粉煤灰用于排土場(chǎng)農(nóng)業(yè)復(fù)墾的試驗(yàn)研究

劉山林

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，屬于黃土高原地區(qū)，地表黃土厚度在50～80 m之間，最厚達(dá)150～180 m，黃土主要為風(fēng)成黃土，粉粒占黃土總重量的50%，結(jié)構(gòu)疏松、富含碳酸鹽、孔隙度大、透水性強(qiáng)、遇水易崩解、抗沖抗蝕性弱。氣候?qū)僦袦貛Ц珊禋夂颍昃鶜鉁?.3℃，年均降水量401.4 mm，降水多集中在6～9月，年均蒸發(fā)量2130.7 mm，日照2874.9小時(shí)，大于等于10℃的有效積溫為3050℃，無(wú)霜期150天左右。氣候特點(diǎn)是日照充足，有效積溫高，水熱同期。

試驗(yàn)地所在的排土場(chǎng)，原為一自然侵蝕深溝，溝內(nèi)填充露天煤礦開(kāi)采產(chǎn)生的排棄物，由表層至幾十米不同層次的黃土組成，土壤未經(jīng)熟化過(guò)程，土壤養(yǎng)分缺乏，結(jié)構(gòu)性差，而且地面經(jīng)重型排土機(jī)械碾壓，地表土壤硬實(shí)，通透性差。張書(shū)禮等研究認(rèn)為，黑岱溝露天煤礦開(kāi)采剝離土與原生地表土土壤營(yíng)養(yǎng)狀況相近，在自然狀態(tài)下植物生長(zhǎng)的限制條件是土壤肥力，適宜在排土場(chǎng)種植的農(nóng)作物品種有谷子、糜子、黍子、馬鈴薯等［1］。

2 材料與方法

2.1 材料

田間試驗(yàn)在排土到位1年后還未進(jìn)行過(guò)人工植被恢復(fù)的地塊進(jìn)行，土壤基本情況見(jiàn)表1。試驗(yàn)區(qū)選擇地勢(shì)平坦，陽(yáng)光充足，植物生殖生長(zhǎng)狀況基本一致的地段，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)均為長(zhǎng)方形，面積10 m×20 m，長(zhǎng)邊東西方向。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤性質(zhì)

粉煤灰取自黑岱溝露天煤礦坑口電廠(chǎng)(該電廠(chǎng)采用水力除灰)貯灰場(chǎng)。該電廠(chǎng)粉煤灰為銀灰色和灰色粉狀物質(zhì)，顆粒密度為0.7～3.2g/cm3，粒徑范圍 0.5 ～230μm，細(xì)度 10 ～17%(45μm篩的篩余量)，孔隙率約60～70%，比表面積2800～3300cm2/g。主要由硅、鋁和不定量的碳、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、硫等組成，另外還含有少量的鎵、銦、鈧、鈮、鎘、鉛、汞等元素，粉煤灰主要成分見(jiàn)表2。

表2 黑岱溝露天礦坑口電廠(chǎng)粉煤灰主要成分分析表(%)

試驗(yàn)區(qū)施加的有機(jī)肥料是充分腐熟的農(nóng)家肥，無(wú)機(jī)肥料是碳酸氫胺和磷酸二氫胺。

種植農(nóng)作物選擇了當(dāng)?shù)啬秃怠⒛婉け〉拇筇镛r(nóng)作物谷子。

2.2 方法

對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的土壤做了6種處理，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的肥料和粉煤灰的用量均不同。1#試驗(yàn)小區(qū)不施加肥料和粉煤灰，作為對(duì)照區(qū)，2#試驗(yàn)小區(qū)和3#試驗(yàn)小區(qū)為單一施加粉煤灰區(qū)，4#試驗(yàn)小區(qū)為單一施加肥料區(qū);5#試驗(yàn)小區(qū)和6#驗(yàn)小區(qū)為肥料和粉煤灰混合施加區(qū)小區(qū)，6種土壤處理粉煤灰及肥料用量見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰及肥料用量(g/m2)

粉煤灰和肥料施加方法是，播種前將需要施加的粉煤灰、肥料混勻后，均勻地撒在地表，隨即耕翻入土，耕翻深度18～20cm，做到粉煤灰或肥料與全耕層土壤均勻混合，以利于作物不同根系層對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。

