赤泥對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響盆栽試驗(yàn)

赤泥對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響盆栽試驗(yàn)

0強(qiáng)堿水浸殘礦渣的排放中國(guó)人口眾多，糧食產(chǎn)量高。為了提高作物產(chǎn)量，一些地區(qū)盲目過(guò)度施肥，導(dǎo)致作物品質(zhì)下降、污染，甚至損害人體健康。蔬菜因其需肥量大、經(jīng)濟(jì)效益高,易發(fā)生過(guò)量施肥現(xiàn)象。有報(bào)道表明,氮肥用量過(guò)高往往會(huì)導(dǎo)致蔬菜維生素C急劇下降,降低了蔬菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食用價(jià)值。赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中鋁土礦經(jīng)強(qiáng)堿浸出所產(chǎn)生的殘礦渣,因其富含氧化鐵(20%~50%)呈紅褐色而稱(chēng)為赤泥,每產(chǎn)1t氧化鋁排放1.0~1.8t赤泥。隨著鋁工業(yè)的發(fā)展,赤泥產(chǎn)生量逐年增加,截至2010年累計(jì)堆放量達(dá)數(shù)億噸,利用率僅為15%左右。赤泥一般采用海洋排放、陸地堆存等方法處置,浪費(fèi)資源的同時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境污染已經(jīng)成為阻礙鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)難題。赤泥中含有多種農(nóng)作物需要的常量元素(Si、Ca、Mg、Fe、K、S、P)和微量元素(Mo、Zn、V、B),可用作微量元素復(fù)合肥料,改良酸性土壤、合成硅鈣肥料、填土造田。赤泥的綜合利用一直受到人們的關(guān)注[4,6,7,8,9,10,11,12],國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥在糧食作物、綠化植物及貧瘠土壤改良方面的應(yīng)用均有報(bào)道,但高肥料投入下土壤摻混赤泥對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響在國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道,本文嘗試將原狀赤泥及經(jīng)焙燒活化的赤泥與土壤摻混栽培油菜,研究其對(duì)油菜產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)元素及品質(zhì)的影響,為探索赤泥原料對(duì)蔬菜生產(chǎn)的促進(jìn)作用及其合理資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。1試驗(yàn)部分1.1供試土壤和試驗(yàn)作物取未受污染且肥力較低的農(nóng)田耕層土壤(0~20cm)為供試土壤,風(fēng)干過(guò)2mm尼龍篩備用。土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.5g/kg,全氮、全磷含量分別為3.15%、0.018%,有效磷和速效鉀含量分別為8.83,144.67mg/kg,pH為8.52。供試土壤有效磷含量小于10mg/kg,速效鉀高于125mg/kg,屬于缺磷高鉀土壤。供試作物為油菜(品種為綠威F1)。供試赤泥為燒結(jié)赤泥,取自某鋁業(yè)公司副產(chǎn)品堆置場(chǎng)。赤泥的主要化學(xué)組成為Fe2O3(25.68%)、CaO+MgO(13.88%)、TiO2(12.94%)、SiO2(12.45%)、Al2O3(10.98%)、Na2O(5.76%)、K2O(0.33%),燒失量為15.41%。赤泥經(jīng)過(guò)焙燒預(yù)處理后,其中游離及絡(luò)合態(tài)鐵、鋁氧化物含量明顯增加,同時(shí)微孔孔隙、比表面積增大,可以更好地固定土壤中的磷酸鹽,保證土壤中的磷具有更好的緩釋效應(yīng)。1.2測(cè)試方法1.2.1不同施肥處理開(kāi)展室內(nèi)盆栽試驗(yàn),設(shè)置以下4個(gè)處理:1)空白對(duì)照(CK,不摻混肥料及赤泥)。2)高于常規(guī)用量的肥料投入(CT,施用常規(guī)化學(xué)肥料,不摻混赤泥)。3)摻混原狀赤泥(RM,摻混比例為每千克土4g赤泥,施用常規(guī)化學(xué)肥料)。4)摻混焙燒赤泥(BRM,赤泥在700℃煅燒2h形成焙燒赤泥,摻混比例為每千克土2g赤泥,施用常規(guī)化學(xué)肥料),CK、CT處理3次重復(fù),RM、BRM處理為6次重復(fù)。