（土地资源管理专业论文）粉煤灰、糠醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究.pdf

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但大都比对照稍差，菠菜、绿豆、谷子不适宣在该种基质中种植。从次年 开始，基质能够满足绝大多数试验植物的生长要求。植物产量、品质随着 基质的不断熟化逐渐提高。可食部分几种主要有害熏金属元素的含量均末 超标。( 3 ) 经过一定时期的利用，基质中高浓度的盐分含量有很大幅度的 下降，不会对植物生长产生影响，速效养分含量均高于中等肥力土壤的水 平，有机质含量较为丰富，p h 值接近中性，除c d 外，几种主要重金属元 素含量都没有超过土壤环境质量标准二级值，达到了一般农田的环境质量 标准。( 4 ) 基质淋溶液中铬、铅、镉、铜、锌、砷几种重金属元素的浓度 粉煤灰、糠醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究 均较低，远低于污水综合排放标准中规定的限值，绝大多数符合地 面水环境质量标准，对地表水和地下水没有太大影响。( 5 ) 随着基质的 不断熟化，基质质量逐渐提高，次年可以达到一般农田土壤的质量水平。 ( 6 ) 用粉煤灰、糠醛渣两种废弃物组配的新型基质，作为适宜植物生长 的“新土源”，达到了废弃物资源化利用，保护国土资源，恢复生态环境 的目的，有利于经济和社会的可持续健康发展。 本研究首次对粉煤灰和糠醛渣混合基质用于农业栽培的可行性进行 了长达三年的研究，提出了该种基质的质量评价方法，为新型基质的推广 应用提供了实际指导。 关键词：粉煤灰糠醛渣植物栽培理化性质质量评价 2 山衷农业丈学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a ls t u d y o nt h e a p p l i c a t i o n o ft h e m e d i u mf o r m e d b yf l y a s ha n df u r f u r a lr e s i d u ef o r p l a n tc u l t i v a t i o n a b s t r a c t o u rc o u n t r yi so n eo faf e wc o u n t r i e st a k i n gc o a la st h em a i n e n e r g yi n t h ew o r l d t h ef l ya s hi sv e r yl a r g ei no u t p u t m e a n w h i l e ，t h eo u t p u to f a n o t h e rk i n do fi n d u s t r yo f f a lf u r f u r a lr e s i d u ei n c r e a s e sg r a d u a l l yw i t ht h e i n d u s t r i a l i z e d d e v e l o p m e n tt o o a tp r e s e n t ，t h et r e a t m e n tt of l ya s ha n d f u r f u r a lr e s i d u eo fo u rc o m a t r yi sm a m l y b ym e a n so fs t o r i n g ，w b j c hn o to n l y t a k e su pal a r g ea m o u n to fl a n d ，b u ta l s op r o b a b l yc a u s e st h ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n s o ，t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no ft h et w ok i n d so fo f f a l sh a s s t a r e di i si nt h ef a c e 珏ea c i dr e s i d u eo f f u r f u r a lc a l lr e d u c et h ep hv a l u eo f f l ya s ha n do f f e r l o t so fo r g a n i cm a t t e ga tt h es a n l et i m e ，i tc a ni m p r o v et h e p h y s i c sa n d c h e m i s t r yp r o p e r t i e so ff l ya s h ，r e d u c et h ee f f e c to ft o x i c i t ye l e m e n t ，w h i