施用堆肥對紫花苜蓿和墨西哥玉米生物量的影響及牧草安全性評價

邱峰 汪亞敏 崔林釗

摘要?[目的]研究堆肥對采煤沉陷區紫花苜蓿及墨西哥玉米生物量的影響。[方法]采用紫花苜蓿（Medicago sativa）單播、墨西哥玉米（Purus frumentum）單播以及紫花苜蓿和墨西哥玉米混播3種模式，并對每種播種方式施加不同的有機堆肥，研究施用堆肥對紫花苜蓿和墨西哥玉米生物量的影響。[結果]施加堆肥單播紫花苜蓿處理比未施加堆肥單播紫花苜蓿處理牧草生物量增加了159.42%，施加堆肥混播紫花苜蓿和墨西哥玉米處理比未施加堆肥混播紫花苜蓿和墨西哥玉米處理牧草生物量增加了140.87%;施加堆肥單播紫花苜蓿處理牧草株高顯著高于未施加堆肥單播紫花苜蓿處理。且施加堆肥及未施加堆肥的該種牧草內重金屬含量均為安全等級。[結論]該改良方式在淮南新莊孜礦及類似礦區具有一定的應用價值。

關鍵詞?采煤沉陷區;生物量;有機堆肥

中圖分類號?S141.4文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2018）35-0114-03

我國的煤炭資源儲量和開采量均較大，在我國東部平原礦區因采煤引起的地表塌陷已造成大面積土地積水、受淹和鹽堿化，使區內耕地面積急劇減少，加劇了人地矛盾[1]。煤炭資源的開發促進了社會經濟發展，但在目前的開發技術和管理水平下，煤炭資源的開發所產生的廢棄物使礦區環境遭到不同程度的污染和破壞。根據我國國土資源部提供的數據，我國大陸受污染的耕地面積達2.7×107 hm2，占我國耕地面積的20%，直接經濟損失100多億元[2]。如何對礦區進行科學的恢復和治理，是值得深入研究和探討的問題。

土壤復墾是采煤塌陷區土壤恢復的最有效方式，我國東部的煤礦沉陷區復墾中，煤矸石回填塌陷區表層覆土的復墾模式已得到廣泛應用[3]。但此種模式復墾的采煤沉陷區往往存在表層土壤整體肥力水平不髙，其中N、P和有機質缺乏，重金屬含量高及水土流失嚴重等，嚴重限制了農作物的生長和復墾地的利用[4-8]。

新莊孜礦位于淮南煤田西翼、八公山東麓，經過60 多年的開采和長時間的沉降，塌陷區域已經基本穩定。為提高塌陷區域的土地利用率，采用煤矸石填充，表層復墾（覆土厚度為60 cm左右）。和其他復墾礦區一樣，淮南新莊孜礦區復墾土壤貧瘠，水土流失嚴重[9]。這些問題限制了新復墾礦區的土地利用效率。研究表明，淮南新莊孜礦區土壤中 Zn、Pb 含量均低于淮南市土壤背景值，土壤中Cd和Cu含量分別超過淮南市土壤背景55.00%～106.76%和0.08%～0.46%（20～60 cm）[10]。

種植牧草、施用有機肥或氮磷鉀等不僅能夠提高貧瘠土壤的肥力，還能促進表層土壤的熟化[11]。筆者以淮南新莊孜礦區為研究區域，研究在有機堆肥與牧草聯合使用條件下，牧草對礦區土壤的適應情況及堆肥對植物生長的影響，并對牧草品質進行評價，以期獲得有利于該礦區土壤改良的有利方法。

1?材料與方法

1.1?堆肥改良與牧草種植設計

為提高新復墾礦區牧草的品質，采用土壤施加堆肥和牧草不同播種方式。所使用的堆肥為筆者所在課題組以水生植物香蒲（Typha angustifolia）為主要原料堆制而成，依據堆肥過程中添加的輔料不同共分為4種類型，各類型堆肥中的養分含量見表1。

對淮南新莊孜礦區進行前期實地調查，選擇土壤地勢平坦的復墾礦區進行播種。將試驗地按照隨機區組試驗設計劃分為16個處理小區，每處理試驗小區面積為180 m2。其中12個施堆肥小區按照37.5 t/hm2的施肥量施加堆肥;另外4個小區不施堆肥，其中Z、M、H分別為紫花苜蓿單播區、墨西哥玉米單播區、紫花苜蓿和墨西哥玉米混播區。各小區翻耕完畢后播種牧草紫花苜蓿和墨西哥玉米，播種方式分為單播和混播，具體設計見表2。

