王長壘

摘要 [目的]研究粉煤灰復墾地最佳的復墾模式，以及土壤養(yǎng)分含量及其與土壤理化性質的響應關系。[方法]以淮南市上窯灰場土地復墾地為研究區(qū)域，選取同一地塊不同覆土水平的區(qū)域做對比研究，以土壤的容重、pH、含水率、有機質、總氮、有效磷和有效鉀以及不同覆土厚度下的小麥生物量為研究指標，研究粉煤灰場復墾土壤養(yǎng)分含量及其與理化性質的響應。[結果]粉煤灰復墾地，有效磷和含水率、總氮和pH、有機質和有效鉀具有良好的線性相關響應；當土壤覆土厚度小于38 cm時，粉煤灰可以對復墾地的營養(yǎng)狀況具有良好的改善，使小麥具有較高的產量，當覆土厚度大于70 cm時，不利于粉煤灰層對覆土層的改善，影響小麥產量。 [結論]該研究為復墾工作和農業(yè)種植提供指導和參考。

關鍵詞 粉煤灰；復墾土壤；理化性質；養(yǎng)分含量；復墾模式；覆土厚度

中圖分類號 S158 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.019

Abstract [Objective] The research aimed to study the best reclamation model in reclaimed field of fly ash disposal site and the response of soil nutrient content and its physicalchemical properties in fly ash disposal sites.[Method]One soil reclamation field in Shangyao fly ash disposal site from Huainan City was chose as research area， comparing areas in the same site which have different overburden soil thickness level， using soil bulk density， pH， water content， organic matter content， total nitrogen， available phosphorus and available potassium as research parameters and the influence of reclaimed soil thickness to the biomass of wheat， to study the response of reclaimed soil nutrient content and its physicalchemical properties in fly ash disposal site. [Result]The soil water content and its available phosphorus， the soil pH value and its total nitrogen， the soil organic matter content and its available potassium had good linear dependence； when the reclaimed soil thickness less than 38 cm， the fly ash can have good improvement for reclaimed soil nutrient condition and the wheat had better yield， when the reclaimed soil thickness more than 70 cm， it will against the improvement of fly ash， the wheat yield was decreased.[Conclusion] This study provides guidance and reference for reclamation work and agricultural planting.

Key words Fly ash；Reclaimed soil；Physicalchemical properties；Nutrient content；Reclamation model；Reclaimed soil thickness

我國能源結構中燃煤發(fā)電占有絕對的優(yōu)勢，粉煤灰的排放量仍將在較長時間內逐年增加。雖然粉煤灰用于建筑工程和基礎工程的比例不斷提高，但我國對粉煤灰的處置仍以消極堆放保存為主。堆放占用土地，加劇了我國耕地面積減少的趨勢。對粉煤灰處置地，尤其是舊粉煤堆放場的合理地復墾利用對緩解耕地緊張、保障國家糧食安全具有很大的意義。

目前，充填復墾工作在國內已得到廣泛的開展，已有研究表明好的復墾模式加上合理的培肥措施，粉煤灰復墾地的農作物產量能夠得到保證[1]。對復墾模式，尤其是粉煤灰復墾地覆土最佳厚度以及肥力因素的研究，不僅使復墾工作更加經(jīng)濟科學，而且對農業(yè)種植工作和提高農作物產量具有很大的幫助。

復墾會對土壤產生嚴重的擾動，使得復墾土壤物理、化學和生物特性發(fā)生巨大的變化，所以國外一直對復墾土壤給予極大的關注，大量的研究主要集中于討論復墾土壤的物理、化學、生物特性及其改良的試驗和研究上[2]。國內對復墾土地的研究起步比較晚，對粉煤灰復墾對土壤理化性質影響、最佳復墾模式和對農作物長勢、產量的影響方面有一定的研究[3-7]，筆者在此基礎上，重點研究粉煤灰復墾土壤養(yǎng)分含量及其與土壤理化性質的響應關系，為復墾的最佳模式、復墾工作和農業(yè)種植提供指導和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省淮南市，淮南市位于安徽省中部偏北地區(qū)，淮河中游以南，屬亞熱帶季風氣候，淮南市年平均氣溫為16.9 ℃，全年日照時數(shù)為2 181 h，年日照百分率為46%，年降水量可達1 065.5 mm，降雨主要集中在夏季，每年的6月底到7月中旬是淮南的梅雨季節(jié)，梅雨期略短，20 d左右。