c h m a k e si taf e a s i b l em o d i f y i n gm a t e r i a lf o rf l ya s h s o m er e l a t e ds t u d i e sh a v e w o r k e do u ta p p r o p r i a t ep r o p o r t i o na n dt h ep i o n e e rp l a n t s ，b u tt h e s es t u d i e s w e r el i m i t e di nt h ei n i t i a l s t a g e i no r d e rt op u tt h i sk i n do fm e d i u mi n t o p r a c t i c e ，t h ep r o p e a i e sc h a n g ea n dt h ev a r i e t yo fp l a n t sn e e dal o n g t e r m f u r t h e rr e s e a r c h t h i ss t u d ys e l e c t e dt h ep l a n t sa sm a n ya sp o s s i b l et ot a k ee x p e r i m e n t t h r o u g h at o to f o b s e r v a t i o nf o rt h r e ey e a r s ，w ec o m p a r e dt h ey i e l d ，q u a i l t yo f t h e p l a n t s ，a n a l y s e d t h e c h a n g eo ft h e m e d i u m sp h y s i c sa n dc h e m i s t r y p r o p e r t i e s ，e x p l o r e dt h ee f f e c to np l a n tb o d ya n de n v i r o n m e n to f t h eh a r m f u l h e a v ym e t a le l e m e n ti nt h em e d i u ma n dc a r r i e do nt h eq 砌i t ya s s e s m e n tt o a n a l y s et h eq u a l i t yd i f f e r e n c e o ft h em e d i u mt o g e n e r a lf a r m l a n d ，w h i c h p r o v i d e d t h ed i r e c t i o nf o r p r a c t i c e t h er e s u l t si n d i c a t e d ：( 1 ) t h em e d i u nf o r m e db yf l ya s ha n df u r f u r a l 3 粉煤灰、糠醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究 r e s i d u ei nt h ep r o p o r t i o no f4 ：1c a l lb es a t i s f i e dt oc u l t i v a t et h ep l a n t sw h i c h c a nb e a rt h es a l ti ni n i t i a ls t a g e t h r o u g hm i l i z a f i o nf o ral o n gp e r i o d t h e q u a l i t yw a si m p r o v e da n dc a l l m e e tt h eg r o w t hd e m a n d so fm o r ep l a n t s ( 2 ) t h em e d i t t mw a s s u i t a b l ef o rt h eg r o w t ho fs u c hp l a n t sa sc l o v e r , c h i n e s e r o s e ，r y e g r a s s ，b l u e g r a s s ，r e s c u ee r ei ni n i t i a ls t a g e ，b u tt h ep l a n t s w e r e m o s t l y w e a kt h a nt h ec o n t r a s t t h es p i n a c h ，m u n gb e a n ，g r a i nw e r en o ts u i t a b l ef o r p l a n t i n g i nt h i sm e d i u m s i n c et h en e x t y e