凹凸棒土基復(fù)合材料提升礦區(qū)土壤保水保肥能力研究

摘要：長期的露天采礦導(dǎo)致礦區(qū)土壤常出現(xiàn)抗侵蝕能力降低、水土和氮磷流失等問題。以江蘇省盱眙縣黃泥山礦區(qū)土壤水肥保持特性為研究對象，制備凹凸棒土基復(fù)合材料，通過土柱淋溶試驗(yàn)確定最佳PAM（聚丙烯酰胺）添加量、NaOH浸漬濃度、ATP（凹凸棒土）與BC（生物炭）配比及施用量，并開展田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，在PAM添加量為0.1%，NaOH浸漬濃度為0.5 mol/L，ATP/BC用量比為1 ∶2，ATP、BC添加總量為40 g/kg時(shí)，該復(fù)合材料保肥性能最佳，與未施用保肥材料的空白組相比礦區(qū)土壤氮淋失減少了78.40%，磷淋失減少了59.52%；土壤保水性及有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較未施用分別提升了59.50%、673.88%、98.23%、92.77%、199.80%；田間試驗(yàn)結(jié)果表明，在上述最優(yōu)組合下，試驗(yàn)田土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較CK分別提升了613.25%、91.61%、78.40%、181.55%；高羊茅株高、根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加60.43%、77.49%、40.22%、31.82%，二月蘭株高、根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加88.17%、44.40%、114.24%、89.22%。因此本研究制備的凹凸棒土基復(fù)合材料對提升礦區(qū)土壤的保水保肥能力與促進(jìn)植株生長方面均具有良好效果。

關(guān)鍵詞：凹凸棒土；生物炭；聚丙烯酰胺；土壤改良；田間試驗(yàn)；保水保肥

中圖分類號：S156" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）23-0238-09

陳云亮，劉會(huì)東，許" 瑤，等. 凹凸棒土基復(fù)合材料提升礦區(qū)土壤保水保肥能力研究［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（23）：238-247.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.032

收稿日期：2023-12-20

基金項(xiàng)目：江蘇省教育廳高校自然科學(xué)基金（編號：22KJD610002）。

作者簡介：陳云亮（1998—），男，江蘇常州人，碩士研究生，主要從事礦區(qū)土壤改良研究。E-mail：1176167794@qq.com。

通信作者：董良飛，博士，教授，主要從事環(huán)境保護(hù)研究。E-mail：dlf@cczu.edu.cn。

江蘇省盱眙縣擁有豐富的凹凸棒土（attapulgite，ATP）資源，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。然而，長期進(jìn)行露天開采已導(dǎo)致礦山土地生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。受前期采礦的影響，礦區(qū)土壤質(zhì)地較為硬化，并且摻雜大量的玄武巖礦石，極易出現(xiàn)干旱缺水的情況。此外，這些土壤還缺乏植物生長所必需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，使得植被難以自然修復(fù)。因此，如何改善礦區(qū)土壤養(yǎng)分狀況并提升其保水保肥能力便成為礦山復(fù)綠的關(guān)鍵。

凹凸棒土是一種鈣鈦礦類的黏土礦物，具備很好的吸附能力與離子交換能力［1］。研究表明，凹凸棒土能作為緩釋肥料的載體，延緩養(yǎng)分的流失；生物炭是生物質(zhì)材料在高溫限氧下熱解的產(chǎn)物［2］，具備較大的比表面積且本身富含營養(yǎng)元素，能提升土壤肥力、固持養(yǎng)分［3］。聚丙烯酰胺（PAM）是一種人工合成的線性高分子聚合物，作為土壤改良劑使用時(shí)能防止土壤板結(jié)、抑制水分蒸發(fā)［4］。與此同時(shí)，PAM能將細(xì)小的土壤顆粒結(jié)合在一起，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，減少土壤中氮素、磷素的淋失。

