赤泥对油菜生长的影响盆栽试验

赤泥对油菜生长的影响盆栽试验

0强碱水浸残矿渣的排放中国人口众多，粮食产量高。为了提高作物产量，一些地区盲目过度施肥，导致作物品质下降、污染，甚至损害人体健康。蔬菜因其需肥量大、经济效益高,易发生过量施肥现象。有报道表明,氮肥用量过高往往会导致蔬菜维生素C急剧下降,降低了蔬菜的营养品质和食用价值。赤泥是氧化铝生产过程中铝土矿经强碱浸出所产生的残矿渣,因其富含氧化铁(20%~50%)呈红褐色而称为赤泥,每产1t氧化铝排放1.0~1.8t赤泥。随着铝工业的发展,赤泥产生量逐年增加,截至2010年累计堆放量达数亿吨,利用率仅为15%左右。赤泥一般采用海洋排放、陆地堆存等方法处置,浪费资源的同时产生的环境污染已经成为阻碍铝工业可持续发展的一项难题。赤泥中含有多种农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),可用作微量元素复合肥料,改良酸性土壤、合成硅钙肥料、填土造田。赤泥的综合利用一直受到人们的关注[4,6,7,8,9,10,11,12],国内外对赤泥在粮食作物、绿化植物及贫瘠土壤改良方面的应用均有报道,但高肥料投入下土壤掺混赤泥对蔬菜生长的影响在国内外鲜有报道,本文尝试将原状赤泥及经焙烧活化的赤泥与土壤掺混栽培油菜,研究其对油菜产量、营养元素及品质的影响,为探索赤泥原料对蔬菜生产的促进作用及其合理资源化利用提供科学依据。1试验部分1.1供试土壤和试验作物取未受污染且肥力较低的农田耕层土壤(0~20cm)为供试土壤,风干过2mm尼龙筛备用。土壤有机质含量为14.5g/kg,全氮、全磷含量分别为3.15%、0.018%,有效磷和速效钾含量分别为8.83,144.67mg/kg,pH为8.52。供试土壤有效磷含量小于10mg/kg,速效钾高于125mg/kg,属于缺磷高钾土壤。供试作物为油菜(品种为绿威F1)。供试赤泥为烧结赤泥,取自某铝业公司副产品堆置场。赤泥的主要化学组成为Fe2O3(25.68%)、CaO+MgO(13.88%)、TiO2(12.94%)、SiO2(12.45%)、Al2O3(10.98%)、Na2O(5.76%)、K2O(0.33%),烧失量为15.41%。赤泥经过焙烧预处理后,其中游离及络合态铁、铝氧化物含量明显增加,同时微孔孔隙、比表面积增大,可以更好地固定土壤中的磷酸盐,保证土壤中的磷具有更好的缓释效应。1.2测试方法1.2.1不同施肥处理开展室内盆栽试验,设置以下4个处理:1)空白对照(CK,不掺混肥料及赤泥)。2)高于常规用量的肥料投入(CT,施用常规化学肥料,不掺混赤泥)。3)掺混原状赤泥(RM,掺混比例为每千克土4g赤泥,施用常规化学肥料)。4)掺混焙烧赤泥(BRM,赤泥在700℃煅烧2h形成焙烧赤泥,掺混比例为每千克土2g赤泥,施用常规化学肥料),CK、CT处理3次重复,RM、BRM处理为6次重复。除CK处理外,各处理在油菜生长期间模拟高施肥条件均施用等量肥料,其中尿素1.1g/kg、磷酸二氢钾0.88g/kg(保证氮0.53g/kg,磷0.20g/kg,钾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),磷酸二氢钾以基肥形式(4.4g/盆)全部施入,基肥、赤泥与土壤充分混匀后装盆,所有处理每盆装土量5kg。盆中播6~10颗种子,在温室自然光照下生长,视墒情浇水,保持土壤湿度为田间持水量的60%~70%。