a r , t h em e d i t l m c a nm e e tt h eg r o w t h d e m a n do ft h et e s t i n gp l a n t s t h ey i e l da n dq u a l i t yw a si m p r o v e dg r a d u a l l y t h eh a r m f u lm e t a le l e m e mi nt h ee s c u l e n t lp a r td i 血te x c e e dt h es t a n d a r d ( 3 ) t h r o u g h t h eu s eo f a r e g u l a rp e r i o d ，t h es a l tc o n t e n t h a sd e c l i n e db ya l a r g e m a r g i n ，w h i c h w i l ln o te x e r ta ni n f l u e n c et ot h ep l a n t ，t h ec o n t e n to f r a p i d l y n u t r i e n tw a sh i g h e rt h a nt h en u t r i e n td e m a n df o rt h em e d i u m - s i z e df e r t i l i t y s o i l ，t h eo r g a n i cc o i l t e n tw a sc o m p a r a t i v e l ya b u n d a n t ，p hv a l u ew a sc l o s et o b en e u t r a l b e s i d e sc d ，t h ec o n t e mo fs e v e r a lk i n d so fm a i nh e a v ym e t a l e l e m e n t sh a v en o te x c e e d e dt h es e c o n dc r i t e r i o nv a l u eo fe n v i r o n m e n t a l q u a l i t yl e v e lo fs o i l ，r e a c h i n gt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yl e v e lo ft h eg e n e r a l f a r m l a n d ( 4 ) t h ed e n s i t yo fc r , p b ，c d ，c u , z n ，a s i nt h el e a c h a t e sw a sw e l l b e l o wt h el i m i t sc r i t e r i o ni n i n t e g r a t e dw a s t e w a t c rd i s c h a r g es t a n d a r d ”，a n d a c c o r d e dw i 吐l ”t h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs u r f a c ew a t e r ”w h i c h h a sl i t t l ei n f l u e n c et ot h es u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e r ( 5 ) t h em e d i u m s q u a l i t yc a nr e a c ht h eg e n e r a ln o r m a lf a r m l a n dq u a l i t yl e v e li nt h en e x ty e a r f 6 ) a sah n do f a r t i f i c i a ls o i ls u i t a b l ef o rp l a n tc u l t i v a t i o n , t h eu t i l i z a t i o no f t h em e d i u mc a n p r o t e c tl a n d r e s o u r c e sa n dr e s u m et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , w h i c hw a si nf a v o ro f t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f e c o n o m ya n ds o c i e t y t h es t u d yr e s e a r c h e dt h ea p p l i c a t i o no ft h em e