煤矸石与不同基质比例对小白菜生长的影响

王丽华,关禹,王道涵,刘冬月,付兴,李永乐(辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,阜新123000)摘要:煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一,不仅占用大量的农田和土地,还成为固、液和气三害俱全的污染源,造成了一系列的生态环境问题.
因此应加强对煤矸石的综合利用使其资源化.
实验是在对煤矸石理化性质分析的基础上,通过盆栽实验,研究煤矸石与壤土和沙土这两种基质在不同配比下小白菜的各项生长指标及生物量情况.
结果表明,在保持花盆总重量不变的情况下,随着煤矸石添加量的增加,对小白菜的出苗率、株高、根重、鲜重等指标都有显著影响.
当在壤土基质中添加煤矸石大于300g,在沙土基质中添加煤矸石大于250g时,小白菜的各项生长指标情况及生物量呈明显下降趋势.
为了达到对煤矸石的最大综合利用,壤土与煤矸石的比例应为3:2、沙土与煤矸石的比例应为2:1,这样使其利用率最大.
关键词:煤矸石;基质;小白菜;生长指标;生物量中图分类号:X705文献标志码:A文章编号:1674-9901(2014)04-0266-05EffectsofganguewithdifferentsubstratesonthegrowthofChinesecabbageWANGLi-hua,GUANYu,WANGDao-han,LIUDong-yue,FUXing,LIYong-le(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)Abstract:GangueasoneofthelargestemissionsofindustrialsolidwastesinChina,notonlytakesupquantitiesoffarmland,butalsobecomesthethreesourcesofpollutionharmofsolid,liquidandgas,causesaseriesofecologicalenvironmentproblems.
Thereforeweshouldstrengthenthecomprehensiveutilizationofgangueandletitbecomeresources.
Theexperimentwasbasedontheanalysisofitsphysicalandchemicalproperties,throughpotexperiment,studyonganguetogetherwithtwokindsofmatrixthatwasloamandsandonthegrowthindexandbiomassofChinesecabbageunderdifferentproportion.
Theresultsshowthat,whilemaintainthetotalweightofflowerpot,withtheincreaseofgangue,thegermination,plantheight,rootweight,freshweightofChinesecabbagehassignificanteffectontheindex.
Whenaddinggangueinloammatrixisgreaterthan300g,addinggangueinsandmatrixisgreaterthan250g,thegrowthandbiomassindexofChinesecabbagedecreasessignificantly.
Inordertoachievethemaximumcomprehensiveutilizationofgangue,theproportionofloamandgangueshouldbe3:2,theproportionofsandandgangueshouldbe2:1,sothattheganguecanachieveitsmaximumutilization.
Keywords:gangue;substrate;Chinesecabbage;growthindex;biomass煤矸石是煤炭开采、洗选及加工过程中排放的固体废弃物(李玉凤和张锦瑞,2005).
据不完全统计,目前全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t,规模较大的矸石山有1600多座,占用土地约1.
5万公顷,而且堆积量还以每年1.
5~2.
0亿t的速度增加.
煤矸石的堆放不仅占用大量土地,而且在一定条件下会发生自燃甚至爆炸事故,造成人员伤亡和煤矿排矸系统的破坏,影响安全生267产(段大文,2012).
同时,煤矸石自燃排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体,污染周围大气环境,严重影响矿区居民的身体健康(曾小梅和陈志刚,2004).
无论从生态环境保护角度,还是可持续发展观点来考虑,对煤矸石的综合治理有十分重要的意义.
因此,应加大对煤矸石综合利用工作的力度,加强煤矸石综合利用技术的开发和推广应用,最终实现煤矸石的变废为宝,促进煤炭工业的健康发展和国民经济的可持续发展(张策和何绪文,1998;国家安全生产监督管理总局,2005;裴晓东,2006).
世界各国对煤矸石的利用和改造都非常重视,相关学者已有不少研究,如:作为工业原料、制砖原料、塌陷区的充填材料、发电等(吕英,2005;石磊等,2005;舒方才,2008;吴红,2010;孙刚和刘焕胜,2012).
利用煤矸石为原料生产农用肥料,在国内外已得到推广应用(王刚,1996).
