粉煤灰用于排土场农业复垦的试验研究

刘山林

(神华准格尔能源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 010300)

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内，属于黄土高原地区，地表黄土厚度在50～80 m之间，最厚达150～180 m，黄土主要为风成黄土，粉粒占黄土总重量的50%，结构疏松、富含碳酸盐、孔隙度大、透水性强、遇水易崩解、抗冲抗蚀性弱。气候属中温带干旱气候，年均气温7.3℃，年均降水量401.4 mm，降水多集中在6～9月，年均蒸发量2130.7 mm，日照2874.9小时，大于等于10℃的有效积温为3050℃，无霜期150天左右。气候特点是日照充足，有效积温高，水热同期。

试验地所在的排土场，原为一自然侵蚀深沟，沟内填充露天煤矿开采产生的排弃物，由表层至几十米不同层次的黄土组成，土壤未经熟化过程，土壤养分缺乏，结构性差，而且地面经重型排土机械碾压，地表土壤硬实，通透性差。张书礼等研究认为，黑岱沟露天煤矿开采剥离土与原生地表土土壤营养状况相近，在自然状态下植物生长的限制条件是土壤肥力，适宜在排土场种植的农作物品种有谷子、糜子、黍子、马铃薯等［1］。

2 材料与方法

2.1 材料

田间试验在排土到位1年后还未进行过人工植被恢复的地块进行，土壤基本情况见表1。试验区选择地势平坦，阳光充足，植物生殖生长状况基本一致的地段，每个试验小区均为长方形，面积10 m×20 m，长边东西方向。

表1 试验区土壤性质

粉煤灰取自黑岱沟露天煤矿坑口电厂(该电厂采用水力除灰)贮灰场。该电厂粉煤灰为银灰色和灰色粉状物质，颗粒密度为0.7～3.2g/cm3，粒径范围 0.5 ～230μm，细度 10 ～17%(45μm筛的筛余量)，孔隙率约60～70%，比表面积2800～3300cm2/g。主要由硅、铝和不定量的碳、铁、钙、镁、钾、钠、硫等组成，另外还含有少量的镓、铟、钪、铌、镉、铅、汞等元素，粉煤灰主要成分见表2。

表2 黑岱沟露天矿坑口电厂粉煤灰主要成分分析表(%)

试验区施加的有机肥料是充分腐熟的农家肥，无机肥料是碳酸氢胺和磷酸二氢胺。

种植农作物选择了当地耐旱、耐瘠薄的大田农作物谷子。

2.2 方法

对试验小区的土壤做了6种处理，每个试验小区的肥料和粉煤灰的用量均不同。1#试验小区不施加肥料和粉煤灰，作为对照区，2#试验小区和3#试验小区为单一施加粉煤灰区，4#试验小区为单一施加肥料区;5#试验小区和6#验小区为肥料和粉煤灰混合施加区小区，6种土壤处理粉煤灰及肥料用量见表3。

表3 粉煤灰及肥料用量(g/m2)

粉煤灰和肥料施加方法是，播种前将需要施加的粉煤灰、肥料混匀后，均匀地撒在地表，随即耕翻入土，耕翻深度18～20cm，做到粉煤灰或肥料与全耕层土壤均匀混合，以利于作物不同根系层对养分的吸收利用。

播种方法是参照当地农田耕种的犁开沟，木耧条播的方法。

谷子生长过程的抚育是，当苗高3cm时开始间苗，幼苗高5～6cm时按株行距13×30cm进行定苗，生长期间不再追肥、灌水。

2.3 测定项目与方法

谷子进入成熟期的第10d，在田间实测株高。测量方法是每个小区随机选择50株谷子，用米尺测量从谷子茎秆的基部到主穗顶部的长度，然后取平均值。

谷子的颗粒比较小，测定种子千粒重时，随机数出三个一千粒种子，分别称重，求其平均值。

为了考察谷子穗长的分布情况，收割之前在每个试验小区里随机抽取了50个谷穗作为样本，量得它们的长度，求其平均值。

收割后将谷穗脱粒、风干，然后称重测得谷子的亩产量。

3 结果与分析

3.1 土壤改良情况

对试验小区的土壤理化性质进行了测定，土样制备及各项指标测定方法参照土壤农化分析［2］。6种不同处理的土壤其理化特性变化情况见表4。

表4 土壤理化性质测定结果

试验区地表土壤为露天矿采场的回填土，土壤未经熟化过程。施入粉煤灰、肥料后，土壤中标明土壤养分的有机质、全量养分含量增高;易于植物吸收，有力于植物生长的速效养分含量增高;标志土壤保持肥力高低的阳离子代换量增高;标明土壤硬度的碳酸钙含量降低。说明粉煤灰和肥料具有良好的土壤改良效果。从土壤测试结果还可以看出，单独施粉煤灰与单施肥相比，粉煤灰提高土壤肥力效果优于肥料，尤其是在降低土壤硬度和保持土壤肥力方面单独用粉煤灰效果显著，说明粉煤灰在土壤改良作用中起了积极的作用［3］。