油菜出苗后在2片子叶展开时进行间苗,每盆留苗3株。1.2.2地上部vc含量测定该油菜品种生长期为40d,生长期满后分地上部和主根进行收获,样品用蒸馏水冲洗干净后用无磷滤纸吸干并称鲜重,每个处理留出20g鲜样测定地上部Vc含量,剩余样品于105℃下杀青0.5h,70℃烘干至恒重,测干重后晾干研磨过筛。油菜收获后取盆栽土样测定pH、有机质、全氮、全磷、有效磷、硝态氮含量,其中土壤硝态氮在取鲜样后立即测定,其余土壤指标在风干过筛后测定。1.2.3土壤全氮、总氮、总氮含量测定土壤pH值采用玻璃电极电位法,土壤有机质采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定,土壤全氮采用凯氏蒸馏法测定,土壤全磷采用酸溶-钼锑抗比色法,土壤有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定,土壤硝态氮采用酚二磺酸比色法测定。植株全氮采用凯氏定氮法测定,植株全磷采用钒钼黄法测定,植株中Vc采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。2结果与讨论2.1混合混合的赤泥油可促进生长发育2.1.1不同肥料对从根际上影响ph值的影响BRM处理油菜地上部生物量最高,CK处理油菜地上部生物量最小,BRM、RM及CT处理油菜地上部生物量均显著高于CK处理(图1)。CT处理油菜地上部生物量与BRM和RM处理间差异不显著,由此可知赤泥的添加未对油菜地上部生物量产生明显影响,未造成油菜的减产。CT、RM和BRM处理油菜收获后土壤pH值均低于CK处理(表1),这与前3个处理施用大量肥料有关,施入的尿素进入土壤后大部水解为铵盐,植物吸收土壤中的NH4+,同时进行H+的释放,使根际土壤明显酸化,加之磷酸二氢钾的施入也使介质变酸,两种肥料均致土壤pH值降低。油菜种植的最适宜土壤pH为5.8~6.7,BRM处理土壤pH最接近适宜范围,CT处理土壤次之,CK处理土壤pH最高,与适宜范围相差较大,虽然掺混至土壤中的赤泥本身呈碱性,但由于掺混比例较小,同时土壤具有一定的酸碱缓冲能力,因此本试验掺混比例下的赤泥添加未对土壤pH造成明显影响,保证了油菜生长的稳定环境,不会对作物吸收营养元素造成较大影响。2.1.2合成植物根冠比的增加根冠比指植物地下部分与地上部分的鲜重或干重的比值,油菜根冠比在一定程度上既能反映植株的生长状况,也能反映土壤的养分供应关系。适宜的根冠比可保证植株地上部分生长良好,在土壤营养缺乏条件下植株易形成较大的根冠比,这是植物根系的一种适应性反应。比较不同处理油菜根冠比(表2)可知,CK处理油菜根冠比最高,即不施肥情况下表现出营养亏缺,这是油菜为了满足生存的需要被迫对营养缺乏的环境进行的积极适应。与CK处理相比,其他处理油菜根冠比均较小,RM、BRM处理油菜根冠比与CT处理油菜根冠比之间几乎无差异。2.2混合红色污泥对蔬菜氮和磷的影响2.2.1硝态氮对红要求的影响从处理间差别趋势分析,RM和BRM处理油菜地上部全氮含量相差不大,均高于CT和CK处理(见图2)。CT处理地上部全氮含量较CK高出25.4%,RM和BRM处理油菜地上部全氮含量均较CT处理高出16.5%。有研究表明,土壤pH值和Ca2+均可影响植物对硝态氮的吸收,pH升高,硝态氮吸收减少,Ca2+对硝态氮吸收有促进作用,能加速硝态氮迁移到质膜的吸收位置上,Ca2+也影响着硝态氮的运输系统。