除CK處理外,各處理在油菜生長(zhǎng)期間模擬高施肥條件均施用等量肥料,其中尿素1.1g/kg、磷酸二氫鉀0.88g/kg(保證氮0.53g/kg,磷0.20g/kg,鉀0.25g/kg)。尿素分1次基肥(2.8g/盆)和2次追肥(1.3g/盆和1.4g/盆),磷酸二氫鉀以基肥形式(4.4g/盆)全部施入,基肥、赤泥與土壤充分混勻后裝盆,所有處理每盆裝土量5kg。盆中播6~10顆種子,在溫室自然光照下生長(zhǎng),視墑情澆水,保持土壤濕度為田間持水量的60%~70%。油菜出苗后在2片子葉展開(kāi)時(shí)進(jìn)行間苗,每盆留苗3株。1.2.2地上部vc含量測(cè)定該油菜品種生長(zhǎng)期為40d,生長(zhǎng)期滿(mǎn)后分地上部和主根進(jìn)行收獲,樣品用蒸餾水沖洗干凈后用無(wú)磷濾紙吸干并稱(chēng)鮮重,每個(gè)處理留出20g鮮樣測(cè)定地上部Vc含量,剩余樣品于105℃下殺青0.5h,70℃烘干至恒重,測(cè)干重后晾干研磨過(guò)篩。油菜收獲后取盆栽土樣測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、硝態(tài)氮含量,其中土壤硝態(tài)氮在取鮮樣后立即測(cè)定,其余土壤指標(biāo)在風(fēng)干過(guò)篩后測(cè)定。1.2.3土壤全氮、總氮、總氮含量測(cè)定土壤pH值采用玻璃電極電位法,土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定,土壤全氮采用凱氏蒸餾法測(cè)定,土壤全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法,土壤有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定,土壤硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法測(cè)定。植株全氮采用凱氏定氮法測(cè)定,植株全磷采用釩鉬黃法測(cè)定,植株中Vc采用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1混合混合的赤泥油可促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育2.1.1不同肥料對(duì)從根際上影響ph值的影響B(tài)RM處理油菜地上部生物量最高,CK處理油菜地上部生物量最小,BRM、RM及CT處理油菜地上部生物量均顯著高于CK處理(圖1)。CT處理油菜地上部生物量與BRM和RM處理間差異不顯著,由此可知赤泥的添加未對(duì)油菜地上部生物量產(chǎn)生明顯影響,未造成油菜的減產(chǎn)。CT、RM和BRM處理油菜收獲后土壤pH值均低于CK處理(表1),這與前3個(gè)處理施用大量肥料有關(guān),施入的尿素進(jìn)入土壤后大部水解為銨鹽,植物吸收土壤中的NH4+,同時(shí)進(jìn)行H+的釋放,使根際土壤明顯酸化,加之磷酸二氫鉀的施入也使介質(zhì)變酸,兩種肥料均致土壤pH值降低。油菜種植的最適宜土壤pH為5.8~6.7,BRM處理土壤pH最接近適宜范圍,CT處理土壤次之,CK處理土壤pH最高,與適宜范圍相差較大,雖然摻混至土壤中的赤泥本身呈堿性,但由于摻混比例較小,同時(shí)土壤具有一定的酸堿緩沖能力,因此本試驗(yàn)摻混比例下的赤泥添加未對(duì)土壤pH造成明顯影響,保證了油菜生長(zhǎng)的穩(wěn)定環(huán)境,不會(huì)對(duì)作物吸收營(yíng)養(yǎng)元素造成較大影響。2.1.2合成植物根冠比的增加根冠比指植物地下部分與地上部分的鮮重或干重的比值,油菜根冠比在一定程度上既能反映植株的生長(zhǎng)狀況,也能反映土壤的養(yǎng)分供應(yīng)關(guān)系。適宜的根冠比可保證植株地上部分生長(zhǎng)良好,在土壤營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下植株易形成較大的根冠比,這是植物根系的一種適應(yīng)性反應(yīng)。比較不同處理油菜根冠比(表2)可知,CK處理油菜根冠比最高,即不施肥情況下表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)虧缺,這是油菜為了滿(mǎn)足生存的需要被迫對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺乏的環(huán)境進(jìn)行的積極適應(yīng)。與CK處理相比,其他處理油菜根冠比均較小,RM、BRM處理油菜根冠比與CT處理油菜根冠比之間幾乎無(wú)差異。2.2混合紅色污泥對(duì)蔬菜氮和磷的影響2.2.1硝態(tài)氮對(duì)紅要求的影響從處理間差別趨勢(shì)分析,RM和BRM處理油菜地上部全氮含量相差不大,均高于CT和CK處理(見(jiàn)圖2)。CT處理地上部全氮含量較CK高出25.4%,RM和BRM處理油菜地上部全氮含量均較CT處理高出16.5%。