礦井水灌溉對黑麥草和紫花苜蓿生長影響的研究

（遼寧大學環境學院 遼寧·沈陽 110036）

0 引言

我國在非常規水源中礦井水的景觀利用相對落后于其他發達國家，城市污水或者再生水等非常規水源在景觀灌溉應用以及灌溉后對植物生長生理以及土壤環境安全的影響研究越來越受到許多科研機構和學者的重視。在利用非常規水進行灌溉后，水中含有的中高濃度鹽分和重金屬元素等污染物伴隨著進入土壤中去，甚至由于降水以及灌溉水的淋降作用遷移到土壤深層從而地下水層。其中部分會通過土壤的自凈作用而消減，也有一部分會在土壤的吸附作用下長期存在于土壤中，在植物的蒸騰作用下被吸收。礦井水在和清水混溉稀釋下的水質雖然可勉強達到景觀灌溉用水的標準，但是仍然會存在少量的重金屬污染物難以降解，這些污染物會影響植物的生長發育以及影響土壤環境的安全，甚至會造成鹽堿化的風險。

在世界各國范圍內關于非常規水源礦井水的景觀利用研究在很多，但我國的在非常規水源中礦井水的起步晚并且研究較少，在非常規水源中礦井水灌溉較再生水和污水灌溉具有更好的前景和發展潛力。非常規水源的再利用在我國進入了高速發展和產業化時期，因此非常規水源中的礦井水由于其重復利用和低風險價值將會在全國范圍礦區內得到快速發展和廣泛利用，礦井水的景觀灌溉利用將會有更好更廣泛的前景。

1 礦井水的危害

未處理的礦井水表面一般會含有大量的煤粉以及其他懸浮物，在礦井水內部有的甚至還會含有一定量的氧化物和放射性物質等。酸礦水中的主要污染物為：Fe2+、Fe3+、Mn2+及其他金屬離子等陽離子；而陰離子主要為SO42-、Cl-等離子。酸礦水具有較強的酸性，pH值極低，能夠腐蝕礦井中向外的排水設施，甚至腐蝕人的皮膚，排入地表后也會污染天然水，甚至會加重重金屬的溶解，從而加大酸礦水的毒性；將酸礦水用于農業灌溉后，會使作物禾苗枯黃，并對耕地土壤結構造成嚴重的破壞，造成土壤板結，甚至是不可恢復的。高礦化度的礦井水具有較高的鹽分，在其排出后，若長期用于農田澆灌，會造成耕地土壤的鹽堿化問題等。若將高礦化度的礦井水排入地表后會造成河流水含鹽量劇增、淺層地下水位抬高等生態環境的危害。

調查顯示，在煤炭的開采規模的不斷擴大后，煤炭資源而伴隨的副作用會顯著的出現，大量酸礦水和尾礦中含有的鐵、銅、鋅、鉛、砷、鎘等金屬元素進入地表，大量高礦化度礦井水中會含有大量鹽分，也會隨之進入地表，煤炭附屬品煤矸石也會堆積成山，使礦區周邊生態環境受到嚴重的破壞。根據有關研究得出，各地礦區周邊土壤中已經被造成了不同水平的重金屬污染，這些重金屬通過降水的淋溶作用向下層土壤進行遷移，或者農作物本身聚集甚至進入到人體，造成人類癌癥高發，各類疾病頻發的現象發生。

2 礦井水在灌溉方面研究現狀

山東淄博煤礦區應用礦井水污染的孝婦河水灌溉農田，灌溉水入滲污染地下水。山東濟寧、棗莊兩市應用水質較差的礦井水灌溉農田的現象較為普遍，礦井水澆灌的土壤全鹽量明顯增加。而王飛際等研究表明，在半干旱草原氣候條件下，將高懸浮物礦井水進行生長基質為栗鈣土的馬鈴薯的農業灌溉，農民因此獲得畝產5883斤的馬鈴薯的好收成，比當地農民利用生產田不灌水而取得的畝產量2548斤增產9.14%，比相同條件下清水灌溉的畝產4677斤增產13.6%。因污水可能含有造成嚴重生態環境惡化的因素，因此對農作物生長的土壤環境及地下水環境方面的研究，目前多集中在城市生活污水、中水、再生水等方面，對于礦井水及被礦井水污染地表水等水源農業灌溉后對作物的產量、品質安全和土壤環境的影響等方面的研究國內報道較少。目前，我國礦井水僅有26%經處理后回用礦區工業和生活，其它礦井排水未經處理直接排到地表水用于農業灌溉較為普遍。國外對礦井水灌溉的農作物安全利用問題進行了深入研究，JG Annandale等南非的試驗表明，科學合理的利用礦井水灌溉不僅可以提高作物產量和經濟效益，而且還不會帶來環境問題。因此，怎樣應用礦井水灌溉來實現作物高產高效及品質安全是亟待研究的新問題，需要開展礦井水的農作物高效安全利用技術的深入研究。

