2種保水劑在鐵尾礦植物復(fù)墾中的應(yīng)用
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張俊英， 許永利， 李富平
(1．華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院；2．華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；河北省礦、Ip開發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009)
摘要：盆栽條件下，將2種保水劑黑金子和旱露植寶分別以質(zhì)量比0.4%、0.60矗及0.8%的用量應(yīng)用于鐵尾礦植物（香蔥）復(fù)墾中，研究其對于植物（香蔥）生長及鐵尾礦性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：香蔥在鐵尾礦巾培養(yǎng)30 d后，黑金子保水劑處理下香蔥根系干重依次比對照增加了30.00%、25.00%及-10.00%．0.4%和0.6%處理與對照之問差異顯著(P<0.05)。旱露植寶處理下的根系干重則比對照依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且0.4%處理的單株香蔥的總干重最大，差異顯著(JD<0.05)。2種保水劑可以有效提高鐵尾礦的含水率和總孔隙度，降低鐵尾礦容重�？傊阼F尾礦植被復(fù)墾中保水劑黑金子可選擇0.6%、旱露植寶選擇0.4%的添加量效果最優(yōu)。
關(guān)鍵詞：保水劑；鐵尾礦；香蔥；容重；總孔隙度
鐵尾礦因其砂性強(qiáng)，作為礦業(yè)開采的固體廢棄物大量堆積，占用大面積土地，同時(shí)大量鐵尾礦的堆積會(huì)在大風(fēng)天氣產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染空氣環(huán)境，從而對農(nóng)業(yè)環(huán)境和人民生活環(huán)境造成極大危害。鐵尾礦的處理顯得尤為重要，然而大量尾礦堆積較好的方法為植被復(fù)墾，這樣既可以實(shí)現(xiàn)植被覆蓋，防止風(fēng)沙、揚(yáng)塵的產(chǎn)生，又可保持水土，涵養(yǎng)水分，促進(jìn)尾礦生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。植被的生態(tài)恢復(fù)中，鐵尾礦的保水性是關(guān)鍵問題，尾礦的砂性直接導(dǎo)致鐵尾礦復(fù)墾時(shí)水分難以保存，導(dǎo)致苗木成活難度加大，草本植物更容易因?yàn)樗秩狈?dǎo)致苗期即大片死亡。因此，保水劑的選擇與應(yīng)用成為重要的解決途徑，保水劑作為儲(chǔ)存水分的重要介質(zhì)，已經(jīng)被廣泛用于生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。
黑金子保水劑和旱露植寶保水劑為應(yīng)用廣泛的主要類型，黑金子可以促進(jìn)臍橙果實(shí)膨大及品質(zhì)。旱露植寶可提高苗木成活率和生長量。但是，這些保水劑在鐵尾礦植被復(fù)墾中的應(yīng)用尚不多見。因此，本研究旨在，選擇不同添加量的保水劑作為改善鐵尾礦水分的措施，保證植物根系的水分供應(yīng)，為植物定植提供保證。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料
鐵尾礦：取自河北省遷安市馬蘭莊鐵礦尾礦庫，其pH為8.38。河北省遷安市，屬溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候。全年平均氣溫10.1℃，常年降水量735 mm，年均日照110.7 d，年均無霜期172 d。
保水劑：黑金子農(nóng)林保水劑，含有無機(jī)礦物與植物生長促進(jìn)素的高分子吸水材料，小顆粒狀，褐色，購自唐山博亞樹脂有限公司，中性。旱露植寶多功能保水劑，具有營養(yǎng)緩釋、保水、抗旱等多種功能，購自北京綠色奇點(diǎn)科技發(fā)展有限公司，中性。
供試植物為香蔥，該植物喜涼爽，具有較強(qiáng)的耐寒性、耐熱性，發(fā)芽適溫為13—20℃，根系生長適宜地溫14～18℃，在氣溫28℃以上生長速度慢。香蔥根系分布淺，需水量比大蔥要少，對光照條件要求中等強(qiáng)度。將它移栽于鐵尾礦上，既可作為尾礦的復(fù)墾植物，也可增加尾礦復(fù)墾的經(jīng)濟(jì)收益。
試驗(yàn)盆缽為容積1L的盆底帶孔且有底托的塑料盆。
1.2 試驗(yàn)處理及植物培養(yǎng)
試驗(yàn)設(shè)置鐵尾礦中添加2種保水劑，黑金子保水劑(A)和旱露植寶保水劑(B)，3個(gè)添加水平（質(zhì)量比）:0.4%(Al、B1)、0.6%( A2、B2)、0.8%( A3，B3)。同時(shí)設(shè)置不施用保水劑鐵尾礦作為對照(CK)。每個(gè)處理4次重復(fù)。