1.2?樣品采集及分析方法

牧草生長季結束后，每個試驗小區隨機做3個1 m×1 m的樣方，緊貼地面收集樣方內的全部植株，去掉雜草后帶回實驗室備用。牧草生物量的測定：將從試驗地采集的植物樣品，105 ℃殺青30 min，于75 ℃烘干至恒重，最后用電子天平稱重。牧草重金屬含量的測定：將研磨好的樣品用三酸（濃硝酸、濃硫酸、高氯酸）混合溶液進行消煮后，定容待用，銅、鋅、鉛、鉻用原子火焰吸收光度儀測定，鎘用石墨爐測定[12]。

1.3?數據處理

用R軟件對試驗數據進行單因素方差分析和差異顯著性分析（P<0.05）。

2?結果與分析

2.1?施用堆肥對單播紫花苜蓿生物量的影響

施用有機堆肥1、2、3、4與未施用堆肥的紫花苜蓿相比，紫花苜蓿的生物量均有所提高，且施用有機堆肥3與有機堆肥4紫花苜蓿生物量顯著增加（P<0.05），其中施用有機堆肥4紫花苜蓿生物量增加最大，比未施用堆肥紫花苜蓿生物量增加了159.42%。

2.2?施用堆肥對單播墨西哥玉米生物量的影響

施用有機堆肥1、2、3、4與未施用堆肥的墨西哥玉米相比，僅施用機堆肥3、4 墨西哥玉米生物量增加，其余墨西哥玉米生物量均有所減少。

2.3?施用堆肥對混播中紫花苜蓿生物量的影響

施用有機堆肥1、2、3、4與未施用堆肥的紫花苜蓿相比，施用機堆肥1、3、4墨西哥玉米生物量增加，施用堆肥2墨西哥玉米生物量減少。

2.4?施用堆肥對混播中墨西哥玉米生物量的影響

施用有機堆肥1、2、3、4與未施用堆肥的墨西哥玉米相比，施用有機堆肥的墨西哥玉米生物量增加，其中施用有機堆肥4墨西哥玉米生物量顯著增加（P<0.05）。

2.5?牧草安全性評價

紫花苜蓿和墨西哥玉米植株內重金屬含量見表3。從表3可以看出，施用堆肥和未施用堆肥處理，紫花苜蓿和墨西哥玉米植株內重金屬含量均低于國家規定牧草內重金屬含量水平，均為安全等級，可用于飼養家畜。

3?結論與討論

有機肥被廣泛應用于提高植物生物量。徐艷麗等[13]研究表明，隨有機肥的增加牧草生物量增加，可能是施用有機肥能改善土壤環境，提髙牧草的存活密度，從而顯著提髙其產量。劉艷等[14]研究表明，雜交狼尾（Pennisetum alopecuroides）產量與施肥量密切相關，隨施肥量的增加產量逐漸升高，1 500 kg/hm2時最高，之后有所下降。該研究發現，施用堆肥能顯著提高紫花苜蓿和混播紫花苜蓿和墨西哥玉米牧草的生物量，對墨西哥玉米的生物量影響不顯著。目前，不同播種方式對牧草產量和品質的影響己有諸多研究[15-17]。何麗等[18]研究表明，從牧草產量的角度看，紫花苜蓿更適合單播，冰草（Agropyron cristatum）更適合混播;從牧草品質的角度看，紫花苜蓿和冰草更適合單播。該研究結果表明，施用堆肥處理混播2種牧草生物量高于單播紫花苜蓿和單播墨西哥玉米。未施用堆肥處理，混播2種牧草和單播紫花苜蓿與單播墨西哥玉米生物量無顯著影響。這可能是由于土壤樣品采集時，豆科紫花苜蓿和禾本科墨西哥玉米是混播種植的第一個生長季，2種牧草在養分、水分、光照和空間等資源方面存在競爭關系，豆科牧草和禾本科牧草隔行混播體系中存在對氮的互補利用優勢尚未顯現出來。

采煤沉陷區土壤貧瘠，養分匱乏，農作物產量偏低。種植牧草并施用堆肥處理，在當年牧草生長季結束后，施用有機堆肥3與有機堆肥4單播紫花苜蓿生物量顯著增加，施用有機堆肥4混播墨西哥玉米的生物量顯著增加。為在農業生產方面最大效率地提高采煤沉陷區牧草生物量，該改良方式在淮南新莊孜礦及類似礦區具有一定的應用價值。

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