矿井水灌溉对黑麦草和紫花苜蓿生长影响的研究

（辽宁大学环境学院 辽宁·沈阳 110036）

0 引言

我国在非常规水源中矿井水的景观利用相对落后于其他发达国家，城市污水或者再生水等非常规水源在景观灌溉应用以及灌溉后对植物生长生理以及土壤环境安全的影响研究越来越受到许多科研机构和学者的重视。在利用非常规水进行灌溉后，水中含有的中高浓度盐分和重金属元素等污染物伴随着进入土壤中去，甚至由于降水以及灌溉水的淋降作用迁移到土壤深层从而地下水层。其中部分会通过土壤的自净作用而消减，也有一部分会在土壤的吸附作用下长期存在于土壤中，在植物的蒸腾作用下被吸收。矿井水在和清水混溉稀释下的水质虽然可勉强达到景观灌溉用水的标准，但是仍然会存在少量的重金属污染物难以降解，这些污染物会影响植物的生长发育以及影响土壤环境的安全，甚至会造成盐碱化的风险。

在世界各国范围内关于非常规水源矿井水的景观利用研究在很多，但我国的在非常规水源中矿井水的起步晚并且研究较少，在非常规水源中矿井水灌溉较再生水和污水灌溉具有更好的前景和发展潜力。非常规水源的再利用在我国进入了高速发展和产业化时期，因此非常规水源中的矿井水由于其重复利用和低风险价值将会在全国范围矿区内得到快速发展和广泛利用，矿井水的景观灌溉利用将会有更好更广泛的前景。

1 矿井水的危害

未处理的矿井水表面一般会含有大量的煤粉以及其他悬浮物，在矿井水内部有的甚至还会含有一定量的氧化物和放射性物质等。酸矿水中的主要污染物为：Fe2+、Fe3+、Mn2+及其他金属离子等阳离子；而阴离子主要为SO42-、Cl-等离子。酸矿水具有较强的酸性，pH值极低，能够腐蚀矿井中向外的排水设施，甚至腐蚀人的皮肤，排入地表后也会污染天然水，甚至会加重重金属的溶解，从而加大酸矿水的毒性；将酸矿水用于农业灌溉后，会使作物禾苗枯黄，并对耕地土壤结构造成严重的破坏，造成土壤板结，甚至是不可恢复的。高矿化度的矿井水具有较高的盐分，在其排出后，若长期用于农田浇灌，会造成耕地土壤的盐碱化问题等。若将高矿化度的矿井水排入地表后会造成河流水含盐量剧增、浅层地下水位抬高等生态环境的危害。

调查显示，在煤炭的开采规模的不断扩大后，煤炭资源而伴随的副作用会显著的出现，大量酸矿水和尾矿中含有的铁、铜、锌、铅、砷、镉等金属元素进入地表，大量高矿化度矿井水中会含有大量盐分，也会随之进入地表，煤炭附属品煤矸石也会堆积成山，使矿区周边生态环境受到严重的破坏。根据有关研究得出，各地矿区周边土壤中已经被造成了不同水平的重金属污染，这些重金属通过降水的淋溶作用向下层土壤进行迁移，或者农作物本身聚集甚至进入到人体，造成人类癌症高发，各类疾病频发的现象发生。

2 矿井水在灌溉方面研究现状

山东淄博煤矿区应用矿井水污染的孝妇河水灌溉农田，灌溉水入渗污染地下水。山东济宁、枣庄两市应用水质较差的矿井水灌溉农田的现象较为普遍，矿井水浇灌的土壤全盐量明显增加。而王飞际等研究表明，在半干旱草原气候条件下，将高悬浮物矿井水进行生长基质为栗钙土的马铃薯的农业灌溉，农民因此获得亩产5883斤的马铃薯的好收成，比当地农民利用生产田不灌水而取得的亩产量2548斤增产9.14%，比相同条件下清水灌溉的亩产4677斤增产13.6%。因污水可能含有造成严重生态环境恶化的因素，因此对农作物生长的土壤环境及地下水环境方面的研究，目前多集中在城市生活污水、中水、再生水等方面，对于矿井水及被矿井水污染地表水等水源农业灌溉后对作物的产量、品质安全和土壤环境的影响等方面的研究国内报道较少。目前，我国矿井水仅有26%经处理后回用矿区工业和生活，其它矿井排水未经处理直接排到地表水用于农业灌溉较为普遍。国外对矿井水灌溉的农作物安全利用问题进行了深入研究，JG Annandale等南非的试验表明，科学合理的利用矿井水灌溉不仅可以提高作物产量和经济效益，而且还不会带来环境问题。因此，怎样应用矿井水灌溉来实现作物高产高效及品质安全是亟待研究的新问题，需要开展矿井水的农作物高效安全利用技术的深入研究。