d i u mf o r m e db yf l ya s h a n df u r f u r a lr e s i d u ef o rp l a n tc u l t i v a t i o nf o rm o l et h a nt h r e ey e a r sf o rt h ef i r s t t i m ea n dp r o p o s e dt h em e t h o do fq u a l i t ya s s e s s m e n t t 1 1 i sp r o v i d e dt h e d i r e c t i o nf o r p r a c t i c e k e y w o r d s ：n ya s h ，f u r f u r a lr e s i d u e , c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，p l a n tc u l t i v a t i o n ， q u a l i t ya s s e s m e n t 4 山东农业大学硕士学位论文 1 引言 我国是世界上以煤为主要能源的国家之一，煤在能源构成中约占7 8 ，全国燃煤消耗量达1 2 亿t a ，发电及热电联产消耗原煤6 亿t a ，排 放的粉煤灰渣高达1 8 亿t a ( 江学荣，2 0 0 2 ，4 5 ) 。燃煤所造成的空气、 水体、固体废弃物污染已严重威胁着生态环境。目前，我国对粉煤灰的处 理以灰场贮存为主要手段。据统计，每万t 粉煤灰渣需堆场0 2 7 0 3 3 h m 2 。至2 0 0 0 年底，我国粉煤灰渣的堆存量已高达1 2 5 亿t ，占压土 地3 3 3 4 1 7 万h 2 。灰场贮存灰渣的综合处理费为2 0 4 0 元t ，全国 综合处理费就需3 0 6 0 亿元a ( 康风雷，2 0 0 0 ，4 8 ) 。在今后相当长的时 期内，火电仍然是我国电力工业发展的主流，粉煤灰的产量必将随之增长， 因此，大规模开展粉煤灰综合利用的要求将更为迫切。目前，我国的粉煤 灰主要用于建筑工程、道路工程、回填、农业利用、资源回收等，其中前 3 项用量占总用量的9 5 以上( 李贵宝，2 0 0 0 ，5 4 ) 。与工业综合利用相比， 农业利用具有投资少、容量大、需求平稳、波动小，以及无需提纯等优点， 是适合我国国情的综合利用途径。 与此同时，另一种工业废渣一糠醛渣也逐渐引起人们的重视。糠醛渣 是玉米芯经水解生产糠醛( 呋喃甲醛) 的副产品，目前我国共有2 0 0 多个糠 醛生产厂家，糠醛总产量约2 0 x 1 0 t a ，而糠醛废渣的产量就达约2 0 0 1 0 4t a ( 王擎，2 0 0 4 ，8 8 ) 。目前大都采用堆积或挖坑倾倒的方法处理。 大量糠醛渣的堆放，不仅是能源上的巨大浪费，而且会污染水体和土壤，占 用场地，过长时间的堆放还会造成大气污染。因此，开发糠醛渣利用的新 途径，对有效利用废弃资源，改善生态环境，提高单位经济效益和社会效益 有着重大的意义。 综合起来，开发粉煤灰、糠醛渣等工业废弃物利用的新途径有以下两 方面的好处：( 1 ) 能变废为宝，充分利用废弃资源：( 2 ) 使废弃物最大限度地 减量化，有效地减小和消除废弃物对水源、土壤及大气带来的危害。 1 。1 粉煤灰农业利用 国外对粉煤灰农业利用的研究是从5 0 年代开始的( 刘茂林等， 1 9 6 3 ，6 3 ) ，日本、捷克、美国、英国、法国、前苏联等国家开展粉煤灰改 粉煤灰、攘醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究 士，作为植物生长刺激剂等方面的试验研究。我国是6 0 年代后期开始的 ( 电力建设总局，1 9 6 5 ，3 4 ) ，7 0 年代北方十余省市相继开展了研究，并 取得了一定的进展，对粉煤灰的性质、成分和改土作用、增产机理等的研 究较充分，但是研究都是零散的和不系统的。 目前，粉煤灰应用于农业的途径主要有：改土、培肥、利用粉煤灰生 产肥料、复垦等。 1 1 1 改土 早在6 0 年代，我国就利用热电厂粉煤灰作土壤改良剂，因施用量过 大( 4 5 7 5 t h m 2 ) 而难以推广( 魏由庆，1 9 9 8 ，9 0 ) 。 粉煤灰具有容重小，比表面积大，通气性、透水性好等特性。美国 g h o d r a t m ( g h o d r a t me ta l ，1 9 9 5 ，1 0 ) 认为，在大西洋沿海平原当施入 3 0 ( 按重量计) 的粉煤灰后，土壤的持水能力由原来的1 2 增加到2 5 。 j a c k j k ( b u c k j k e t a l1 9 9 0 ，6 ) 对堆灰场土壤的研究得到：源土壤粒级 由砂壤变为粉壤，同时提高了土壤的p h 值和肥效。印度坎普尔逾区试验 表明( k n t i w a r ie ta l ，1 9 9 2 ，1 5 ) ：粉煤灰施用量为3 1 0 5 k g h m - 2 时， 土壤导水率由0 0 7 6 增至0 5 5 m m h ，土壤稳定性指标从1 2 5 增至1 4 0 8 。 