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基金项目: 河北省科技支撑计划重点项目( 09276707D) ; 公益性行业(农业)科研专项经费项目( 03005) ; 国家科技支撑计划项目( BAD17B04) 。
作者简介: 刘忠宽( 1971-) , 男, 河北滦县人, 研究员, 博士, 主要从事牧草绿肥科学研究。Tel: ; E-mail: 。
不同植物对冀东铁尾矿复垦区土壤改良效应研究
刘忠宽, 刘振宇, 智健飞, 秦文利
( 河北省农林科学院农业资源环境研究所, 河北 石家庄 050051)
摘 要: 为筛选出适宜河北省冀东矿区种植的植物品种, ～ 对引进的7个植物品种( 毛叶苕子、 草木樨、 紫花苜蓿、 白三叶、 沙打旺、 小冠花和红豆草) 进行了田间比较试验研究, 系统测定并分析了与植物生产能力有关的植物鲜草产量、 干草产量、 鲜干比、 粗蛋白质、 粗脂肪、 粗纤维、 无氮浸出物、 粗灰分和干物质腐解速率。结果表明: 多年生植物的生物量以沙打旺最高, 其次为红豆草、 小冠花; 1 a生植物的鲜草产量以草木樨最高, 干草产量则以毛叶苕子最高; 白三叶粗蛋白质含量最高, 其次为紫花苜蓿, 红豆草最低; 不同植物品种干物质腐速率解均表现为初期快、 后期慢的特点, 其中干物质腐解速率以白三叶最高, 沙打旺腐解速率最低。
关键词: 矿区; 适宜植物; 生态功能; 经济利用价值; 筛选与评价
中图分类号: S14-31 文献标识码: A
Evaluation and Screening on Suitable Plant in Jidong Mining Area of Hebei Province
LIU Zhong-kuan, LIU Zhen-yu, ZHI Jian-fei, QIN Wen-li
(Institute of Agro-resources and Environment, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China)
Abstract: To select suitable cultivated plant species for Jidong mining area of Hebei province, the field test for 8 plant varieties was carried out in - . fresh yield
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, dry yield, ratio of fresh yield to dry yield, crude protein, crude fat, crude fibre, nitrogen free extract dry matter, crude ash and decomposition rate of dry matter, which have relationship with plant production capacity , were measured and analyzed. The results showed: For perennial plant, biomass of Astragalus Adsurgens was the highest, followed by Sainfoin, Coronilla Varia; for annual plant , fresh yield of Sweet Clover was the highest, hay yield of Vicia Villosa Roth was the highest. Crude protein content of White Clover was the highest, followed by Alfalfa, Sainfoin Ainimum. Decomposition rate of plant dry matter showed quickly in the early stage and slow in the later stage, and White Clover was the highest, Astragalus Adsurgens was the lowest.
Key words: Mining Area; Suitable Plant; Ecological Function; Economic Value; Evaluation and Screening
( 引言应包括4个部分的内容: 研究意义、 前人研究进展、 本研究切入点、 拟解决的关键问题。请对照4项内容, 补充缺项的内容)
河北省是一个矿产资源大省, 也是一个矿业开发大省。矿区因采矿活动, 不但挤占了大量的土地, 造成农田减产或绝收, 大部分矿区植被破坏、 水土流失、 沙化严重, 不但损坏了土地资源本身, 而且也导致一系列生态环境问题[2]。土地资源是人类生存和社会发展的物质基础。开展矿区土地复垦和生态环境重建, 使被破坏的植被和土地得以恢复及重新利用, 逐步解决由采矿引发的社会、 经济与生态环境问题, 已成为世界资源环境持续发展研究优先关注的关键问题之一。