有研究表明,土壤pH值和Ca2+均可影響植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收,pH升高,硝態(tài)氮吸收減少,Ca2+對(duì)硝態(tài)氮吸收有促進(jìn)作用,能加速硝態(tài)氮遷移到質(zhì)膜的吸收位置上,Ca2+也影響著硝態(tài)氮的運(yùn)輸系統(tǒng)。由于肥料施用有降低pH的作用,同時(shí)赤泥的施入還帶入一定量的Ca,兩個(gè)因素均促進(jìn)了油菜對(duì)硝態(tài)氮的吸收。摻混赤泥處理土壤硝態(tài)氮有增加趨勢(shì),使油菜有更多的機(jī)會(huì)吸收硝態(tài)氮(見(jiàn)圖3)。摻混赤泥處理油菜收獲后土壤有機(jī)質(zhì)有高于CT處理的趨勢(shì),赤泥燒失量為15.41%,供試土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)H為14.5g/kg(見(jiàn)圖4),赤泥與土壤間存在的有機(jī)質(zhì)含量差異很可能是造成這種結(jié)果的原因。SkibaU等提出腐殖質(zhì)含量高的肥沃土壤的脲酶含量比貧瘠土壤高,尿素分解速度隨脲酶用量和作用時(shí)間增加而加快,隨著有機(jī)質(zhì)的增加,尿素更易短時(shí)間分解,促成油菜吸收大量銨態(tài)氮,這同樣是造成油菜全氮增加的可能原因。氮是作物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物如蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、酶等的組分,同時(shí)也是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ),對(duì)植物生命活動(dòng)以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有極其重要作用。一般植物含氮量占干重的0.3%~5%,本研究中赤泥摻混使得油菜地上部全氮含量提高到4%以上,且未造成氮素過(guò)多而形成危害,說(shuō)明摻混2~4g/kg的赤泥對(duì)油菜氮元素含量的提升具有較好的正效應(yīng)。2.2.2同油菜地中土壤全磷含量的變化CT處理油菜地上部全磷含量最高,顯著高于RM和BRM處理的油菜地上部全磷含量,而RM和BRM處理油菜地上部全磷含量顯著高于CK處理。RM和BRM處理油菜地上部全磷含量間無(wú)顯著差異,BRM處理略高(見(jiàn)圖5)。赤泥的添加使油菜地上部全磷含量略有降低,劉平等以綠化用的黑麥草及高羊茅作為研究對(duì)象,也得到了相似的結(jié)論。油菜收獲后土壤有效磷含量見(jiàn)表3。由表3可知:同油菜地上部全磷含量間的差異趨勢(shì),CT處理土壤有效磷含量高于BRM和RM處理,但差異未達(dá)顯著水平,RM和BRM處理油菜土壤有效磷含量顯著高于CK處理。各處理土壤全磷含量之間差異不顯著,為0.014%~0.017%。有報(bào)道稱(chēng)土壤有效磷含量隨赤泥加入量的增加和培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而減少,可見(jiàn)赤泥的添加使土壤有效磷含量降低可能會(huì)影響到油菜對(duì)磷元素的吸收,這可能是因?yàn)槌嗄嘀泻械哪承┙饘傺趸飳?duì)土壤有效磷產(chǎn)生吸附作用,或者溶出的金屬元素與磷在土壤中發(fā)生化學(xué)沉淀反應(yīng),形成難溶性化合物并積累在土壤中,從而使植物較難吸收。本研究中赤泥的加入未使土壤有效磷顯著下降,主要原因在于研究的土壤進(jìn)行了油菜種植,油菜在缺磷情況下,根系能自動(dòng)調(diào)節(jié)其陰陽(yáng)離子吸收比例,使根際土壤酸化,從而使土壤磷的濃度提高,有效磷被固定的趨勢(shì)得到了緩解。植物體含磷量為干重的0.2%~1.1%,研究結(jié)果表明:摻混赤泥處理油菜地上部全磷含量接近0.5%,且油菜產(chǎn)量及根冠比未較CT處理產(chǎn)生明顯變化,因此摻混2~4g/kg赤泥并未真正影響油菜生長(zhǎng)。2.3不同處理對(duì)油菜地上部vc含量的影響赤泥摻混后各處理組地上部Vc含量見(jiàn)圖6。由圖6可知:差異主要表現(xiàn)為CK處理油菜地上部Vc含量顯著(α=0.05)高于其他處理,這與CK處理油菜地上部生物量顯著小于其他處理而產(chǎn)生的濃縮效應(yīng)密切相關(guān)。RM和BRM處理油菜地上部Vc含量存在高于CT處理趨勢(shì),二者分別較CT處理高出20.9%和4.5%,這可能與赤泥的添加帶入一定量的Mg有關(guān),有關(guān)研究表明鎂能促進(jìn)維生素A和維生素C的合成,有利于提高作物品質(zhì)。而且銨態(tài)氮對(duì)Vc合成具有的抑制作用是由伴隨NH4+的陰離子特性決定的,如SO42-、Cl-、HPO42-等離子的存在能顯著抑制Vc合成。本研究中赤泥摻混使油菜地