目前，現(xiàn)有文獻(xiàn)從水分保持、養(yǎng)分淋失、土壤結(jié)構(gòu)改良的角度研究了凹凸棒土、生物炭、聚丙烯酰胺單獨(dú)施用于土壤的改良效果，但將三者聯(lián)合配施改良土壤的報(bào)道還很少。為此，本研究采用凹凸棒土、生物炭、聚丙烯酰胺復(fù)配凹凸棒土基復(fù)合材料，結(jié)合土柱淋溶試驗(yàn)和田間試驗(yàn)探究該材料配施對礦區(qū)土壤水分與養(yǎng)分保持的影響，以期為礦區(qū)土壤改良與復(fù)綠提供理論與技術(shù)支撐。

1" 材料與方法

1.1" 儀器試劑與原料

試驗(yàn)所用的分析儀器與試劑如表1所示。

凹凸棒土購自盱眙縣中材凹凸棒石粘土有限公司，使用前將凹凸棒土用純水沖洗去除雜質(zhì)，105 ℃ 烘干后研磨過0.1 mm篩待用。小麥秸稈取自盱眙縣，洗凈、風(fēng)干、破碎后過0.25 mm篩。

試驗(yàn)所需的礦區(qū)土壤取自江蘇省盱眙縣黃泥山礦區(qū)，采樣深度為0～20 cm。剔除土壤中的樹根、石塊并置于陰涼干燥處風(fēng)干，破碎后過2 mm篩

待用。供試礦區(qū)土壤的容重為1.2 g/cm3，pH值為7.2，電導(dǎo)率為70.3 μS/cm，有機(jī)質(zhì)含量4.30 g/kg、速效鉀含量80.4 mg/kg、銨態(tài)氮含量11.2 mg/kg、有效磷含量10.3 mg/kg。

1.2" 生物炭（BC）、ATP/BC的制備

取適量破碎后的小麥秸稈置于坩堝中，用錫紙包裹外壁，放入400 ℃馬弗爐中熱解2.5 h，得到小麥秸稈生物炭（BC）。將ATP與BC按照一定比例（ATP、BC質(zhì)量比分別為1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1）充分混勻后放入NaOH溶液中（0.5、1.0、1.5 mol/L）浸漬 4 h，之后置于105 ℃烘箱中干燥12 h，用錫紙包裹坩堝外壁，放入400 ℃馬弗爐中熱解2.5 h，待馬弗爐內(nèi)溫度冷卻至室溫再打開爐門［5］。最后將所得產(chǎn)物用超純水沖洗至電導(dǎo)率不再變化，烘干研磨后所得的固體粉末即為凹凸棒土與生物炭混合材料（ATP/BC）。按照原料配比的不同分別記為ATP/BC（1 ∶1）、ATP/BC（1 ∶2）、ATP/BC（2 ∶1）。

1.3" 土柱淋溶試驗(yàn)設(shè)計(jì)

土柱淋溶試驗(yàn)于2023年3月15日至4月20日在盱眙縣中材凹凸棒石粘土有限公司化驗(yàn)室進(jìn)行。所用土柱為高65 cm、內(nèi)徑5 cm的PVC管，采用輸液器作為加水裝置。如圖1所示，土柱底部鋪有1層5 cm厚1 mol/L鹽酸洗過的石英砂，用 0.5 mm 濾網(wǎng)堵住出口。每個(gè)土柱裝填礦區(qū)土壤500 g，土壤改良材料的選取與制備，設(shè)計(jì)了L9（34）4因素3水平的正交試驗(yàn)（表2）對淋溶液總氮（TN）、總磷（TP）累計(jì)淋失量的最佳條件進(jìn)行探索。其中ATP與BC比例選擇1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1；PAM用量選擇0.025%、0.05%、0.1%，ATP、BC添加總量選擇20、30、40 g/kg；NaOH浸漬濃度選擇0.5、1.0、1.5 mol/L。每個(gè)土柱改良材料添加的具體試驗(yàn)方案如表3所示，按照編號依次標(biāo)記為T1～T9，另設(shè)1個(gè)空白對照組，標(biāo)記為CK，試驗(yàn)中每個(gè)處理均重復(fù)3次。試驗(yàn)前先在PVC管內(nèi)壁均勻涂抹1層白凡士林，減少邊緣效應(yīng)，隨后將土壤、改良材料混合均勻后按照1.2 g/cm3容重裝填進(jìn)土柱，裝填時(shí)注意將土柱邊緣的土壤壓緊壓實(shí)，在土柱上層入口處墊一層濾紙，避免加水時(shí)對上層土壤產(chǎn)生擾動(dòng)。輸液器加水速率調(diào)節(jié)至4 mL/min。

