郝桂喜，郭文昌，王芙蓉

(1.山東省濟(jì)南市土壤肥料站，山東濟(jì)南 250021；2.山東省商河縣農(nóng)業(yè)局，山東濟(jì)南 251600)

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復(fù)墾基質(zhì)的理化性質(zhì)及其對(duì)地膚生長(zhǎng)的影響

郝桂喜1，郭文昌2，王芙蓉1

(1.山東省濟(jì)南市土壤肥料站，山東濟(jì)南 250021；2.山東省商河縣農(nóng)業(yè)局，山東濟(jì)南 251600)

[目的]對(duì)采礦沉陷區(qū)缺乏土壤的資源進(jìn)行充填復(fù)墾的情況下，尋求來(lái)源豐富、養(yǎng)分含量高、成本低廉的復(fù)墾基質(zhì)與適種植物。[方法]將粉煤灰與污泥(基質(zhì)1)、粉煤灰與酒糟(基質(zhì)2)分別以5∶1的質(zhì)量比混合，粉煤灰與糠醛渣(基質(zhì)3)以9∶1 的質(zhì)量比混合制成基質(zhì)，進(jìn)行地膚的基質(zhì)栽培試驗(yàn)。[結(jié)果]在基質(zhì)中鎘含量超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值6～8倍的情況下，地膚中鎘含量均未超出飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)過(guò)半年的植物吸收和淋溶后，基質(zhì)中鎘含量降至二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的4～6倍；地膚適合在基質(zhì)中生長(zhǎng)，株高、冠徑和生物量均達(dá)到了正常土壤中的水平，且營(yíng)養(yǎng)成分含量豐富，可用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料，也可用于園林綠化。[結(jié)論]地膚適宜沉陷地的大面積復(fù)墾與推廣應(yīng)用，為改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境提供了新的途徑。

復(fù)墾基質(zhì)；重金屬鎘；地膚；營(yíng)養(yǎng)成分

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)各種礦藏的需求不斷擴(kuò)大，而礦藏開采不僅嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，還造成農(nóng)民土地減少，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此亟需通過(guò)土地復(fù)墾來(lái)保障礦區(qū)土地?cái)?shù)量和質(zhì)量，維護(hù)礦區(qū)生態(tài)安全。我國(guó)土地復(fù)墾起步于20世紀(jì)50年代，研究主要集中于土壤重構(gòu)[1]、生態(tài)環(huán)境修復(fù)[2]、適宜性評(píng)價(jià)[3]等方面，土地復(fù)墾率約為12%[4]，而國(guó)外土地復(fù)墾率達(dá)70%～80%[5]。我國(guó)土地資源相對(duì)貧乏，通過(guò)對(duì)采礦沉陷區(qū)充填復(fù)墾恢復(fù)生態(tài)，緩減人地矛盾，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和土地資源有效利用勢(shì)在必行[6]。目前，通過(guò)充填覆土的方式進(jìn)行沉陷地復(fù)墾，取得了一定效益，但土壤資源已成為稀缺的自然資源，運(yùn)輸費(fèi)用昂貴，土地復(fù)墾成本極高[7]。因此，尋求一種來(lái)源豐富、養(yǎng)分含量高、成本低廉的復(fù)墾基質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。地膚俗稱 “觀音掃 ”、“掃帚草”，為藜科地膚屬一年生草本植物，地膚耐鹽堿耐瘠薄，株高 50～100 cm，全草呈高球形，生長(zhǎng)期葉子嫩綠、葉形纖細(xì)，入秋泛紅、觀賞效果極佳[8]。地膚具有較高的飼用價(jià)值，生長(zhǎng)期長(zhǎng)，莖葉質(zhì)地柔嫩，適口性好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，為優(yōu)等飼用植物。粉煤灰、污泥、酒糟、糠醛渣屬于工業(yè)廢棄物，筆者將粉煤灰分別與其他三者混合組成粉煤灰與糠醛渣、粉煤灰與污泥、粉煤灰與酒糟3種基質(zhì)來(lái)種植地膚(Kochiascoparia)[9]，對(duì)基質(zhì)的理化性質(zhì)和地膚的生長(zhǎng)情況、品質(zhì)進(jìn)行了研究，旨在為實(shí)現(xiàn)以廢治廢及提高采礦沉陷地復(fù)墾的經(jīng)濟(jì)效益提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1基質(zhì)選取與配比。供試粉煤灰取自山東省黃臺(tái)火力發(fā)電廠，糠醛渣取自山東省圣泉集團(tuán)有限公司，污泥取自光大水務(wù)(濟(jì)南)有限公司，酒糟采自趵突泉啤酒廠。試驗(yàn)采用粉煤灰與污泥(基質(zhì)1)、粉煤灰與酒糟(基質(zhì)2)均以5∶1的質(zhì)量比混合，粉煤灰與糠醛渣(基質(zhì)3)以9∶1的質(zhì)量比混合制成3種基質(zhì)。其化學(xué)性質(zhì)見表1，重金屬本底值見表2。