播種方法是參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)田耕種的犁開(kāi)溝，木耬條播的方法。

谷子生長(zhǎng)過(guò)程的撫育是，當(dāng)苗高3cm時(shí)開(kāi)始間苗，幼苗高5～6cm時(shí)按株行距13×30cm進(jìn)行定苗，生長(zhǎng)期間不再追肥、灌水。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

谷子進(jìn)入成熟期的第10d，在田間實(shí)測(cè)株高。測(cè)量方法是每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇50株谷子，用米尺測(cè)量從谷子莖稈的基部到主穗頂部的長(zhǎng)度，然后取平均值。

谷子的顆粒比較小，測(cè)定種子千粒重時(shí)，隨機(jī)數(shù)出三個(gè)一千粒種子，分別稱(chēng)重，求其平均值。

為了考察谷子穗長(zhǎng)的分布情況，收割之前在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)里隨機(jī)抽取了50個(gè)谷穗作為樣本，量得它們的長(zhǎng)度，求其平均值。

收割后將谷穗脫粒、風(fēng)干，然后稱(chēng)重測(cè)得谷子的畝產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤改良情況

對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，土樣制備及各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定方法參照土壤農(nóng)化分析［2］。6種不同處理的土壤其理化特性變化情況見(jiàn)表4。

表4 土壤理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)區(qū)地表土壤為露天礦采場(chǎng)的回填土，土壤未經(jīng)熟化過(guò)程。施入粉煤灰、肥料后，土壤中標(biāo)明土壤養(yǎng)分的有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分含量增高;易于植物吸收，有力于植物生長(zhǎng)的速效養(yǎng)分含量增高;標(biāo)志土壤保持肥力高低的陽(yáng)離子代換量增高;標(biāo)明土壤硬度的碳酸鈣含量降低。說(shuō)明粉煤灰和肥料具有良好的土壤改良效果。從土壤測(cè)試結(jié)果還可以看出，單獨(dú)施粉煤灰與單施肥相比，粉煤灰提高土壤肥力效果優(yōu)于肥料，尤其是在降低土壤硬度和保持土壤肥力方面單獨(dú)用粉煤灰效果顯著，說(shuō)明粉煤灰在土壤改良作用中起了積極的作用［3］。

3.2 土壤不同處理方式對(duì)谷子生長(zhǎng)的影響

圖1表明，與對(duì)照小區(qū)相比，施加粉煤灰和肥料以后，谷子的植株高增加了7.50% ～32.55%，兩個(gè)施加粉煤灰量不同的小區(qū)株高相差2 cm，粉煤灰施加量的多少對(duì)株高影響不明顯，土壤中單獨(dú)施肥比單獨(dú)施加粉煤灰谷子株高增加量大，施肥再施加粉煤灰量較大的6#小區(qū)，谷子株高與對(duì)照小區(qū)相比增加了32.55%。

圖1 試驗(yàn)小區(qū)谷子株高對(duì)比

從圖2和圖3看，粉煤灰和肥料對(duì)谷穗長(zhǎng)度影響沒(méi)有規(guī)律，施加粉煤灰和肥料后，谷穗沒(méi)有對(duì)照小區(qū)的長(zhǎng)。粉煤灰和肥料對(duì)每穗顆粒數(shù)的影響規(guī)律明顯，單獨(dú)施加肥料小區(qū)每穗顆粒數(shù)的增加較施加粉煤灰區(qū)高，粉煤灰施加量越大，每穗顆粒數(shù)越多，同時(shí)施加粉煤灰和肥料的小區(qū)，谷子每穗顆粒數(shù)增加明顯，漲幅為108.88%。

圖2 試驗(yàn)小區(qū)谷子千粒重對(duì)比

圖3 試驗(yàn)小區(qū)谷穗長(zhǎng)度對(duì)比

圖4中，粉煤灰對(duì)谷子千粒重的影響較小，肥料可以增加谷子的千粒重，同時(shí)施加粉煤灰和肥料，粉煤灰用量大的小區(qū)千粒重指標(biāo)最高。

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰和肥料可以增加谷子的畝產(chǎn)量，與對(duì)照小區(qū)相比，施加粉煤灰和肥料以后，谷子畝產(chǎn)量的增幅12.65% ～78.41%，兩個(gè)施加粉煤灰量不同的小區(qū)畝產(chǎn)量分別增加了7.0 kg和11.6 kg，粉煤灰施加量越大，畝產(chǎn)量越高。土壤中單獨(dú)施肥畝產(chǎn)量增加了14.3 kg，高于單獨(dú)施加粉煤灰的小區(qū)，同時(shí)施加粉煤灰和肥料的小區(qū)畝產(chǎn)量分別增加了30.3 kg和43.4 kg，粉煤灰量越大，增產(chǎn)越明顯。