裝填完成后首次澆180 mL超純水使土柱接近飽和，靜置12 h，將0.136 g尿素（相當(dāng)于施氮 240 kg/hm2）和0.228 g過磷酸鈣（相當(dāng)于施磷 105 kg/hm2）溶于10 mL超純水中并加入土柱，靜置平衡1 h后澆水120 mL（相當(dāng)于18 mm降水量），用500 mL燒杯收集淋溶液，此為第1次淋溶，之后每間隔72 h對土柱澆水120 mL，進(jìn)行淋洗，整個(gè)試驗(yàn)共計(jì)淋溶6次。測定淋溶液體積、電導(dǎo)率、pH值、TN、TP［6］。

淋溶試驗(yàn)結(jié)束后，取土柱底端的土壤對土壤pH值、電導(dǎo)率及有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量進(jìn)行測定，并從淋溶結(jié)束的第1天起，每隔 5 d 測定各土柱中土壤的含水率，共測定5次。

1.4" 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2023年9月1日至11月25日在盱眙縣中材黃泥山礦區(qū)進(jìn)行。劃取10塊長10 m、寬3 m的田塊，標(biāo)記為K1～K9，另設(shè)1個(gè)空白對照組，標(biāo)記為CK。如圖2所示，每個(gè)田塊覆蓋礦區(qū)耕植土3 t，施用尿素0.72 kg，過磷酸鈣0.315 kg。各田塊保肥材料用量如表4所示，保肥材料施用后，用旋耕機(jī)旋耕。21 d后，測定各田塊土壤pH值、電導(dǎo)率及有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量，測試完成后，按照二月蘭5 g/m2播種密度與高羊茅 12 g/m2 播種密度的要求播撒草種，自然生長60 d后，每個(gè)塊地隨機(jī)選取10株作物，測定植株根長、株高、生物量。

1.5" 測試分析方法

土壤pH值利用pH計(jì)測定（水土質(zhì)量比為 2.5 ∶1）；電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測定（水土質(zhì)量比為 5 ∶1）；土壤含水率采用重量法測定；土壤的有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；土壤銨態(tài)氮含量采用1 mol/L氯化鉀溶液浸提法測定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提鉬藍(lán)比色法測定； 速效鉀含量采用乙酸銨-火焰光度法測定［7］；TN、TP是將淋溶液由0.45 μm濾膜過濾后由多參數(shù)水質(zhì)分析測試儀（連華科技）測定，TN和TP的淋失量為淋溶液中TN和TP濃度與對應(yīng)淋溶液體積的乘積。

使用精度為0.01的游標(biāo)卡尺測定植株株高與根長，生物量的測試方法如下：收獲整株的二月蘭與高羊茅，用蒸餾水沖洗3次，將植株拆分成地下部分與地上部分，于105 ℃殺青15 min，并置于75 ℃下烘干至恒重。用電子天平稱取地上部分與地下部分生物量（干重）。

1.6" 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，顯著性水平設(shè)為0.05，多重比較選用LSD法，數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的方式記錄，繪圖由GraphPad Prism完成。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 復(fù)合材料配方與施用量

