不同植物對(duì)冀東鐵尾礦復(fù)墾區(qū)土壤改良效應(yīng)研究

1、基金項(xiàng)目：河北省科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（09276707D）；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201103005）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD17B04）。 作者簡(jiǎn)介：劉忠寬（1971-），男，河北灤縣人，研究員，博士，主要從事牧草綠肥科學(xué)研究。TelE-mail：。不同植物對(duì)冀東鐵尾礦復(fù)墾區(qū)土壤改良效應(yīng)研究劉忠寬，劉振宇，智健飛，秦文利（河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051）摘 要：為篩選出適宜河北省冀東礦區(qū)種植的植物品種，20102011年對(duì)引進(jìn)的7個(gè)植物品種（毛葉苕子、草木樨、紫花苜蓿

2、、白三葉、沙打旺、小冠花和紅豆草）進(jìn)行了田間比較試驗(yàn)研究，系統(tǒng)測(cè)定并分析了與植物生產(chǎn)能力有關(guān)的植物鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、鮮干比、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、無(wú)氮浸出物、粗灰分和干物質(zhì)腐解速率。結(jié)果表明：多年生植物的生物量以沙打旺最高，其次為紅豆草、小冠花；1 a生植物的鮮草產(chǎn)量以草木樨最高，干草產(chǎn)量則以毛葉苕子最高；白三葉粗蛋白質(zhì)含量最高，其次為紫花苜蓿，紅豆草最低；不同植物品種干物質(zhì)腐速率解均表現(xiàn)為初期快、后期慢的特點(diǎn)，其中干物質(zhì)腐解速率以白三葉最高，沙打旺腐解速率最低。 關(guān)鍵詞：礦區(qū)；適宜植物；生態(tài)功能；經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值；篩選與評(píng)價(jià)中圖分類(lèi)號(hào)：S14-31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AEvaluation an

3、d Screening on Suitable Plant in Jidong Mining Area of Hebei ProvinceLIU Zhong-kuan，LIU Zhen-yu，ZHI Jian-fei，QIN Wen-li(Institute of Agro-resources and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China)Abstract：To select suitable cultivated plant species for Ji

4、dong mining area of Hebei province，the field test for 8 plant varieties was carried out in 2010-2011. fresh yield ，dry yield，ratio of fresh yield to dry yield，crude protein，crude fat，crude fibre，nitrogen free extract dry matter，crude ash and decomposition rate of dry matter，which have relationship w

5、ith plant production capacity ，were measured and analyzed. The results showed: For perennial plant，biomass of Astragalus Adsurgens was the highest，followed by Sainfoin，Coronilla Varia; for annual plant ，fresh yield of Sweet Clover was the highest，hay yield of Vicia Villosa Roth was the highest. Crud

6、e protein content of White Clover was the highest，followed by Alfalfa，Sainfoin Ainimum. Decomposition rate of plant dry matter showed quickly in the early stage and slow in the later stage，and White Clover was the highest，Astragalus Adsurgens was the lowest.Key words: Mining Area; Suitable Plant; Ec

7、ological Function; Economic Value; Evaluation and Screening（引言應(yīng)包括4個(gè)部分的內(nèi)容：研究意義、前人研究進(jìn)展、本研究切入點(diǎn)、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。請(qǐng)對(duì)照4項(xiàng)內(nèi)容，補(bǔ)充缺項(xiàng)的內(nèi)容）河北省是一個(gè)礦產(chǎn)資源大省，也是一個(gè)礦業(yè)開(kāi)發(fā)大省。礦區(qū)因采礦活動(dòng)，不僅擠占了大量的土地，造成農(nóng)田減產(chǎn)或絕收，大部分礦區(qū)植被破壞、水土流失、沙化嚴(yán)重，不僅損壞了土地資源本身，而且也導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題2。土地資源是人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。開(kāi)展礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)環(huán)境重建，使被破壞的植被和土地得以恢復(fù)及重新利用，逐步解決由采礦引發(fā)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，已成為

