王麗華，關(guān) 禹，王道涵，劉冬月，付 興，李永樂

（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，阜新123000）

煤矸石與不同基質(zhì)比例對小白菜生長的影響

王麗華，關(guān) 禹，王道涵，劉冬月，付 興，李永樂

（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，阜新123000）

煤矸石是我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，不僅占用大量的農(nóng)田和土地，還成為固、液和氣三害俱全的污染源，造成了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。因此應(yīng)加強(qiáng)對煤矸石的綜合利用使其資源化。實(shí)驗(yàn)是在對煤矸石理化性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，通過盆栽實(shí)驗(yàn)，研究煤矸石與壤土和沙土這兩種基質(zhì)在不同配比下小白菜的各項(xiàng)生長指標(biāo)及生物量情況。結(jié)果表明，在保持花盆總重量不變的情況下，隨著煤矸石添加量的增加，對小白菜的出苗率、株高、根重、鮮重等指標(biāo)都有顯著影響。當(dāng)在壤土基質(zhì)中添加煤矸石大于300 g，在沙土基質(zhì)中添加煤矸石大于250 g時(shí)， 小白菜的各項(xiàng)生長指標(biāo)情況及生物量呈明顯下降趨勢。為了達(dá)到對煤矸石的最大綜合利用，壤土與煤矸石的比例應(yīng)為3:2、沙土與煤矸石的比例應(yīng)為2:1，這樣使其利用率最大。

煤矸石；基質(zhì)；小白菜；生長指標(biāo)；生物量

煤矸石是煤炭開采、洗選及加工過程中排放的固體廢棄物（李玉鳳和張錦瑞，2005）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國歷年累計(jì)堆放的煤矸石約45億t，規(guī)模較大的矸石山有1600多座，占用土地約1.5萬公頃，而且堆積量還以每年1.5～2.0億t的速度增加。煤矸石的堆放不僅占用大量土地，而且在一定條件下會發(fā)生自燃甚至爆炸事故，造成人員傷亡和煤礦排矸系統(tǒng)的破壞，影響安全生產(chǎn)（段大文，2012）。

同時(shí)，煤矸石自燃排放出的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體，污染周圍大氣環(huán)境，嚴(yán)重影響礦區(qū)居民的身體健康（曾小梅和陳志剛，2004）。無論從生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度，還是可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)來考慮，對煤矸石的綜合治理有十分重要的意義。因此，應(yīng)加大對煤矸石綜合利用工作的力度，加強(qiáng)煤矸石綜合利用技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)煤矸石的變廢為寶，促進(jìn)煤炭工業(yè)的健康發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展（張策和何緒文，1998；國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2005；裴曉東，2006）。

世界各國對煤矸石的利用和改造都非常重視，相關(guān)學(xué)者已有不少研究，如：作為工業(yè)原料、制磚原料、塌陷區(qū)的充填材料、發(fā)電等（呂英，2005；石磊等，2005；舒方才，2008；吳紅，2010；孫剛和劉煥勝，2012）。利用煤矸石為原料生產(chǎn)農(nóng)用肥料，在國內(nèi)外已得到推廣應(yīng)用（王剛，1996）。英國曾在小塊土地上于播冬小麥前試施了浮選矸石制成的肥料，結(jié)果增產(chǎn)7%～10%。美國在西紅柿株周圍的土壤上面蓋一層洗矸，除了提高產(chǎn)量10%～15%以外，還使西紅柿的成熟期有所提前。原蘇聯(lián)在不同的土地上試驗(yàn)了浮選矸石的肥效，獲得了較好的效果，農(nóng)作物增產(chǎn)15%～40%（何俊瑜等，2001；孫光聞等，2005；何俊瑜等，2010；馬守臣等，2011）。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用煤矸石來自山西省煤礦。

實(shí)驗(yàn)壤土為質(zhì)地均勻的東北黑土，沙土為原始的風(fēng)沙土。

實(shí)驗(yàn)植物為小白菜，來源于阜新市阜蒙縣種子站。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 盆栽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將采樣后的壤土和沙土進(jìn)行自然風(fēng)干，煤矸石進(jìn)行磨碎，均過20目篩。盆栽實(shí)驗(yàn)所用花盆規(guī)格為長400 mm，寬200 mm，深4 mm。保持花盆總重量不變，按壤土和沙土與煤矸石750 g+0 g、700 g+50 g、650 g+100 g、600 g+150 g、550 g+200 g、500 g+250 g、450 g+300 g、400 g+350 g、350 g+400 g、300 g+400 g的比例進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 測試指標(biāo)及方法