試驗點位于安徽省淮南市兩大粉煤灰集中處置地之一的上窯灰場。上窯灰場位于淮南東部、淮河以南的上窯鎮(zhèn)，是洛河電廠、田家庵電廠粉煤灰集中處置地，共占地約3.1 km2，田家庵電廠已有60余年發(fā)電歷史[8]，其中洛河電廠裝機容量250萬kW，田家庵電廠裝機容量111.5萬kW。早期儲灰場已覆土復墾用作建筑用地和農業(yè)耕種。

研究點復墾歷史大于20年，主要以大豆和小麥輪作為主，粉煤灰充填厚度達數(shù)米，由于機械施工及原農田地形的影響，試驗地塊的復墾厚度不均勻，較厚處大于1 m，較薄處有30 cm左右。研究期間復墾地種植作物為冬小麥。

1.2 采樣點布置

在上窯復墾區(qū)域選取試驗地塊上窯L，人為地將土壤復墾厚度分為4個等級：Level A，0～40 cm；Level B，41～55 cm；Level C，56～70 cm；Level D，71～100 cm。通過預先的打孔探測，分別對不同的復土厚度范圍各篩選出3塊1 m×1 m的小地塊作為重復，共12個1 m×1 m的地塊，根據(jù)不同的覆土厚度水平，編號分別為A1、A2、A3；B1、B2、B3；C1、C2、C3；D1、D2、D3作為研究對比區(qū)域。研究區(qū)采樣點位置見圖1。

水分和養(yǎng)分是限制旱地作物生長發(fā)育的2個重要因子，但迄今對決定作物產量高低的首要因子是水分還是養(yǎng)分并無一致結論[9]。研究期間控制區(qū)域內的施肥量，使人為施肥量為零，選取同一地塊，減少了水分因子不同的影響。為減少隨機及人為因素的影響，主要以中層土為研究對象，分析土壤的容重、含水率、pH、有機質、總氮、有效磷、有效鉀以及復墾區(qū)域內農作物小麥的生物量。

1.3 采樣方法

對各個區(qū)域采樣點進行采樣，對于pH、有機質、總氮、有效鉀、有效磷和含水率用1 m土壤采樣器對各個樣點采取混合樣，每個樣點15～20次取樣，分別收集表層土（0～7 cm）、中層土和底層粉煤灰到塑料取樣袋中，帶回實驗室分析。對于容重則采取挖剖面，用100 cm3環(huán)刀分別對每個樣點的表層土、中層土和粉煤灰層各取3個重復樣，帶回實驗室測量。等待小麥成熟后，人工收獲小麥植株，帶回實驗室測得農作物生物量。

1.4 分析方法

烘干法測定土壤的含水量，環(huán)刀法測定土壤的容重，采用電位法測定土壤的pH，CAL-火焰分光光度法測定有效鉀含量，離子色譜儀測定有效磷含量，凱式定氮法測得土壤的全氮含量，高溫外熱重鉻酸鉀氧化法測定有機質含量[10-11]。

2 結果與分析

2.1 土壤肥力影響因素分析

一般來說，砂質土壤的容重為1.20～1.80 g/m3，黏質土壤的容重為1.00～1.50 g/m3，壤質土壤介于兩者之間。一般土壤耕作層容重在1.05～1.35 g/m3，底土和緊實的耕作層容重在1.35～1.55 g/m3；北方農民把土壤的含水量稱為土壤墑情，根據(jù)經(jīng)驗，土壤墑情可分為不同的類型，土壤含水量為8%～20%即田間持水量的30%～70%時，適合耕作[12]。

從表1可以看出，對于復墾時間比較長的粉煤灰復墾地，粉煤灰復墾土壤具有以下特點：復墾土壤比正常土壤耕作層容重高，含水量整體上大于一般耕作層的含水量，土壤堿性偏大，土壤的有機質含量接近于農業(yè)土壤的有機質含量。

2.2 數(shù)據(jù)標準化與線性響應分析

為了消除量綱影響以及變量自身變異大小和數(shù)值大小的影響，對中層土壤的肥力因子總氮、有效磷、有效鉀及土壤的理化特性進行數(shù)據(jù)標準化處理，結果見表2。

采用離散曲線的線性分析，結果見圖2。

從圖2可以看出，有效磷和復墾土壤的含水率具有良好的線性相關響應，隨著復墾土層含水率的升高呈下降趨勢；總氮和復墾土壤的pH具有良好的線性相關響應，隨著復墾地堿性的增大呈減小趨勢；有機質和有效鉀具有較好的線性相關響應，隨著有機質的增加，有效鉀減少。

