煤氣化渣調理劑用量對黑麥草生長及土壤特性的影響

中圖分類號：S543 文獻標識碼：A 文章編號：0488-5368（2025）08-0055-06

Effects of Coal Gasification Slag Conditioner on Ryegrass Growth and Soil Properties

CAO Taotao，LI Wenqi，ZHENG Jiewen，WANG Ning，WANG Shaoli， ZHANG Kaiyu，KANG Furen （YulinUniersityhaniKeyLboratoryfEcologicalRestorationinnbeiMningArea，Yulinni9oina）

Abstract：Exploring the effcts of diferent application rates of gasification slag conditioner on ryegrass growth and the soil ecological environment provides a theoretical basis for enhancing the comprehensive utilization of gasification slag，improving soil structure，optimizing forage quality，and supporting ecological restoration. In this study，ryegrass was used as the test plant，and fivesoil conditioner treatments were applied：a control （CK），and application rates of 0.75kg/m²（M1） ， 1.5kg/m²（M2） ， 2.25kg/m²（M3） ，and 3.0kg/m （204號 2（M4）.Plant height，biomass，chlorophyllcontent，nutritional quality，soil nutrient levels，and their interrelationships were assessed. In terms of ryegrass growth，the 2.25kg/m² （M3）treatment significantly increased plant height，chlorophyllcontent，and biomass，showing the best overall performance.Regarding soil characteristics，M3 resulted in the highest levels of soil organic matter，available nitrogen，and available phosphorus， while also reducing soil pH and electrical conductivity，thereby improving soil fertility. For forage quality，the M3 treatment had the most significant effect on the crude fat content of ryegrass.Correlation analysis indicated that，under theconditions of this experiment，the coal gasification slag conditioner improved soil nutrient availa

Dility and promoted ryegrass growth，with 2.25kg/m² （M3 ） identified as the optimal application rate.

Key words： Ryegrass ； Soil nutrients ;Coal gasification slag

榆林是我國重要的能源城市，煤炭、礦產資源富集，帶動了當地經濟的快速發展，然而隨著煤碳工業的發展，煤氣化渣的排放量逐年增加；目前榆林地區煤氣化渣的排放量大且利用率低，主要以堆放封存和覆蓋填埋的方式進行處置[2]。煤氣化渣的大量堆積不僅影響當地居民的健康和土壤的污染，而且影響當地經濟和城市的快速發展[3]。因此，提升煤氣化渣的綜合開發利用是解決煤氣化渣合理處理的關鍵技術[4.5]。在“雙碳”目標的驅動下，煤氣化渣已在多個領域得到資源化和生態化利用[6.7]，特別是在農業領域的應用，引起不少學者的廣泛關注。

目前煤氣化渣應用領域為鹽堿地改良、沙漠化防治等，主要是通過制備成土壤調理劑、硅肥原料等。由于煤氣化渣具有多孔，比表面積大、富含有機碳和微量元素，這為煤氣化渣在土壤改良提供了可能[8]。路春亞[9研究了煤氣化渣對農業廢棄物堆肥過程抗生素抗性基因的影響，發現添加煤氣化渣可以降低 ΔpH ，促進有機物分解。ZHU等[]研究發現煤氣化渣可以降低土壤容重、提高保水性能。同時發現煤氣化渣是良好的腐殖酸儲存和釋放介質，有望成為土壤改良的腐殖酸緩釋劑。康振中、許繼飛等[1，I2]發現煤氣化渣堆肥基質有助于中和土壤酸堿度，可提高土壤中養分含量，同時提高土壤中有機物的穩定性，是有效配施物料。張鑫等[13]發現煤氣化渣調理劑本身富含有機碳、N、P、K等營養元素，加之其特有的磁性礦物水解反應和多孔均質結構，可以有效提高土壤的養分含量，從而提高植物株高和生物量的累積。

