源于废弃物的技术新成土的质量控制及模型构建

The Technosols elaborated from environmental-friendly anthropogeomorphic solid waste has been formally recognized as a new soil group by the International Union of Soil Sciences (IUSS). This type of Technosols could be used not only as plant growth substrate but also to restore degraded and contaminated soils. However, our knowledge about this new type of artificial soil is limited to the apparent traits and its influence on certain properties of the receptor soil, while there is a lack of "tailor-made" theoretical basis based on the transformation principle of substances. Various organic and inorganic solid wasted are going to be selected to form distinct Technosols in this project. By measuring he change of the physical, chemical and biological properties before and after the synthesis process, the law of the transformation of materials could be clarified. The critical factors among the Technosols characteristics could be identified through principal component analysis (PCA). A mathematical model will be developed based on the correlation analysis between the parameters of the raw materials and the Technosols, which could provide guidance for the tailor-made formulation of Technosols and prediction of its characteristics. Soil fertility quality and environmental quality will be evaluated through botanical and microbilogical safety inspection. Through the implementation of the project it is expected to form the synthetic theory of Technosols and the technical approaches under the guidance of this theory, to achieve synthesis of specific Technosols with special features on demand and to make contributions to the reuse of solid waste and protection of ecological environment.

利用环境友好固体废弃物合成的"技术新成土"已被国际土壤学会正式接受为一个新的土类，其不仅可作为植物生长基质，还可用来修复退化或污染土壤。但作为一种新型人工土壤，目前对它的了解还局限在表观性状和使用后对受体土壤个别性质的影响上，缺乏基于物质转化原理的可实际指导合成的理论依据。本项目拟选用多种有机和无机固体废弃物，经不同组合处理后，通过测定其合成过程前后物理、化学和生物学性质的改变，明确该过程中物质转化规律；通过主成分分析，找出决定技术新成土性质的关键因子；在对原料和技术新成土的各类参数进行相关性分析的基础上建立数学模型，用于指导按需定制和预测技术新成土的特性；结合植物学和微生物学检验，对技术新成土的肥力质量和环境质量进行综合评价。通过本项目的实施，可望形成技术新成土的合成理论和在此理论指导下的技术途径，实现技术新成土的按需合成和赋予其特殊的土壤功能,为固废的资源化利用和生态环境保护作出贡献。

自然资源的开发利用促进了经济的繁荣，同时带来了诸多环境问题，其中固体废弃物的大量产生不仅意味着资源的日益耗竭，同时也对自然生态环境和人居环境产生了巨大的压力。废弃物不等于废物，而是放错地方的资源，但若得不到合理的处理处置将成为土壤、水体以及大气的污染源。许多固体废弃物都来源于岩石圈、土壤圈和生物圈，其成分和性质与土壤所具有的成分类似，将固体废弃物归还自然，让其中的物质回到应有的生物地球化学循环符合自然规律。.本项目通过开展由本地区主要固废合成技术新成土的探索性研究，建立固废的筛选方法和技术新成土的研究方法，明确了技术新成土生产过程中重要元素形态的转化规律，并确立关键指标用于指导后期的应用实践，从而为固体废弃物的资源化利用和退化土壤的生态修复开辟了新的途径。.本项目取得的主要结果如下：（1）通过反复尝试不同原料、多个水平的配比，最终确定了以污泥、牛粪、蚓粪、菌菇渣、脱硫石膏、钢渣和煤矸石等为原料的九个技术新成土配方；（2）技术新成土合成过程中有机碳含量显著下降，随着无机固废添加量的提高，有机碳降低的百分比也随之增加，且蚓粪中的有机质更容易被分解，而污泥中的有机质最难被分解；（3）技术新成土合成后能显著降低原有机固废中交换态重金属的含量，达到使Cu 、Zn、Cd 和Cr钝化的效果，从而降低其生物有效性和环境风险；（4）技术新成土的合成过程中有不同含量（20%~50%）水稳性团聚体的形成，其中污泥组大团聚体更多，而牛粪组和蚓粪组的微团聚体含量更高；（5）盆栽试验结果表明，污泥组植物出苗状况相对较好，而牛粪组最差，原因可能是牛粪的pH较高（8.17）不利于种子的萌发，而污泥pH较适宜（7.13）；此外牛粪中氨化作用强烈，但硝化作用受到抑制，又因pH较高，氨转化为氨气，对植物种子造成毒害，影响种子萌发；而污泥中硝化细菌活性较强，有机氮分解产生的铵态氮绝大部分都能顺利被转化为硝态氮，同时硝化作用还能降低pH。