關(guān)于以鐵尾礦為基礎(chǔ)材料的植被混凝土基質(zhì)的探索
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者：張毅
目前我國邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究已有一定的進(jìn)展，應(yīng)用比較廣泛的植被混凝土邊坡綠化技術(shù)對巖質(zhì)邊坡的植被恢復(fù)十分有效。植被混凝土是把水泥、土、有機(jī)質(zhì)、添加劑、混合植綠種子按特定比例，加一定量的水充分?jǐn)嚢韬笮纬傻幕旌衔铩Ｓ捎诼短觳傻V的開挖導(dǎo)致礦山表土的匱乏，若采用目前的邊坡修復(fù)技術(shù)將導(dǎo)致大量土壤的使用和開挖，這將會帶來新的環(huán)境破壞，同時大量土壤的使用在無形中增加了邊坡綠化的成本。這種高成本的綠化技術(shù)很難在礦山試用推廣。鐵尾礦是選礦過程中排棄的數(shù)量巨大的固體廢棄物，大量的尾礦形成的尾礦壩，不僅占用了土地，而且也給人類生活環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染和危害，破壞了生態(tài)平衡。本試驗結(jié)合植被混凝土技術(shù)以鐵尾礦替代土壤作為基礎(chǔ)材料，采用水泥作為粘結(jié)劑，秸稈、蘑菇肥和保水劑進(jìn)行配比試驗通過分析基質(zhì)的土壤的pH值、容重、比重、孔隙度有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分等指標(biāo)，研究基質(zhì)對高羊茅和紫花莒蓿兩種先鋒植物的生長影響，研究出適合于礦山巖質(zhì)邊坡低成本綠化技術(shù)。
1 材料與方法
1.1 試驗設(shè)計
針對巖質(zhì)邊坡的特點，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，
秸稈、水泥、蘑菇肥、保水劑4種成分在基質(zhì)中起著主要的作用，各材料所加入的比例是按鐵尾礦為1所占的比例。糠醛渣主要作用為調(diào)節(jié)基質(zhì)酸堿度，加入量為水泥加入量的50%，并在每一組的配比中加入有機(jī)肥，加入量為2%。本試驗選取以上4個因素，每種因素考慮3個水平，不考慮其因素的交互作用，所有試驗均設(shè)置3個重復(fù)。采用L9( 34)正交表進(jìn)行正交試驗設(shè)計試驗方案見表1，研究不同配比基質(zhì)的理化性質(zhì)及對植物生長的影響。
1 2 試驗材料
試驗所用鐵尾礦取自唐山某鐵礦尾礦庫，粘結(jié)劑使用425#水泥，秸稈纖維為小麥秸稈粉碎碾壓而成，粉碎長度為10-20 mm．蘑菇肥取自唐山蘑菇養(yǎng)殖場，并進(jìn)行曬干粉碎，并通過1 mm篩網(wǎng)，保水劑選用K類SAP，吸水倍率600倍，有機(jī)肥采用山大沃豐生物有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量≥30%，N+P2O5+K20≥6%，糠醛渣使用唐山糠醛廠廢棄渣，呈弱酸性，作為基質(zhì)pH值調(diào)節(jié)劑采用高羊茅和紫花苜蓿2種先鋒植物草種存塑料花盆中進(jìn)行盆栽試驗，、
1.3 試驗方法
本次試驗在自然條件下進(jìn)行盆栽試驗，將基質(zhì)在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌好之后裝入塑料盆中，植被種子不能埋的過深，否則植物發(fā)芽受阻，種子埋在表層基質(zhì)里，厚眨約2 cm。為了較準(zhǔn)確地測定基質(zhì)配比對植物發(fā)芽率的影響，每份取約100粒。每個處理做3個重復(fù)，并使用普通土壤做3個重復(fù)的對照，一共種植6()盆。將種植好的花盆放在室外，使植物在自然條件下生長。植物發(fā)芽前期每天澆一次水，澆透為止，直到成長成坪，以后每周澆一次水，澆透為止。
1.31 基質(zhì)理化性質(zhì)測定
基質(zhì)容重、孔隙度采用環(huán)刀法測定，pH值采用pH酸度計測定，基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定，基質(zhì)堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，基質(zhì)有效磷采用NaHC03浸提一鉬藍(lán)比色法測定，基質(zhì)速效鉀采用火焰光度計法測定。
1.3.2 植物生長指標(biāo)測定
從2014年7月18日開始，從植物開始發(fā)芽第一天統(tǒng)計植物發(fā)芽率，統(tǒng)計17 d，并在每個月18號用鋼卷尺測定植物株高，并對基質(zhì)進(jìn)行取樣分析。
1.3.3 數(shù)據(jù)分析
本次試驗數(shù)據(jù)采用Excel處理，采用SPSS軟件進(jìn)行分析，并用Excel進(jìn)行作圖。
2 結(jié)果與討論
2.1 不同配比對基質(zhì)理化指標(biāo)的影響
2.1.1 不同配比基質(zhì)物理指標(biāo)分析