雖然已有研究表明煤氣化渣調理劑對土壤性狀和植物生長有影響，但是施用多少量的煤氣化渣調理劑對植物的生長及土壤性狀的影響更大尚不明確。本研究通過盆栽試驗，將不同配比的煤氣化渣與羊糞進行好氧堆肥配施于本地沙質土壤中，以黑麥草為指標作物，研究土壤理化性質、黑麥草生長品質，以期利用固廢改善沙質土壤中植物的生長環境，進而提高植物品質，達到固廢資源化利用和生態修復雙重目的，為煤基固廢的綜合利用和沙化土壤改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于榆林學院陜北礦區生態修復重點實驗室（經度 109^°48^′E ，緯度 38^°09^′N ），海拔1105m ，試驗地多年平均降水量為 358.5mm ，無霜期 160d/a ，年平均氣溫 10.6^°C ，雨量多集中于7～9月[8]。供試環保樹脂加侖盆，盆高 21.5cm ，上直徑 23cm ，下直徑 18cm 。試驗供試煤氣化渣重金屬 Cu，Zn，Pb，Cd，Cr，Ni，As，Hg 含量分別為33.58mg/kg，94.29mg/kg，50.26mg/kg，0.35 mg/kg.31.48mg/kg.18.89mg/kg.15.86mg/kg 0.07mg/kg ，均低于土壤環境質量標準限值要求[13]。盆栽用土為本地沙質土壤，試驗所用煤氣化渣調理劑是實驗室自主研發產品，以煤氣化渣與羊糞、秸稈等共同好氧發酵腐熟后的調理劑，基本特性見表1。

供試植物：黑麥草（LoliumperenneL.），是禾本科黑麥草屬的一種多年生草本植物，植株高大、葉片扁平、根系發達，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄，適應性強，生長速度快，再生能力強，對重金屬耐受性強特性。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，共設計了5個處理組，每組處理3個重復。分別為M1煤氣化渣調理劑0.75kg/m² ;M2煤氣化渣調理劑 1.5kg/m² ;M3煤氣化渣調理劑 2. 25kg/m² ;M4煤氣化渣調理劑3kg/m² ;CK為對照組，不施調理劑。播種前將煤氣化渣調理劑和本地沙質土壤混合均勻，作為基肥一次性施入。黑麥草播種量是 3.75g/m² ，每盆播種0.14g ，種子播撒深度為 2cm ，播種后定期澆水。播種時間為2022年7月4日，10月4日收獲，共計90d 。

1.3 測定指標與方法

1.3.1黑麥草生長指標、品質指標黑麥草株高使用游標卡尺測定、葉綠素含量使用葉綠素儀測定。第90天將采集到的黑麥草地上部分放入烘箱，殺青后烘干至恒重，獲得生物量；裝入紙袋置于65^°C 烘 ^48h 后，粉碎過篩，粗蛋白（CP）選用SKD-800凱氏定氮儀測定、粗脂肪（EE）在索氏脂肪提取器中，用乙醚提取試樣并計算。

1.3.2根際土壤理化特性利用五點取樣法在每個盆里選取5個點，取樣時先將黑麥草根際及土壤整體取出，通過抖土法去除根際表面土壤，用消毒后的毛刷輕輕刷下緊密黏附在根際的土壤，將同一處理的根際土樣混合均勻并去除雜根、凋落物后用無菌的自封袋密封。

用pH酸度計（PHSJ-3F）測量 pH 值、用雷磁電導率儀（DDS-307A）測量EC值、土壤有機質通過重鉻酸鉀外加熱法測定、速效氮采用堿擴散法測定、速效磷利用 0. 5mol/LNaHCO₃ 浸提-鉬銻抗顯色法[14]測定、速效鉀用NHOAc浸提-火焰光度法[14]測定。

1.4 數據處理

利用Excel2010進行數據的匯總和整理，采用SPSS26.0對數據進行單因素ANOVA以及相關性分析，在 Plt;0.05 下進行顯著性檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 不同施用量對黑麥草生長的影響