2.3 土壤養(yǎng)分與覆土厚度的響應

從圖3可以看出，肥力狀況并沒有隨著覆土厚度的增加呈現(xiàn)遞增趨勢，相反，覆土厚度為D水平的土壤，有效鉀含量低于各個厚度水平，有效磷在覆土厚度A水平下高于B、C和D覆土水平，基本上隨著覆土厚度的增加呈遞減趨勢?？偟陀袡C質在不同的覆土厚度下的變化不大。

2.4 復墾土壤地農作物生物量

從圖4可以看出，D水平的覆土厚度下的生物量低于其他的覆土水平，整體趨勢響應了不同覆土厚度下營養(yǎng)元素尤其是有效磷和有效鉀的變化趨勢。A覆土厚度水平下出現(xiàn)生物量最大區(qū)域。

3 結論

（1）粉煤灰復墾地的土壤理化性狀相比較于農業(yè)土壤較差，復墾土壤在經(jīng)較長時間的改良后，容重仍偏大，堿性偏強，由于粉煤灰具有良好的蓄水性，使得復墾土層的含水量高于一般耕作土層，并且粉煤灰的鉀可以增加土壤的有效鉀含量，并被農作物所利用。

（2）粉煤灰層可以影響覆土層土壤的理化性質和營養(yǎng)元素的含量，起到積極的改善作用，進而影響農作物的產量。

（3）在粉煤灰復墾地，土壤的營養(yǎng)元素和土壤的理化性質具有較顯著的響應關系，其中，有效磷和復墾土壤的含水率具有良好的線性相關響應，隨著復墾土層含水率的升高呈下降趨勢，總氮和復墾土壤的pH具有良好的線性相關響應，隨著復墾地堿性的增大呈減小趨勢，有機質和有效鉀具有較好的線性相關響應，隨著有機質的增加，有效鉀減少。

（4）覆土厚度對農作物的產量具有較大的影響，在此次試驗下，覆土厚度在小于38 cm即可得到較好的復墾效果；大于70 cm，不利于粉煤灰層對土壤中營養(yǎng)元素的含量和其他理化性質的改善，進而影響農作物的產量。

參考文獻

[1] 丁青坡，王秋兵，魏忠義，等.撫順礦區(qū)不同復墾年限土壤的養(yǎng)分及有機碳特性研究[J].土壤通報，2007，38（2）：262-267.

[2] 王煜琴，李新舉，胡振琪，等.煤礦區(qū)復墾土壤壓實時空變異特征[J].農業(yè)工程學報，2009，25（5）：223-227.

[3] 沈玉芳，李世清，邵明安.水肥空間組合對冬小麥光合特性及產量的影響[J].應用生態(tài)學報，2007，18（10）： 2256-2262.

[4] 劉莉，楊盡，蘇小麗.粉煤灰在土壤改良中的機理研究[J].安徽農業(yè)科學，2010，38（31）：17512-17513，17525.

[5] 張乃明，武雪萍，谷曉濱，等.礦區(qū)復墾土壤養(yǎng)分變化趨勢研究[J].土壤通報，2003，34（1）：58-60.

[6] 徐金芳，楊洋，常智慧，等.粉煤灰農業(yè)利用的研究進展[J].湖北農業(yè)科學，2011，50（23）：4771-4774.

[7] 陳孝楊，嚴家平，RDIGER ANLAUF.粉煤灰和砂壤土混合后水力學特征參數(shù)的試驗研究[J].煤炭工程，2012（9）：101-103.

[8] 崔龍鵬，劉培陶，白建峰，等.淮南粉煤灰處置場周圍土壤中若干金屬污染調查[J].土壤通報，2008，39（3）：660-664.

[9] 劉會平，嚴家平，樊雯.不同覆土厚度的煤矸石充填復墾區(qū)土壤生產力評價[J].能源環(huán)境保護，2010，24（1）：52-56.

[10] 魯如坤.土壤農業(yè)化學分析方法[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，1999.

[11] 姚賢良，程云生.土壤物理學[M].北京：農業(yè)出版社，1986.

[12] 胡振琪，戚家忠，司繼濤.粉煤灰充填復墾土壤理化性狀研究[J].煤炭學報，2002，27（6）：639-643.