复垦基质的理化性质及其对地肤生长的影响

郝桂喜，郭文昌，王芙蓉

(1.山东省济南市土壤肥料站，山东济南 250021；2.山东省商河县农业局，山东济南 251600)



复垦基质的理化性质及其对地肤生长的影响

郝桂喜1，郭文昌2，王芙蓉1

(1.山东省济南市土壤肥料站，山东济南 250021；2.山东省商河县农业局，山东济南 251600)

[目的]对采矿沉陷区缺乏土壤的资源进行充填复垦的情况下，寻求来源丰富、养分含量高、成本低廉的复垦基质与适种植物。[方法]将粉煤灰与污泥(基质1)、粉煤灰与酒糟(基质2)分别以5∶1的质量比混合，粉煤灰与糠醛渣(基质3)以9∶1 的质量比混合制成基质，进行地肤的基质栽培试验。[结果]在基质中镉含量超出二级标准值6～8倍的情况下，地肤中镉含量均未超出饲料卫生标准；经过半年的植物吸收和淋溶后，基质中镉含量降至二级标准值的4～6倍；地肤适合在基质中生长，株高、冠径和生物量均达到了正常土壤中的水平，且营养成分含量丰富，可用于生产优质饲料，也可用于园林绿化。[结论]地肤适宜沉陷地的大面积复垦与推广应用，为改善矿区生态环境提供了新的途径。

复垦基质；重金属镉；地肤；营养成分

近年来，社会经济的发展对各种矿藏的需求不断扩大，而矿藏开采不仅严重破坏了生态环境，还造成农民土地减少，不利于经济社会的可持续发展，因此亟需通过土地复垦来保障矿区土地数量和质量，维护矿区生态安全。我国土地复垦起步于20世纪50年代，研究主要集中于土壤重构[1]、生态环境修复[2]、适宜性评价[3]等方面，土地复垦率约为12%[4]，而国外土地复垦率达70%～80%[5]。我国土地资源相对贫乏，通过对采矿沉陷区充填复垦恢复生态，缓减人地矛盾，实现经济社会可持续发展和土地资源有效利用势在必行[6]。目前，通过充填覆土的方式进行沉陷地复垦，取得了一定效益，但土壤资源已成为稀缺的自然资源，运输费用昂贵，土地复垦成本极高[7]。因此，寻求一种来源丰富、养分含量高、成本低廉的复垦基质成为研究热点。地肤俗称 “观音扫 ”、“扫帚草”，为藜科地肤属一年生草本植物，地肤耐盐碱耐瘠薄，株高 50～100 cm，全草呈高球形，生长期叶子嫩绿、叶形纤细，入秋泛红、观赏效果极佳[8]。地肤具有较高的饲用价值，生长期长，茎叶质地柔嫩，适口性好，营养价值高，为优等饲用植物。粉煤灰、污泥、酒糟、糠醛渣属于工业废弃物，笔者将粉煤灰分别与其他三者混合组成粉煤灰与糠醛渣、粉煤灰与污泥、粉煤灰与酒糟3种基质来种植地肤(Kochiascoparia)[9]，对基质的理化性质和地肤的生长情况、品质进行了研究，旨在为实现以废治废及提高采矿沉陷地复垦的经济效益提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

1.1.1基质选取与配比。供试粉煤灰取自山东省黄台火力发电厂，糠醛渣取自山东省圣泉集团有限公司，污泥取自光大水务(济南)有限公司，酒糟采自趵突泉啤酒厂。试验采用粉煤灰与污泥(基质1)、粉煤灰与酒糟(基质2)均以5∶1的质量比混合，粉煤灰与糠醛渣(基质3)以9∶1的质量比混合制成3种基质。其化学性质见表1，重金属本底值见表2。

1.1.2供试植物。根据基质养分状况、植物的生长习性和利用价值选取地肤进行种植试验。

表1　基质的化学性质

表2　基质中重金属本底值

1.2试验方法为模拟沉陷区面貌，该试验在室外进行，将4种基质原材料晾干，并过2 mm筛，然后将配好的3种基质分别装入直径30.0 cm、高25.0 cm的塑料桶中，桶底设5个直径为0.5 cm的孔圆，每桶盛基质7.0 kg，将桶埋入地下，上口与地面持平，每种基质设3次重复，共9桶。2014年3月10日各桶灌水6 L进行洗盐，2014年5月20日种植地肤幼苗，幼苗株高均在15.0 cm左右。种植前，测定3种基质中重金属含量，每桶施用复合肥2.00 g(290 g/hm2)做基肥。由表2可知，基质中锌、镍、汞等7种重金属含量均在土壤环境二级标准值以内，而镉含量超出土壤环境二级标准值6～8倍。因此，试验将对基质中重金属镉含量进行跟踪测定[10]。

1.3测定项目与方法于2014年9月20日测定地肤的株高、生物量，2014年7和9月测定地肤地上部分重金属铅、镉、铬、砷、汞的含量，9月测定主要营养成分含量。从2014年5月20日地肤栽种时开始观测，记录其生长状况，每30 d用直尺分别测量1次株高和冠径。生物量用称重法测定；重金属含量用干灰化法处理后，采用原子吸收分光光度计(AA370MC)测定；粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、灰分、钙、磷等营养含量采用常规方法测定[11]。