2.1.1不同施用量對黑麥草株高的影響株高是植物生長狀況的直觀表現。由表2可知，施用煤氣化渣調理劑對黑麥草株高影響存在顯著差異。種植60d之前，各處理組的黑麥草株高均沒有高于對照組；60d后，施用煤氣化渣調理劑處理組的株高顯著高于對照組，而且隨著煤氣化渣調理劑施用量的增加，各處理的株高呈先上升后下降的趨勢，施用量為M3時，對黑麥草的株高影響最大。 60d 時，M3處理株高為58.98cm，較對照組高21.53% ，75d時，M3處理株高是 74.69cm ，較對照組高31. 45% ，90d時，M3處理株高是86.70cm，較對照組高 27.88% 。綜上所述，煤氣化渣調理劑可促進黑麥草的株高生長，且施用量為M3時影響最大。

表2不同施用量對黑麥草株高的影響" " " " " " " " "（cm）

2.1.2不同施用量對黑麥草生物量的影響植物生物量可以直接反映出植物的生長狀況。由圖1可知，施用煤氣化渣調理劑處理下黑麥草地上生物量、地下生物量顯著高于對照組。隨著煤氣化渣調理劑施用量的增加，地上生物量和地下生物量呈先增加后降低的趨勢，施用量為M2時，黑麥草地上生物量達到最大，是 83.62g/cm² ，較對照組提高了26.91% ；施用量為M3時，黑麥草地下生物量達到最大，是 57.78g/cm² ，較對照組提高了 39.13% 。綜上所述，煤氣化渣調理劑可促進黑麥草地上部分和地下部分生物量的積累，且施用量為M2和M3時影響最大。

圖1不同施用量對黑麥草生物量的影響

2.2不同施用量對黑麥草葉綠素含量的影響

由圖2可知，施用煤氣化渣調理劑處理的黑麥草葉綠素含量顯著高于對照組，且整體變化趨勢呈先增后降的趨勢。其中施用量為M3時，達到最高。與對照組相比，施用煤氣化渣調理劑處理的葉綠素含量分別提高了 2.26% 、 14.25% 、 14.54% 、7.4% 。因此，施用煤氣化渣調理劑可增加黑麥草葉綠素的含量，且施用量為M3時影響最大。

圖2不同施用量對黑麥草葉綠素含量的影響

2.3 不同施用量對黑麥草品質的影響

粗蛋白、粗脂肪含量通常是牧草品質檢測的重要指標。由圖3可知，煤氣化渣調理劑不同施用量下，黑麥草的粗脂肪和粗蛋白含量存在顯著性差異。與對照組相比，施用煤氣化渣調理劑后的處理的粗脂肪、粗蛋白含量均有顯著增加。隨著煤氣化渣調理劑施用量的增加，黑麥草的粗脂肪呈先上升后下降的趨勢，施用量為M3時達到最高，含量是6.73% ，比對照組高128. 14% ；粗蛋白含量也存在相似的變化趨勢，同樣是M3處理最高，含量是

9.61% ，比對照組高 23.20% 。綜上表明煤氣化渣調理劑可以提高黑麥草的粗脂肪和粗蛋白含量，且施用量為M3時影響最大。

圖3不同施肥處理對黑麥草營養品質的影響

2.4不同施用量對根際土壤理化性質的影響

由表3可知，不同施用量下，黑麥草根際土壤理化性質存在顯著差異。施用了煤氣化渣調理劑的處理有機質和速效磷含量均高于對照組，而速效鉀的含量、pH值、電導率均低于對照組。隨著施用量的增加，速效鉀的含量和 pH 整體呈顯著降低趨勢；土壤有機質和速效磷含量均呈先上升后下降的趨勢，施用量為M3時達到最高，分別是23.35g/kg，33.14mg/kg ，較對照組分別提高了 43.78% 、56.32% 。綜上所述，施用量為M3時，根際土壤有機質、速效氮和速效磷的含量達到最高。

