CN109831954A

CN109831954A - 露天排土场压实黄粘土改良方法

Info

Publication number: CN109831954A
Application number: CN201811628913.2A
Authority: CN
Inventors: 全文智; 龚云丽; 刘慧辉; 雷志勇
Original assignee: Beijing Heshengyuan Ecological Environment Engineering Technology Co ltd; Shaanxi Shenyan Coal Co ltd; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; China Energy Investment Corp Ltd
Current assignee: Beijing Heshengyuan Ecological Environment Engineering Technology Co ltd; Shaanxi Shenyan Coal Co ltd; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; China Energy Investment Corp Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明提供了一种露天排土场压实黄粘土土壤改良的方法，包括将沙土与黄粘土以质量比1:1～3:1混合均匀，得到土壤基质；在土壤基质中种植当地适生植物；在每株植物根际的土壤基质中接种丛枝菌根真菌繁殖体；培养植物，使真菌与植物共生。本发明通过将沙土与黄粘土以一定比例相配比，具有取土便捷、来源广、成本低、更适用于当地露天排土场压实黄粘土土壤的快速结构改良、接种的丛枝菌根真菌具有提高植被的成活率和生物量、改良土壤且不会产生负效应等多方面的优点。

Description

露天排土场压实黄粘土改良方法

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，涉及黄粘土土壤的改良。

背景技术

我国西部为干旱半干旱缺水地区，水资源占有量仅为全国的3.9％，与东部相比，年蒸发量为降雨量的6-10倍，加上西部主要土壤类型为黄土和沙土，其土壤肥力大多较为贫瘠，生态脆弱，农作物的产出较低，对于我国这样一个农业大国，提高农田土壤的肥力，增加水分的利用率将是西部急需解决的主要问题。

西部露天矿排土场表土瘠薄，心土层堆放未熟化导致土壤结构差、肥力降低及植被重建难等一系列严重的生态问题。生态恢复的关键在于首先构建良好的土壤生态环境，首先构建一个良好的土壤层次结构，从土壤物理方面改良土壤结构。神延西湾露天矿区位于荒漠化干草原和干草原的过渡带，地表土壤以风积沙和黄土为主，土壤缺乏养分，有机质含量极低，严重影响植被的生长。特别是排土场表层黄土，因其具有粘性，通气性不良，加上堆放机械碾压，土壤压实现象严重，更加剧了植被重建难度。寻找低成本无污染的土壤结构改良方法成为了生态重建的前提与关键。

发明内容

针对露天煤矿排土场的黄粘土压实土壤复垦问题，本发明要解决的技术问题是，如何利用本地风积沙土来改善黄粘土的结构，降低土壤的紧实度，提高所种植作物的生长质量，优化添加沙土的比例结构。

本发明的技术方案通过以下方法实现：

一种露天排土场压实黄粘土改良方法，所述方法是将沙土与黄粘土混合后，接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)真菌，之后种植植物，使得AM真菌与植物形成共生关系，随着植物根系的生长，AM真菌扩繁，这种互惠共生的关系影响着宿主植物的同时也改善了土壤质量，种植植物的过程同时也是培育的过程。

具体地，所述方法包括以下步骤：

(1)将沙土与黄粘土以质量比1:1～3:1混合均匀后平铺覆盖在岩石层上，所述岩石层为煤矿地区的煤层之上的岩层，得到土壤基质；其中，所述沙土为风积沙，沙粒的机械组成分析其质地为砂土，<0.002mm的粘粒的含量不超过10％；所述黄粘土的粘粒含量为80％～90％，优选85％。本领域技术人已知，自然土壤的矿物质都是由大小不同的土粒组成的，各个粒级在土壤中所占的相对比例或质量分数，称为土壤机械组成。粒径<0.002mm的为粘粒，粘粒含量在30％以上的土壤均划分为粘壤土类。

优选地，所述黄粘土的基本理化性状为：速效磷的含量为2.72mg/kg，速效钾的含量为86.74mg/kg，pH值为7.55，EC值为91μs/cm。沙土的基本理化性状为：速效磷的含量为6.13mg/kg，速效钾的含量为50.38mg/kg，pH值为7.48，EC值为52.5μs/cm。

(2)在配好的土壤基质中种植当地适生植物，优选豆科或禾本科植物；根据当地条件，具体可选的植物为玉米、紫花苜蓿、沙打旺、黄花苜蓿、柠条、紫穗槐、三叶草。土地改良过程中种植植物的种类影响改良效果和效率，豆科植物具有固氮功能，能够快速改良土壤养分状况。玉米为速生植物且易于菌根侵染，也是改良土壤的可选植物。

