關(guān) 冰周曉瑩呂林有于國慶趙 艷李杰穎

(1.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000； 2. 撫順礦業(yè)集團(tuán)工程技術(shù)研究中心，遼寧 撫順113008)

我國油頁巖資源豐富，采礦剝離和油頁巖煉油所排放的大量低品位油母頁巖貧礦、尾礦及灰渣沒有被利用，而是堆積成矸石山。 這些固體廢棄物不僅占用大量土地，也制約著油頁巖工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。 另一方面，我國沙質(zhì)土壤分布面積較廣，沙質(zhì)土壤具有結(jié)構(gòu)性差、保水蓄水力弱、抗旱力差、養(yǎng)分含量少、保肥力差、土溫變化快等特性，不利于農(nóng)作物的生長，大多數(shù)沙質(zhì)土壤屬于肥料較差的土壤[2]。 可見，改良沙質(zhì)土壤，提高沙質(zhì)土壤肥力，是提升沙質(zhì)土壤生產(chǎn)力的重要舉措之一[3]。 本研究以同時(shí)解決這兩方面問題為設(shè)計(jì)思路，以低品位油頁巖為土壤改良材料，以高肥效飼草作物燕麥為載體，通過油頁巖不同量添加控制試驗(yàn)，以及燕麥苗期(養(yǎng)分敏感期)生長狀況的調(diào)查，研究油頁巖肥效作用的植物轉(zhuǎn)化效果，一方面為風(fēng)沙地改良利用以及有機(jī)肥料技術(shù)開發(fā)探索新途徑，一方面為油頁巖廢棄物的綜合利用增加新措施。

1 材料

1. 1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)地點(diǎn)為遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺(tái)實(shí)驗(yàn)站，該區(qū)主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是干旱多風(fēng)，降雨量少且70%集中于夏季，年均溫5. 1 ～6. 1 ℃，年平均風(fēng)速3. 7 ～4.6 m/s，年均降水量499.7 ～512. 2 mm，無霜期154 d，土壤類型為風(fēng)沙土。

1. 2 試驗(yàn)材料

供試土壤為風(fēng)沙土，取自遼寧省風(fēng)沙地改良利用研究所章古臺(tái)試驗(yàn)基地，取樣深度為0 ～20 cm，風(fēng)干后過16目土壤篩備用。 油頁巖為頁巖油工業(yè)中篩選出來的低品位礦產(chǎn)資源，由撫順礦業(yè)集團(tuán)工程技術(shù)研究中心提供，粒徑為0 ～3 mm。

2 方法

2. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)于2018 年3 月進(jìn)行，采用盆栽法，每盆單位裝入風(fēng)沙土5 kg，添加油頁巖5 個(gè)水平：處理1 不施油頁巖(CK)；處理2：施入油頁巖75 g；處理3 施入油頁巖150 g；處理4 施入油頁巖300 g；處理5 施入油頁巖500 g，即重量比1/10，3 次重復(fù)，隨機(jī)排布，要求油頁巖按比例與土壤混勻后再裝入花盆。 供試燕麥品種為揚(yáng)州大學(xué)魏臻武教授提供的淮燕1 號(hào)(品系)，播種量為出苗后每盆間苗至20 株。 試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，室溫控制在20 ℃ 左右，每3 ～5 d澆1 次水，定期保持土壤含水量為田間持水量的60%(稱重法)。

2. 2 測(cè)定指標(biāo)及方法

2. 2. 1 土壤樣品

收獲時(shí)用環(huán)刀取樣，每個(gè)處理隨機(jī)取3 次重復(fù)，測(cè)定其含水量、pH 值、容重、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量，測(cè)定方法均為常規(guī)方法[4]，求其平均值。

2. 2. 2 燕麥樣品

出苗后45 d 取樣測(cè)定，20 株取平均值：

株苗高度：用直尺測(cè)量須根基部分生點(diǎn)至主莖葉尖處的長度；

根系長度：用直尺測(cè)量須根基部分生點(diǎn)至根系(拉直)頂端的長度；

須根數(shù)：從苗體莖基部直接分生出的須根總數(shù)；

基莖長度及莖粗：測(cè)量從須根基部分生點(diǎn)至第一莖節(jié)節(jié)間長度，同時(shí)在基部1 cm 處用游標(biāo)卡尺測(cè)量基莖莖粗；

莖節(jié)數(shù)：莖上著生葉的位置叫節(jié)，單株計(jì)數(shù)莖節(jié)個(gè)數(shù)；

生物量：20 株燕麥苗體根莖葉分離，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，稱重。

3 結(jié)果與分析

3. 1 油頁巖對(duì)風(fēng)沙土理化性質(zhì)的影響

由于低品位油頁巖含有大量的有機(jī)質(zhì)以及多種植物生長所必需的營養(yǎng)元素(表2)，具有一定的改良風(fēng)沙土的效果。 表現(xiàn)為，隨著油頁巖用量的增加土壤含水量逐漸增加，處理5 水平達(dá)最大值，較其他處理呈現(xiàn)出顯著差異；由于油頁巖本身具有較強(qiáng)的堿性，因此，油頁巖的施用對(duì)土壤pH 值的影響尤為顯著，油頁巖的施用顯著增加了土壤pH，并且呈現(xiàn)出直線上升趨勢(shì)，各處理間均表現(xiàn)出顯著差異；土壤容重隨著油頁巖施用量的增加表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。 施用油頁巖對(duì)土壤肥力性質(zhì)的改善也比較明顯，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量均表現(xiàn)出直線上升趨勢(shì)，說明低品位油頁巖能夠顯著提高風(fēng)沙土土壤供肥保肥能力。 這將有利于土壤動(dòng)物、微生物活動(dòng)，有利于土壤礦化，滿足作物對(duì)養(yǎng)分的需求。