測試指標(biāo)主要包括：子葉出現(xiàn)所需天數(shù)、全苗所需天數(shù)、出苗率、株高、葉面積等。對于收割之后的小白菜測定的指標(biāo)有：鮮重、根長、株高、葉面積等。

測煤矸石基本理化性質(zhì)方法：用K2CrO7氧化法測量有機(jī)質(zhì)含量；用堿解擴(kuò)散法測堿解氮；用鉬銻抗比色法測速效氮磷鉀；用電位法測量土壤pH值，在V（水）：m（土）=2.5條件下用pH計(jì)測定（鮑士旦，2000）。煤矸石基本理化性質(zhì)見表1。

表1 煤矸石基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of gangue

2 結(jié)果與分析

2.1 壤土和沙土這兩種基質(zhì)與煤矸石不同比例對小白菜種子出苗率的影響

從表2、表3 可以看出，無論是子葉出現(xiàn)所需天數(shù)還是全苗所需天數(shù)，均為煤矸石添加量少的較短，一般影響種子發(fā)芽率的主要因素是溫度、水分等，因播種后每天上午、下午都噴水，水分之間沒有差異，所以產(chǎn)生此結(jié)果的可能與溫度有關(guān)，因?yàn)槊喉肥念伾珵楹谏?，易吸收太陽溫度，溫度過高，不利于種子發(fā)芽。

就出苗率來看，隨著煤矸石添加量的增加，壤土比沙土的出苗率高，但到一定的比例，沙土的出苗率比壤土的要高。

2.2 生物量的測定

在種植的第四周收割小白菜，先用自來水將各組小白菜洗凈后，再用蒸餾水洗滌，擦干表面水分，每盆取4株樣品，用電子天平稱每株樣品的鮮質(zhì)量，用直尺測量植株的根長、株高、和葉寬（桑愛云等，2007）。取平均值作為指標(biāo)值。煤矸石與壤土和沙土不同比例下小白菜的生物量見表4、表5。

就小白菜的鮮重來看，在保持花盆總重量不變的情況下，當(dāng)在壤土基質(zhì)中添加煤矸石大于300 g，在沙土基質(zhì)中添加煤矸石大于250 g時(shí)，小白菜的各項(xiàng)生長指標(biāo)情況及生物量呈明顯下降趨勢。當(dāng)壤土與煤矸石的比例是450 g + 300 g時(shí)，沙土與煤矸石的比例是500 g + 250 g時(shí)，小白菜的各項(xiàng)生長指標(biāo)及生物量較好。所以為了達(dá)到對煤矸石的綜合利用，壤土與煤矸石的比例應(yīng)為3:2、沙土與煤矸石的比例應(yīng)為2:1，這樣使其利用率最大。

表2 壤土與煤矸石不同比例對小白菜種子出苗率的影響Table 2 Effect of soil and gangue in different proportions on Seed Germination of Cabbage

表3 沙土與煤矸石不同比例對小白菜種子出苗率的影響Table 3 Effects of soil and gangue in different proportions on Seed Germination of Cabbage

表4 壤土與煤矸石不同比例下小白菜的生物量Table 4 Biomass of cabbage in different proportion of soil and gangue

表5 沙土與煤矸石不同比例下小白菜的生物量Table 5 Biomass of cabbage in different proportion of sand and gangue

3 討論

煤矸石可以用作肥料，這是煤矸石綜合利用的又一出路，可以避免堆積成矸石山。本研究為煤矸石的利用、開發(fā)提供了一種新途徑。煤矸石和土壤基質(zhì)摻合在一起，能夠起到疏松土壤基質(zhì)的作用，土地因長期使用化學(xué)肥料，有機(jī)質(zhì)變得貧脊，土壤中的腐殖質(zhì)逐漸枯竭，土壤孔隙度降低，變得堅(jiān)硬，植物生長所需的空氣、水分、微生物受到極大的影響，而煤矸石中含有較高的有機(jī)成分和其他礦物成分，因此能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤的孔隙度增加，聯(lián)通性好，提高了土壤的含水性能，煤矸石肥料就能夠充分地溶解于水中，有利于植物根部的吸收，空氣中的氧可以較充分地進(jìn)人土壤和水中，促進(jìn)好氧細(xì)菌和兼氧細(xì)菌的新陳代謝，分解有機(jī)物、豐富土壤腐殖質(zhì)，從而土地得到“肥化”，增進(jìn)植物的生長。