表3不同施用量對根際土壤理化性質的影響

2.5 指標相關分析

根際土壤理化指標與黑麥草生長指標的相關性分析如表4所示，黑麥草株高與地下生物量呈極顯著正相關，與地上生物量、葉綠素、有機質和速效磷呈顯著正相關；地上生物量與葉綠素、粗脂肪呈顯著正相關；地下生物量與葉綠素、速效磷呈顯著正相關；葉綠素與粗脂肪、有機質、速效氮呈顯著正相關；粗脂肪與速效氮、速效磷呈顯著正相關；粗蛋白與速效磷呈顯著正相關；有機質與速效鉀呈顯著負相關；速效氮與速效磷呈顯著正相關；速效鉀和其他指標均呈負相關，僅與pH呈正相關。由此可見，根際土壤理化性質與黑麥草生長品質存在緊密相關的聯系。土壤養分增加有助于黑麥草生長，提高葉片葉綠素含量，進而改善黑麥草營養品質。

表4根際土壤理化指標與黑麥草生長指標的相關分析

*：Plt;0.05；**：Plt;0.01。

3討論

3.1施用煤氣化渣調理劑對黑麥草生長和品質的影響

根據煤氣化渣調理劑施用量和生長階段的差異，植物株高和生物量也有所不同。株高是植物生長狀況的直觀體現。本試驗中種植60d之前，施用煤氣化渣調理劑處理下的黑麥草株高顯著低于對照組，60d之后則相反。可能是7月和8月當地氣候炎熱，同時煤氣化渣調理劑具有良好的孔隙結構，對于水分的吸收量大[15.16]，因此前期施用煤氣化渣調理劑處理下的黑麥草株高顯著低于對照組，這種影響隨著煤氣化渣濃度的增加而增加，可能是干旱下過高的土壤養分濃度可能對根系生長造成滲透性傷害。隨著黑麥草的生長，60d后施用煤氣化渣調理劑處理下的黑麥草株高顯著高于對照組，其中施用量為M3時達到最大。韓東辰[1]研究表明，施加牛糞調理劑和豬糞調理劑均能促進黑麥草的生長。生物量是植物生長的重要指標，有研究顯示[18，19]，調理劑能促進作物生長，也會明顯提高作物生物量。與本試驗結果表明施用煤氣化渣調理劑處理下的黑麥草地上生物量、地下生物量優于對照組CK，這與王冠鍇[20]的研究結果一致。在煤氣化渣調理劑施用量為M2和M3時，生物量較高。葉綠素是反映植物光合作用強弱的重要生理指標。有研究表明[21]合理施肥措施能夠延緩葉片衰老，提高葉綠素含量以及光合作用能力。本研究表明，與對照組CK相比，M1、M2、M3和M4處理的葉綠素含量均提高，可見，煤氣化渣調理劑對土壤改良作用的影響，可以促進難溶養分的分解和利用，提供足以供應黑麥草根系吸收和利用的養分，進而提高葉綠素含量和葉片光合作用。

牧草的營養品質主要取決于營養成分的種類和數量，粗蛋白和粗脂肪是衡量牧草營養成分的重要指標。牧草品質的優劣與土壤調理劑的施用量有著十分密切的關系[22]，張猛[23]等人研究發現，施用土壤調理劑能提高白術的品質。本試驗也驗證了這一點。隨著煤氣化渣調理劑施用量的增加，黑麥草粗蛋白和粗脂肪含量呈先增長后降低的趨勢，在施用量為M3時，二者含量最大。

3.2施用煤氣化渣調理劑對土壤養分的影響

土壤pH值和電導率降低均有助于黑麥草生長。本研究發現，施用煤氣化渣調理劑處理下的土壤 pH 值、電導率較對照組CK均顯著降低。原因可能是秸稈、羊糞和煤氣化渣中的有機物質會被微生物分解，產生有機酸和其他酸性物質。這些酸性物質會降低土壤的 pH 值。此外，土壤pH值的變化也會影響土壤的電導率。電導率的降低可能是王壤水分含量的增加，水分可以稀釋土壤中的可溶性離子，從而降低電導率。