3 礦井水灌溉對黑麥草和紫花苜蓿生長影響的研究

本章實驗主要研究無土栽培下礦井水對黑麥草、紫花苜蓿的影響。利用無土栽培的方式，以清水為對照組，清水和礦井水不同混灌比例為實驗組，石英砂為培養介質，探究在無土栽培下礦井水短期內對黑麥草和紫花苜蓿兩種冷季型草坪草生長（發芽率、發芽勢、平均株高和鮮重含水量）、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、葉片面積等），從而探究草坪草的最佳生長條件以及最優灌溉比例。

實驗方法主要包括以下步驟：

（1）種子萌發試驗：選取質地均勻、籽粒飽滿的黑麥草和紫花苜蓿種子進行消毒處理（選用 10%的過氧化氫溶液(H2O2)浸泡10min），然后用清水和蒸餾水先后分別沖洗數次，用濾紙將種子表面的水分吸干，每組選取100粒大小質地相近的種子，均勻的鋪撒在添加石英砂的培養皿中，并置于人工氣候培養箱中，溫度設置為25℃/15℃（晝/夜），光照強度100 mol·m-2·s-1，光周期12h/12h，相對濕度60%。設置3個組別濃度梯度作為試驗的處理濃度，同時設置清水組作為空白對照。種子萌發24 h后，每天定時觀察，在種子萌發后的第7 d記錄發芽勢、第14 d記錄種子的發芽率，連續15 d觀察記錄其發芽情況，并計算發芽勢、發芽率。

（2）處理試驗：當幼苗長至5～6葉時，按表1中清水和礦井水混灌比例處理澆灌黑麥草和紫花苜蓿幼苗，每周澆灌3到4次，澆灌時間為上午10:00以免在光照充足溫度較高的條件下造成植株的缺水，澆水時應保持充足均勻，也不宜過量造成根部缺氧。處理過程期間應注意室內濕度溫度、光照、通風的控制。整個試驗過程不作外源營養液的追肥處理。處理后第20 d取倒數第2片全展功能葉測定紫花苜蓿和黑麥草各項生長生理指標。

表1：組別設置

實驗分析：

由圖1所示，在T1組別和T2組別清水和礦井水混溉比例為2：1和1：1的時候對黑麥草和紫花苜蓿的生物量均有一定的促進作用，清水和礦井水混灌比例為2：1的時候對兩種草種的生物量促進作用最大；T3處理組僅礦井水澆灌時對黑麥草和紫花苜蓿兩種草種的生物量均會產生抑制作用。高濃度礦井水由于其酸性和高濃度離子對植物的生物量產生的抑制作用強，低濃度礦井水因為抑制因子的降低會產生一定的促進作用。

圖1：盆栽礦井水不同灌溉方式對黑麥草和紫花苜蓿發芽率和發芽勢的影響

由圖2所示，在T1組別和T2組別清水和礦井水混灌比例為混灌比例為2：1和1：1時對黑麥草和紫花苜蓿植株的生理特性均有一定的促進作用；T3處理組僅用礦井水澆灌時，對黑麥草和紫花苜蓿植株的生理特性會起到抑制作用。當清水和礦井水混灌比例2：1的情況下對黑麥草和紫花苜蓿生理特性的促進作用達到最大。高濃度礦井水由于其酸性和高濃度離子對植物的生理特性產生的抑制作用強，低濃度礦井水因為抑制因子的降低會產生一定的促進作用。

圖2：盆栽礦井水不同灌溉方式對黑麥草和紫花苜蓿可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

4 結論和展望

盆栽土培方式下，在T1組別和T2組別清水和礦井水混溉比例為2：1和1：1的時候對黑麥草和紫花苜蓿的生物量、生理特性均有一定的促進作用，T1組別清水和礦井水混灌比例為2：1的時候對兩種植株的生物量、生理特性促進作用最大；T3處理組僅礦井水澆灌時對黑麥草和紫花苜蓿植株的生物量、生理特性均會產生抑制作用。高濃度礦井水由于其酸性和高濃度離子對植物的生物量、生理特性產生的抑制作用強，低濃度礦井水因為抑制因子的降低會產生一定的促進作用。

本實驗通過盆栽土培的方式，探究了礦井水不同灌溉比例對兩種草坪草黑麥草和紫花苜蓿的生物量、生理特的影響，從這兩個方面入手確定礦井水不同灌溉方式的優劣和特點，但在礦井水的成分問題上探討較少，對植物的系統性分析還有待進行。