1.1.2供試植物。根據(jù)基質(zhì)養(yǎng)分狀況、植物的生長(zhǎng)習(xí)性和利用價(jià)值選取地膚進(jìn)行種植試驗(yàn)。

表1　基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)

表2　基質(zhì)中重金屬本底值

1.2試驗(yàn)方法為模擬沉陷區(qū)面貌，該試驗(yàn)在室外進(jìn)行，將4種基質(zhì)原材料晾干，并過(guò)2 mm篩，然后將配好的3種基質(zhì)分別裝入直徑30.0 cm、高25.0 cm的塑料桶中，桶底設(shè)5個(gè)直徑為0.5 cm的孔圓，每桶盛基質(zhì)7.0 kg，將桶埋入地下，上口與地面持平，每種基質(zhì)設(shè)3次重復(fù)，共9桶。2014年3月10日各桶灌水6 L進(jìn)行洗鹽，2014年5月20日種植地膚幼苗，幼苗株高均在15.0 cm左右。種植前，測(cè)定3種基質(zhì)中重金屬含量，每桶施用復(fù)合肥2.00 g(290 g/hm2)做基肥。由表2可知，基質(zhì)中鋅、鎳、汞等7種重金屬含量均在土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，而鎘含量超出土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值6～8倍。因此，試驗(yàn)將對(duì)基質(zhì)中重金屬鎘含量進(jìn)行跟蹤測(cè)定[10]。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法于2014年9月20日測(cè)定地膚的株高、生物量，2014年7和9月測(cè)定地膚地上部分重金屬鉛、鎘、鉻、砷、汞的含量，9月測(cè)定主要營(yíng)養(yǎng)成分含量。從2014年5月20日地膚栽種時(shí)開始觀測(cè)，記錄其生長(zhǎng)狀況，每30 d用直尺分別測(cè)量1次株高和冠徑。生物量用稱重法測(cè)定；重金屬含量用干灰化法處理后，采用原子吸收分光光度計(jì)(AA370MC)測(cè)定；粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、灰分、鈣、磷等營(yíng)養(yǎng)含量采用常規(guī)方法測(cè)定[11]。

2014年3和9月測(cè)定3種基質(zhì)的理化性質(zhì)及鎘含量?；|(zhì)中速效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用浸提火焰光度法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，全鹽含量采用烘干殘?jiān)y(cè)定，重金屬含量經(jīng)消煮處理后采用原子吸收分光光度計(jì)(AA370MC)測(cè)定[12]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)地膚中重金屬鎘含量及各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel和SPSS 軟件進(jìn)行分析處理。

2　結(jié)果與分析

2.1地膚生長(zhǎng)狀況

2.1.1株高。從圖1可以看出，5月20日基質(zhì)1、2、3的地膚幼苗株高均為14 cm左右。結(jié)果表明，不同基質(zhì)中長(zhǎng)勢(shì)差別顯著，基質(zhì)3中地膚長(zhǎng)勢(shì)最好，其次為基質(zhì)2，基質(zhì)1長(zhǎng)勢(shì)最差。其中，基質(zhì)1生長(zhǎng)曲線與基質(zhì)2、3明顯不同。5～6月基質(zhì)1中地膚生長(zhǎng)速度明顯慢于基質(zhì)2、3，6～8月長(zhǎng)勢(shì)加快。從8月底開始，隨著植物進(jìn)入生殖生長(zhǎng)期，3種基質(zhì)中的地膚長(zhǎng)勢(shì)減弱，9月中旬開始泛黃，逐漸枯萎。9月20日基質(zhì)1、2、3分別為81.5、103.2和112.6 cm。

圖1　3種基質(zhì)中地膚株高生長(zhǎng)趨勢(shì)Fig.1　Growth trends of plant height of K. scoparia in the three matrices

2.1.2冠徑。從圖2可以看出，5月20日基質(zhì)1、2、3的地膚幼苗冠徑均為10 cm左右。對(duì)3種基質(zhì)中地膚的冠徑進(jìn)行跟蹤測(cè)量，不同基質(zhì)中的長(zhǎng)勢(shì)差別顯著，其中以基質(zhì)3中地膚長(zhǎng)勢(shì)最好，其次為基質(zhì)2，基質(zhì)1長(zhǎng)勢(shì)最差。冠徑的生長(zhǎng)規(guī)律與株高一致，隨著株高生長(zhǎng)的減弱，冠徑生長(zhǎng)也隨之減弱。9月20日基質(zhì)1、2、3分別為43.2、52.6和60.5 cm。