有研究表明，施用煤氣化渣調理劑能顯著提高土壤速效氮和速效磷的含量[24.25]。本試驗，通過煤氣化渣調理劑施用量不同，對土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量的影響不同。施用煤氣化渣調理劑處理下的土壤有機質、速效磷和速效氮含量均增加，而速效鉀的含量減少。而對照組CK保持了較高的速效鉀含量，但有機質、速效磷和速效氮的含量較低。陳麗2研究發現，施用調理劑后可顯著增加土壤有機質、全氮、速效氮和有效磷的含量，從而達到優化土壤結構、提升土壤肥力的目的。顧建芹等[27]研究表明，土壤調理劑的施用能提高土壤有機質含量。張世昌等[28]研究發現，土壤改良劑的施用能提高土壤有機質的含量。王勤儉等[29研究發現含腐植酸和含硅鉀的土壤調理劑顯著提高土壤的有機質。本試驗結果也證實了這一點。隨著煤氣化渣調理劑施用量的增加，各處理速效鉀的含量較對照組CK都顯著降低，可能是煤氣化渣中含有的礦物顆粒具有較強的物理吸附能力，能夠吸附溶液中的鉀離子，從而減少速效鉀的含量。分析結果表明，不同施用量均對土壤養分產生積極影響，當施用量為M3時，土壤有機質、速效氮和速效磷含量最高。

3.3施用煤氣化渣調理劑對土壤和黑麥草生長的 相關分析

煤氣化渣調理劑是煤氣化渣、玉米秸稈、羊糞經過高溫堆肥腐熟后形成的具有改良土壤的肥料。施用煤氣化渣調理劑可以有效的改善土壤的結構與功能，促進植物生長[30]。煤氣化渣調理劑富含養分，資源化利用潛力大。本研究發現，隨著煤氣化渣施用量的增加，黑麥草株高、地上生物量、地下生物量、葉綠素、粗脂肪和粗蛋白與土壤有機質、速效氮和速效磷呈正相關，可見，煤氣化渣調理劑可以促進黑麥草生長以及營養品質的改善；與土壤速效鉀和pH呈負相關，可能是植物吸收，調理劑施用到土壤中后，作物對鉀的需求較高，吸收一部分的速效鉀，從而導致土壤中速效鉀含量的降低。而pH 值與速效鉀呈正相關，可能是在堿性土壤中，鉀離子更容易以水溶性形態存在，因此速效鉀含量較高。

4結論

本研究中，煤氣化渣調理劑施用量為2.25kg/m² （M3）時，黑麥草生長指標包括株高、生物量、葉綠素達到最高；生長品質包括粗蛋白和粗脂肪也較高。同時，這一配比有助于提高土壤養分有機質、速效氮、速效磷的含量、降低土壤pH和電導率。綜合分析表明，施用煤氣化渣調理劑處理下的黑麥草生長與土壤理化指標之間具有密切聯系。煤氣化渣調理劑能夠改善土壤理化指標，進而有助于黑麥草生長，同時也推動煤氣化渣資源化利用。

參考文獻：

[1]2019—2020年度中國大宗工業固體廢物綜合利用產

業發展報告[R].北京：中國大宗工業固體廢物綜合利用協會，2020.

[2］彭團兒.煤化工氣化渣綜合利用技術研究進展[A].煤化工行業固廢氣化灰渣資源化利用技術云端專題研討會[C].北京：中國工業報社，2020.

[3]馬偉平，梅霞，李真，等.煤炭地下氣化殘渣中微量元素的環境風險評估[J].煤炭學報，2021，46（1）：3 670-3 681.

[4]張海瑜.榆林市經濟、社會與生態協調發展研究[D]．西安：西安建筑科技大學，2013.

［5］李俊莉.可持續發展試驗區發展狀態評估研究［D].西安：西北大學，2012.

[6］董寧.牧草進口產品成本及進口價格分析[D].泰安：山東農業大學，2018.

[7]謝曉剛，任建存，張振倉，等.陜西省榆林地區畜牧業存在主要問題探究［J].今日畜牧獸醫，2022，38（1）： 88.

[8]劉艷麗，李強，陳占飛，等.煤氣化渣特性分析及綜合利用研究進展［J].煤炭科學技術，2022，50（11）：251-257.