利用煤研石作肥料時(shí)，最好摻人適量的農(nóng)家肥，一方面起增強(qiáng)肥力作用；另一方面可以中和煤研石中對作物有害的成分。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以小白菜為種植材料，從出苗情況、幼苗形態(tài)和幼苗生理指標(biāo)等方面探討了煤矸石作為肥料的可行性，并且對于基質(zhì)是壤土和沙土進(jìn)行了對比，結(jié)果表明隨著煤矸石添加量的增加，壤土比沙土的出苗率高，但到一定的比例，沙土的出苗率比壤土的要高。壤土本身的顏色要比沙土深，最初時(shí)壤土較易吸收光，溫度高，所以出苗率要高，但到一定量時(shí)，由于溫度過高，反而不利于種子發(fā)芽。當(dāng)壤土與煤矸石的比例在3:2，沙土與煤矸石的比例在2:1時(shí)，小白菜的生長情況及各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到對煤矸石最大的綜合利用。

鮑士旦. 2000. 土壤農(nóng)化分析（第三版）[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社. [Bao S D. 2000. Agricultural chemical assay of soil (third edition) [M]. Beijing: China Agriculture Press.]

段大文. 2012. 矸石山綜合治理及煤矸石深加工項(xiàng)目技術(shù)與實(shí)施[J].山西建筑, 38(32): 223–224. [Duan D W. 2012. On comprehensive treatment of coal waste dump and its deep processing and implementation [J]. Shanxi Architecture, 38(32): 223–224.]

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 2005. 趙鐵錘在煤礦矸石山災(zāi)害防范與治理工作專家研討會上的講話. [State Administration of Work Safety. 2005. Zhao Tie-chui's speech at the expert seminar on prevention and treatment of coal gangue dump disaster.]

何俊瑜,任艷芳,李亞靈,等. 2010. 煤矸石作無土栽培基質(zhì)的可行性研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 3(11): 163–166. [He J Y, Ren Y F, Li Y L, et al. 2010. Feasibility study on gangue as soilless substrates [J]. Environmental Science & Technology, 3(11): 163–166.]

何俊瑜,溫祥珍,李亞靈,等. 2001. 開發(fā)煤矸石作無土栽培基質(zhì)的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào), 16(S1): 103–106. [He J Y, Wen X Z, Li Y L, et al. 2001. Study on soilless culture for the development of coal gangue [J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 16(Sl): 103–106.]

李玉鳳,張錦瑞. 2005. 煤矸石浸出脫鐵試驗(yàn)研究[J].河北理工學(xué)院學(xué)報(bào), 27(3): 6–10. [Li Y F, Zhang J R. 2005. The study of improving coal gangue by lixiviation [J]. Journal of Hebei Institute of Technology, 27(3): 6–10.]

呂 英. 2005. 抓住機(jī)遇、促進(jìn)發(fā)展,努力做好煤矸石綜合利用工作[J].煤炭加工與綜合利用, (4): 6–8. [Lv Y. 2005. Seize the opportunity, promote the development, and strive to do a good job of coal gangue comprehensive utilization [J]. Coal Processing and Comprehensive Utilization, (4): 6–8.]

馬守臣,呂 鵬,李春喜,等. 2011. 不同改良措施對煤矸石污染土壤上大豆生長的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 27(5): 101–103. [Ma S C, Lv P, Li C X, et al. 2011. Effect of soil amendments on growth of soybean in coal gangue contaminated soil [J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 27(5): 101–103.]

裴曉東. 2006. 煤礦矸石山自然發(fā)火機(jī)理及其綜合防治技術(shù)研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué). [Pei X D. 2006. Mechanism and comprehensive prevention and control technology of coal spontaneous combustion gangue [D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology.]