圖2　3種基質(zhì)中地膚冠徑生長(zhǎng)趨勢(shì)Fig.2　Growth trends of crown diameter of K.scoparia in the three matrices

2.1.3生物量。由表3可知，基質(zhì)3中地上部分和地下部分均為最大，地上部分干重為761.47 g/株，地下部分干重為95.64 g/株，總質(zhì)量為857.11 g/株；其次為基質(zhì)2，地上部分干重為715.14 g/株，地下部分干重89.63 g/株，總質(zhì)量為803.90 g/株；基質(zhì)1最少，地上部分干重為590.66 g/株，地下部分干重72.92 g/株，總質(zhì)量為657.81 g/株。

2.1.4重金屬含量。由表4可知，基質(zhì)1、2、3的地上部分和地下部分的鎘、鉛、鉻、砷、汞含量均低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，均在飼用安全范圍內(nèi)。由于基質(zhì)中鎘含量超標(biāo)，因此對(duì)地膚中鎘含量進(jìn)行了跟蹤測(cè)量。從圖3可以看出，3種基質(zhì)中地上部分和地下部分的鎘含量，9月均大于7月，且均以基質(zhì)3中最高，9月基質(zhì)3中地上部分Cd含量為0.126 mg/kg，地下部分為0.058 mg/kg，低于0.500 mg/kg的國(guó)家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可安全飼用。

表3　3種基質(zhì)中地膚生物量

表4　3種基質(zhì)中地膚不同部位重金屬含量

圖3　不同時(shí)期3種基質(zhì)中地膚不同部位鎘含量比較Fig.3　Comparison of cadmium content in various parts of K.scoparia in the three matrices during different periods

2.1.5營(yíng)養(yǎng)成分含量。由表5可知，各種營(yíng)養(yǎng)成分與對(duì)照相比差別細(xì)微，不影響其作為干飼料的營(yíng)養(yǎng)效果[13]。

2.2基質(zhì)理化性質(zhì)及重金屬含量

2.2.1理化性質(zhì)?；|(zhì)的理化性質(zhì)很大程度上決定著植物能否正常生長(zhǎng)，也是研究復(fù)墾效果的重要指標(biāo)。由表6可知，經(jīng)過(guò)半年的種植和淋洗后，3種基質(zhì)中的速效氮、速效磷、速效鉀含量均有降低趨勢(shì)，這與植物的吸收利用和淋洗有關(guān)，基質(zhì)中的速效氮、速效磷、速效鉀含量仍維持在滿足植物正常生長(zhǎng)水平，無(wú)需追肥；有機(jī)質(zhì)含量呈增加趨勢(shì)，這與基質(zhì)中酒糟、污泥、糠醛渣的分解有關(guān)；pH趨于中性，這與淋洗和植物根系代謝有關(guān)；在地膚種植一茬后，基質(zhì)容重降低，孔隙度、田間持水量均有所增加，說(shuō)明該復(fù)墾基質(zhì)更適宜地膚生長(zhǎng)。

2.2.2鎘含量。從圖4可以看出，3種基質(zhì)中鎘含量均呈降低趨勢(shì)，3種基質(zhì)中鎘含量由大到小依次為基質(zhì)2、基質(zhì)3、基質(zhì)1。2014年9月鎘含量分別為1.46、1.61、1.54 mg/kg，但仍高出土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值(0.30 mg/kg)的3～5倍?；|(zhì)中鎘含量減少的原因主要有2個(gè)：一是植物吸收；二是灌水和降水淋溶。

表5　3種基質(zhì)中地膚的營(yíng)養(yǎng)成分含量

注：對(duì)照為華北地區(qū)正常生長(zhǎng)的地膚。

Note：The contrast wasK.scopariagrowing normally in North China.