3.2 土壤不同处理方式对谷子生长的影响

图1表明，与对照小区相比，施加粉煤灰和肥料以后，谷子的植株高增加了7.50% ～32.55%，两个施加粉煤灰量不同的小区株高相差2 cm，粉煤灰施加量的多少对株高影响不明显，土壤中单独施肥比单独施加粉煤灰谷子株高增加量大，施肥再施加粉煤灰量较大的6#小区，谷子株高与对照小区相比增加了32.55%。

图1 试验小区谷子株高对比

从图2和图3看，粉煤灰和肥料对谷穗长度影响没有规律，施加粉煤灰和肥料后，谷穗没有对照小区的长。粉煤灰和肥料对每穗颗粒数的影响规律明显，单独施加肥料小区每穗颗粒数的增加较施加粉煤灰区高，粉煤灰施加量越大，每穗颗粒数越多，同时施加粉煤灰和肥料的小区，谷子每穗颗粒数增加明显，涨幅为108.88%。

图2 试验小区谷子千粒重对比

图3 试验小区谷穗长度对比

图4中，粉煤灰对谷子千粒重的影响较小，肥料可以增加谷子的千粒重，同时施加粉煤灰和肥料，粉煤灰用量大的小区千粒重指标最高。

从图5可以发现，粉煤灰和肥料可以增加谷子的亩产量，与对照小区相比，施加粉煤灰和肥料以后，谷子亩产量的增幅12.65% ～78.41%，两个施加粉煤灰量不同的小区亩产量分别增加了7.0 kg和11.6 kg，粉煤灰施加量越大，亩产量越高。土壤中单独施肥亩产量增加了14.3 kg，高于单独施加粉煤灰的小区，同时施加粉煤灰和肥料的小区亩产量分别增加了30.3 kg和43.4 kg，粉煤灰量越大，增产越明显。

图4 试验小区谷子每穗谷粒颗数对比

图5 试验小区谷子亩产量对比

总之单独使用粉煤灰的小区与对照小区相比，谷子长势好，亩产量高，且粉煤灰用量较大的小区，谷子生长调查各项指标较粉煤灰用量较小的小区高。单一施肥的小区的谷子生长状况、产量均优于单一施加粉煤灰的小区。同时使用粉煤灰和肥料的小区，谷子生长状况、种子大小与饱满程度、亩产量优势显著，且粉煤灰用量越大，效果越明显，说明粉煤灰对作物生长有促进作用［4］。

3.3 土壤污染

粉煤灰应用于农业生产会引起土壤重金属污染早已为人关注［5－7］，因此对试验区的土壤进行了重金属元素含量测定，结果见表5。

表5 试验区土壤污染元素含量(mg/kg)

试验区的土壤中不含镉，4个试验小区的土壤中砷含量均高于土壤背景值，铅、氟、汞、铬四种重金属含量均低于土壤背景值。

土壤单独施肥后与对照区相比铅、砷、汞的含量分别降低了 33.4%、48.9%、99，9%，但是氟、铬含量分别增加了47.3%、194.7%。土壤中同时施加肥料和粉煤灰后，铅、氟、汞元素含量增加，且与粉煤灰的用量成正比;土壤中砷含量由于粉煤灰的使用增加，但其含量均低于对照区;而土壤中的铬含量由于粉煤灰的使用降低，但仍高于对照区;说明粉煤灰的使用有引起汞、铬、氟重金属污染的倾向，但试验小区土壤中重金属元素(除砷外)含量均低于该地区土壤背景值，说明试验区基本不存在土壤污染。但今后在粉煤灰的用量上要慎重，以免引起土壤污染，尤其是氟污染。

4 结语与建议

粉煤灰用于排土场，能够提高和保持土壤肥力，减小土壤硬度，有利于土壤微生物活动和养分分解，改善作物生长状况，增加作物产量。使用粉煤灰的同时土壤中施加肥料，更有利于土壤肥力的提高和作物增产。

粉煤灰改良土壤作用优于其促进作物生长作用;粉煤灰的适量使用不会造成土壤重金属污染。

粉煤灰单独使用时的合理用量，粉煤灰施加后引起土壤污染的用量限度，粉煤灰与化肥、农家肥混用的合理比例，粉煤灰改良土壤机理等方面有待于进一步研究。

［1］ 张树礼，等.黄土高原露天矿生态恢复技术研究［M］.内蒙古人民出版社，1997.

［2］ 赵亮;唐泽军;刘芳.粉煤灰改良沙质土壤水分物理性质的室内试验［J］.环境科学学报，2009，(9):1951－1957.

［3］ 樊丽琴;杨建国.工业废弃物在盐碱地改良中的应用研究进展［J］.河南农业科学，2012，(1):21 －24.

［4］ 孙克刚.粉煤灰磁化复合肥对一些经济作物的增产效应研究［J］.干旱地区农业研究，2000，(4):36 －40.

［5］ 古德生;胡家国.粉煤灰应用研究现状［J］.采矿技术，2002，(2):1 －4.

［6］ 韩宝平.固体废物处理与利用［M］.北京:煤炭工业出版社，2002.

［7］ 王永庆，史晓杰，等.粉煤灰的综合利用研究现状［J］.广州化工，2009，37(7):40 －42.