結(jié)合土柱淋溶試驗(yàn)設(shè)計(jì)開展正交試驗(yàn)，結(jié)果見表5。由表5可知，TN與TP累計(jì)淋失量最小的組合為：ATP/BC為1 ∶2，PAM添加量0.1%，ATP、BC總用量40 g/kg，NaOH浸漬濃度0.5 mol/L。根據(jù)極差分析的結(jié)果表明，各因素對TN與TP累計(jì)淋失量影響從大到小依次為PAM添加量gt;ATP、BC添加總量gt;NaOH浸漬濃度gt;ATP/BC用量比。在此優(yōu)化組合條件下，TN與TP累計(jì)淋失量總和比CK減少137.92%。

2.2" 復(fù)合材料表征

2.2.1" 表面形貌分析

不同放大倍數(shù)下的BC、ATP/BC的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像如圖3所示。從圖3可以看出BC表面粗糙，凹凸不平， 存在明顯的孔隙，且呈連續(xù)成片的管束狀［8］。與BC相比，ATP/BC表面更為粗糙且表現(xiàn)為帶有棒束的層狀結(jié)構(gòu)，這主要?dú)w因于ATP的嵌入。高溫裂解使ATP內(nèi)部的結(jié)晶水被去除，使其負(fù)載在BC上，提升了ATP/BC對氮磷的吸附能力［9］。

2.2.2" 晶形分析

由圖4可見，相較于BC，ATP/BC的X射線衍射圖譜中SiO2的特征峰在21.6°和26.6°處明顯增強(qiáng)，這是因?yàn)樘烊籄TP中含有大量石英（SiO2）［10］。此外在36.52°、41.48°處出現(xiàn)的特征峰對應(yīng)的物質(zhì)為NaAlSiO4，這可能是因?yàn)镹aOH與CO2反應(yīng)生成Na2CO3，并最終在高溫煅燒下與ATP中的SiO2、Al2O3反應(yīng)生成NaAlSiO4［11］。BC的XRD圖譜中，2θ在15°～25°的范圍內(nèi)存在明顯的饅頭峰，這表明生物炭以無定形碳為主，而在28.35°、40.56°、50.12°處出現(xiàn)的尖銳峰均為碳酸鹽類的衍射峰，可見BC中含有一定量的CaCO3［12］。

2.2.3" 表面官能團(tuán)分析

由圖5可知，1 026 cm-1附近的峰值是酚羥基的C—O伸縮峰；1 438 cm-1附近出現(xiàn)的是CO芳香骨架特征峰［13］；3 405 cm-1處的伸縮振動(dòng)峰是由O—H和N—H之間的氫鍵拉伸振動(dòng)引起的［14］。與BC相比，ATP/BC在692、887 cm-1處表現(xiàn)出Si-O-Si振動(dòng)模式，這表明ATP、BC在熱解反應(yīng)過程中結(jié)合在一起［15］。此外，在783 cm-1處出現(xiàn)的峰是由ATP中的Si-O3-C反對稱拉伸振動(dòng)引起［16］，3 600 cm-1附近出現(xiàn)了ATP中的—OH 特征峰。

2.2.4" 礦物組成分析

由表6可知，與BC相比，ATP/BC中的Na2O、MgO、Al2O3、Fe2O3、ZnO等物質(zhì)的含量有了極大的提升，說明ATP中含有豐富的Na、 Mg、Al、Fe、Zn等金屬元素。 這進(jìn)一步驗(yàn)證了經(jīng)

過NaOH的活化， ATP已經(jīng)成功負(fù)載在BC的表面。

2.3" 保水保肥效果

2.3.1" 土壤淋溶液的體積、電導(dǎo)率、pH值

由圖6可見，6次淋溶結(jié)束后，各試驗(yàn)組淋溶液的總體積較CK均有所下降，具體表現(xiàn)為CKgt;T1gt;T8gt;T6gt;T2gt;T4gt;T7gt;T5gt;T3gt;T9。與CK相比，T1～T9淋溶液總體積分別顯著減少2.33%、4.08%、4.75%、4.37%、4.54%、4.21%、4.42%、3.56%、6.20%（Plt;0.05）。此外，T2～T7各處理之間差異并不顯著。