每盆裝入鐵尾礦1.2 kg保水劑添加方法：先在盆中放入一半鐵尾礦，然后將保水劑均勻鋪成一層，覆蓋在鐵尾礦上，然后放入剩余鐵尾礦。每盆移栽4株高度和生物量基本一致的香蔥苗，于背光處緩苗約24 h，緩苗后開始光照，光照時(shí)間為14 h/d。每天按時(shí)添加水分，用水量為每盆150 mL。
香蔥苗于光照培養(yǎng)室培養(yǎng)4周后收獲。
1.3 測定項(xiàng)目與方法
植物性狀：株高、根長、植物生物量分地上部和根系分別收獲，測定鮮重和干重，收獲樣品后于105℃殺青30 min，然后于70℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干至恒重。
鐵尾礦性質(zhì)測定：環(huán)刀法測容重和孔隙度；烘干法測含水率。甘汞pH計(jì)測pH。
1.4 作圖與統(tǒng)計(jì)分析
作圖采用Exce12003，統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS17.0。
2 結(jié)果與討論
2.1 2種保水劑的施用對鐵尾礦中香蔥生長的影響
2 .1.1 各處理香蔥株高和根長的變化
從香蔥的株高來看（圖1），2種保水劑之間沒有顯著差異，而且與對照相比均無顯著差異。保水劑對于株高的影響在30 d內(nèi)沒有明顯的差異。
黑金子(A3)處理的香蔥根長比對照香蔥的根長高出24.1%；旱露植寶(Bl)處理香蔥根長比對照香蔥根長高出10.3%�？梢姾诮鹱拥挠昧枯^高時(shí)可提高香蔥的根長；而旱露植寶則用量較低時(shí)促進(jìn)作用明顯，量多時(shí)反而不利于根系生長（圖2）。
2 .1.2 香蔥生物量的變化
生物量能夠更好地反映植物在有保水劑存在的情況下的變化，保水劑對地上部生物量促進(jìn)作用不明顯，更多地體現(xiàn)在對植物根系的促進(jìn)作用上（表1）。
使用黑金子保水劑處理的鐵尾礦中，香蔥的根系鮮重依次比對照增加了11.96%、27.30%及1.23%，而根系干重則比對照依次增加了30.00%、25.00%及-10.00%．Al和A2處理與對照之間差異顯著(P<0.05)。旱露植寶處理下的根系鮮重則比對照依次提高了21.17%、1.23%及5.83%；根系干重則依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且差異顯著(P<0.05)。單株香蔥的總干重則以B1處理最大�？梢姡德吨矊氃�0.4%處理下更有利于香蔥的生長。
有研究表明，施用保水劑能增強(qiáng)植物根系活力，促進(jìn)植物根系發(fā)育；增加苗木的高生長和地徑生長，提高生物量和干物質(zhì)的積累。黑金子保水劑可以提高火炬松的株高和地徑。旱露植寶則可促進(jìn)油松幼苗生長。本研究結(jié)果與前人研究相同，2種保水劑均可顯著提高香蔥根系干鮮重。
2.2 2種保水劑的施用對鐵尾礦理化性質(zhì)的影響
保水劑可以大幅度提高鐵尾礦的含水率，黑金子處理鐵尾礦中含水率依次比對照分別提高了6.97倍、5.48倍及4.57倍；旱露植寶處理鐵尾礦中含水率依次比對照提高了6.05倍、5.69倍及3.77倍（表2）。說明保水劑確實(shí)可以大幅度提高鐵尾礦的保水性能，黑金子保水劑的保水性能稍強(qiáng)些。
保水劑的應(yīng)用有效降低了鐵尾礦的容重，如黑金子保水劑處理下的容重依次比對照降低了4.23%、9.16%及13.78%。旱露植寶處理下鐵尾礦容重依次比對照降低了11.52%、19.56%以及24.22%�？梢�，旱露植寶對鐵尾礦的容重降低作用更好些。
總孔隙度則隨著保水劑的施用而增大，黑金子處理依次增加了3.72%、7.91%及11.83%0旱露植寶處理的總孔隙度則依次增加了9.91%、16.75%及20.71%，增幅高于黑金子處理。
種植香蔥后鐵尾礦的pH值也發(fā)生較大變化，對照鐵尾礦的pH降低為7.87;黑金子則比對照提升了0.85—1.45個(gè)單位。旱露植寶的pH有增有減，最低降了0.09個(gè)單位；最高增了0.01個(gè)單位，變化幅度很小。
土壤容重和孔隙度可以反映土壤松緊狀況，直接影響植物生長發(fā)育。土壤容重小，表明土壤比較疏松，孔隙多；反之，土粒容重大，表明土壤比較緊實(shí)，結(jié)構(gòu)性差，孔隙少；一般土壤的孔隙度在30%—60%之間，對旱作土壤來說，其耕層孔隙度在50%或稍大于50%較好。植物適宜生長的土壤pH -般為中性和微酸性。
2.3 保水劑與植物性狀及尾礦性狀的關(guān)系分析