圖4 試驗(yàn)小區(qū)谷子每穗谷粒顆數(shù)對(duì)比

圖5 試驗(yàn)小區(qū)谷子畝產(chǎn)量對(duì)比

總之單獨(dú)使用粉煤灰的小區(qū)與對(duì)照小區(qū)相比，谷子長(zhǎng)勢(shì)好，畝產(chǎn)量高，且粉煤灰用量較大的小區(qū)，谷子生長(zhǎng)調(diào)查各項(xiàng)指標(biāo)較粉煤灰用量較小的小區(qū)高。單一施肥的小區(qū)的谷子生長(zhǎng)狀況、產(chǎn)量均優(yōu)于單一施加粉煤灰的小區(qū)。同時(shí)使用粉煤灰和肥料的小區(qū)，谷子生長(zhǎng)狀況、種子大小與飽滿(mǎn)程度、畝產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)顯著，且粉煤灰用量越大，效果越明顯，說(shuō)明粉煤灰對(duì)作物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用［4］。

3.3 土壤污染

粉煤灰應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會(huì)引起土壤重金屬污染早已為人關(guān)注［5－7］，因此對(duì)試驗(yàn)區(qū)的土壤進(jìn)行了重金屬元素含量測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)區(qū)土壤污染元素含量(mg/kg)

試驗(yàn)區(qū)的土壤中不含鎘，4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的土壤中砷含量均高于土壤背景值，鉛、氟、汞、鉻四種重金屬含量均低于土壤背景值。

土壤單獨(dú)施肥后與對(duì)照區(qū)相比鉛、砷、汞的含量分別降低了 33.4%、48.9%、99，9%，但是氟、鉻含量分別增加了47.3%、194.7%。土壤中同時(shí)施加肥料和粉煤灰后，鉛、氟、汞元素含量增加，且與粉煤灰的用量成正比;土壤中砷含量由于粉煤灰的使用增加，但其含量均低于對(duì)照區(qū);而土壤中的鉻含量由于粉煤灰的使用降低，但仍高于對(duì)照區(qū);說(shuō)明粉煤灰的使用有引起汞、鉻、氟重金屬污染的傾向，但試驗(yàn)小區(qū)土壤中重金屬元素(除砷外)含量均低于該地區(qū)土壤背景值，說(shuō)明試驗(yàn)區(qū)基本不存在土壤污染。但今后在粉煤灰的用量上要慎重，以免引起土壤污染，尤其是氟污染。

4 結(jié)語(yǔ)與建議

粉煤灰用于排土場(chǎng)，能夠提高和保持土壤肥力，減小土壤硬度，有利于土壤微生物活動(dòng)和養(yǎng)分分解，改善作物生長(zhǎng)狀況，增加作物產(chǎn)量。使用粉煤灰的同時(shí)土壤中施加肥料，更有利于土壤肥力的提高和作物增產(chǎn)。

粉煤灰改良土壤作用優(yōu)于其促進(jìn)作物生長(zhǎng)作用;粉煤灰的適量使用不會(huì)造成土壤重金屬污染。

粉煤灰單獨(dú)使用時(shí)的合理用量，粉煤灰施加后引起土壤污染的用量限度，粉煤灰與化肥、農(nóng)家肥混用的合理比例，粉煤灰改良土壤機(jī)理等方面有待于進(jìn)一步研究。

［1］ 張樹(shù)禮，等.黃土高原露天礦生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究［M］.內(nèi)蒙古人民出版社，1997.

［2］ 趙亮;唐澤軍;劉芳.粉煤灰改良沙質(zhì)土壤水分物理性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，(9):1951－1957.

［3］ 樊麗琴;楊建國(guó).工業(yè)廢棄物在鹽堿地改良中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，(1):21 －24.

［4］ 孫克剛.粉煤灰磁化復(fù)合肥對(duì)一些經(jīng)濟(jì)作物的增產(chǎn)效應(yīng)研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2000，(4):36 －40.

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