(3)在每株植物根际的土壤基质中接种丛枝菌根真菌繁殖体，如孢子体；接种量为每穴50g～150g菌剂，优选100g菌剂。从植物生根、丛枝菌根真菌侵入植物根系开始，菌根与植物根系形成共生关系，通过扩繁参与植物生长发育的全阶段，菌根对土壤的改造是一个长期而持续的过程。

(4)培养植物，使真菌与植物共生，实现土壤改良。

优选地，所述丛枝菌根真菌为摩西球囊霉(Glomus mosseae)，其在中国丛枝菌根真菌种质资源库的编号为BGC XJ01。订购该菌种的单位或者个人，需与北京市农林科学院植物营养与资源研究所“丛枝菌根真菌种质资源库”签订《丛枝菌根真菌种质资源提供和利用协议书》，并填写《菌种订购单》即可购买；

进一步优选地，接种摩西球囊霉的菌剂，其孢子密度为126～180个/克菌剂。

优选地，步骤(1)中的沙土剥离自压实黄粘土表面。

优选地，所述黄粘土土壤紧实度达到3500KPa，土壤容重1.8g/cm³；进一步优选地，所述黄粘土风干磨细过1mm筛后与沙土混合。优选地，所述配好的土壤基质中，土壤紧实度达到1600KPa，土壤容重1.45g/cm³，接近正常土壤的紧实度和容重。

土壤改良的目的是增加土壤有机质和养分含量，改良土壤性状，提高土壤肥力。土壤是植物生长发育的基地，植物生长所需要的大部分养料都是通过土壤获得的。植物从根系土壤中吸收无机盐，像钙离子、钾离子和镁离子等，然后通过根系的运输形成叶绿素,保证作物正常地进行光合作用，反之，土壤养分供给不足将会严重影响到植物的正常生长。植物叶片营养元素的含量反映了植物的生长状况，根际土壤为植物提供了必要的营养元素，因此这些指标可以评判土壤改良的效果。

本发明的研究结果表明，AM真菌可以改善植物的矿质营养，通过增加营养吸收来促进植物生长，提高植物的生物量和产量，AM真菌与植物共生可以改善土壤水稳定性团聚体、土壤渗透势和总孔隙度等，同时提高土壤有机质含量。通过对黄粘土与沙土配比比例的优化，降低其黄粘土粘粒含量，增强黄粘土土壤通气透水性能，同时利用AM真菌对土壤的改善作用，研究黄粘土与沙土两种不同配比下接种AM真菌对土壤理化性质的改良效应，为露天煤矿的黄粘土基质改良提供一种新的方法和技术手段。

本发明通过将沙土与黄粘土以一定比例相配比，具有取土便捷、来源广、成本低、更适用于当地黄粘土土壤的快速结构改良、接种的丛枝菌根真菌具有提高植被的成活率和生物量、改良土壤且不会产生负效应等多方面的优点。

具体实施方式

试验材料：供试沙土和黄粘土来自陕西省榆林市神木县神延西湾露天矿，经过1mm筛，用高压灭菌锅消毒土壤2h，杀灭土壤中的土著菌根真菌，后风干备用。黄粘土的基本理化性状为：速效磷的含量为2.72mg/kg，速效钾的含量为86.74mg/kg，pH值为7.55，EC(电导率)值为91μs/cm。黄粘土的粘粒含量为85％，黄粘土土壤紧实度达到3500KPa，土壤容重1.8g/cm³。沙土为风积沙，剥离自黄粘土表面，其基本理化性状为：速效磷的含量为6.13mg/kg，速效钾的含量为50.38mg/kg，pH值为7.48，EC值为52.5μs/cm。沙土中<0.002mm的粘粒的含量为9％。实验用盆为20cm(口径)×16cm(底径)×22cm(高)。供试玉米种子为中国农业科学院种子公司的品糯28号，供试菌种为摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae，简称M)，购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所的中国丛枝菌根真菌种质资源库，编号为BGCXJ01，每穴加菌剂50g，其孢子密度为126个/克菌剂。

