，铅含量＜20.0mg/kg，镉含量＜0.4mg/kg，铬含量＜40.0mg/kg，矿物油含量＜3000.0mg/kg，苯并(a)芘＜0.2mg/kg。
所述水基钻屑为页岩气田水基钻屑，粒径为0.5-5mm。
秸秆隔层材料为水稻秸秆，不仅解决农业废弃物水稻秸秆的利用；而且水稻秸秆无需粉碎，直接使用水稻秸秆成本低，绿色环保。
步骤2)中深翻土壤两次，每次翻土深度为10-20cm，使腐殖酸、脱硫石膏与土壤混合均匀。
步骤2)中，所施加的腐殖酸根据不同的土壤性状与栽植的植物品种，施用量为4.0-8.0t/hm2。
步骤2)中，所施加的脱硫石膏根据不同的土壤性状与栽植的植物品种，施用量为3.0-6.0t/hm2。
步骤1)所解决的问题是植物根层土壤已存在不良因素，如pH高、含盐量大，而步骤2)则解决的是来自地下水补给造成的盐渍化危害的问题，其有利用长期保持耕层土壤的良好理化性质。两个措施同时施用才能保障土壤上的植物正常生长。
步骤3)中所述栽植的耐盐植物根据不同的植被类型要求可选择景天、费菜、木槿或柽柳。
步骤4)中所述含壳聚糖的蒸发抑制剂的制备方法为：将阳离子型壳聚糖粉末溶解于1wt％醋酸溶液，阳离子型壳聚糖浓度为5-10g/L。
所述阳离子型壳聚糖粉末分子量为15-40万。
步骤4)中，根据不同地区水分蒸发强度情况，每公顷土壤表面每1-2个月喷洒含30-60kg壳聚糖的蒸发抑制剂。
采用本发明的方法用于盐渍土壤改良复绿，有益效果如下：
1)有利于页岩气田水基钻屑的消解与资源化利用：经过淋洗后的页岩气田水基钻屑，各项指标能够符合CJ/T 340-2016《绿化种植土壤》中的I级标准(适用于水源涵养林等属于自然保育的绿(林)地)，深埋土壤作为隔层使用无环境风险。
2)抑制盐分含量高的地下水向上运移：盐分的运动是伴随着水分运移产生的，通过设置隔层，人为的在土壤中形成层状结构，通过破坏原有土壤孔隙结构，在分层界面处产生毛管障碍，进而阻断盐分上升的主要通路。两层不同材料制成的隔层，相较单一使用秸秆隔层，增加了分层界面，同时颗粒较细的水基钻屑隔层对毛管水的阻滞作用也更为明显。本发明埋深在50-80cm的水基钻屑层与秸秆层的复合隔层则能够有效破坏土壤原有孔隙结构，使有效阻断盐分含量高的地下水通过毛细作用向地表运移，进而减少植物根层土壤的盐分积累。
3)延长隔层寿命：水基钻屑层与秸秆层的复合隔层相对传统秸秆隔层使用寿命更长，埋入土壤中的秸秆会逐渐腐解，在秸秆隔层腐解后水基钻屑隔层仍能继续发挥一定作用，减少高含盐量地下水的向上运移。
4)促进盐分淋洗：水基钻屑隔层保水性能弱，导水性能优于一般土壤，水基钻屑层与秸秆层复合隔层相较于普通秸秆隔层，更有利于重力水的渗透，其脱盐系数大，所需冲洗定额小，能够进一步促进土壤中的盐分向下淋洗，同时土壤表面喷洒的蒸发抑制剂能够延缓水分的下渗过程，使水分下渗过程中溶解更多的盐，进而提高盐分的淋洗效率。
5)减少水分蒸发：喷施在土壤表面的蒸发抑制剂能够提高土壤的保水性能，减少水分蒸发，降低土表盐分集聚。
6)改善土壤结构：喷施在土壤表面的蒸发抑制剂，能够改善土壤物理性质，增加土壤孔隙度，促进土壤团聚体的形成。
7)降低土壤碱性：施加腐殖酸、脱硫石膏能够有效调节土壤pH，减少碱性土壤对植物的危害，提高植物存活率。
与现有技术相比，本发明能够有效阻断盐渍土的盐分积累，降低土壤根层盐分含量，改善土壤理化性质，在消解页岩气田水基钻屑的同时以较低成本实现盐渍土壤的改良复绿。
附图说明
图1为本发明方法示意图；
图2为木槿的存活率对比；
图3为木槿的株高增量；
图4为木槿的胸径增量；
图5为0-20cm深的土壤含盐量平均值。
具体实施方式
实施例1
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法，包括以下步骤：
1)准备页岩气田水基钻屑，其pH为8.50，盐分含量为5.1g/kg，铜含量为25.0mg/kg，锌含量为101.0mg/kg，镍含量为37.3mg/kg，汞含量为0.086mg/kg，砷含量为6.15mg/kg，铅含量为9.75mg/kg，镉含量为0.086mg/kg，铬含量为37.8mg/kg，矿物油含量为1523.0mg/kg，苯并(a)芘为0.09mg/kg。
将上述页岩气田水基钻屑进行淋洗，具体淋洗方法：将页岩气田水基钻屑填入淋洗池，填埋厚度为35cm，随后加入淡水使其含水量饱和，在表面均匀撒施分子量为800万的阴离子型聚丙烯酰胺10g/m2，随后继续加淡水至土表以上水深5cm，静置48小时后开始从水基钻屑底部排水，待无水流出后依据深度，每间隔5cm取一份样品分析盐分含量，如盐分含量已降至2g/kg以下则不再淋洗，如盐分含量大于2g/kg，则继续进行上述淋洗流程，直至水基钻屑盐分含量降至2g/kg以下。经过淋洗后的页岩气田水基钻屑，各项指标能够符合CJ/T340-2016《绿化种植土壤》中的I级标准(适用于水源涵养林等属于自然保育的绿(林)地)。
试验区0-20cm根层土壤pH 8.56，EC 1378.4μS/cm，全盐含量4.81g/kg，开挖土方至距离土壤表面向下80cm，在此深度处埋设上述处理后的页岩气田水基钻屑，得到10cm厚的页岩气田水基钻屑层，再在页岩气田水基钻屑隔层上设置10cm厚的水稻秸秆层，其中页岩气田水基钻屑隔层的密度为1275kg/m3，秸秆隔层的密度为150kg/m3；