從圖7可以看出，各試驗(yàn)組淋溶液的電導(dǎo)率隨淋溶次數(shù)的變化趨勢基本相同。前3次淋洗導(dǎo)致電導(dǎo)率急速下降，之后趨于平緩。6次淋溶過程中淋溶液電導(dǎo)率大小表現(xiàn)為T9gt;T3gt;T6gt;T2gt;T8gt;T5gt;T7gt;T4gt;T1gt;CK。各處理溶液pH值隨淋溶的進(jìn)行先迅速增大，在淋溶4次后增速放緩，趨于平穩(wěn)?？偟膩砜?，整個(gè)淋溶過程中pH值基本表現(xiàn)為T9gt;T2gt;T7gt;T3gt;T4gt;T5gt;T8gt;T6gt;T1gt;CK。

2.3.2" 土壤淋溶液的TN濃度與TN累計(jì)淋失量

由圖8可知，各試驗(yàn)組TN濃度的峰值均在首次淋洗時(shí)出現(xiàn)，隨著淋溶的進(jìn)行，呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。6次淋溶結(jié)束后，TN累計(jì)淋失量從大到小表現(xiàn)為CKgt;T1gt;T4gt;T7gt;T8gt;T5gt;T2gt;T6gt;T3gt;T9，與CK相比，其他各處理TN淋失總量依次減少了24.07%、34.19%、35.20%、43.69%、54.01%、62.42%、67.67%、73.73%、78.40%（Plt;0.05）。

2.3.3" 土壤淋溶液TP濃度與TP累計(jì)淋失量

由圖9可知，與TN淋失相似，TP濃度的峰值也在首次淋洗時(shí)出現(xiàn)，隨著淋溶的進(jìn)行，呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。6次淋溶結(jié)束后，TP累計(jì)淋失量從大到小表現(xiàn)為CKgt;T1gt;T7gt;T4gt;T8gt;T5gt;T2gt;T6gt;T3gt;T9。與CK相比，其他各處理TP淋失總量依次減少了

16.67%、17.86%、19.05%、21.43%、35.71%、40.48%、47.62%、54.76%、59.52%（Plt;0.05）。

2.3.4" 土柱土壤含水率

由圖10可知，添加復(fù)合材料后土壤的含水率在相同時(shí)期內(nèi)較CK都有了很大提升，這證明復(fù)合材料對于抑制土壤水分蒸發(fā)均有積極作用。在淋溶結(jié)束后的第21天，各試驗(yàn)組土壤的含水率由低到高依次為CKlt;T1lt;T8lt;T7lt;T6lt;T2lt;T5lt;T3lt;T6lt;T9，與未施改良材料組相比，各處理含水率依次提升了15.42%、23.82%、28.02%、29.07%、33.26%、38.51%、48.00%、50.05%、59.50%（Plt;0.05）。

2.3.5" 土柱土壤理化性質(zhì)

從表7中可以看出，淋溶結(jié)束后各試驗(yàn)組土壤的pH值沒有太大差異，而各處理間土壤的電導(dǎo)率則差別較大。與CK相比，各處理土壤的養(yǎng)分含量都有了很大的提升，且生物炭用量越多，養(yǎng)分含量提升的越顯著，其中T9處理土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較CK分別提升了673.88%、98.23%、92.77%、199.80%（Plt;0.05）。

2.4" 試驗(yàn)田應(yīng)用效果

2.4.1" 土壤理化性質(zhì)

由表8可知，與土柱淋溶試驗(yàn)的結(jié)果相似，各個(gè)地塊土壤養(yǎng)分含量較空白對照組都有了較大提升。這也反映出，保肥材料的施用減少了氮磷的自然淋失，增加了礦區(qū)土壤的肥力。其中K9地塊土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較CK分別提升了613.25%、91.61%、78.40%、181.55%（Plt;0.05）。

2.4.2" 植株生長情況

由表9可知，K1～K9地塊的高羊茅與二月蘭長勢均優(yōu)于CK，這其中，K9地塊的植株生長最優(yōu)。高羊茅株高、 根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加60.43%、77.49%、40.22%、31.82%（Plt;0.05）。二月蘭株高、根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加88.17%、44.40%、114.24%、89.22%（Plt;0.05）。

