粉煤灰是我国燃煤电厂的主要固体废弃物,其年排放量高达3 000万t,年增储灰场用地逾3.3万hm2,给环境和土地资源均带来巨大的压力[1]。目前,对于粉煤灰的利用途径主要包括农用、建筑用料和环保材料等几个方面。农用粉煤灰,主要用于改良退化土壤[2-4]、生产肥料[5];建筑用料方面,粉煤灰可作为建设道路、桥梁的主要材料[6];粉煤灰用于环保领域,可作为吸附剂、中和剂在污水处理和废气净化方面进行应用[7-8]。粉煤灰具有疏松多孔、透气保水的特性,而且含有大量的植物中、微量营养元素[9],在理想的基质与人造土壤的基本原材料。该研究将粉煤灰作为一种主料按一定比例配制基质,观测大白菜在基质上的生长情况,评估粉煤灰添加效果,旨在为粉煤灰的资源化利用开拓新途径。
1材料与方法
1.1试验材料
试验于2013年11月28日至2014年1月3日在扬州大学环境科学与工程试验中心进行。试验中所用的基质原材料包括粉煤灰、蚯蚓粪、木薯渣、蛭石。粉煤灰取自扬州华电发电厂,蚯蚓粪取自扬州大学有机固废蚯蚓消解基地,木薯渣来自江苏沃绿宝有机农业发展有限公司,蛭石来自石家庄灵寿县,市售基质来自于江苏科力农业资源科技有限公司。具体试验处理如表1所示。
1.2试验方法
按照体积进行配比,将材料混合均匀,放入直径为15cm的花盆中,每个处理3次重复,相对含水率控制在60%~90%。将已育好的大小一致的大白菜苗移栽到花盆中,在相同的光照、温度、水分条件下进行培养,35d后采样测定。
1.3项目测定
移栽35d后测定大白菜株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数和叶绿素含量。其中,株高、茎粗、叶宽、叶长、伸展度采用直尺测量法,叶片数直接计数,采用SPDA分析仪对3片老叶的叶绿素含量进行测定。
1.4数据分析
采用Office 2003软件和SPSS 18.0软件对试验数据进行处理和统计分析。
2结果与分析
2.1不同基质配比对大白菜生长的影响
由表2可知,不同处理之间株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数均有一定的差异性,在粉煤灰添加量为50%时各项指标总体最佳。其中,处理T1、T2长势较好,株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数均在T2时达到最大值,T9处理各项指标值最小,最大值分别比最小值高出了83.3%、66.6%、58.2%、58.8%、36.4%。株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数的大小与粉煤灰、蚯蚓粪、木薯渣比例表现出一定的相关性,相关系数如表3所示。
由表3可知,大白菜叶宽、叶长、伸展度和叶片数与粉煤灰加入量呈显著的负相关性,叶宽、叶长、伸展度与蚯蚓粪加入量有显著的正相关性;叶宽、叶长、伸展度和叶片数与木薯渣有显著的正相关性;株高的变化与3种原料加入量的相关性均未达到显著水平。
2.2不同基质配比对大白菜叶绿素的影响
由表4可知,大白菜前3叶叶片的SPAD值在不同处理之间差异有一定差异,在粉煤灰添加量为50%(T1、T2)时叶绿素含量相对较高,光合能力较强。前3叶叶片的SPAD值与基质配料的加入量之间也有一定的相关性,其相关系数如表5所示。
由表5可以看出,大白菜前3叶的SPAD值与粉煤灰的添加比例呈负相关性,其中第1叶达到显著水平,第2叶与第3叶达到极显著水平。前3叶的SPAD值与蚯蚓粪的添加比例均呈极显著正相关性。第2叶SPAD值与木薯渣添加比例呈显著的正相关性,第3叶SPAD值与木薯渣添加比例呈极显著的正相关性,而第1叶SPAD值与木薯渣添加比例相关性不显著。
2.3粉煤灰基质与市售普通基质的效果对比
在试验过程中,同时也采用市售普通基质进行对比试验,栽培管理措施完全相同,其数据如表6所示。
由表6可知,大白菜在粉煤灰基质与市售普通基质育苗,其生长形态指标和叶绿素含量均有明显差异。粉煤灰基质所育大白菜的株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数分别高于市售普通基质上的16.7%、1.3%、27.2%、19.8%和15.4%;而大白菜前3叶叶绿素含量明显小于市售普通基质,第1叶、第2叶、第3叶的叶绿素含量分别是市售普通基质育苗的42.0%、75.0%、68.9%。从第1叶与第3叶叶绿素的相对含量来看,市售普通基质为0.30,而粉煤灰基质为0.18,可见粉煤灰基质存在导致大白菜叶片过早黄化的问题。
3讨论与结论
该试验结果表明,粉煤灰基质能够促进大白菜的生长,其叶宽、叶长、株高、伸展度、叶片数均高于对照。首先,粉煤灰能改善基质的物理性质,增加了基质的持水性和透气性[10]。其次,能增加基质的阳离子交换量[11]和植物生长所必需的部分大、中、微量元素,如P、K、Ca、Mg、B等元素[12];最后,粉煤灰作为一种多孔性物质[4],为微生物的繁殖提供了良好的场所[13],土壤酶活性增加,有利于土壤中多种养分的有效化。粉煤灰常用于土壤改良、有机堆肥生产等,而将粉煤灰作为基质材料的研究较少。高祥伟等[14]利用1%粉煤灰+有机肥处理改良重金属污染的土壤,取得了良好的效果。
Niina等[15]利用粉煤灰处理餐饮垃圾,能够显著增强发酵过程中氧气的利用率,减少恶臭气体的排出。李珊等[16]利用粉煤灰分别与粘土、砂土、秸秆按照3∶1的比例混合,作为黑麦草育苗基质,得出粉煤灰+粘土为黑麦草的最佳生长基质。因此,粉煤灰农用是其资源化处理的一种重要途径,利用粉煤灰复配新型基质是可行的。
由试验结果可知,与市售基质相比,粉煤灰基质所育大白菜叶片的叶绿素含量明显偏低。粉煤灰经过是燃煤经过充分燃烧的产物,含氮、硫等营养成分很少;粉煤灰pH值一般在8~11[17],木薯渣pH值一般在4.0左右[18],二者混合可以在一定程度上中和彼此的酸碱性,但木薯渣添加比例偏低,难以使混合基质pH值下降至作物最适范围;粉煤灰含有多种金属矿物质元素,如Ca、Mg、Fe等营养元素比例偏高,甚至可能还含有有害重金属元素Pb等,对植物生长所产生的影响作用尚存在不确定性。
在该试验研究中,粉煤灰添加比例与多种作物生长指标间呈显著的负相关关系,试验处理的粉煤灰基础用量可能偏高,应继续增加木薯渣的用量。
Menzies等[19]得出当粉煤灰添加量为10%时,显著促进了土豆和马铃薯的生长,当粉煤灰添加量大于20%时抑制了植物的生长;Belyaeva等[20]研究表明,在堆肥过程中粉煤灰添加量超过25%时,没有提高堆肥质量参数的效果。因此,在进一步深入研究时可适当减少粉煤灰的添加比例。
粉煤灰作为一种工业废弃物,用于新型基质配伍加以资源化利用具有一定的环保生态与经济意义。粉煤灰基质能显著提高大白菜的株高、叶宽、叶长、伸展度、叶片数等指标,但降低叶片叶绿素含量。在今后的研究中建议适当减少粉煤灰的添加量,减少粉煤灰对作物可能造成的不良影响。