2)将原开挖的土壤填平，在土表均匀施撒腐殖酸和脱硫石膏，腐殖酸用量4t/hm2、脱硫石膏用量6t/hm2，施撒均匀后深翻土壤两次，每次翻土深度为10-20cm；
3)种植2a生滨海木槿，种植密度为50×50cm，平均株高为190cm，胸径2cm；
4)用分子量为30万的阳离子型壳聚糖粉末溶解于1wt％的醋酸溶液，配置成10g/L的蒸发抑制溶液，均匀喷洒于土壤表面，每公顷每2个月均匀喷洒含40kg壳聚糖的蒸发抑制剂溶液，经过一年时间，在经改良后的滨海盐渍土壤上种植的木槿存活率到达87％。
对比例1
在与上述实施例1试验区相同的面积、相同盐渍土壤栽植与实施例1相同数量、相同品种、相同大小的木槿，按照与实施例1相同的方法管理木槿。作为未进行改良的滨海盐渍土壤的对比。
对比例2
在与上述实施例1试验区相同的面积、相同盐渍土壤栽植与实施例1相同数量、相同品种、相同大小的木槿，仅在木槿种植完后，在土壤表面喷洒作0.2g/L聚丙烯酰胺溶液，该溶液由分子量800万的阴离子型聚丙烯酰胺制备而成，每公顷每2个月均匀喷洒含20kg聚丙烯酰胺的溶液，按照与实施例1相同的方法管理木槿，作为其他改良措施进行对比。
一年后，统计木槿存活率、株高、胸径、0-20cm深的土壤盐分平均含量，其中土壤盐分含量采用质量法测定(1:5土水比浸提)；株高、胸径通过在试验区随机选取10株木槿进行测定，结果取平均值，结果如图2-图5。
实施例1的木槿存活率较未改良的滨海盐渍土壤提高了17％，较其他改良措施提高了4％；实施例1的木槿株高增量较未改良的滨海盐渍土壤提高了116.46％，较其他改良措施提高了69.05％；实施例1的木槿胸径增量较未改良的滨海盐渍土壤提高了257.14％，较其他改良措施提高了108.33％；同时0-20cm深的土壤盐分含量平均值，实施例1降低至0.52g/kg，达到了非盐渍化水平，适合植物生长。

Claims (10)

1.一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)开挖土方，在盐渍土壤下设置水基钻屑隔层和秸秆隔层的复合隔层；
2)将土壤填平后，施加腐殖酸和脱硫石膏，施撒均匀，深翻土壤；
3)栽植耐盐植物；
4)喷洒含壳聚糖的蒸发抑制剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合隔层埋深在盐渍土壤下50-80cm，复合隔层总厚度在20-30cm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水基钻屑隔层位于秸秆隔层下方，厚度在5-20cm，隔层密度1200-1500kg/m3。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述秸秆隔层厚度在10-20cm，隔层密度120-180kg/m3。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水基钻屑是经过淋洗的水基钻屑。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述水基钻屑的淋洗方法为：将水基钻屑填入淋洗池，填埋厚度为30-40cm，随后加入淡水使其含水量饱和，在表面均匀撒施分子量为300-800万的阴离子型聚丙烯酰胺5-20g/m2，随后继续加淡水至土表以上水深5-10cm，静置48-72小时后开始从水基钻屑底部排水，待无水流出后依据深度，每间隔5cm取一份样品分析盐分含量，如盐分含量已降至2g/kg以下则不再淋洗，如盐分含量大于2g/kg，则继续进行上述淋洗流程，直至水基钻屑盐分含量降至2g/kg以下。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述水基钻屑淋洗前，其pH为7.5-10.0，盐分含量＜20.0g/kg，铜含量＜40.0mg/kg，锌含量＜150.0mg/kg，镍含量＜40.0mg/kg，汞含量＜1mg/kg，砷含量＜20.0mg/kg，铅含量＜20.0mg/kg，镉含量＜0.4mg/kg，铬含量＜40.0mg/kg，矿物油含量＜3000.0mg/kg，苯并(a)芘＜0.2mg/kg。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述含壳聚糖的蒸发抑制剂的制备方法为：将阳离子型壳聚糖粉末溶解于1wt％醋酸溶液，阳离子型壳聚糖浓度为5-10g/L。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤4)中，每公顷土壤表面每1-2个月喷洒含30-60kg壳聚糖的蒸发抑制剂。
10.一种权利要求1-9任一项所述利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法的应用，其特征在于，用于复绿盐渍土壤。
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