8、世界資源環(huán)境持續(xù)發(fā)展研究?jī)?yōu)先關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 黃土高原溝壑區(qū)平溝造田、小流域治理過(guò)程中，不可避免地造成地表土剝離、土層混亂，形成典型的生土地；山西是是全國(guó)產(chǎn)煤大省，工礦區(qū)廢棄地的復(fù)墾是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。解決這些問(wèn)題必須依靠土壤肥力的恢復(fù)再造。長(zhǎng)期以來(lái)，施肥是提高土壤肥力的直接措施，但隨著生物有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，生物改土已成為土地改良的重要指導(dǎo)思想。在生物改土中，與其他植物相比，豆科植物功能顯著。關(guān)于豆科植物的改土效應(yīng)，前人已做過(guò)大量的研究，主要集中在以下點(diǎn)：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的許多采用豆科與其他科屬作物間、混、套、復(fù)、輪作改土的經(jīng)驗(yàn)；豆科綠肥翻壓對(duì)土壤的改良；種植豆科牧草對(duì)土壤的改良。與前人研究取材

9、比較單一、土壤本底值各異、研究方法縱向深入相比，本研究在豆科根形取材上選取具有不同類(lèi)型代表性與橫向可比性的植物，且以土壤理化性質(zhì)本底值極低、基本處于黃土母質(zhì)狀態(tài)的生土土壤為試驗(yàn)基質(zhì)，試圖在極度缺乏基本營(yíng)養(yǎng)的相對(duì)相同的本底條件下，探討不同類(lèi)型豆科植物的改土效應(yīng)，以求為迅速改造生土地、加速生土熟化找出一條生物改土、有機(jī)沃土的途徑，求得在理論與應(yīng)用上有所突破與創(chuàng)新。，期待為鐵尾礦區(qū)土壤熟化培肥、植被重建和草畜系統(tǒng)構(gòu)建提供重要支撐。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北省遷安市五重安鄉(xiāng)蘇家溝村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)1182611855，北緯39514015。該區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)性氣候。全年平均

10、氣溫11.5 。全年降水量711.9 mm。全年日照時(shí)數(shù)2 292.5 h，無(wú)霜期198 d。1.2 試驗(yàn)材料試驗(yàn)植物材料為毛葉苕子、草木樨、冬牧70黑麥、紫花苜蓿、白三葉、沙打旺、小冠花和紅豆草共8份，種子全部來(lái)源于北京克勞沃種子公司。其中毛葉苕子、草木樨、冬牧70黑麥為1 a生植物，其他均為多年生植物。1.3 試驗(yàn)方法1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)8個(gè)植物品種處理。小區(qū)面積20.0 m2（4.0 m 5.0 m），采用隨機(jī)區(qū)組排列， 4次重復(fù)。參試材料均于2010年8月20日采用條播方式播種。2011年開(kāi)始初花期（冬牧70黑麥在）刈割測(cè)產(chǎn)，留茬高度8 cm。試驗(yàn)中不灌溉、不追肥。1.3.2

11、測(cè)定項(xiàng)目與方法 生物產(chǎn)量。生物產(chǎn)量為單位面積土地所收獲的地上部分的全部產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)收獲面積20 m2，刈割留茬高度8 cm，稱(chēng)量鮮重，待充分干燥后稱(chēng)量干重，并計(jì)算鮮干比。 植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量。待植物體充分干燥測(cè)產(chǎn)后，每個(gè)植物品種隨機(jī)取植株30株，烘干粉碎，測(cè)定植株體內(nèi)粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、無(wú)氮浸出、粗灰分含量。 植物干物質(zhì)腐解速率。待植物體充分干燥測(cè)產(chǎn)后，將各植物品種的植株剪成2 cm小段，裝入300目的尼龍網(wǎng)袋（25 cm35 cm），每袋80 g，每個(gè)植物品種各35袋，同時(shí)稱(chēng)取各植物品種的植株樣品測(cè)定含水量。2011年5月25日將裝有植物樣品的