3" 討論與結(jié)論

復(fù)合材料配施下各處理土壤淋溶液體積均減小，整體來看隨各試驗(yàn)組中ATP與BC用量的增多土壤淋溶液減少的愈發(fā)顯著，這主要是因?yàn)锳TP表面存在很多小的納米孔道，這些小孔道能夠吸收一部分水分［17-18］；由紅外光譜圖可以發(fā)現(xiàn)，ATP棒晶的表面上存在大量的—OH和—OH2，這2種親水基團(tuán)可發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，因而使ATP表現(xiàn)出了良好的吸水性能［19］。此外，BC的施用能改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤容重、增大土壤孔隙，進(jìn)而增強(qiáng)土壤的持水能力，減少水分的淋失［20］。淋溶液的pH值從整體上看同樣隨著ATP與BC用量的增多而升高，這是由于這2種物質(zhì)均含有Na、Mg、K等灰分元素，這些元素通常以碳酸鹽或氧化物的形式存在，溶于水后呈堿性，提升了土壤的鹽基飽和度，升高了土壤pH值［21］。淋溶液電導(dǎo)率排名前三的處理依次為T9、T3、T6，這可能是因?yàn)镻AM用量的增多加強(qiáng)了土壤中鹽分的淋出。石維等通過土柱淋溶模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于單獨(dú)施用生物質(zhì)炭，添加聚丙烯酰胺改性生物質(zhì)炭可有效促進(jìn)土壤鹽分離子中Na+、Mg2+和Cl-洗脫，PAM溶于水后，增大了土壤溶液的黏滯度，影響土壤的水分傳輸，進(jìn)而可能促進(jìn)土壤鹽分的淋出［22］。

在整個(gè)試驗(yàn)期間，各試驗(yàn)組的TN、TP濃度與累計(jì)淋失量較CK均有所減小，綜合正交試驗(yàn)極差分析來看，PAM的施用對抑制土壤養(yǎng)分淋失的影響最為顯著，這主要是因?yàn)镻AM添加到土壤中改善了土壤結(jié)構(gòu)，如圖11所示，PAM通過其帶功能基團(tuán)的分子與分散的土壤顆粒之間以吸附、纏繞、貫穿乃至形成化學(xué)鍵等方式捕捉分散土粒使之凝聚成團(tuán)粒，增加了土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量，抑制肥料元素隨淋溶淋失［23］。另一方面，陰離子PAM作為一種高分子聚合物，對土壤中的陽離子有很強(qiáng)的吸附能力，這也在一定程度上減緩了養(yǎng)分的流失［24］。極差分析中抑制土壤養(yǎng)分淋失的第2個(gè)影響因素為ATP、BC總用量，這可能是由于ATP內(nèi)部呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)同時(shí)具備很強(qiáng)的離子交換能力，當(dāng)肥料溶于水后便被ATP表面孔隙牢固鎖定。除了物理吸附，ATP中所含配位水與—OH能同時(shí)與尿素中的—NH2基團(tuán)、過磷酸鈣中的PO3-4、HPO2-4發(fā)生化學(xué)吸附，進(jìn)行配位交換，促進(jìn)肥料的緩慢釋放［25］。BC表面疏松多孔，具備良好的吸附能力與離子交換能力，施用于土壤時(shí)能改良土壤結(jié)構(gòu)，抑制氮素與磷素的流失［26］。極差分析中抑制土壤養(yǎng)分淋失的第3個(gè)影響因素為NaOH浸漬濃度，有研究表明高濃度的NaOH能腐蝕ATP的內(nèi)部孔道與BC的表面，增大其比表面積，提升對氮磷的吸附能力［27］。