由表2可以看出CK的容重為1.58 g/cm3，容重最大，這表明土壤較緊實，較不利于通氣、透水和植物扎根。不同配比的基質(zhì)的容重變化較明顯，都相對CK有不同程度的減少，說明不同配比的基質(zhì)可以有效地減小容重，使土壤疏松多孔，改善土壤結(jié)構(gòu)。一般土壤的容重在0.9-1.7 g/cm3之間變動，土壤容重是土壤肥力水平、疏松程度、植被生長質(zhì)量的重要指標(biāo)。土壤的總孔隙度是衡量土壤中水分和空氣含量的重要指標(biāo)，土壤的孔隙度一般為40%-50%。毛管孔隙度的大小與土壤水的運動和植被利用吸收情況密切相關(guān)，土壤毛管孔隙值的大小能夠反映土壤蓄水性能的強(qiáng)弱，是衡量土壤保水性能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。非毛管空隙大小決定土壤通氣性好壞，基質(zhì)的透水、通氣性會隨著非毛管孔隙度的變大而提高。通過不同配比的基質(zhì)的添加，基質(zhì)的毛管孔隙度和非毛管孔隙度都有不同程度的增強(qiáng)，基質(zhì)的通氣和透水能力也不同程度的增強(qiáng)�；|(zhì)容重的減小和孔隙度的增強(qiáng)主要是因為基質(zhì)中添加了不同量的秸稈纖維和蘑菇肥，秸稈纖維本身具有孔隙結(jié)構(gòu)，在基質(zhì)中不僅起到連接作用，同時增加了基質(zhì)的孔隙度，蘑菇肥在基質(zhì)中的主要作用是增加了基質(zhì)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得鐵尾礦的微細(xì)顆粒團(tuán)聚在一起，改善基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)并加強(qiáng)了基質(zhì)的抗雨水沖刷能力。
2.1.2 不同配比基質(zhì)化學(xué)指標(biāo)分析
通過對9種配比基質(zhì)的土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測定，結(jié)果如表3所示，不同配比的基質(zhì)各項化學(xué)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK，通過不同材料的配比，pH值相對來說都有不同程度的增加，基本達(dá)到了堿性土壤的標(biāo)準(zhǔn)，基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量較對照增加了5-6倍，堿解氮的含量增加了3-4倍，大大地提高了基質(zhì)中有效氮的含量，速效磷的含量較對照增加了4-6倍，速效鉀的含量較對照增加了5-6倍。說明隨著水泥的加入導(dǎo)致基質(zhì)的pH值升高，這會對植物的發(fā)育和生長產(chǎn)生抑制作用。通過不同材料進(jìn)行配比的基質(zhì)可以有效地增加基質(zhì)養(yǎng)分含量，提高有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀3種養(yǎng)分的速效含量，其中有機(jī)質(zhì)含量主要是隨著秸稈纖維、蘑菇肥、有機(jī)肥和糠醛渣的加入而變高，速效養(yǎng)分含量的增加主要是通過蘑菇肥和有機(jī)肥提供，養(yǎng)分含量的增加為植物的生長和發(fā)育提供良好的生存條件。
2.2 不同配比基質(zhì)對植物生長狀況的影響
2.2.1 不同配比基質(zhì)對植物出苗率的影響
經(jīng)過17 d植物出苗率的統(tǒng)計，由圖1可見植物的出苗率基本上在7月26日達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)。其中高羊茅的出苗率基本都高于CK，紫花苜蓿出苗率低于CK。通過極差分析可知植物出苗率受各因素水平影響的主次順序為B>A>D>C，對應(yīng)為水泥>秸稈纖維>保水劑>蘑菇肥。因此對植物出苗率影響最大的為水泥，水泥的加入量影響著基質(zhì)的pH值。通過相關(guān)性分析，結(jié)果見圖2，可以看出pH值與植物出苗率呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.510 6和0.549 3。由此表明，基質(zhì)的pH值對植物出苗率的影響最明顯，主要影響材料為水泥。
2.2.2 不同配比基質(zhì)對植物生長的影響
由圖3可知，通過對植物3個月株高的統(tǒng)計，各配比基質(zhì)植物株高均高于CK，CK的植物株高在9月份區(qū)域平穩(wěn)，各配比植物長勢均好于CK。通過極差分析可知植物株高受各因素水平影響的主次順序為C>B>A>D，對應(yīng)為蘑菇肥>水泥>秸稈纖維>蘑保水劑。因此對植物生長影響最大的為蘑菇肥，主要是蘑菇肥為后期植物生長的階段提供必需的養(yǎng)分。通過相關(guān)性分析，結(jié)果見圖4，可以看出基質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量與植物株高呈正相關(guān)(p<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.6914和0.5374，由此表明植物的生長主要影響為基質(zhì)的養(yǎng)分含量，其中對養(yǎng)分含量影響最大的為蘑菇肥。
2.2.3 不同配比基質(zhì)有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分相關(guān)性分析