表6　不同時(shí)期3種基質(zhì)的理化性質(zhì)

圖4　不同時(shí)期3種基質(zhì)中鎘含量比較Fig.4　Comparison of cadmium content in the three matrices during different periods

3　結(jié)論

(1)3種基質(zhì)中氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量豐富，但鹽分含量偏高，經(jīng)過(guò)半年的種植和灌溉淋溶，鹽分含量低于5.0 g/kg。若按照株行距60×80 cm定苗，基質(zhì)1中地膚單茬產(chǎn)量約14 000 kg/hm2，基質(zhì)2中約17 000 kg/hm2，基質(zhì)3中產(chǎn)量高達(dá)18 000 kg/hm2，與正常土壤環(huán)境下的地膚產(chǎn)量相當(dāng)。

(2)所測(cè)基質(zhì)中鋅、鎳、汞等7種重金屬含量均在土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，只有鎘含量超標(biāo)。在鎘含量超出土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值6～8倍的情況下，地膚鮮樣和干樣中的鎘含量均未超出飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)半年的地膚生長(zhǎng)和淋洗后，基質(zhì)中鎘含量降至二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的4～6倍?？梢?，地膚的種植不僅可為畜禽提供飼料，而且對(duì)基質(zhì)中鎘的去除起到積極作用。

[1] 樊文化，李慧峰，白中科，等.黃土區(qū)大型露天煤礦煤矸石自燃對(duì)復(fù)墾土壤質(zhì)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(2)：319-324.

[2] 徐占軍，侯湖平，張紹良，等.采礦活動(dòng)和氣候變化對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損失的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(5)：232-240.

[3] 豆飛飛，李萍，朱嘉偉.永城市陳四樓煤礦土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29(17)：192-197.

[4] 劉西敏.采煤塌陷地復(fù)墾基質(zhì)中鎘的植物去除研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[5] 胡振琪，趙艷玲，程玲玲.中國(guó)土地復(fù)墾目標(biāo)與內(nèi)涵擴(kuò)展[J].中國(guó)土地科學(xué)，2004，18(3)：3-8.

[6] 索增山.煤礦采煤沉陷區(qū)充填復(fù)墾現(xiàn)狀及改進(jìn)措施[J].中國(guó)科技博覽，2015(39)：20.

[7] 王曉玲，馮永軍，李芬，等.沉陷廢棄地新型復(fù)墾基質(zhì)主要化學(xué)性質(zhì)研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19(3)：42-45.

[8] 劉西敏，馮永軍，鄭九華.采煤沉陷地新型復(fù)墾基質(zhì)中Cd 的植物去除效果研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27(1)：212-215.

[9] 趙洪，郭傳良，吳朝暉.海涂地膚規(guī)模高效栽培技術(shù)[J].華東森林經(jīng)理，2010，24(4)：24-26.

[10] 張展羽，郭相平.微咸水灌溉對(duì)苗期玉米生長(zhǎng)和生理性狀的影響[J].灌溉排水，2009，18(1)：18-22.

[11] 肖玫，趙仁靜.植物的礦物元素測(cè)定及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景[J].糧油食品科技，2006，16(1)：48-49.

[12] 樊瑞，馮永軍，郝桂喜，等.富鎘基質(zhì)中紫花苜蓿的生長(zhǎng)與利用研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2009，26(10)：67-72.

[13] 胡守林，王漢全，趙書珍.苜蓿營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析[J].草業(yè)科學(xué)，2005，22(4)：23-25.

The Physicochemical Properties of Reclaiming Matrices and Effects on Growth ofKochiascoparia

HAO Gui-xi1, GUO Wen-chang2, WANG Fu-rong1

(1. Ji’nan Soil Fertilizer Station, Ji’nan, Shandong 250021; 2. Shangehe Agricultural Bureau, Ji’nan, Shandong 251600)

[Objective] To find proper matrices with rich sources, high contents of nutrients, and low cost for plants under the shortage of soil resources in mining subsidence areas. [Method]Kochiascopariawas planted in three matrices composed of fly ash + sludge (matrix 1), fly ash +lee (matrix 2), and fly ash + furfural residue (matrix 3) respectively, and the growth and utilization ofK.scopariawere studied. [Result] When cadmium content in the matrices was 6-8 times higher than the secondary standard, cadmium content inK.scopariawas not higher than the feed hygiene standard. After cadmium in the matrices was absorbed by the plant and leached for six months, cadmium content in the matrices was 4-6 times higher than the secondary standard.K.scopariagrew normally in the matrices, and its plant height, crown diameter, and biomass were normal. Moreover, it was rich in nutrients and can be used for production of high-quality fodder and landscaping. [Conclusion]K.scopariacan be popularized and applied in the reclamation of large areas of subsidence land to provide a new way to improve ecological environment in mining areas.

Reclaiming matrices; Cd;Kochiascoparia; Nutrient

郝桂喜(1981- )，男，山西大同人，農(nóng)藝師，碩士，從事土壤質(zhì)量保護(hù)與肥料推廣研究。

2016-05-25

S 553

A

0517-6611(2016)19-137-04