12、尼龍網(wǎng)袋水平埋入土壤中，每袋間距離為60 cm，埋深為10 cm。掩埋后7 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d、60 d分別取樣，每個(gè)植物品種每次取5袋，共取樣7次，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理，去掉泥土，烘干測(cè)含水量和干物質(zhì)重量。1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析 數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。2 結(jié)果與分析2.1 不同種類(lèi)植物的生物產(chǎn)量因本文結(jié)果部分從多年生和1 a生角度分析，故對(duì)本結(jié)果進(jìn)行了修改，請(qǐng)作者仔細(xì)核實(shí)8種植物的生物產(chǎn)量存在差異。除白三葉以外，多年生植物的鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量均顯著1 a生植物。其中，多年生植物鮮草產(chǎn)量以沙打旺（51 508

13、.24 kg/hm2）最高，紅豆草（49 500.65 kg/hm2）次之，二者無(wú)顯著差異，但均顯著其他品種，小冠花鮮草產(chǎn)量（46 285.67 kg/hm2）位居第3位；1 a生植物鮮草產(chǎn)量以草木樨（32 775.52 kg/hm2）最高，毛葉苕子（31 509.89 kg/hm2）次之。多年生植物的干草產(chǎn)量仍以沙打旺（12 774.04 kg/hm2）最高，紅豆草（11 830.66 kg/hm2）次之，紫花苜蓿（10 496.82 kg/hm2）和小冠花（10 414.28 kg/hm2）分別位居第3位和第4位；1 a生植物干草產(chǎn)量以毛葉苕子（7 940.49 kg/hm2）最高，草木樨

14、（7 735.02 kg/hm2）次之，且二者無(wú)顯著差異。干鮮比越大說(shuō)明植物干物質(zhì)含量越高，生產(chǎn)性能越好。多年生植物的干鮮比以紫花苜蓿（0.25）和沙打旺（0.25）最高，紅豆草（0.24）次之，小冠花（0.23）和白三葉（0.23）最低；1 a生植物干鮮比以冬牧70黑麥（0.27）最高，毛葉苕子（0.25）和草木樨（0.24）分別居第2位和第3位。干鮮比說(shuō)明什么問(wèn)題？請(qǐng)稍作分析表明，尾礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)環(huán)境重建時(shí)，單從生物產(chǎn)量考慮，多年生植物應(yīng)該選擇沙打旺、紅豆草和小冠花，1 a生植物應(yīng)選擇草木樨和毛葉苕子。（藍(lán)色字體部分為編輯添加，請(qǐng)作者仔細(xì)核實(shí)，如有不妥之處請(qǐng)用不同顏色字體標(biāo)注出來(lái)）表1

15、 不同植物品種的鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量及干鮮比Table 1 The fresh yield，dry yield and the ratio of dry yield to fresh yield of different plant varieties植物名稱(chēng)生活習(xí)性鮮草產(chǎn)量（kg/hm2）干草產(chǎn)量（kg/hm2）干鮮比毛葉苕子1 a生31 509.89 f 7 940.49 d0.25 b草木樨1 a生32 775.52 d 7 735.02 d0.24 c冬牧70黑麥1 a生20 168.20 g 5 505.92 f0.27 a紫花苜蓿多年生42 156.05 c10 496.82 c0.

16、25 b白三葉多年生31 513.60 f 7 241.83 e0.23 d沙打旺多年生51 508.24 a12 774.04 a0.25 b小冠花多年生46 285.67 b10 414.28 c0.23 d紅豆草多年生49 500.65 a11 830.66 b0.24 c2.2 植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量特征植物品質(zhì)與粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、無(wú)氮浸出物和粗灰分等緊密相關(guān)。粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、無(wú)氮浸出物和粗灰分含量越高，表明植物品質(zhì)越好；粗纖維含量越高，植物品質(zhì)越差。從粗蛋白質(zhì)含量來(lái)看，白三葉含量（24.21%）最高，其次為紫花苜蓿（21.15%），紅豆草（14.17%）最低；粗脂肪含量以毛葉苕子

17、（3.92%）最高，其次為草木樨（3.11%），紅豆草（1.87%）最低；無(wú)氮浸出物含量以沙打旺（46.71%）最高，其次為紅豆草（38.78%），白三葉（12.74%）最低；粗灰分含量以白三葉（46.16%）最高，其次為毛葉苕子；粗纖維含量以白三葉最低，僅為12.25%（表2）。綜合來(lái)看，白三葉品質(zhì)最好，其余品種依次為紫花苜蓿、毛葉苕子。表2 不同植物品種的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量 （%）Table 2 Characteristics of element content of different plant varieties植物名稱(chēng)粗蛋白質(zhì)粗脂肪粗纖維無(wú)氮浸出物粗灰分毛葉苕子20.58 b3.922

