Recycled construction and demolition waste as remineralizers: a sustainable use in the regeneration of degraded soils

每年，全球因建筑物的建造与拆除而产生的废弃物超过一百亿吨。仅在巴西，这些碎屑每年就高达约一亿吨，形成了一座由破碎的砖块、混凝土和砂浆组成的大型堆积物，其中大部分最终都进入了填埋场。虽然这种材料中的很大一部分会被粉碎并重新用于路基或新建筑，但另一种可能性已经出现：这些碎石是否可以用来治愈地球本身？这个想法基于一个简单的观察。许多土壤，特别是在热带地区，由于降雨和耕作而变得贫瘠，失去了植物生长所需的必需矿物质。为了解决这个问题，农民有时会添加“再矿化剂”——即能缓慢向土壤释放钙、钾和铁等营养素的粉末状岩石。这些材料充当了农作物的缓释食物来源，有助于恢复土壤的自然肥力，而无需承担合成肥料的高昂成本和环境足迹。研究人员提出的问题是，我们城市的破碎残骸是否也能起到同样的作用，将一个废物问题转化为农业的解决方案。

为了查明真相，来自圣保罗大学和卡塔劳联邦大学的一个科学家团队收集了来自巴西四个不同城市（阿拉夸拉、皮拉西卡巴、里贝朗黑特和卡塔劳）的回收建筑和拆除废料样本。他们并没有仅仅猜测废料堆中含有什么；他们使用一种称为中子活化分析的技术对材料进行了精确的化学检测。在这个过程中，样本被中子轰击，进入核研究反应堆，导致材料内的原子暂时具有放射性。通过测量原子在恢复稳定时发出的特定辐射能量，科学家们可以准确识别出存在哪些元素以及它们的含量。这种方法使他们能够检测出二十二种不同的化学元素，从常见的营养素到稀土金属，从而为每个地点的废料提供了完整的化学指纹。

结果显示，废料的成分远非统一。虽然所有样本都含有对植物生命至关重要的元素，如铁、钙和钾，但具体的混合比例因材料来源的不同而显著变化。例如，与其他三个城市的样本相比，卡塔劳市的样本在钙、钾以及几种稀土元素水平上明显更高。即使在同一个城市内，不同堆积物中的废料也表现出明显的差异。这种变异性表明，回收建筑废料的化学构成与当地的地质以及该地区使用的特定建筑类型和材料密切相关。研究人员发现，钙和铁是样本中最丰富的元素，在某些地点，钙的重量占比接近5%，铁的占比接近6%，而钾的水平在不同地点波动很大。

安全性是一个首要关注的问题，因为将废料应用于农田需要确保有毒物质不会污染食物供应。该研究检查了受巴西法律监管的重金属和其他有害元素，如砷和镉。分析表明，这些有毒元素的水平远低于法定限值，表明该材料在毒性方面是安全的。然而，研究也强调了一个广泛应用的重大障碍。要被正式归类为土壤再矿化剂，材料必须满足其提供的植物营养总量的特定最低阈值。虽然来自卡塔劳的废料符合这些要求，但其他三个城市的样本则未能达标，特别是在钙和钾氧化物的总含量方面。这意味着，虽然该材料是安全的，但它并不自动成为一种肥料；其有效性完全取决于其特定的化学配方。

研究人员得出结论，回收建筑废料作为再生退化土壤的工具具有真正的潜力，但它不能被视为一种单一、统一的产品。在四个城市中发现的化学多样性证明，一个地方的一批碎石可能是一种极佳的土壤改良剂，而仅仅几英里外的另一批碎石可能并不包含足够的营养素来发挥作用。这一发现强调了在将此类材料应用于农田之前进行仔细测试和筛选的必要性。研究建议，利用建筑废料服务于农业的未来并非一种通用的解决方案，而在于了解每份本地供应独特的化学特征。通过将合适的回收材料与合适的土壤相匹配，我们或许能够实现城市废物的闭环循环，同时治愈供养我们的土地。