3 矿井水灌溉对黑麦草和紫花苜蓿生长影响的研究

本章实验主要研究无土栽培下矿井水对黑麦草、紫花苜蓿的影响。利用无土栽培的方式，以清水为对照组，清水和矿井水不同混灌比例为实验组，石英砂为培养介质，探究在无土栽培下矿井水短期内对黑麦草和紫花苜蓿两种冷季型草坪草生长（发芽率、发芽势、平均株高和鲜重含水量）、生理特性（可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、MAD含量）以及光合特性（cond、ci、Tr、Photo、叶片面积等），从而探究草坪草的最佳生长条件以及最优灌溉比例。

实验方法主要包括以下步骤：

（1）种子萌发试验：选取质地均匀、籽粒饱满的黑麦草和紫花苜蓿种子进行消毒处理（选用 10%的过氧化氢溶液(H2O2)浸泡10min），然后用清水和蒸馏水先后分别冲洗数次，用滤纸将种子表面的水分吸干，每组选取100粒大小质地相近的种子，均匀的铺撒在添加石英砂的培养皿中，并置于人工气候培养箱中，温度设置为25℃/15℃（昼/夜），光照强度100 mol·m-2·s-1，光周期12h/12h，相对湿度60%。设置3个组别浓度梯度作为试验的处理浓度，同时设置清水组作为空白对照。种子萌发24 h后，每天定时观察，在种子萌发后的第7 d记录发芽势、第14 d记录种子的发芽率，连续15 d观察记录其发芽情况，并计算发芽势、发芽率。

（2）处理试验：当幼苗长至5～6叶时，按表1中清水和矿井水混灌比例处理浇灌黑麦草和紫花苜蓿幼苗，每周浇灌3到4次，浇灌时间为上午10:00以免在光照充足温度较高的条件下造成植株的缺水，浇水时应保持充足均匀，也不宜过量造成根部缺氧。处理过程期间应注意室内湿度温度、光照、通风的控制。整个试验过程不作外源营养液的追肥处理。处理后第20 d取倒数第2片全展功能叶测定紫花苜蓿和黑麦草各项生长生理指标。

表1：组别设置

实验分析：

由图1所示，在T1组别和T2组别清水和矿井水混溉比例为2：1和1：1的时候对黑麦草和紫花苜蓿的生物量均有一定的促进作用，清水和矿井水混灌比例为2：1的时候对两种草种的生物量促进作用最大；T3处理组仅矿井水浇灌时对黑麦草和紫花苜蓿两种草种的生物量均会产生抑制作用。高浓度矿井水由于其酸性和高浓度离子对植物的生物量产生的抑制作用强，低浓度矿井水因为抑制因子的降低会产生一定的促进作用。

图1：盆栽矿井水不同灌溉方式对黑麦草和紫花苜蓿发芽率和发芽势的影响

由图2所示，在T1组别和T2组别清水和矿井水混灌比例为混灌比例为2：1和1：1时对黑麦草和紫花苜蓿植株的生理特性均有一定的促进作用；T3处理组仅用矿井水浇灌时，对黑麦草和紫花苜蓿植株的生理特性会起到抑制作用。当清水和矿井水混灌比例2：1的情况下对黑麦草和紫花苜蓿生理特性的促进作用达到最大。高浓度矿井水由于其酸性和高浓度离子对植物的生理特性产生的抑制作用强，低浓度矿井水因为抑制因子的降低会产生一定的促进作用。

图2：盆栽矿井水不同灌溉方式对黑麦草和紫花苜蓿可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

4 结论和展望

盆栽土培方式下，在T1组别和T2组别清水和矿井水混溉比例为2：1和1：1的时候对黑麦草和紫花苜蓿的生物量、生理特性均有一定的促进作用，T1组别清水和矿井水混灌比例为2：1的时候对两种植株的生物量、生理特性促进作用最大；T3处理组仅矿井水浇灌时对黑麦草和紫花苜蓿植株的生物量、生理特性均会产生抑制作用。高浓度矿井水由于其酸性和高浓度离子对植物的生物量、生理特性产生的抑制作用强，低浓度矿井水因为抑制因子的降低会产生一定的促进作用。

本实验通过盆栽土培的方式，探究了矿井水不同灌溉比例对两种草坪草黑麦草和紫花苜蓿的生物量、生理特的影响，从这两个方面入手确定矿井水不同灌溉方式的优劣和特点，但在矿井水的成分问题上探讨较少，对植物的系统性分析还有待进行。