万贵怡等( 万贵恰等，1 9 9 4 ，8 3 ) 研究认为：粉煤灰改良土壤，可以降低 土壤的粘粒含量、土壤容重；增加土壤的孔隙度，提高土壤的保水性，但 土壤的有效含水量并不增加，在低用量时土壤渗透性增强，但在酸性土壤 上用量超过1 0 ( 体积比) 时，石灰性土壤大于2 0 ( 体积比) 时，土 壤的透水性显著降低。日本的研究认为( 青木正则。1 9 9 3 ，7 5 ) ：在施粉煤 灰的土壤上种植水稻可增产7 5 1 7 ，油菜增产1 3 0 - 2 2 9 。荷兰的f a i l j l ( f a i j ，1 9 8 7 ，9 ) 研究表明：粉煤灰改良土壤可使生物产量提高5 3 0 倍。 山西农科院士肥所吴家华等( 吴家华等，1 9 9 5 ，9 2 ) 研究指出：旌粉煤灰 2 2 5 4 5 3 1 0 5 k g h m 2 时，小麦增产2 7 ，玉米增产1 2 1 ，水稻增产 2 0 ，此外，对谷子、棉花、蔬菜也有一定的增产效果。7 0 年代，太原、 晋城、永济等地( 万贵怡，1 9 9 4 ，8 3 ) 在粘质土壤上，西北农学院( 吴家 华，1 9 9 5 ，9 2 ) 在褐土上也分别研究了不同土壤质地与粉煤灰用量的增产 效果。大豆盆栽试验表明( 绍华，1 9 9 4 ，7 7 ) ：旌用粉煤灰不仅可使产量增 加5 ，而且可以提高大豆的粗蛋白和脂肪的含量。马新明、高尔明等人 山东农业大学硕士学位论文 报道了( 马新明等，1 9 9 8 ，6 9 ) 粉煤灰施入砂姜黑土后，具有明显降低土 壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤温度和保持土壤水分的作用，且效果 随粉煤灰用量的增加而增强。李雷等人( 李雷等，1 9 9 8 ，5 6 ) 报道了在前 苏联和我国的粉煤灰中细沙粉粒占6 7 9 8 ，此种颗粒组成决定了粉煤 灰可用作土壤改良剂改良粘质土壤和沙质土壤的物理性状。吕风山等人 ( 吕风山，1 9 9 8 ，6 7 ) 对粉煤灰改良盐碱地进行了研究，指出粉煤灰可使 盐碱地土壤疏松，起到抑制和压盐作用。粉煤灰对生荒地可以起到熟化作 用；对粘土地也可起到疏松土壤的作用。农用粉煤灰还可提高土壤p h ( z h o n g ，x i a n y u n ，1 9 8 8 ，2 5 ；k i m ，1 9 9 6 ，1 4 ) ，对酸性红壤能起中和作用。 粉煤灰含氮量很低。需要配合麓用氮月巴和有机肥料，保证作物正常生长发 育对养分的需求。归纳各国对粉煤灰用量的研究认为：粉煤灰施用量以 7 5 1 0 4 k g h m 2 增产效果显著( d h a r m e n d r ak e ta t , 2 0 0 2 ，8 ) ；土壤类型以 红壤、粘质水稻土、粘质盐碱土以及各种土壤的生荒地最显著，对砂质土 与高肥力土壤粉煤灰施用量和作物产量相关性较小；作物类型首先以各种 蔬菜和块茎类增产显著，可达8 0 1 0 0 ，其次是粮食类作物中的水稻、小 麦和玉米等增产幅度为3 0 6 0 。 1 1 2 培肥 粉煤灰用作农业肥料主要有以下两种途径：一是利用粉煤灰对农作物 有营养价值的元素( 如钾、磷、铁、钙、锰、硼等) 作为农作物的微肥。 粉煤灰中除含有植物所需要的氮、磷、钾外，还富有锌、铜、硅、硼、铁 等多种元素，可作微肥使用( 李贵宝，2 0 0 1 ，5 5 ) 。前东德曾园土壤缺钙 而严重影响农业生产的发展，施用含c a 0 1 3 的粉煤灰后，土壤的理化 性能大为改观( c u t t e n m a n n w h e ta 1 ，1 9 9 6 ，7 ) ；美国将粉煤灰用作硫肥和 硼肥旌入缺硫和缺硼的土壤里；澳大利亚作为镁肥施用于牧草：日本人则 用粉煤灰制作硅酸钾肥料，均收到了良好的效果，不仅改善了不良土壤的 理化性质，而且作物增产明显( 吴家华，1 9 9 5 , 9 2 ) ；二是利用粉煤灰生产 高效肥料。2 0 世纪8 0 年代初，前苏联和捷克斯洛伐克等国就成功地将粉 煤灰磁化为土壤磁性改赵剂来改良土壤增加作物产量；日本利用粉煤灰制 造硅酸质肥料( 康政，2 0 0 1 ，5 0 ) ，该肥料易溶于酸难溶于水，无吸湿性， 减少了雨水淋洗量，肥效期长。1 9 7 8 年3 月，我国开始进行磁化粉煤灰 粉煤灰、糠醛墙混合基质用于植物栽培的试验研究 用于农作物试验研究工作。1 9 8 8 年1 0 月，我国在磁化粉煤灰肥的基础上， 又研制开发出以粉煤灰为主要原料的磁化肥新产品( 李醒，2 0 0 2 ，5 8 ) 。 1 1 。3 粉煤灰在土地复垦方面的应用 1 1 3 1 贮灰场覆土种植作物 我国贮灰场覆土种植作物试验已有多年的历史。实践证明，贮灰场覆 土造田是可行的。覆土是为了提供作物生长的物理条件，增加养分供应和 降低粉煤灰的毒性反应。覆土的深度以2 0 c m 5 0 c m 为好，覆土材料以肥 沃的表土为佳，此外还可用土壤心土、页岩、生活垃圾、泥炭以及它们的 混合物等土壤替代物( 孙克刚等，2 0 0 0 ，8 0 ) 。