粉煤灰場(chǎng)復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量及其與土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)研究

王長(zhǎng)壘

摘要 [目的]研究粉煤灰復(fù)墾地最佳的復(fù)墾模式，以及土壤養(yǎng)分含量及其與土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。[方法]以淮南市上窯灰場(chǎng)土地復(fù)墾地為研究區(qū)域，選取同一地塊不同覆土水平的區(qū)域做對(duì)比研究，以土壤的容重、pH、含水率、有機(jī)質(zhì)、總氮、有效磷和有效鉀以及不同覆土厚度下的小麥生物量為研究指標(biāo)，研究粉煤灰場(chǎng)復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量及其與理化性質(zhì)的響應(yīng)。[結(jié)果]粉煤灰復(fù)墾地，有效磷和含水率、總氮和pH、有機(jī)質(zhì)和有效鉀具有良好的線性相關(guān)響應(yīng)；當(dāng)土壤覆土厚度小于38 cm時(shí)，粉煤灰可以對(duì)復(fù)墾地的營(yíng)養(yǎng)狀況具有良好的改善，使小麥具有較高的產(chǎn)量，當(dāng)覆土厚度大于70 cm時(shí)，不利于粉煤灰層對(duì)覆土層的改善，影響小麥產(chǎn)量。 [結(jié)論]該研究為復(fù)墾工作和農(nóng)業(yè)種植提供指導(dǎo)和參考。

關(guān)鍵詞 粉煤灰；復(fù)墾土壤；理化性質(zhì)；養(yǎng)分含量；復(fù)墾模式；覆土厚度

中圖分類號(hào) S158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 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(guó)能源結(jié)構(gòu)中燃煤發(fā)電占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，粉煤灰的排放量仍將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)逐年增加。雖然粉煤灰用于建筑工程和基礎(chǔ)工程的比例不斷提高，但我國(guó)對(duì)粉煤灰的處置仍以消極堆放保存為主。堆放占用土地，加劇了我國(guó)耕地面積減少的趨勢(shì)。對(duì)粉煤灰處置地，尤其是舊粉煤堆放場(chǎng)的合理地復(fù)墾利用對(duì)緩解耕地緊張、保障國(guó)家糧食安全具有很大的意義。

目前，充填復(fù)墾工作在國(guó)內(nèi)已得到廣泛的開(kāi)展，已有研究表明好的復(fù)墾模式加上合理的培肥措施，粉煤灰復(fù)墾地的農(nóng)作物產(chǎn)量能夠得到保證[1]。對(duì)復(fù)墾模式，尤其是粉煤灰復(fù)墾地覆土最佳厚度以及肥力因素的研究，不僅使復(fù)墾工作更加經(jīng)濟(jì)科學(xué)，而且對(duì)農(nóng)業(yè)種植工作和提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有很大的幫助。

復(fù)墾會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的擾動(dòng)，使得復(fù)墾土壤物理、化學(xué)和生物特性發(fā)生巨大的變化，所以國(guó)外一直對(duì)復(fù)墾土壤給予極大的關(guān)注，大量的研究主要集中于討論復(fù)墾土壤的物理、化學(xué)、生物特性及其改良的試驗(yàn)和研究上[2]。國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)墾土地的研究起步比較晚，對(duì)粉煤灰復(fù)墾對(duì)土壤理化性質(zhì)影響、最佳復(fù)墾模式和對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量的影響方面有一定的研究[3-7]，筆者在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究粉煤灰復(fù)墾土壤養(yǎng)分含量及其與土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系，為復(fù)墾的最佳模式、復(fù)墾工作和農(nóng)業(yè)種植提供指導(dǎo)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省淮南市，淮南市位于安徽省中部偏北地區(qū)，淮河中游以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，淮南市年平均氣溫為16.9 ℃，全年日照時(shí)數(shù)為2 181 h，年日照百分率為46%，年降水量可達(dá)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節(jié)，梅雨期略短，20 d左右。

試驗(yàn)點(diǎn)位于安徽省淮南市兩大粉煤灰集中處置地之一的上窯灰場(chǎng)。上窯灰場(chǎng)位于淮南東部、淮河以南的上窯鎮(zhèn)，是洛河電廠、田家庵電廠粉煤灰集中處置地，共占地約3.1 km2，田家庵電廠已有60余年發(fā)電歷史[8]，其中洛河電廠裝機(jī)容量250萬(wàn)kW，田家庵電廠裝機(jī)容量111.5萬(wàn)kW。早期儲(chǔ)灰場(chǎng)已覆土復(fù)墾用作建筑用地和農(nóng)業(yè)耕種。

研究點(diǎn)復(fù)墾歷史大于20年，主要以大豆和小麥輪作為主，粉煤灰充填厚度達(dá)數(shù)米，由于機(jī)械施工及原農(nóng)田地形的影響，試驗(yàn)地塊的復(fù)墾厚度不均勻，較厚處大于1 m，較薄處有30 cm左右。研究期間復(fù)墾地種植作物為冬小麥。

1.2 采樣點(diǎn)布置

在上窯復(fù)墾區(qū)域選取試驗(yàn)地塊上窯L，人為地將土壤復(fù)墾厚度分為4個(gè)等級(jí)：Level A，0～40 cm；Level B，41～55 cm；Level C，56～70 cm；Level D，71～100 cm。通過(guò)預(yù)先的打孔探測(cè)，分別對(duì)不同的復(fù)土厚度范圍各篩選出3塊1 m×1 m的小地塊作為重復(fù)，共12個(gè)1 m×1 m的地塊，根據(jù)不同的覆土厚度水平，編號(hào)分別為A1、A2、A3；B1、B2、B3；C1、C2、C3；D1、D2、D3作為研究對(duì)比區(qū)域。研究區(qū)采樣點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。