试验设计：试验共设8个处理，每个处理设4次重复，共32盆。设4个土壤基质水平：沙土(S)、黄粘土(H)、沙土与黄粘土按质量1:1配比(S:H＝1:1)、沙土与黄粘土按质量3:1配比(S:H＝3:1)，配比后得到的土壤基质中，土壤紧实度达到1600KPa，土壤容重1.45g/cm³。设2个接种，采用穴播的方式种植，将50g菌剂均匀撒在穴中，然后进行正常的播种种植。AM真菌水平：接种丛枝菌根(M)和不接种菌根的对照组(CK)。使用NH₄NO₃、KH₂PO₄、K₂SO₄作为底肥，土壤中氮、磷、钾的含量分别达100mg/kg、10mg/kg、150mg/kg(由于沙土和黄粘土都很贫瘠，养分含量极低，为保证植物正常的生长而加入底肥。各处理底肥的施加量是相同的，即氮、磷、钾的含量相同，结果中叶片营养元素含量和根际土各项指标产生的差异即为改良所致)。将玉米种子用浓度为10％的H₂O₂溶液浸泡10min做表面消毒，再用去离子水多次清洗，每盆播种玉米种子3棵，出苗后定苗为1株。每盆土壤基质为4.8kg，土壤湿度约为田间持水的70％～80％，所有处理在中国矿业大学(北京)的日光温室中培养，光照采用自然光照，温度15～40℃。

结果与分析

(1)不同处理对玉米干重和AM真菌侵染率的影响

所有CK处理均未发现侵染AM真菌(表1)，不同土壤基质下的菌根侵染率存在差异，接菌处理M中沙土的侵染率最高，黄粘土的侵染率最低，与沙土配比后黄粘土的侵染率均升高，且随着掺入沙土比例的增大侵染率有所升高，但并未达到显著差异。AM真菌在不同基质间具有一定的选择性，基质不同侵染率存在差异，这可能是菌种对不同基质的生态适应性不同而产生的。

接种AM真菌处理在4种不同基质下的生物量均比CK高，除黄粘土(H)外均达到显著差异。特别是沙土、黄粘土按质量3:1配比(S:H＝3:1)时，生物量显著提高了36％(P<0.05)。与纯黄粘土相比，添加沙土配比后，不论是M还是CK处理，玉米生物量均显著提高，CK中S:H＝1:1和S:H＝3:1的生物量分别显著提高94％和150％，M中S:H＝1:1的生物量显著提高了108％，S:H＝3:1的生物量更是显著提高了187％。接菌促进沙土和黄粘土以3:1配比土壤上植物生长更为明显。由于配比一定质量的沙土改变了土壤的孔隙特征，良好的通气透水条件能促进土壤微生物活动，从而增强土壤养分的转化与供应，调节土壤的水、肥、气、热等因子，有利于作物生长，达到提高作物产量的目的。

表1：配比与接种AM真菌对侵染率和玉米干重的影响

注:同一个处理下的小写字母表示不同土壤基质在0.05水平上有显著差异；同一土壤基质下大写字母表示不同接菌处理在0.05水平上有显著差异。数值为均值±标准误差。大写字母AB为相同土壤基质下接菌和不接菌两种处理间某指标的差异性，相同字母表示在p<0.05(样本中变量关联有5％的可能性是由于偶然造成，0.05的p值通常被认为是可以接受的过错边界程度)水平上不存在差异，不同字母则表示存在差异，字母越靠前则表示此项指标在数值上越大。小写字母abc表示不同的土壤基质下某指标的差异性比较，其具体含义与大写字母相同。下同。

(2)不同处理对玉米叶片营养元素含量的影响

与对照相比，接菌玉米叶片各种营养元素的含量均有所提高(表2)，与沙土配比后的黄粘土，即S:H＝1:1和S:H＝3:1达到显著差异，特别是S:H＝3:1，全磷含量显著提高了39.42％(P<0.05)。说明接种AM真菌对植物养分吸收能力有所提升。沙土与黄粘土以3:1配比土壤上生长植物叶片的营养元素含量增加更多。

不论是CK还是M处理，掺入沙土后，除CK处理中S:H＝1:1的全钾外，其余处理各营养元素含量均比纯黄粘土高，特别是M处理中S:H＝3:1均达到了显著差异。利用沙土配比这一处理对植物叶片营养元素含量的提升具有一定促进作用。

表2：配比与接种AM真菌对玉米叶片营养元素含量的影响

(3)不同处理对玉米根际土壤养分含量的影响

配比与接种AM真菌对玉米根际土壤养分含量、有机质含量的影响见表3。与CK相比，接种AM真菌后，速效钾和速效磷含量有不同程度的降低，可能与丛枝菌根提高了植物根部对土壤中营养物质的吸收能力有关。结合叶片中营养元素含量有不同程度的提升这一现象可知，接种AM真菌在促使土壤中营养元素向着可被植物利用的形式转化的同时也促进营养元素向植株转运。有机质含量有所升高，接种AM真菌使土壤有机质含量有升高趋势。