英国曾在小块土地上于播冬小麦前试施了浮选矸石制成的肥料,结果增产7%~10%.
美国在西红柿株周围的土壤上面盖一层洗矸,除了提高产量10%~15%以外,还使西红柿的成熟期有所提前.
原苏联在不同的土地上试验了浮选矸石的肥效,获得了较好的效果,农作物增产15%~40%(何俊瑜等,2001;孙光闻等,2005;何俊瑜等,2010;马守臣等,2011).
1材料与方法1.
1实验材料实验所用煤矸石来自山西省煤矿.
实验壤土为质地均匀的东北黑土,沙土为原始的风沙土.
实验植物为小白菜,来源于阜新市阜蒙县种子站.
1.
2实验方法1.
2.
1盆栽实验设计将采样后的壤土和沙土进行自然风干,煤矸石进行磨碎,均过20目筛.
盆栽实验所用花盆规格为长400mm,宽200mm,深4mm.
保持花盆总重量不变,按壤土和沙土与煤矸石750g+0g、700g+50g、650g+100g、600g+150g、550g+200g、500g+250g、450g+300g、400g+350g、350g+400g、300g+400g的比例进行盆栽实验.
1.
2.
2测试指标及方法测试指标主要包括:子叶出现所需天数、全苗所需天数、出苗率、株高、叶面积等.
对于收割之后的小白菜测定的指标有:鲜重、根长、株高、叶面积等.
测煤矸石基本理化性质方法:用K2CrO7氧化法测量有机质含量;用碱解扩散法测碱解氮;用钼锑抗比色法测速效氮磷钾;用电位法测量土壤pH值,在V(水):m(土)=2.
5条件下用pH计测定(鲍士旦,2000).
煤矸石基本理化性质见表1.
表1煤矸石基本理化性质Table1Basicphysicalandchemicalpropertiesofgangue基质有机质(g·kg1)碱解氮(mgkg1)速效磷(mgkg1)pH煤矸石27.
6049.
11.
805.
72结果与分析2.
1壤土和沙土这两种基质与煤矸石不同比例对小白菜种子出苗率的影响从表2、表3可以看出,无论是子叶出现所需天数还是全苗所需天数,均为煤矸石添加量少的较短,一般影响种子发芽率的主要因素是温度、水分等,因播种后每天上午、下午都喷水,水分之间没有差异,所以产生此结果的可能与温度有关,因为煤矸石的颜色为黑色,易吸收太阳温度,温度过高,不利于种子发芽.
就出苗率来看,随着煤矸石添加量的增加,壤土比沙土的出苗率高,但到一定的比例,沙土的出苗率比壤土的要高.
2.
2生物量的测定在种植的第四周收割小白菜,先用自来水将各组小白菜洗净后,再用蒸馏水洗涤,擦干表面水分,每盆取4株样品,用电子天平称每株样品的鲜质量,用直尺测量植株的根长、株高、和叶宽(桑爱云等,2007).
取平均值作为指标值.
煤矸石与壤土和沙土不同比例下小白菜的生物量见表4、表5.
就小白菜的鲜重来看,在保持花盆总重量不变268的情况下,当在壤土基质中添加煤矸石大于300g,在沙土基质中添加煤矸石大于250g时,小白菜的各项生长指标情况及生物量呈明显下降趋势.
当壤土与煤矸石的比例是450g+300g时,沙土与煤矸石的比例是500g+250g时,小白菜的各项生长指标及生物量较好.
所以为了达到对煤矸石的综合利用,壤土与煤矸石的比例应为3:2、沙土与煤矸石的比例应为2:1,这样使其利用率最大.
表2壤土与煤矸石不同比例对小白菜种子出苗率的影响Table2EffectofsoilandgangueindifferentproportionsonSeedGerminationofCabbage比例(g)日均温(℃)子叶出现所需天数(d)全苗所需天数(d)出苗率(%)750+026.
32669.
0700+5026.
52665.
0650+10026.
62664.
5600+15026.
73758.
0550+20026.
73751.
5500+25026.
93737.
5450+30027.
23850.
5400+35027.
83845.
0350+40028.
23936.