對基質(zhì)有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分進(jìn)行了相關(guān)性的分析，結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，有機(jī)質(zhì)含量與3種速效養(yǎng)分均呈極顯著正相關(guān)(p<0.05)，與速效磷、速效鉀和堿解氮的相關(guān)系數(shù)分別為0.507 8、0.808 3和0.441 5，說明基質(zhì)中N、P、K3種速效養(yǎng)分的來源主要是基質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)，基質(zhì)中高含量的有機(jī)質(zhì)在后期的腐爛過程中可以為植物生長提供不可缺少的N、P、K速效養(yǎng)分，保證植物持續(xù)性生長。
2.2.4 不同配比基質(zhì)pH值隨時間的變化
由圖6可見，各處理基質(zhì)的pH值均隨著時間的變化降低，在第一個月中基質(zhì)的pH值分別減少，但基質(zhì)仍然處于堿性環(huán)境，不適宜植物的生長。在2個月后基質(zhì)的pH值基本下降到8.3左右，達(dá)到了弱堿性的環(huán)境，較適合植物的生長。其中處理7、處理8和處理9變化得最快，最終的pH值比較低。主要原因一方面是隨著前期對基質(zhì)進(jìn)行澆水和后期自然生長期間雨水的沖刷，導(dǎo)致基質(zhì)中OH-隨著水流失，基質(zhì)中OH-下降，另一方面主要是隨著秸稈纖維和蘑菇肥進(jìn)一步的腐爛，釋放出腐殖酸，對基質(zhì)pH值具有一定的調(diào)節(jié)能力。綜上，說明基質(zhì)具有一定的pH值調(diào)節(jié)功能。隨著時間的變化，基質(zhì)的pH值基本能降低到適宜植物生長的水平。
3 結(jié)論
(1)基質(zhì)的容重、孔隙度均好于對照，由于秸稈纖維和蘑菇肥的添加，基質(zhì)可以有效地減小容重，使土壤疏松多孔，改善土壤結(jié)構(gòu)和蓄水能力，為植物生長創(chuàng)造良好的生長條件。由于基質(zhì)中加入了秸稈纖維、水泥、蘑菇肥、保水劑、糠醛渣和有機(jī)肥的緣故，各處理的基質(zhì)化學(xué)指標(biāo)均高于對照，蘑菇肥和有機(jī)肥的加入使得基質(zhì)的養(yǎng)分含量增加，為植物的持續(xù)性生長提供保證。
(2)由于水泥的加入，導(dǎo)致基質(zhì)初期的pH值升高，通過pH值和出苗率的相關(guān)性分析，可以看出水泥的加入量直接抑制著植物的出苗率，隨著時間的變化，基質(zhì)的pH值有明顯的下降，說明基質(zhì)具有降低pH值的功能，使得植物生長的后期處于良好的生長環(huán)境。在今后的試驗中，應(yīng)該對基質(zhì)初期的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使基質(zhì)的pH值達(dá)到適合植物發(fā)育的水平。不同配比基質(zhì)的養(yǎng)分含量促進(jìn)著植物的生長，使得在基質(zhì)上生長的植物株高高于對照，其中主要影響因素為蘑菇肥、秸稈纖維、有機(jī)肥和糠醛渣，其中蘑菇肥的影響最大。通過有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分相關(guān)性的分析，基質(zhì)速效養(yǎng)分與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，在后期生長期間會隨著有機(jī)質(zhì)的腐爛為植物持續(xù)生長提供速效養(yǎng)分。
(3)通過試驗研究可以發(fā)現(xiàn)，不同配比的基質(zhì)能夠具有滿足植物的發(fā)育和生長需求的理化條件。以鐵尾礦為主要原料，秸稈和蘑菇肥等農(nóng)業(yè)廢棄物為配比材料配制的基質(zhì)是科學(xué)可行的，可以實現(xiàn)工業(yè)固體廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用，達(dá)到“以廢治廢”的目的，最終降低巖質(zhì)邊坡進(jìn)行生態(tài)重建的成本。
4摘 要：為解決目前礦山巖質(zhì)邊坡綠化成本高、用土量大等問題，試驗結(jié)合植被混凝土技術(shù)，采用鐵尾礦作為基礎(chǔ)材料，425#水泥、秸稈纖維、蘑菇肥和保水劑為基質(zhì)配比材料，研究基質(zhì)的理化性質(zhì)及對高羊茅、紫花苜蓿2種先鋒植物的生長影響？結(jié)果表明，隨著秸稈纖維和蘑菇肥的加入改良了基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，水泥的加入導(dǎo)致基質(zhì)的pH值升高，抑制植物的出苗率，隨著時間的變化，基質(zhì)pH值基本降到適宜植物生長的水平�；|(zhì)的有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分均高于對照，能夠促進(jìn)植物的生長。有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分呈正相關(guān)，可以為植物持續(xù)性生長提
供養(yǎng)分保障。鐵尾礦替代土壤作為基礎(chǔ)材料的植被混凝土是基本可行的，可以減少土壤的使用，降低綠化成本，并解決礦山鐵尾礦綜合利用問題。