18、5.4830.38 9.80草木樨17.16 cd3.1129.7433.86 6.91冬牧70黑麥16.46 d2.8323.8435.50 9.05紫花苜蓿21.15 b2.4222.8036.55 7.59白三葉24.21 a2.6512.2512.7446.16沙打旺14.71 e2.7735.2446.71 7.28小冠花17.68 c1.8031.6333.40 9.47紅豆草14.17 e1.8730.5138.78 6.992.3 不同植物品種的植物體干物質(zhì)腐解速率8種植物的植物體干物質(zhì)腐解速率均表現(xiàn)為初期快、后期慢的特點(diǎn)，其中前7 d分解速率最快，28 d后各植物品種植物體干

19、物質(zhì)腐解速率趨于穩(wěn)定（圖1）。從不同植物品種來(lái)看，植物體干物質(zhì)腐解速率以白三葉最高，7 d時(shí)達(dá)到43.5%，其次為紫花苜蓿，沙打旺腐解速率最低，7 d時(shí)只有30.6%。從各植物品種腐解速率與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量關(guān)系來(lái)看，基本上是粗纖維含量越低，干物質(zhì)腐解速率越高。表明，在尾礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)環(huán)境重建時(shí)單從植物體干物質(zhì)腐解速率考慮應(yīng)優(yōu)先考慮白三葉，其次為紫花苜蓿。（藍(lán)色字體部分為編輯添加，請(qǐng)作者仔細(xì)核實(shí)，如有不妥之處請(qǐng)用不同顏色字體標(biāo)注出來(lái)）圖1 不同植物品種的植物體干物質(zhì)腐解速率（表和圖重復(fù)，故保留圖，去掉了表3部分）請(qǐng)將圖替換為excel可編輯格式！3 結(jié)論與討論目前河北省礦區(qū)土地復(fù)墾率只有15左右

20、，大量土地已成廢棄地1。長(zhǎng)此以往，不可再生的礦物資源開(kāi)采消耗盡后，又缺乏生態(tài)資源的支持，礦區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活將會(huì)難以為繼，開(kāi)展土地復(fù)墾、生態(tài)系統(tǒng)重建與新型產(chǎn)業(yè)培育工作迫在眉睫。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的關(guān)鍵是，在正確評(píng)價(jià)廢棄地類(lèi)型特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被恢復(fù)，進(jìn)而促使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)并達(dá)到良性循環(huán)9。植被恢復(fù)和生物群落復(fù)生還能促進(jìn)土壤礦物質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成和養(yǎng)分富集，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，對(duì)于廢棄地表層土壤起到明顯的保水作用，并能有效地控制水土流失10。 因此，適生植物篩選成為河北省尾礦區(qū)生態(tài)重建與新興產(chǎn)業(yè)培育的物質(zhì)基礎(chǔ)。僅考慮生態(tài)功能，適宜的植物種類(lèi)應(yīng)該具備抗逆、速生、生物量大等特點(diǎn)，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，多年生植物應(yīng)該選擇沙打旺、紅豆草和小冠花，1 a生植物應(yīng)選擇草木樨和毛葉苕子。若考慮種草養(yǎng)畜等經(jīng)濟(jì)利用功能，除考慮抗逆、速生、生物量大外，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)好、干物質(zhì)腐解速率快也要重點(diǎn)兼顧，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，多年生植物應(yīng)該選擇紫花苜蓿、白三葉和小冠花，一年生植物可以選擇毛葉苕子、草木樨和冬牧70黑麥。如果兼顧生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，則多年生植物應(yīng)該選擇紫花苜蓿和小冠花，一年生植物可以選擇毛葉苕子、草木樨。參考文獻(xiàn)：增加參考文獻(xiàn)15-20篇，并在內(nèi)文進(jìn)行標(biāo)注！1欒文樓.河北省可持續(xù)發(fā)展礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究M.北京：