5300+45028.
63931.
5表3沙土与煤矸石不同比例对小白菜种子出苗率的影响Table3EffectsofsoilandgangueindifferentproportionsonSeedGerminationofCabbage比例(g)日均温(℃)子叶出现所需天数(d)全苗所需天数(d)出苗率(%)750+026.
33663.
5700+5026.
33660.
0650+10026.
43756.
0600+15026.
63754.
0550+20026.
73751.
5500+25026.
93867.
0450+30027.
13838.
5400+35027.
33952.
5350+40027.
83940.
0300+45028.
23937.
5表4壤土与煤矸石不同比例下小白菜的生物量Table4Biomassofcabbageindifferentproportionofsoilandgangue比例(g)株高(mm)茎叶重(g)根重(g)根长(mm)叶面积(mm)总鲜重(g)750+070.
750.
15770.
0045063.
0012*1016.
9838700+5059.
750.
15760.
0033734.
2515*915.
1320650+10058.
250.
14620.
0051049.
0012*915.
1021600+15059.
500.
13330.
0030047.
2512*815.
0652550+20065.
250.
15150.
0044048.
2511*1011.
6640500+25047.
250.
12770.
0017241.
7513*95.
8490450+30055.
750.
09330.
0020355.
7511*69.
5983400+35058.
000.
11720.
0266234.
0010*76.
6010350+40054.
500.
13440.
0021235.
2510*65.
5058300+45047.
250.
10010.
0257535.
2510*72.
8603269表5沙土与煤矸石不同比例下小白菜的生物量Table5Biomassofcabbageindifferentproportionofsandandgangue比例(g)株高(mm)茎叶重(g)根重(g)根长(mm)叶面积(mm)总鲜重(g)750+052.
500.
14600.
0015314.
7514*1012.
5205700+5048.
500.
14750.
0022531.
7513*911.
7402650+10042.
250.
12720.
0026831.
2512*89.
0318600+15054.
250.
14930.
0013831.
0012*98.
5071550+20053.
000.
14270.
0062823.
0011*95.
3638500+25046.
750.
13220.
0029054.
7511*712.
1467450+30041.
500.
09530.
0019042.
7510*72.
7712400+35045.
000.
10230.
0013027.
2510*73.
6216350+40036.
250.
04440.
0005814.
758*51.
3045300+45052.
250.
12290.
0029037.
5011*92.
71993讨论煤矸石可以用作肥料,这是煤矸石综合利用的又一出路,可以避免堆积成矸石山.
本研究为煤矸石的利用、开发提供了一种新途径.
煤矸石和土壤基质掺合在一起,能够起到疏松土壤基质的作用,土地因长期使用化学肥料,有机质变得贫脊,土壤中的腐殖质逐渐枯竭,土壤孔隙度降低,变得坚硬,植物生长所需的空气、水分、微生物受到极大的影响,而煤矸石中含有较高的有机成分和其他矿物成分,因此能够改良土壤结构,使土壤的孔隙度增加,联通性好,提高了土壤的含水性能,煤矸石肥料就能够充分地溶解于水中,有利于植物根部的吸收,空气中的氧可以较充分地进人土壤和水中,促进好氧细菌和兼氧细菌的新陈代谢,分解有机物、丰富土壤腐殖质,从而土地得到"肥化",增进植物的生长.
利用煤研石作肥料时,最好掺人适量的农家肥,一方面起增强肥力作用;另一方面可以中和煤研石中对作物有害的成分.
4结论实验以小白菜为种植材料,从出苗情况、幼苗形态和幼苗生理指标等方面探讨了煤矸石作为肥料的可行性,并且对于基质是壤土和沙土进行了对比,结果表明随着煤矸石添加量的增加,壤土比沙土的出苗率高,但到一定的比例,沙土的出苗率比壤土的要高.
壤土本身的颜色要比沙土深,最初时壤土较易吸收光,温度高,所以出苗率要高,但到一定量时,由于温度过高,反而不利于种子发芽.
当壤土与煤矸石的比例在3:2,沙土与煤矸石的比例在2:1时,小白菜的生长情况及各项指标达到对煤矸石最大的综合利用.
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