由表3可知，對照鐵尾礦的容重與植物生長關(guān)系密切，其與地上部鮮重呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.970*），與植株鮮重相關(guān)系數(shù)為0.629；而與植株地上部干重呈顯著正相關(guān)（r=0.975*）。黑金子保水劑處理下，鐵尾礦容重與香蔥根系鮮重呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但是隨著保水劑用量增加，相關(guān)系數(shù)下降，說明保水劑用量增加對于容重的影響減小。水分充足時(shí)黑金子保水劑對蒸餾水的吸水倍率達(dá)到200多倍，但是在土壤溶液中會(huì)下降36.6%。保水劑用量為0.4%時(shí)，鐵尾礦容重與地上部干重顯著正相關(guān)（r=0.959*），到用量為0.6%和0.8%時(shí)相關(guān)系數(shù)下降為0.897和0.440，可見黑金子用量低對容重的作用更適合地上部干物質(zhì)的積累。旱露植寶對于容重的影響較小，多數(shù)情況下呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，在其用量為0.8%時(shí)，容重與根系干重正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.757，但是不顯著；而此用量下容重與香蔥單株總鮮重顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.980*），這可能因?yàn)樗衷诖舜窝芯恐胁⑽闯蔀榭刂埔蜃�，因此大量保水劑的�?yīng)用反而不利于植物鮮重的積累，但是對根系干重有一定的促進(jìn)作用。
鐵尾礦的總孔隙度在對照條件下，并未對植物的生長表現(xiàn)出顯著的影響。黑金子保水劑用量在0.6%時(shí)與地上部顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.964#），隨著保水劑用增加相關(guān)系數(shù)逐漸下降。而旱露植寶在0.6%時(shí)孔隙度與植株鮮重正相關(guān)，r=0.922，但不顯著。
鐵尾礦含水率與植株生長相關(guān)性較好，對照條件下的含水率與植株各指標(biāo)相關(guān)性除了地上部干重的相關(guān)系數(shù)為0.772外，與其他指標(biāo)間系數(shù)均較低。黑金子保水劑用量為0.4%時(shí)含水率與根長顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.950*）。旱露植寶處理的含水率在用量為0.4%時(shí)與株高極顯著正相關(guān)( r=0.996*)；與根長顯著正相關(guān)（r=0.972*）。用量為0.8%時(shí)含水率與植株鮮重顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.980*）。含水率與植株相關(guān)性的正負(fù)，說明了保水劑有適宜的用量，同時(shí)也存在保水劑性能的特點(diǎn)，黑金子主要有保水性能；旱露植寶除了保水性還有抗旱、生根等多種特征功能，因此2種保水劑對植株生長的表現(xiàn)自然存在差異。
pH對植株生長的作用也隨著處理不同而有差異。如對照pH與根長和地上部鮮重相關(guān)系數(shù)較大，分別為0.904和0.859，差異不顯著。施用黑金子處理的鐵尾礦pH與植物生長的相關(guān)性較大的為0.6%處理，且此處理下pH與植株鮮重極顯著正相關(guān)(r=0.993*)；旱露植寶處理在用量為0.4%和0.8%處理下的pH分別與植株總干重和地上部鮮重顯著正相關(guān)（r=0.981}和r=0.973*）。
綜合考慮上述因素，選擇鐵尾礦保水劑時(shí)，黑金子選擇0.6%的添加量，旱露植寶選擇0.4%的添加量。
3 結(jié)論
(1)2種保水劑在添加量為0.4%、0.6%、0.8%時(shí)，香蔥在鐵尾礦中生長30 d后，黑金子處理的香蔥根系鮮重依次比對照增加了11.96%、27.30%及1.23%，干重則依次增加了30.00%、25.00%及-10.00%，0.4%和0.6%添加量下對照之間差異顯著(P<0.05)。旱露植寶處理下的根系鮮重比對照依次提高了21.170A、1.23%及5.83%；根系干重則依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且0.4%處理的單株香蔥的總干重最大，差異顯著（P<0.05）。
(2)2種保水劑可有效提高鐵尾礦的含水率和總孔隙度，降低鐵尾礦容重。黑金子可提升鐵尾礦pH值，旱露植寶則有增有減，但變幅較小。
(3)鐵尾礦植被復(fù)墾中保水劑黑金子可選擇0.6%、旱露植寶選擇0.4%的添加量植物生長效果最優(yōu)。
鐵尾礦上植物生長的重要限制因子之一為水分，不使用保水劑時(shí)，植物幼苗栽植后一般每天定時(shí)供水至少2次，直至植物成功定植，這期間需要消耗大量的人力、物力和能源，提高了復(fù)墾的成本。保水劑的施用，將緩解因水分造成的不必要資金支出，大幅度節(jié)約尾礦復(fù)墾成本，提高植物的成活率和定植率，因此保水劑在尾礦復(fù)墾中起著非常重要的作用，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
