粉煤灰场复垦土壤养分含量及其与土壤理化性质的响应研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要 [目的]研究粉煤灰复垦地最佳的复垦模式，以及土壤养分含量及其与土壤理化性质的响应关系。[方法]以淮南市上窑灰场土地复垦地为研究区域，选取同一地块不同覆土水平的区域做对比研究，以土壤的容重、pH、含水率、有机质、总氮、有效磷和有效钾以及不同覆土厚度下的小麦生物量为研究指标，研究粉煤灰场复垦土壤养分含量及其与理化性质的响应。[结果]粉煤灰复垦地，有效磷和含水率、总氮和pH、有机质和有效钾具有良好的线性相关响应；当土壤覆土厚度小于38 cm时，粉煤灰可以对复垦地的营养状况具有良好的改善，使小麦具有较高的产量，当覆土厚度大于70 cm时，不利于粉煤灰层对覆土层的改善，影响小麦产量。 [结论]该研究为复垦工作和农业种植提供指导和参考。
　　关键词 粉煤灰；复垦土壤；理化性质；养分含量；复垦模式；覆土厚度
　　中图分类号 S158 文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2019）09-0064-04
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.019
　　Abstract [Objective] The research aimed to study the best reclamation model in reclaimed field of fly ash disposal site and the response of soil nutrient content and its physicalchemical properties in fly ash disposal sites.[Method]One soil reclamation field in Shangyao fly ash disposal site from Huainan City was chose as research area， comparing areas in the same site which have different overburden soil thickness level， using soil bulk density， pH， water content， organic matter content， total nitrogen， available phosphorus and available potassium as research parameters and the influence of reclaimed soil thickness to the biomass of wheat， to study the response of reclaimed soil nutrient content and its physicalchemical properties in fly ash disposal site. [Result]The soil water content and its available phosphorus， the soil pH value and its total nitrogen， the soil organic matter content and its available potassium had good linear dependence； when the reclaimed soil thickness less than 38 cm， the fly ash can have good improvement for reclaimed soil nutrient condition and the wheat had better yield， when the reclaimed soil thickness more than 70 cm， it will against the improvement of fly ash， the wheat yield was decreased.[Conclusion] This study provides guidance and reference for reclamation work and agricultural planting.