配比沙土后的黄土，S:H＝1:1时，接菌后有效氮和有机质含量大于CK且达到显著差异，速效钾含量显著小于CK；S:H＝3:1时，M中有机质含量大于CK且达到显著差异，速效磷含量显著小于CK。配比沙土后，不论CK还是M，速效磷和有机质含量均比纯黄土高，且均达到显著差异。

表3：配比与接种AM真菌对玉米根际土壤养分含量及有机质含量的影响

(4)不同处理对土壤含水量及pH、电导率的影响

接种AM真菌后，各土壤基质的pH均有所降低(表4)，这说明AM真菌释放的酸性物质对土壤的pH具有调节作用。与CK相比，M的EC值减小，且除S:H＝3:1外均达到显著差异。土壤含水量方面，M均比CK的高，即接种AM真菌提高了根际土的水含量，除S:H＝1:1外均达到显著差异。

配比沙土后，土壤的pH较纯黄土有所升高，EC较纯黄土有显著降低，土壤的含水量有显著降低，但仍远高于沙土的含水量，可以保证植物的生长。

表4：配比与接种AM真菌对土壤含水量及pH、电导率的影响

(5)接种AM后菌根侵染率、土壤理化与叶片营养元素及植株干重的相关分析

相关性分析表明(表5)，接种AM真菌后，菌根侵染率、速效钾、速效磷、土壤含水量在、有机质、叶片全磷与生物量彼此间都呈显著相关性，且除速效磷与速效钾之间相关系数为-0.601外，其余都呈现极显著；其中，土壤含水量与侵染率、速效磷、有机质、生物量及叶片全氮均为正相关且相关系数都在0.9以上；生物量除与土壤含水负和速效钾呈显著负相关外，其余指标则与之呈正相关，相关系数在0.78以上，特别是与速效钾相关系数为0.948。在接种了AM真菌之后，菌根侵染率与土壤各理化指标之间存在相互的协同效应。与植物叶片营养元素和菌根侵染率呈正相关最高的指标为全磷，即接种AM真菌可促进植物对磷的吸收。

表5：接种AM后菌根侵染率、土壤理化与叶片营养元素及植株干重的相关分析

注：*表示在0.05水平上显著相关；**表示在0.01水平上显著相关

由结果可见，接种AM真菌，可提高各土壤基质下玉米的生物量和叶片营养元素含量，同时提高土壤中有机质含量，降低速效磷与速效钾含量，促进土壤中营养元素向植株转运。配比沙土这一措施提高了黄粘土的侵染率，增加了土壤中有效氮、速效磷和机质的含量。在玉米生长状况方面，配比沙土后生物量有显著的提高，叶片各营养元素含量不同程度的提高。结合土壤营养元素、有机质含量和植物叶片营养物质的含量、生物量，综合考虑菌根侵染率、土壤含水量及pH等因素，认为在沙土与黄粘土质量比为3:1同时接种AM真菌可以有效改善黄粘土基质不适宜植物生长这一缺陷，为露天矿区排土场粘土改良提供了修复方法与理论基础，具有重要的现实生态意义。

Claims

1.一种露天排土场压实黄粘土改良方法，包括以下步骤：

(1)将沙土与黄粘土以质量比1:1～3:1混合均匀，得到土壤基质；

(2)在土壤基质中种植当地适生植物，优选豆科或禾本科植物，更优选为玉米、紫花苜蓿、沙打旺、黄花苜蓿、柠条、紫穗槐或三叶草；

(3)在每株植物根际的土壤基质中接种丛枝菌根真菌繁殖体，优选孢子体；接种量为每穴50g～150g菌剂，优选100g菌剂；

(4)培养植物，使真菌与植物共生。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沙土为风积沙，<0.002mm的粘粒的含量不超过10％；所述黄粘土的粘粒含量为80％～90％，优选85％。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述黄粘土土壤紧实度达到3500KPa，土壤容重1.8g/cm³。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述黄粘土的基本理化性状为：速效磷的含量为2.72mg/kg，速效钾的含量为86.74mg/kg，pH值为7.55，EC值为91μs/cm；所述沙土的基本理化性状为：速效磷的含量为6.13mg/kg，速效钾的含量为50.38mg/kg，pH值为7.48，EC值为52.5μs/cm。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沙土剥离自压实黄粘土表面。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丛枝菌根真菌为摩西球囊霉。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(3)接种摩西球囊霉的菌剂，菌剂中孢子密度为126～180个/克菌剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述黄粘土风干磨细过1mm筛后与沙土混合。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述土壤基质中，土壤紧实度达到1600KPa，土壤容重1.45g/cm³。