美国曾用泥炭覆土，使土壤 趋于中性，同时为作物提供了充足营养，一举两碍( j w c w o n g 甜a , 1 9 9 6 ，1 2 ) 。覆土种植一般第一季种植绿肥或豆科植物，第二季再种植其他 植物效果较好。煤炭科学研究院唐山分院曾在1 9 8 3 年1 9 8 6 年与淮北矿 务局联合进行了粉煤灰还田覆土试验，先后还田7 4 公顷，进而成功的进 行了农田种植试验，取得了良好效果。山东肥城矿务局自1 9 8 5 年起，开 始这方面的实践研究，目前，有效种植农作物、蔬菜2 0 余种，种植面积 百余公顷( 山东省肥城市土地管理局，1 9 9 8 ，7 6 ) ，不仅取得了可观的经济 效益，而且取得了良好的社会和环境效益，为粉煤灰利用和土地复垦提供 了一条切实可行的途径。 1 1 3 2 纯灰种植植物 由于灰场覆土工作量大，人力和物力浪费多，而且因取土还破坏其它 土地，为经济、快速起见，可以利用灰场直接种植。从粉煤灰的理化性质 看，颗粒直径大都在0 5 3 0 0 u i l l 之间，机械组成相当于砂质土，孔隙率 为1 5 ；化学元素中，s i 、c a 、a l 、f e 、m g 、k 、p 、n a 、t i 含量较高 ( r i p a p a c h r i s t o u ，1 9 8 5 ，1 8 ；sc e r r e l l i ，1 9 8 7 ，1 9 ：g p e t r u z z e l l i 1 9 8 7 ，1 1 ) ，但是有机质缺乏，含氮量极低，p h 值偏高，不宜作物生长。 放置一段时间后，由于土壤或空气中微生物的侵入，逐渐形成适应植物生 长的基本条件，可直接用纯灰种植。中科院南京土壤研究所温室纯灰种植 试验筛选出了一系歹u 适宜、次适宜、较不适宜在纯灰中种植的植物品种( 毛 景东，1 9 9 4 ，7 0 ) 。 1 1 3 3 粉煤灰与有机废渣混合作为新型复垦基质的应用 8 山东农业大学硕士学位论文 在粉煤灰回填覆土改造沉陷地的过程中，上层覆土缺乏供应之源，严 重影响着造田进度和粉煤灰的利用率。如何利用粉煤灰添加部分有机废料 制造新型复垦基质已成为追在眉睫的研究课题。山东农业大学在这方面进 行了研究并取得了一定进展。张蕾娜把糠醛渣与粉煤灰分别以不同的比例 混合( 其比例为5 ，1 0 ，2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0 ) 种植玉米，试验结果表 明：粉煤灰与糠醛渣混合基质的速效氮、速效磷含量都能满足植物生长的 需要，经过两个多月的灌溉淋洗后，速效钾的含量和一般士壤的速效钾含 量相差不大，可以适应作物生长，随着糠醛渣的增加，有机物不断增加， 不仅会长期为作物供给大量的养分，而且可改善其结构性，维持定的肥 力水平：灌溉一定时间后p h 接近一般土壤( 中性) ，不会影响作物生长： 经过多次灌水后，全盐含量呈明显下降趋势，但是仍然较高，只有以5 、 1 0 、2 0 比例混合的基质可以适应作物的生长，以3 0 、4 0 、5 0 9 6 比例混 合的基质作物的生长明显受到抑制，只有继续冲洗脱盐后才能种植利用； 混合基质的氯离子含量很高，氯离子过高会影响其它养分的吸收，便其它 养分失调，造成盐害，解决氯离子过高的方法是在种植前多次灌水淋洗； 基质的透水率、持水量随糠醛渣掺入量的增加而增大；综合分析结果，糠 醛渣与粉煤灰以2 0 的比例混合，在一定的肥水管理条件下，显著的提高 了二者的肥力水平，为“变废为宝、化害为利”、节土造田、促进可持续 利用提供了理论依据和新的方法( 张蕾娜，2 0 0 1 ，9 8 ) 。康惊涛探讨了粉煤 灰与城市污泥、粉煤灰与酒糟的这几种废弃物混合的最佳比例，作为植物 生长基质而促进塌陷地生态修复，试验结果表明城市污泥和粉煤灰以及酒 糟和粉煤灰按照1 ：4 的质量比混合而成的基质，能够满足早熟禾、棉花、 高羊茅、苜蓿、柏树等植物的生长需要( 康惊涛，2 0 0 4 ，4 9 ) ，为粉煤灰和 有机废料的利用提供了新的领域。 1 1 4 其它利用 粉煤灰在农业上还有许多成功的用途。日本利用粉煤灰加入人粪尿 加土作铺盖物进行水稻育秧，育成的秧具有秧苗茁壮、根系发达、出苗率 高等优点。粉煤灰能覆盖冬小麦，有利于保护麦苗安全越冬，日本以粉煤 灰1 3 + 城市垃圾1 3 - 污泥1 3 堆肥，杀菌效果好，肥效明显。玉米、水 稻、白菜分别增产3 1 、2 4 、1 7 。孙彬等试验表明，以粉煤灰为载体的 粉煤灰、糠醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究 水稻苗床调酸营养壮秧剂可提高秧苗素质，使水稻径粗增加0 1 6 t a r a ，根 长增加0 5 c m ，地上、地下部干重增长率分别为9 0 9 1 和1 9 6 7 ，在不 同土壤上使用，均有不同程度的效果，具有广泛的适用性( 孙彬，2 0 0 0 ，7 9 ) 。 