　　Key words Fly ash；Reclaimed soil；Physicalchemical properties；Nutrient content；Reclamation model；Reclaimed soil thickness
　　我國能源结构中燃煤发电占有绝对的优势，粉煤灰的排放量仍将在较长时间内逐年增加。虽然粉煤灰用于建筑工程和基础工程的比例不断提高，但我国对粉煤灰的处置仍以消极堆放保存为主。堆放占用土地，加剧了我国耕地面积减少的趋势。对粉煤灰处置地，尤其是旧粉煤堆放场的合理地复垦利用对缓解耕地紧张、保障国家粮食安全具有很大的意义。
　　目前，充填复垦工作在国内已得到广泛的开展，已有研究表明好的复垦模式加上合理的培肥措施，粉煤灰复垦地的农作物产量能够得到保证[1]。对复垦模式，尤其是粉煤灰复垦地覆土最佳厚度以及肥力因素的研究，不仅使复垦工作更加经济科学，而且对农业种植工作和提高农作物产量具有很大的帮助。
　　复垦会对土壤产生严重的扰动，使得复垦土壤物理、化学和生物特性发生巨大的变化，所以国外一直对复垦土壤给予极大的关注，大量的研究主要集中于讨论复垦土壤的物理、化学、生物特性及其改良的试验和研究上[2]。国内对复垦土地的研究起步比较晚，对粉煤灰复垦对土壤理化性质影响、最佳复垦模式和对农作物长势、产量的影响方面有一定的研究[3-7]，笔者在此基础上，重点研究粉煤灰复垦土壤养分含量及其与土壤理化性质的响应关系，为复垦的最佳模式、复垦工作和农业种植提供指导和参考。 　　1 材料与方法
　　1.1 研究区概况
　　研究区位于安徽省淮南市，淮南市位于安徽省中部偏北地区，淮河中游以南，属亚热带季风气候，淮南市年平均气温为16.9 ℃，全年日照时数为2 181 h，年日照百分率为46%，年降水量可达1 065.5 mm，降雨主要集中在夏季，每年的6月底到7月中旬是淮南的梅雨季节，梅雨期略短，20 d左右。
　　试验点位于安徽省淮南市两大粉煤灰集中处置地之一的上窑灰场。上窑灰场位于淮南东部、淮河以南的上窑镇，是洛河电厂、田家庵电厂粉煤灰集中处置地，共占地约3.1 km2，田家庵电厂已有60余年发电历史[8]，其中洛河电厂装机容量250万kW，田家庵电厂装机容量111.5万kW。早期储灰场已覆土复垦用作建筑用地和农业耕种。
　　研究点复垦历史大于20年，主要以大豆和小麦轮作为主，粉煤灰充填厚度达数米，由于机械施工及原农田地形的影响，试验地块的复垦厚度不均匀，较厚处大于1 m，较薄处有30 cm左右。研究期间复垦地种植作物为冬小麦。
　　1.2 采样点布置
　　在上窑复垦区域选取试验地块上窑L，人为地将土壤复垦厚度分为4个等级：Level A，0～40 cm；Level B，41～55 cm；Level C，56～70 cm；Level D，71～100 cm。通过预先的打孔探测，分别对不同的复土厚度范围各筛选出3块1 m×1 m的小地块作为重复，共12个1 m×1 m的地块，根据不同的覆土厚度水平，编号分别为A1、A2、A3；B1、B2、B3；C1、C2、C3；D1、D2、D3作为研究对比区域。研究区采样点位置见图1。
　　水分和养分是限制旱地作物生长发育的2个重要因子，但迄今对决定作物产量高低的首要因子是水分还是养分并无一致结论[9]。研究期间控制区域内的施肥量，使人为施肥量为零，选取同一地块，减少了水分因子不同的影响。为减少随机及人为因素的影响，主要以中层土为研究对象，分析土壤的容重、含水率、pH、有机质、总氮、有效磷、有效钾以及复垦区域内农作物小麦的生物量。
　　1.3 采样方法
　　对各个区域采样点进行采样，对于pH、有机质、总氮、有效钾、有效磷和含水率用1 m土壤采样器对各个样点采取混合样，每个样点15～20次取样，分别收集表层土（0～7 cm）、中层土和底层粉煤灰到塑料取样袋中，带回实验室分析。对于容重则采取挖剖面，用100 cm3环刀分别对每个样点的表层土、中层土和粉煤灰层各取3个重复样，带回实验室测量。等待小麦成熟后，人工收获小麦植株，带回实验室测得农作物生物量。
　　1.4 分析方法
　　烘干法测定土壤的含水量，环刀法测定土壤的容重，采用电位法测定土壤的pH，CAL-火焰分光光度法测定有效钾含量，离子色谱仪测定有效磷含量，凯式定氮法测得土壤的全氮含量，高温外热重铬酸钾氧化法测定有机质含量[10-11]。
　　2 结果与分析
　　2.1 土壤肥力影响因素分析
　　一般来说，砂质土壤的容重为1.20～1.80 g/m3，黏质土壤的容重为1.00～1.50 g/m3，壤质土壤介于两者之间。一般土壤耕作层容重在1.05～1.35 g/m3，底土和紧实的耕作层容重在1.35～1.55 g/m3；北方农民把土壤的含水量称为土壤墒情，根据经验，土壤墒情可分为不同的类型，土壤含水量为8%～20%即田间持水量的30%～70%时，适合耕作[12]。