桑愛云,夏煒琳,王 華,等. 2007. 不同改良劑對鉛污染磚紅壤的修復(fù)效果[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 23(8): 503–506. [Sang A Y, Xia W L, Wang H, et al. 2007. Study on the remediation effect of different ameliorant to the Pb polluted in granitic latosol [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 23(8): 503–506.]

石 磊,牛冬杰,金 龍,等. 2005. 煤矸石的綜合利用[J].煤化工, 8(4): 15–18. [Shi L, Niu D J, Jin L, et al. 2005. Comprehensive utilization of coal shale [J]. Coal Chemical Industry, 8(4): 15–18.]

舒方才. 2008. 大屯礦區(qū)實(shí)現(xiàn)煤炭資源綜合利用的分析[J].選煤技術(shù), 126(4): 126–129. [Shu F C. 2008. Analysis and implementation of comprehensive utilization of coal resources in Datun mining area [J]. Coal Preparation Technology, 126(4): 126–129.]

孫 剛,劉煥勝. 2012. 煤矸石資源化利用現(xiàn)狀及其進(jìn)展[J].煤炭加工與綜合利用, (3): 53–56. [Sun G, Liu H S. 2012. Status and progress of coal gangue resource utilization [J]. Coal Processing and Comprehensive Utilization, (3): 53–56.]

孫光聞,朱祝軍,方學(xué)智. 2005. 不同 Cd 水平對小白菜生長及其營養(yǎng)元素含量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 24(4): 658–661. [Sun G W, Zhu Z J, Fang X Z. 2005. Effects of different Cd levels on the growth and nutrient elements in pakchoi [J]. Journal of Agro-Environment Science, 24(4): 658–661.]

王 剛. 1996. 利用煤矸石生產(chǎn)肥料[J].煤炭加工與綜合利用，(6): 10–11. [Wang G. 1996. The use of coal gangue for fertilizer production [J]. Coal Processing and Comprehensive Utilization, (6): 10–11.]

吳 紅. 2010. 六盤水市煤矸石資源化利用分析[J].中國資源綜合利用, 28(12): 27–29. [Wu H. 2010. Analysis the characteristics and comprehensive utilization of gangue in Liupanshui [J]. China Resources Comprehensive Utilization, 28(12): 27–29.]

曾小梅,陳志剛. 2004. 煤礦區(qū)固體廢棄物——煤矸石的綜合利用[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), (4): 160–170. [Zeng X M, Chen Z G. 2004. Comprehensive utilization of coal mine solid waste—coal gangue [J]. Journal of Taiyuan Urban Vocational College, (4): 160–170.]

張 策,何緒文. 1998. 煤礦固體廢物治理與利用[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社. [Zhang C, He X W. 1998. Treatment and utilization of coal mine solid waste [M]. Beijing: China Coal Industry Publishing House.]

Effects of gangue with different substrates on the growth of Chinese cabbage

WANG Li-hua, GUAN Yu, WANG Dao-han, LIU Dong-yue, FU Xing, LI Yong-le
(College of Environmental Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)

Gangue as one of the largest emissions of industrial solid wastes in China, not only takes up quantities of farmland, but also becomes the three sources of pollution harm of solid, liquid and gas, causes a series of ecological environment problems. Therefore we should strengthen the comprehensive utilization of gangue and let it become resources. The experiment was based on the analysis of its physical and chemical properties, through pot experiment, study on gangue together with two kinds of matrix that was loam and sand on the growth index and biomass of Chinese cabbage under different proportion. The results show that, while maintain the total weight of flowerpot, with the increase of gangue, the germination, plant height, root weight, fresh weight of Chinese cabbage has signif cant effect on the index. When adding gangue in loam matrix is greater than 300 g, adding gangue in sand matrix is greater than 250 g, the growth and biomass index of Chinese cabbage decreases signif cantly. In order to achieve the maximum comprehensive utilization of gangue, the proportion of loam and gangue should be 3:2, the proportion of sand and gangue should be 2:1, so that the gangue can achieve its maximum utilization.

gangue; substrate; Chinese cabbage; growth index; biomass

10.7515/JEE201404005

X705

A

1674-9901(2014)04-0266-05

2014-03-27

關(guān) 禹，E-mail: jingyu.chenzhen@163.com