1 2 糠醛渣的农业利用 2 0 世纪9 0 年代以前，糠醛渣大多作为一种工业废弃物堆放起来，不 仅占用大量地，而且对环境产生较大危害。进入九十年代，随着环保意 识的增强，人们逐渐加快了糠醛渣农业利用方面的研究。目前，糠醛渣农 业利用主要有以下几个方面： 1 2 1 改土 糠醛渣是一种较好的土壤改良材料。甘肃张掖农业学校于1 9 8 8 - 1 9 9 2 年进行了糠醛渣改土增产效应的研究工作，结果表明，施用糠醛渣使土壤 疏松，孔隙度增大和容重降低；吸水率很大，对保持土壤水分具有重要的 意义；增加土壤有机质含量，土壤中施用5 0 0 - 1 5 0 0 k g 亩的糠醛渣对小麦、 玉米、甜菜等农作物具有明显的增产作用( 秦嘉海等，1 9 9 4 ，7 3 ) 。南京土 壤研究所对糠醛渣防治碱土及增产效果进行了初步研究，使用工业副产品 糠醛渣改良碱土和预防土壤次生碱化的作用是明显的，同时有一定的抑制 土壤盐分累积的作用( 胡树森，1 9 8 7 ，4 3 ) 。它能降低土壤p h ，使用三年 后土壤碱化度较对照小1 0 9 2 ，它显著地提高了土壤透水性和毛管水上 升高度，同时改善了土壤结构，降低土壤容重和紧实度，从而为作物良好生 长营造一个较合适的土壤环境。糠醛渣在碱土上施用，作物生长势和农艺 性状明显好于对照，三年产量总和较对照高1 0 。同时，它的农业利用也为 防止环境污染起到了良好作用( 常运诚等，1 9 9 7 ，2 8 ) 。 1 2 2 用作栽培基质 糠醛渣由于富含有机质，质地疏松，可以作为种新型材料用于农业 栽培。金北村利用糠醛渣栽培平菇收到较好效果( 金北村，1 9 9 5 ，4 7 ) ，河 北农业大学用糠醛渣栽培香菇，结果表明，糠醛渣栽培有利于发菌，可提 早出菇及防止污染，提高成功率，是一种极好的香菇栽培原料。但由于糠 醛渣酸性较强，因此利用时应加入部分石灰调节p h 值( 刘国振，1 9 9 6 ，6 1 ) 。 秦嘉海等对糠醛渣在番茄无土栽培混合基质中的应用进行了系统研究，采 用糠醛渣混合基质栽培的番茄的各种经济性状都不同程度的优于对照( 秦 山东农业大学硕士学位论文 嘉海等，1 9 9 7 ，7 2 ) 。 1 2 3 堆制有机肥 糠醛渣是很好的有枫肥料，它能改善土壤团粒结构，改良盐碱地，增 加土壤有机质，关巨英等研究表明，施入糠醛渣肥后，水稻、玉米、高梁、 小麦、谷子等作物都有不同程度的增产效果，大部分蔬菜作物也可以施用 糠醛渣肥( 关巨英，1 9 9 6 ，3 9 ) 。 1 3 本文选题的背景、意义 人口、资源与环境是当今社会瞩目的问题，资源综合利用的程度是 反映人类文明程度和科技发展水平的重要指标。随着世界各国工业化进程 的加快，煤炭资源开发强度不断加大，为经济发展起了巨大的推动作用。 但由于当前采煤技术的限制，煤炭生产过程又是一个破坏生态环境的过 程。据统计，在已破坏的土地中，采煤损坏土地占7 0 8 0 。根据1 9 9 8 年原煤炭部对全国重点煤矿及地方国有煤矿开采沉陷、土地复垦利用基本 情况专项调查的结果，中国煤矿每采万吨煤，地面下沉0 0 7 0 3 3 h m 2 ， 平均0 2 0h m 2 ( 方创琳，2 0 0 0 ，3 7 ) 。我国煤炭开采引起的地表沉陷面积已 达1 4 1 0 4h m 2 ，并以每年沉陷2 2 1 0 4h m 2 的速度递增( 陈海峰，1 9 9 1 ，2 9 ) 。 大面积土地的沉陷，尤其是大面积耕地良田的破坏、荒芜不仅影响了农业 生产、区域经济的发展及人们生活水平的提高，而且对整个生态环境造成 严重的影响，诸如由此产生的空气污染、水体污染、土地污染、水土流失 和土地荒芜等一系列问题，已严重威胁着人类的生存。所以，采煤沉陷地 的复垦和植被重建对国土资源的合理利用及生态环境的保护均有重要意 义( l h o l l a ，1 9 9 2 ，1 6 ) 。目前我国广泛采用的沉陷地复垦方式是充填覆土 复垦，取得了一定效益，但土地沉陷范围一般比较大，覆土来源难以保证， 严重制约了复垦工作的开展。如何寻求新型复垦材料( 基质) 已成为土地 复垦研究和实践工作中的焦点问题。为此，我们从可持续发展的角度出发， 探索利用储量很大的工业废弃物来替代种植“客土”。我国对纯灰利用的 研究取得了初步的成果( 毛景东，t 9 9 4 ，7 0 ) ，内蒙古电力公司对灰场进 行生物技术治理，经过近十年的试验研究，取得了明显成效。灰场植被形 成，覆盖率达到8 0 以上，有效的控制了污染( 郝志邦，1 9 9 6 ，4 0 ) 。但 仍存在一些问题，主要表现在以下几个方面：纯灰不能提供给植物足够的 粉煤灰、糖醛渣混台基质用于植物栽培的试验研究 营养元素，有机质缺乏；粉煤灰p h 值过高；持水能力差；另外，粉煤灰 含有部分有毒元素，会对植物造成一定毒害。 经过大量的调查研究，发现糠醛厂排放的糠醛废渣有机质含量丰富 并呈酸性，将其作为改性材料添加在粉煤灰中有助于改善粉煤灰的理化 性质，降低粉煤灰的碱性，增加养分含量，是粉煤灰最经济、也是最可行 的改性材料。 