　　从表1可以看出，对于复垦时间比较长的粉煤灰复垦地，粉煤灰复垦土壤具有以下特点：复垦土壤比正常土壤耕作层容重高，含水量整体上大于一般耕作层的含水量，土壤碱性偏大，土壤的有机质含量接近于农业土壤的有机质含量。
　　2.2 数据标准化与线性响应分析
　　为了消除量纲影响以及变量自身变异大小和数值大小的影响，对中层土壤的肥力因子总氮、有效磷、有效钾及土壤的理化特性进行数据标准化处理，结果见表2。
　　采用离散曲线的线性分析，结果见图2。
　　从图2可以看出，有效磷和复垦土壤的含水率具有良好的线性相关响应，随着复垦土层含水率的升高呈下降趋势；总氮和复垦土壤的pH具有良好的线性相关响应，随着复垦地碱性的增大呈减小趋势；有机质和有效钾具有较好的线性相关响应，随着有机质的增加，有效钾减少。
　　2.3 土壤养分与覆土厚度的响应
　　从图3可以看出，肥力状况并没有随着覆土厚度的增加呈现递增趋势，相反，覆土厚度为D水平的土壤，有效钾含量低于各个厚度水平，有效磷在覆土厚度A水平下高于B、C和D覆土水平，基本上随着覆土厚度的增加呈递减趋势。总氮和有機质在不同的覆土厚度下的变化不大。
　　2.4 复垦土壤地农作物生物量
　　从图4可以看出，D水平的覆土厚度下的生物量低于其他的覆土水平，整体趋势响应了不同覆土厚度下营养元素尤其是有效磷和有效钾的变化趋势。A覆土厚度水平下出现生物量最大区域。
　　3 结论
　　（1）粉煤灰复垦地的土壤理化性状相比较于农业土壤较差，复垦土壤在经较长时间的改良后，容重仍偏大，碱性偏强，由于粉煤灰具有良好的蓄水性，使得复垦土层的含水量高于一般耕作土层，并且粉煤灰的钾可以增加土壤的有效钾含量，并被农作物所利用。
　　（2）粉煤灰层可以影响覆土层土壤的理化性质和营养元素的含量，起到积极的改善作用，进而影响农作物的产量。
　　（3）在粉煤灰复垦地，土壤的营养元素和土壤的理化性质具有较显著的响应关系，其中，有效磷和复垦土壤的含水率具有良好的线性相关响应，随着复垦土层含水率的升高呈下降趋势，总氮和复垦土壤的pH具有良好的线性相关响应，随着复垦地碱性的增大呈减小趋势，有机质和有效钾具有较好的线性相关响应，随着有机质的增加，有效钾减少。
　　（4）覆土厚度对农作物的产量具有较大的影响，在此次试验下，覆土厚度在小于38 cm即可得到较好的复垦效果；大于70 cm，不利于粉煤灰层对土壤中营养元素的含量和其他理化性质的改善，进而影响农作物的产量。
　　参考文献
　　[1] 丁青坡，王秋兵，魏忠义，等.抚顺矿区不同复垦年限土壤的养分及有机碳特性研究[J].土壤通报，2007，38（2）：262-267.
　　[2] 王煜琴，李新举，胡振琪，等.煤矿区复垦土壤压实时空变异特征[J].农业工程学报，2009，25（5）：223-227.
　　[3] 沈玉芳，李世清，邵明安.水肥空间组合对冬小麦光合特性及产量的影响[J].应用生态学报，2007，18（10）： 2256-2262.
　　[4] 刘莉，杨尽，苏小丽.粉煤灰在土壤改良中的机理研究[J].安徽农业科学，2010，38（31）：17512-17513，17525.
　　[5] 张乃明，武雪萍，谷晓滨，等.矿区复垦土壤养分变化趋势研究[J].土壤通报，2003，34（1）：58-60.
　　[6] 徐金芳，杨洋，常智慧，等.粉煤灰农业利用的研究进展[J].湖北农业科学，2011，50（23）：4771-4774.
　　[7] 陈孝杨，严家平，RDIGER ANLAUF.粉煤灰和砂壤土混合后水力学特征参数的试验研究[J].煤炭工程，2012（9）：101-103.
　　[8] 崔龙鹏，刘培陶，白建峰，等.淮南粉煤灰处置场周围土壤中若干金属污染调查[J].土壤通报，2008，39（3）：660-664.
　　[9] 刘会平，严家平，樊雯.不同覆土厚度的煤矸石充填复垦区土壤生产力评价[J].能源环境保护，2010，24（1）：52-56.
　　[10] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，1999.
　　[11] 姚贤良，程云生.土壤物理学[M].北京：农业出版社，1986.
　　[12] 胡振琪，戚家忠，司继涛.粉煤灰充填复垦土壤理化性状研究[J].煤炭学报，2002，27（6）：639-643.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14770681.htm