復(fù)墾基質(zhì)的理化性質(zhì)及其對地膚生長的影響

郝桂喜，郭文昌，王芙蓉

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

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復(fù)墾基質(zhì)的理化性質(zhì)及其對地膚生長的影響

郝桂喜1，郭文昌2，王芙蓉1

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

[目的]對采礦沉陷區(qū)缺乏土壤的資源進行充填復(fù)墾的情況下，尋求來源豐富、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)，進行地膚的基質(zhì)栽培試驗。[結(jié)果]在基質(zhì)中鎘含量超出二級標準值6～8倍的情況下，地膚中鎘含量均未超出飼料衛(wèi)生標準；經(jīng)過半年的植物吸收和淋溶后，基質(zhì)中鎘含量降至二級標準值的4～6倍；地膚適合在基質(zhì)中生長，株高、冠徑和生物量均達到了正常土壤中的水平，且營養(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；營養(yǎng)成分

近年來，社會經(jīng)濟的發(fā)展對各種礦藏的需求不斷擴大，而礦藏開采不僅嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，還造成農(nóng)民土地減少，不利于經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，因此亟需通過土地復(fù)墾來保障礦區(qū)土地數(shù)量和質(zhì)量，維護礦區(qū)生態(tài)安全。我國土地復(fù)墾起步于20世紀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]、適宜性評價[3]等方面，土地復(fù)墾率約為12%[4]，而國外土地復(fù)墾率達70%～80%[5]。我國土地資源相對貧乏，通過對采礦沉陷區(qū)充填復(fù)墾恢復(fù)生態(tài)，緩減人地矛盾，實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和土地資源有效利用勢在必行[6]。目前，通過充填覆土的方式進行沉陷地復(fù)墾，取得了一定效益，但土壤資源已成為稀缺的自然資源，運輸費用昂貴，土地復(fù)墾成本極高[7]。因此，尋求一種來源豐富、養(yǎng)分含量高、成本低廉的復(fù)墾基質(zhì)成為研究熱點。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，生長期葉子嫩綠、葉形纖細，入秋泛紅、觀賞效果極佳[8]。地膚具有較高的飼用價值，生長期長，莖葉質(zhì)地柔嫩，適口性好，營養(yǎng)價值高，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)來種植地膚(Kochiascoparia)[9]，對基質(zhì)的理化性質(zhì)和地膚的生長情況、品質(zhì)進行了研究，旨在為實現(xiàn)以廢治廢及提高采礦沉陷地復(fù)墾的經(jīng)濟效益提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1基質(zhì)選取與配比。供試粉煤灰取自山東省黃臺火力發(fā)電廠，糠醛渣取自山東省圣泉集團有限公司，污泥取自光大水務(wù)(濟南)有限公司，酒糟采自趵突泉啤酒廠。試驗采用粉煤灰與污泥(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、植物的生長習(xí)性和利用價值選取地膚進行種植試驗。

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試驗方法為模擬沉陷區(qū)面貌，該試驗在室外進行，將4種基質(zhì)原材料晾干，并過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)境二級標準值以內(nèi)，而鎘含量超出土壤環(huán)境二級標準值6～8倍。因此，試驗將對基質(zhì)中重金屬鎘含量進行跟蹤測定[10]。

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

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

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計地膚中重金屬鎘含量及各項營養(yǎng)指標數(shù)據(jù)運用Excel和SPSS 軟件進行分析處理。

2　結(jié)果與分析

2.1地膚生長狀況

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)中長勢差別顯著，基質(zhì)3中地膚長勢最好，其次為基質(zhì)2，基質(zhì)1長勢最差。其中，基質(zhì)1生長曲線與基質(zhì)2、3明顯不同。5～6月基質(zhì)1中地膚生長速度明顯慢于基質(zhì)2、3，6～8月長勢加快。從8月底開始，隨著植物進入生殖生長期，3種基質(zhì)中的地膚長勢減弱，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)中地膚株高生長趨勢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3種基質(zhì)中地膚的冠徑進行跟蹤測量，不同基質(zhì)中的長勢差別顯著，其中以基質(zhì)3中地膚長勢最好，其次為基質(zhì)2，基質(zhì)1長勢最差。冠徑的生長規(guī)律與株高一致，隨著株高生長的減弱，冠徑生長也隨之減弱。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)中地膚冠徑生長趨勢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)生標準，均在飼用安全范圍內(nèi)。由于基質(zhì)中鎘含量超標，因此對地膚中鎘含量進行了跟蹤測量。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的國家飼料衛(wèi)生標準，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營養(yǎng)成分含量。由表5可知，各種營養(yǎng)成分與對照相比差別細微，不影響其作為干飼料的營養(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，也是研究復(fù)墾效果的重要指標。由表6可知，經(jīng)過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，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水平，無需追肥；有機質(zhì)含量呈增加趨勢，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，說明該復(fù)墾基質(zhì)更適宜地膚生長。

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，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)境二級標準值(0.30 mg/kg)的3～5倍。基質(zhì)中鎘含量減少的原因主要有2個：一是植物吸收；二是灌水和降水淋溶。

表5　3種基質(zhì)中地膚的營養(yǎng)成分含量

注：對照為華北地區(qū)正常生長的地膚。

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

表6　不同時期3種基質(zhì)的理化性質(zhì)

圖4　不同時期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、有機質(zhì)等養(yǎng)分含量豐富，但鹽分含量偏高，經(jīng)過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18 000 kg/hm2，與正常土壤環(huán)境下的地膚產(chǎn)量相當。

(2)所測基質(zhì)中鋅、鎳、汞等7種重金屬含量均在土壤環(huán)境二級標準值以內(nèi)，只有鎘含量超標。在鎘含量超出土壤二級標準值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)生標準。經(jīng)過半年的地膚生長和淋洗后，基質(zhì)中鎘含量降至二級標準值的4～6倍?？梢?，地膚的種植不僅可為畜禽提供飼料，而且對基質(zhì)中鎘的去除起到積極作用。

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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)量保護與肥料推廣研究。

2016-05-25

S 553

A

0517-6611(2016)19-137-04