本研究在深入揭示粉煤灰和糠醛渣理化性质的基础上，充分利用两 种废弃物优势互补的特性，即糠醛渣含有丰富的有机质及氮、磷、钾离子、 粉煤灰的疏松性，通过合理配方、培肥等技术措施将两种废弃物加以综合 利用，使之成为适宜于植物生长的新型种植基质一“新土源”，达到废弃 物资源化利用，保护国土资源，恢复生态环境的目的。 该基质不仅避免了“客土”对土地资源和生态环境的破坏，而且消除 了客土运输过程中给周围环境造成的污染和对道路的损坏。它作为植物生 长的新型基质，从而将废弃物的消纳、资源化，生态建设以及克服“客土” 方法所带来的负面效应等各方面有机地结合，综合效益十分显著，在我国 采煤塌陷地区极具推广价值。新型基质用于矿山废弃地复垦，能迅速有效 地提高矿山废弃地的有机质含量和改变其结构性能，迅速有效地恢复植被 从而达到防治水土流失的目的，有利于提高矿山废弃地中微生物的活动 性，是恢复矿区生态环境的有效措施。另外，新型基质还可以用作市政绿 地( 林地、草地) 、花卉及育苗基质，用于缺土地区的园林绿化建设，以 及种植观赏性植物用于出售，避免直接食用，一般不会影响到人体的健康， 或将稳定化基质覆盖于山陵薄地用于种植，这样的处置方法符合可持续发 展的要求，具有广阔的应用前景。同时也解决了粉煤灰、糠醛渣的处置难 题，以废治废，变废为宝，具有良好的环境、生态、社会和经济多方面的 综合效益。 山东农业大学进行粉煤灰和糠醛渣的优化配比试验找到了二者较为 合适的混合比例，糠醛渣的比例一般在5 一2 0 9 6 之间为宣，经过一段时间 的冲洗后，基本达到一般植物生长的肥力要求。把粉煤灰与糠醛渣按质量 比4 ：l 组配的新型基质用于植物栽培，经过一定时期的种植管理，基质 中含盐量明显减少，速效养分、基质理化性状得到改善，基本满足了植物 山东农业大学硕士学位论文 正常生长的肥力要求。但对基质生产产品的品质以及基质性质的长期变化 和适宜植物的多样性缺乏必要的研究，因此，要将这种基质付诸于实施， 必须在植物的适宣性和基质性质上开展长期的研究。 本研究正是基于这一点，着眼于促进粉煤灰和糠醛渣这两种工业废弃 物的再利用，缓解矿区复垦和植被重建过程中的土源缺乏问题，选择尽可 能多的适宜植物进行试验，对植物的产量、质量，基质性质进行长期监测， 并对各种植物的适宜性和基质质量进行评价，探求新型基质适宜植物与合 适的耕作管理模式，为基质的大田实施提供依据，为“交废为宝，化害为 利”、节土造田、促进采煤沉陷地的复垦、改善生态环境提供理论基础和 实际指导。 2 材料与方法 2 1 试验材料 2 1 1 试验材料的理化性质分析 粉煤灰是燃煤电厂将煤磨细成1 0 0um 以下的细粉，用预热空气喷入 炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，经由捕尘装置捕集而得，也叫飞灰。粉煤 灰的物理、化学及矿物学性质由多种因素决定，包括母煤的成分、燃烧条 件、除尘装置的效率、类型及排放方法，难以简单加以概括，但是大多数 灰渣的某些性质相当一致( 王起超，1 9 9 6 ，8 7 ) 。 粉煤灰外观类似水泥，形状不规则，大小不等，由多种颗粒机械混合 组成，颗粒粒径一般在0 5 。3 0 0 u m 之间，其颗粒组成类似轻壤土( 龙波， 1 9 9 8 ，6 6 ) ，各种颗粒组成及其组合的变化很大程度上决定了粉煤灰质量 的优劣。 粉煤灰的颜色从乳自到灰黑，其交化反映了它的细度和含炭量。粉煤 灰的比重、容重较土壤小，我国粉煤灰的平均比重为2 1 4 9 c m 3 ，平均容 重为o 7 8 3 9 e m 3 ，比重和容重可反映其各种组分的相对含量和结构特点。 粉煤灰具有非常大的比表面积，一般为1 6 0 0 3 5 0 0 c m 2 g ( 李雷，1 9 9 8 ，5 6 ) 。 孔隙度为1 5 ，较土壤小。 从化学成分看，粉煤灰属于c a o a 1 2 0 3 s i 0 2 系统( 边炳鑫，1 9 9 6 ，2 7 ) ， 粉煤灰矿物组成的7 0 - 9 0 是无定形的铁铝硅酸盐，其余矿物以石英、赤 粉煤灰、糠醛渣混合基质用于植物栽培的试验研究 铁矿、磁铁矿以及部分未燃烧的炭组成。由于受各种因素的影响，粉煤灰 的化学成分波动很大。元素分析表明，自然界中所有的化学元素在粉煤灰 中都可测到，其中s i 、c a 、a 1 、f e 、m g 、k 、n a 、t i 的含量较高( s c e r v e u i ，1 9 8 7 ， 1 9 ；g p e m m z e l l i ，1 9 8 7 ，1 1 ) 。粉煤灰缺乏有机质，全氮含量极低，p h4 5 1 2 8 ( 李贵宝，1 9 9 9 ，5 3 ) 。另外，粉煤灰中含有各种微量元素和稀土元 素，对农作物有利的微量元素有b 、m n 、m o 、c u 和z n 等，也有一些有 害元素c r 、s e 和p b 等( k e n e d r e ta t , 1 9 9 1 ，1 3 ) 。粉煤灰呈多孔性蜂窝状 组织，粒径较小，比表面积较大，一般在2 5 0 0 5 0 0 0 c m 2 g 并且表面价键