3. 2 油頁巖對(duì)燕麥地上部分生長的影響

施用油頁巖對(duì)燕麥幼苗高度、基莖粗有明顯促進(jìn)作用(圖1，2)，當(dāng)油頁巖用量達(dá)到500 g 時(shí)，燕麥幼苗高度顯著高于對(duì)照(CK)，有提高幼苗生長速率的作用；基莖在油頁巖添加300 g 時(shí)最粗，隨后開始降低，說明油頁巖對(duì)風(fēng)沙土除了有明顯的氮肥效果外，對(duì)燕麥幼苗還有壯苗的作用。 從莖節(jié)數(shù)、基莖長度與油頁巖用量關(guān)系來看(圖3，4))，在油頁巖施入75 g、150 g 與300 g 時(shí)形成逆轉(zhuǎn)，對(duì)莖節(jié)數(shù)由原先抑制作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)作用，而基莖長則由促進(jìn)作用變成抑制作用，進(jìn)一步說明油頁巖具有良好的氮肥作用，能夠提升燕麥植株分蘗位點(diǎn)，延長主莖高度生長時(shí)間，從某種意義上講，能夠有效解決風(fēng)沙土燕麥種植過早進(jìn)入分蘗生長，低產(chǎn)問題。

3. 3 油頁巖對(duì)燕麥根系的影響

油頁巖施入能有效促進(jìn)燕麥幼苗根系生長，隨著油頁巖用量的增加燕麥根系長度呈直線上升趨勢(shì)，須根數(shù)表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，分析可能與油頁巖養(yǎng)分組成含量有關(guān)。 根據(jù)根系生長指標(biāo)的不同變化規(guī)律，可以看出，油頁巖不同施入用量改變了風(fēng)沙土養(yǎng)分比例結(jié)構(gòu)，能有效增加風(fēng)沙土土壤肥力。

3. 4 油頁巖對(duì)燕麥苗期生物量分配的影響

油頁巖的施用促進(jìn)了燕麥苗期地上、地下生物量的積累(表3)，燕麥根系、莖、葉生物量均隨著油頁巖用量的增加而增加，當(dāng)油頁巖用量達(dá)到最大時(shí)，地上、地下生物量均達(dá)到最大值，顯著高于對(duì)照(P＜0. 05)。 從根冠比和莖葉比兩項(xiàng)指標(biāo)可以看出，風(fēng)沙土增施油頁巖能夠促進(jìn)地上部分的生長，產(chǎn)生肥效作用。 而從兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)油頁巖不同施用量的響應(yīng)效果來看，高用量油頁巖將會(huì)造成燕麥幼苗抗逆性生長，分析認(rèn)為可能與油頁巖本身酸堿度(pH 值)有關(guān)。

表 1 供試材料的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of the test materials

表 2 風(fēng)沙土在不同油頁巖施入量條件下的理化性質(zhì)及其變化Table 2 Effect adding oil shale on physical and chemical properites of aeolian sandy soil

表 3 風(fēng)沙土油頁巖不同施入量對(duì)燕麥苗期生物量分配的影響Table 3 Effects of different application rates of aeolian sandy oil shale on biomass allocation of oat seedlings

4 結(jié)論與討論

油頁巖富含有機(jī)物，其中有機(jī)碳礦化是一個(gè)持續(xù)過程，可持續(xù)養(yǎng)分供給[6]，對(duì)氮磷鉀元素具有較強(qiáng)的吸附解吸能力[7]，可用于大量的肥料生產(chǎn)，也可作為土壤有機(jī)物料直接施用[8]。 施用油頁巖有利于改善風(fēng)沙土的理化性質(zhì)，促進(jìn)燕麥苗期的生長，具有保肥供肥保水的作用，可以作為風(fēng)沙土的改良劑。 這與前人在玉米、小麥、豆類及高粱等作物上的研究結(jié)論相一致[9～10]。

從本試驗(yàn)的結(jié)果來看，油頁巖的不同施用量對(duì)土壤理化性狀和燕麥苗期的生長狀況產(chǎn)生了很大影響，隨著油頁巖施用量的增加，土壤含水量及有機(jī)質(zhì)、有效氮磷鉀、陽離子交換量以及燕麥幼苗高度、莖粗、根系長度等呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但從根冠比和莖葉比這兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)油頁巖不同施用量的響應(yīng)效果來看，高用量油頁巖將會(huì)造成燕麥幼苗抗逆性生長，分析認(rèn)為可能與油頁巖本身酸堿度(pH 值)有關(guān)。 此外，需要說明的是要大范圍的應(yīng)用和推廣油頁巖改良風(fēng)沙土的技術(shù)，還必須在田間進(jìn)一步的實(shí)踐。