2014年3和9月测定3种基质的理化性质及镉含量。基质中速效氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用浸提火焰光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，全盐含量采用烘干残渣法测定，重金属含量经消煮处理后采用原子吸收分光光度计(AA370MC)测定[12]。

1.4数据统计地肤中重金属镉含量及各项营养指标数据运用Excel和SPSS 软件进行分析处理。

2　结果与分析

2.1地肤生长状况

2.1.1株高。从图1可以看出，5月20日基质1、2、3的地肤幼苗株高均为14 cm左右。结果表明，不同基质中长势差别显著，基质3中地肤长势最好，其次为基质2，基质1长势最差。其中，基质1生长曲线与基质2、3明显不同。5～6月基质1中地肤生长速度明显慢于基质2、3，6～8月长势加快。从8月底开始，随着植物进入生殖生长期，3种基质中的地肤长势减弱，9月中旬开始泛黄，逐渐枯萎。9月20日基质1、2、3分别为81.5、103.2和112.6 cm。

图1　3种基质中地肤株高生长趋势Fig.1　Growth trends of plant height of K. scoparia in the three matrices

2.1.2冠径。从图2可以看出，5月20日基质1、2、3的地肤幼苗冠径均为10 cm左右。对3种基质中地肤的冠径进行跟踪测量，不同基质中的长势差别显著，其中以基质3中地肤长势最好，其次为基质2，基质1长势最差。冠径的生长规律与株高一致，随着株高生长的减弱，冠径生长也随之减弱。9月20日基质1、2、3分别为43.2、52.6和60.5 cm。

图2　3种基质中地肤冠径生长趋势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，基质3中地上部分和地下部分均为最大，地上部分干重为761.47 g/株，地下部分干重为95.64 g/株，总质量为857.11 g/株；其次为基质2，地上部分干重为715.14 g/株，地下部分干重89.63 g/株，总质量为803.90 g/株；基质1最少，地上部分干重为590.66 g/株，地下部分干重72.92 g/株，总质量为657.81 g/株。

2.1.4重金属含量。由表4可知，基质1、2、3的地上部分和地下部分的镉、铅、铬、砷、汞含量均低于卫生标准，均在饲用安全范围内。由于基质中镉含量超标，因此对地肤中镉含量进行了跟踪测量。从图3可以看出，3种基质中地上部分和地下部分的镉含量，9月均大于7月，且均以基质3中最高，9月基质3中地上部分Cd含量为0.126 mg/kg，地下部分为0.058 mg/kg，低于0.500 mg/kg的国家饲料卫生标准，可安全饲用。

表3　3种基质中地肤生物量

表4　3种基质中地肤不同部位重金属含量

图3　不同时期3种基质中地肤不同部位镉含量比较Fig.3　Comparison of cadmium content in various parts of K.scoparia in the three matrices during different periods

2.1.5营养成分含量。由表5可知，各种营养成分与对照相比差别细微，不影响其作为干饲料的营养效果[13]。

2.2基质理化性质及重金属含量

2.2.1理化性质。基质的理化性质很大程度上决定着植物能否正常生长，也是研究复垦效果的重要指标。由表6可知，经过半年的种植和淋洗后，3种基质中的速效氮、速效磷、速效钾含量均有降低趋势，这与植物的吸收利用和淋洗有关，基质中的速效氮、速效磷、速效钾含量仍维持在满足植物正常生长水平，无需追肥；有机质含量呈增加趋势，这与基质中酒糟、污泥、糠醛渣的分解有关；pH趋于中性，这与淋洗和植物根系代谢有关；在地肤种植一茬后，基质容重降低，孔隙度、田间持水量均有所增加，说明该复垦基质更适宜地肤生长。

2.2.2镉含量。从图4可以看出，3种基质中镉含量均呈降低趋势，3种基质中镉含量由大到小依次为基质2、基质3、基质1。2014年9月镉含量分别为1.46、1.61、1.54 mg/kg，但仍高出土壤环境二级标准值(0.30 mg/kg)的3～5倍。基质中镉含量减少的原因主要有2个：一是植物吸收；二是灌水和降水淋溶。

表5　3种基质中地肤的营养成分含量

注：对照为华北地区正常生长的地肤。

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

表6　不同时期3种基质的理化性质

图4　不同时期3种基质中镉含量比较Fig.4　Comparison of cadmium content in the three matrices during different periods

3　结论

(1)3种基质中氮、磷、钾、有机质等养分含量丰富，但盐分含量偏高，经过半年的种植和灌溉淋溶，盐分含量低于5.0 g/kg。若按照株行距60×80 cm定苗，基质1中地肤单茬产量约14 000 kg/hm2，基质2中约17 000 kg/hm2，基质3中产量高达18 000 kg/hm2，与正常土壤环境下的地肤产量相当。

(2)所测基质中锌、镍、汞等7种重金属含量均在土壤环境二级标准值以内，只有镉含量超标。在镉含量超出土壤二级标准值6～8倍的情况下，地肤鲜样和干样中的镉含量均未超出饲料卫生标准。经过半年的地肤生长和淋洗后，基质中镉含量降至二级标准值的4～6倍。可见，地肤的种植不仅可为畜禽提供饲料，而且对基质中镉的去除起到积极作用。

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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，农艺师，硕士，从事土壤质量保护与肥料推广研究。

2016-05-25

S 553

A

0517-6611(2016)19-137-04