由于肥料施用有降低pH的作用,同时赤泥的施入还带入一定量的Ca,两个因素均促进了油菜对硝态氮的吸收。掺混赤泥处理土壤硝态氮有增加趋势,使油菜有更多的机会吸收硝态氮(见图3)。掺混赤泥处理油菜收获后土壤有机质有高于CT处理的趋势,赤泥烧失量为15.41%,供试土壤有机质含量仅为14.5g/kg(见图4),赤泥与土壤间存在的有机质含量差异很可能是造成这种结果的原因。SkibaU等提出腐殖质含量高的肥沃土壤的脲酶含量比贫瘠土壤高,尿素分解速度随脲酶用量和作用时间增加而加快,随着有机质的增加,尿素更易短时间分解,促成油菜吸收大量铵态氮,这同样是造成油菜全氮增加的可能原因。氮是作物体内许多重要有机化合物如蛋白质、核酸、叶绿素、酶等的组分,同时也是遗传物质的基础,对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要作用。一般植物含氮量占干重的0.3%~5%,本研究中赤泥掺混使得油菜地上部全氮含量提高到4%以上,且未造成氮素过多而形成危害,说明掺混2~4g/kg的赤泥对油菜氮元素含量的提升具有较好的正效应。2.2.2同油菜地中土壤全磷含量的变化CT处理油菜地上部全磷含量最高,显著高于RM和BRM处理的油菜地上部全磷含量,而RM和BRM处理油菜地上部全磷含量显著高于CK处理。RM和BRM处理油菜地上部全磷含量间无显著差异,BRM处理略高(见图5)。赤泥的添加使油菜地上部全磷含量略有降低,刘平等以绿化用的黑麦草及高羊茅作为研究对象,也得到了相似的结论。油菜收获后土壤有效磷含量见表3。由表3可知:同油菜地上部全磷含量间的差异趋势,CT处理土壤有效磷含量高于BRM和RM处理,但差异未达显著水平,RM和BRM处理油菜土壤有效磷含量显著高于CK处理。各处理土壤全磷含量之间差异不显著,为0.014%~0.017%。有报道称土壤有效磷含量随赤泥加入量的增加和培养时间的延长而减少,可见赤泥的添加使土壤有效磷含量降低可能会影响到油菜对磷元素的吸收,这可能是因为赤泥中含有的某些金属氧化物对土壤有效磷产生吸附作用,或者溶出的金属元素与磷在土壤中发生化学沉淀反应,形成难溶性化合物并积累在土壤中,从而使植物较难吸收。本研究中赤泥的加入未使土壤有效磷显著下降,主要原因在于研究的土壤进行了油菜种植,油菜在缺磷情况下,根系能自动调节其阴阳离子吸收比例,使根际土壤酸化,从而使土壤磷的浓度提高,有效磷被固定的趋势得到了缓解。植物体含磷量为干重的0.2%~1.1%,研究结果表明:掺混赤泥处理油菜地上部全磷含量接近0.5%,且油菜产量及根冠比未较CT处理产生明显变化,因此掺混2~4g/kg赤泥并未真正影响油菜生长。2.3不同处理对油菜地上部vc含量的影响赤泥掺混后各处理组地上部Vc含量见图6。由图6可知:差异主要表现为CK处理油菜地上部Vc含量显著(α=0.05)高于其他处理,这与CK处理油菜地上部生物量显著小于其他处理而产生的浓缩效应密切相关。RM和BRM处理油菜地上部Vc含量存在高于CT处理趋势,二者分别较CT处理高出20.9%和4.5%,这可能与赤泥的添加带入一定量的Mg有关,有关研究表明镁能促进维生素A和维生素C的合成,有利于提高作物品质。而且铵态氮对Vc合成具有的抑制作用是由伴随NH4+的阴离子特性决定的,如SO42-、Cl-、HPO42-等离子的存在能显著抑制Vc合成。本研究中赤泥掺混使油菜地