水分和養(yǎng)分是限制旱地作物生長(zhǎng)發(fā)育的2個(gè)重要因子，但迄今對(duì)決定作物產(chǎn)量高低的首要因子是水分還是養(yǎng)分并無(wú)一致結(jié)論[9]。研究期間控制區(qū)域內(nèi)的施肥量，使人為施肥量為零，選取同一地塊，減少了水分因子不同的影響。為減少隨機(jī)及人為因素的影響，主要以中層土為研究對(duì)象，分析土壤的容重、含水率、pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、有效磷、有效鉀以及復(fù)墾區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物小麥的生物量。

1.3 采樣方法

對(duì)各個(gè)區(qū)域采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，對(duì)于pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、有效鉀、有效磷和含水率用1 m土壤采樣器對(duì)各個(gè)樣點(diǎn)采取混合樣，每個(gè)樣點(diǎn)15～20次取樣，分別收集表層土（0～7 cm）、中層土和底層粉煤灰到塑料取樣袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。對(duì)于容重則采取挖剖面，用100 cm3環(huán)刀分別對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)的表層土、中層土和粉煤灰層各取3個(gè)重復(fù)樣，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。等待小麥成熟后，人工收獲小麥植株，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)得農(nóng)作物生物量。

1.4 分析方法

烘干法測(cè)定土壤的含水量，環(huán)刀法測(cè)定土壤的容重，采用電位法測(cè)定土壤的pH，CAL-火焰分光光度法測(cè)定有效鉀含量，離子色譜儀測(cè)定有效磷含量，凱式定氮法測(cè)得土壤的全氮含量，高溫外熱重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量[10-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力影響因素分析

一般來(lái)說(shuō)，砂質(zhì)土壤的容重為1.20～1.80 g/m3，黏質(zhì)土壤的容重為1.00～1.50 g/m3，壤質(zhì)土壤介于兩者之間。一般土壤耕作層容重在1.05～1.35 g/m3，底土和緊實(shí)的耕作層容重在1.35～1.55 g/m3；北方農(nóng)民把土壤的含水量稱為土壤墑情，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，土壤墑情可分為不同的類型，土壤含水量為8%～20%即田間持水量的30%～70%時(shí)，適合耕作[12]。

從表1可以看出，對(duì)于復(fù)墾時(shí)間比較長(zhǎng)的粉煤灰復(fù)墾地，粉煤灰復(fù)墾土壤具有以下特點(diǎn)：復(fù)墾土壤比正常土壤耕作層容重高，含水量整體上大于一般耕作層的含水量，土壤堿性偏大，土壤的有機(jī)質(zhì)含量接近于農(nóng)業(yè)土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與線性響應(yīng)分析

為了消除量綱影響以及變量自身變異大小和數(shù)值大小的影響，對(duì)中層土壤的肥力因子總氮、有效磷、有效鉀及土壤的理化特性進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)表2。

采用離散曲線的線性分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，有效磷和復(fù)墾土壤的含水率具有良好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著復(fù)墾土層含水率的升高呈下降趨勢(shì)；總氮和復(fù)墾土壤的pH具有良好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著復(fù)墾地堿性的增大呈減小趨勢(shì)；有機(jī)質(zhì)和有效鉀具有較好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著有機(jī)質(zhì)的增加，有效鉀減少。

2.3 土壤養(yǎng)分與覆土厚度的響應(yīng)

從圖3可以看出，肥力狀況并沒(méi)有隨著覆土厚度的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，相反，覆土厚度為D水平的土壤，有效鉀含量低于各個(gè)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，基本上隨著覆土厚度的增加呈遞減趨勢(shì)。總氮和有機(jī)質(zhì)在不同的覆土厚度下的變化不大。

2.4 復(fù)墾土壤地農(nóng)作物生物量

從圖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，整體趨勢(shì)響應(yīng)了不同覆土厚度下?tīng)I(yíng)養(yǎng)元素尤其是有效磷和有效鉀的變化趨勢(shì)。A覆土厚度水平下出現(xiàn)生物量最大區(qū)域。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰復(fù)墾地的土壤理化性狀相比較于農(nóng)業(yè)土壤較差，復(fù)墾土壤在經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的改良后，容重仍偏大，堿性偏強(qiáng)，由于粉煤灰具有良好的蓄水性，使得復(fù)墾土層的含水量高于一般耕作土層，并且粉煤灰的鉀可以增加土壤的有效鉀含量，并被農(nóng)作物所利用。

（2）粉煤灰層可以影響覆土層土壤的理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素的含量，起到積極的改善作用，進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。

（3）在粉煤灰復(fù)墾地，土壤的營(yíng)養(yǎng)元素和土壤的理化性質(zhì)具有較顯著的響應(yīng)關(guān)系，其中，有效磷和復(fù)墾土壤的含水率具有良好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著復(fù)墾土層含水率的升高呈下降趨勢(shì)，總氮和復(fù)墾土壤的pH具有良好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著復(fù)墾地堿性的增大呈減小趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)和有效鉀具有較好的線性相關(guān)響應(yīng)，隨著有機(jī)質(zhì)的增加，有效鉀減少。

（4）覆土厚度對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量具有較大的影響，在此次試驗(yàn)下，覆土厚度在小于38 cm即可得到較好的復(fù)墾效果；大于70 cm，不利于粉煤灰層對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的含量和其他理化性質(zhì)的改善，進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。

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