在淋溶試驗(yàn)完成后，各試驗(yàn)組土壤保持水分的能力相比CK都有所提升?？偟膩碚f，T9、T3、T6等3個(gè)處理方法的保水性最佳。這表明，隨著PAM用量的增加，土壤的保水能力也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)［28］。PAM作為一種人工合成的線性高分子聚合物，與水相遇時(shí)親水基團(tuán)在氫鍵的作用下與水分子結(jié)合生成水合水，而疏水基團(tuán)則會(huì)在內(nèi)側(cè)形成不溶于水的粒狀結(jié)構(gòu)，造成PAM的網(wǎng)狀構(gòu)造內(nèi)外形成了離子濃度

差，導(dǎo)致PAM內(nèi)外出現(xiàn)滲透壓，在壓力的作用下，水分子不斷向網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)形成網(wǎng)孔水，并最終被封存在邊長為10～100的網(wǎng)內(nèi)。當(dāng)PAM施用于土壤時(shí)，會(huì)在土壤中形成很多“水庫”，“水庫”中的網(wǎng)孔水會(huì)在滲透壓的作用下緩慢釋放，減少蒸發(fā)［29-30］。此外，ATP、BC因?yàn)榇嬖谑杷啥嗫椎谋砻娼Y(jié)構(gòu)也能夠吸附一部分水分，抑制水分流失。

淋溶試驗(yàn)結(jié)束后，各試驗(yàn)組土壤的pH值沒有太大差異，這與其他施用生物炭進(jìn)行土柱淋溶試驗(yàn)的結(jié)果［31］不一致。原因可能是PAM的施用增加了ATP、BC中鹽基離子的淋出，隨著淋溶的進(jìn)行導(dǎo)致ATP、BC的堿性越來越弱。與此同時(shí)各試驗(yàn)組間土壤電導(dǎo)率卻差異顯著，一方面可能是因?yàn)锳TP、BC本身EC值較高，施用于土壤能提升土壤電導(dǎo)率［32］，另一方面，PAM的施用增加了淋溶液的含鹽量，促進(jìn)了土壤中金屬離子的淋出，因此降低了土壤電導(dǎo)率。這與谷曉巖等的研究結(jié)果［33］相同。各處理間土壤的養(yǎng)分含量較CK均有很大的提升，BC中含有豐富的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，施用于土壤能有效提升土壤肥力，促進(jìn)植株生長。

通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，保肥材料施用促進(jìn)了高羊茅與二月蘭的生長。在天然狀態(tài)下，礦區(qū)土壤經(jīng)過采礦作業(yè)后，土壤侵蝕、植被破壞問題頻發(fā)，導(dǎo)致原有植被難以生長［34］。施用復(fù)合材料提升了土壤肥力與保水性，為礦區(qū)修復(fù)植被自然生長創(chuàng)造了良好的外部條件。

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法探究了提升礦區(qū)土壤保水保肥能力的最佳復(fù)合材料配方與施用量，結(jié)果表明各因素對礦區(qū)土壤氮磷淋失影響從大到小依次為PAM添加量gt;ATP、BC總用量gt;NaOH浸漬濃度gt;ATP/BC用量比；復(fù)合材料最佳配比與施用量為：PAM添加量0.1%，ATP、BC添加總量40 g/kg，NaOH浸漬濃度0.5 mol/L，ATP/BC用量比為 1 ∶2；添加復(fù)合材料后，礦區(qū)土壤氮磷淋失比CK減少了137.92%，與此同時(shí)，土壤保水性及土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較CK分別提升了59.50%、673.88%、98.23%、92.77%、199.80%。田間試驗(yàn)驗(yàn)證，施用復(fù)合材料后，試驗(yàn)田土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量較CK分別提升了613.25%、91.61%、78.40%、181.55%；高羊茅株高、根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加60.43%、77.49%、40.22%、31.82%，二月蘭株高、根長、地上生物量、地下生物量較CK分別增加88.17%、44.40%、114.24%、89.22%。綜上所述，生物炭-凹凸棒土-聚丙稀酰胺復(fù)合材料施用對提升礦區(qū)土壤保水保肥能力以及促進(jìn)植株生長有積極作用。

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