[9］路春亞.煤氣化渣對農業廢棄物堆肥過程中抗生素抗性基因的影響［D].楊凌：西北農林科技大學，2019.

[10]Zhu D，Miao S，Xue B，et al. Effct of Coal GasificationFine Slag on the Physicochemical Properties of Soil[J]．Water，Air，amp; Soil Pollution，2019，230（7）：1-11.

[11］康振中.煤基固廢與牛糞混合發酵基質在荒漠化土壤改良中的應用[D].呼和浩特：內蒙古大學，2016.

[12]許繼飛，康振中，趙吉，等.煤基固廢與牲畜糞便固態發酵基質改良沙土的研究［J].環境科學與技術，2017，40（7） ：160-166.

[13]張鑫，亢福仁，張凱煜，等.陜北礦區沙土及高羊茅對煤氣化渣堆肥基質的響應研究[J].陜西農業科學，2024，70（10）：76-82.

[14]魯如坤.土壤農業化學分析方法.北京：中國農業科技出版社，2000：228-264.

[15]Zhu Lin，Jia Xuan，Li Mingxiao，et al. Associative ef-fectiveness of bio-organic fertilizer and soil conditionersderived from the fermentation of food waste applied togreenhouse saline soil in Shan Dong Province，China[J].Applied Soil Ecology，2021，167： 445-452.

[16]Yu Jintao，Li Xican，Cao Shuang，et al.Grey fuzzyprediction model of soil organic matter content usinghyper-spectral data[J]. Grey Systems：Theory andApplication，2023，13（2）：36-45.

[17］韓東辰.調理劑對黑麥草營養品質和土壤N、P含量的影響[D].長春：吉林農業大學，2015.

[18]康振中.煤基固廢與牛糞混合發酵基質在荒漠化土壤改良中的應用[D].呼和浩特：內蒙古大學.2016： 1-66.

[19] 龐喆，張衛華，孫增慧，等.施用粉煤灰和有機肥對土壤溫度和玉米生長發育及水分利用效率的影響[J].江蘇農業科學，2018，46（24）：91-94.

[20] 王冠鍇.不同調理劑對濱海粘質鹽土有機質、含鹽量和小麥產量的影響[D」.泰安：山東農業大學，2022.

[21]李敏，劉亞軍，王文靜，等.無機肥與調理劑配施對甘薯生理特性及產量構成因素的影響.江蘇農業科學，2023，51（16） ：91-98.

[22] 羅勤，陳竹君，閆波，等.水肥減量對日光溫室土壤水分狀況及番茄產量和品質的影響[J].植物營養與肥料學報，2015，21（2）：449-457.

[23] 張猛，曹國璠，李金玲，等.土壤改良劑對連作白術的品質、發病率及根部土壤酶活性的影響[J].中藥材，2021，44（4）：793-797.

[24]崔虎.畜禽糞便堆肥過程中磷形態的轉化與調控[D].哈爾濱：中國科學院大學（中國科學院東北地理與農業生態研究所），2022.

[25] 劉瑜，李萍，趙凱麗，等.化肥減量配施生物調理劑對芹菜產量、品質和土壤養分的影響[J].中國農學通報，2023，39（8）：63-68.

[26]陳麗.施用調理劑對白菜收獲后土壤肥力及真菌群落的影響[J].農村經濟與科技，2022，33（13）：12-15.

[27] 顧建芹，江健，鄭榮華.土壤調理劑對連作設施蔬菜生長及土壤改良效果的影響[J].上海農業科技，2021，389（5）： 107-108+120

[28] 張世昌，詹承賢，吳凌云.土壤調理劑品種對茄子產量及土壤理化性狀的影響[J].基層農技推廣，2020，8（12）：24-26.

[29] 王勤儉，王峰，俞巧鋼，等.不同土壤調理劑對紅黃壤黃桃園土壤及黃桃品質的影響[J].浙江農業科學，2022，63（8）：1743-1 747.

[30]方明，任天志，賴欣，等.施用生物炭對紅壤和潮土種植小白菜氮素利用的影響[J].中國土壤與肥料，2019（6）：123-133.