黄土高原沟壑区平沟造田、 小流域治理过程中, 不可避免地造成地表土剥离、 土层混乱, 形成典型的生土
地; 山西是是全国产煤大省, 工矿区废弃地的复垦是当前面临的主要问题［１］。解决这些问题必须依靠土壤肥力
的恢复再造。长期以来, 施肥是提高土壤肥力的直接措施, 但随着生物有机农业的发展, 生物改土已成为土地
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改良的重要指导思想［２］。在生物改土中, 与其它植物相比, 豆科植物功能显著。关于豆科植物的改土效应, 前
人已做过大量的研究, 主要集中在以下３点: ①传统农业中的许多采用豆科与其它科属作物间、 混、 套、 复、 轮作
改土的经验［３－４］; ②豆科绿肥翻压对土壤的改良［５］; ③种植豆科牧草对土壤的改良［６－１０］。与前人研究取材比较
单一、 土壤本底值各异、 研究方法纵向深入相比, 本研究在豆科根形取材上选取具有不同类型代表性与横向可
比性的植物, 且以土壤理化性质本底值极低、 基本处于黄土母质状态的生土土壤为试验基质, 试图在极度缺乏
基本营养的相对相同的本底条件下, 探讨不同类型豆科植物的改土效应, 以求为迅速改造生土地、 加速生土熟
化找出一条生物改土、 有机沃土的途径, 求得在理论与应用上有所突破与创新。
１ , 期待为铁尾矿区土壤熟化培肥、 植被重建和草畜系统构建提供重要支撑。
1 材料与方法
试验地概况
试验地点位于河北省迁安市五重安乡苏家沟村, 地理坐标为东经118°26′～118°55′, 北纬39°51′～40°15′。该区域属暖温带半湿润季风性气候。 ℃。 mm。全年日照时数2 h, 无霜期198 d。
试验材料
试验植物材料为毛叶苕子、 草木樨、 冬牧70黑麦、 紫花苜蓿、 白三叶、 沙打旺、 小冠花和红豆草共8份, 种子全部来源于北京克劳沃种子公司。其中毛叶苕子、 草木樨、 冬牧70黑麦为1 a生植物, 其它均为多年生植物。
试验方法
试验设计 试验设8个植物品种处理。 m2( m × m) , 采用随机区组
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排列, 4次重复。参试材料均于 8月20日采用条播方式播种。 开始初花期( 冬牧70黑麦在) 刈割测产, 留茬高度8 cm。试验中不灌溉、 不追肥。
测定项目与方法
生物产量。生物产量为单位面积土地所收获的地上部分的全部产量。每个小区收获面积20 m2, 刈割留茬高度8 cm, 称量鲜重, 待充分干燥后称量干重, 并计算鲜干比。
植物营养物质含量。待植物体充分干燥测产后, 每个植物品种随机取植株30株, 烘干粉碎, 测定植株体内粗蛋白质、 粗纤维、 粗脂肪、 无氮浸出、 粗灰分含量。
植物干物质腐解速率。待植物体充分干燥测产后, 将各植物品种的植株剪成2 cm小段, 装入300目的尼龙网袋( 25 cm×35 cm) , 每袋80 g, 每个植物品种各35袋, 同时称取各植物品种的植株样品测定含水量。 5月25日将装有植物样品的尼龙网袋水平埋入土壤中, 每袋间距离为60 cm, 埋深为10 cm。掩埋后7 d、 14 d、 21 d、 28 d、 35 d、 42 d、 60 d分别取样, 每个植物品种每次取5袋, 共取样7次, 带回实验室进行处理, 去掉泥土, 烘干测含水量和干物质重量。
数据统计和分析 数据采用Excel 和SPSS 。
2 结果与分析
不同种类植物的生物产量
因本文结果部分从多年生和1 a生角度分析, 故对本结果进行了修改, 请作者仔细核实
8种植物的生物产量存在差异。除白三叶以外, 多年生植物的鲜草产量和干草产量均显著＞1 a生植物。
其中, 多年生植物鲜草产量以沙打旺( 51 kg/hm2) 最高, 红豆草( 49 kg/hm2) 次之, 二者无显著差异, 但均显著＞其它品种, 小冠花鲜草产量( 46 kg/hm2) 位居第3位; 1 a生植物鲜草产量以草木樨( 32 kg/hm2) 最高, 毛叶苕子( 31 kg/hm2) 次之。
多年生植物的干草产量仍以沙打旺( 12 kg/hm2) 最高, 红豆草( 11 kg/hm2) 次之, 紫花苜蓿( 10 kg/hm2) 和小冠花( 10 kg/hm2) 分别位居第3位和第4位;
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1 a生植物干草产量以毛叶苕子( 7 kg/hm2) 最高, 草木樨( 7 kg/hm2) 次之, 且二者无显著差异。
干鲜比越大说明植物干物质含量越高, 生产性能越好。多年生植物的干鲜比以紫花苜蓿( ) 和沙打旺( ) 最高, 红豆草( ) 次之, 小冠花( ) 和白三叶( ) 最低; 1 a生植物干鲜比以冬牧70黑麦( ) 最高, 毛叶苕子( ) 和草木樨( ) 分别居第2位和第3位。
干鲜比说明什么问题? 请稍作分析
表明, 尾矿区土地复垦和生态环境重建时, 单从生物产量考虑, 多年生植物应该选择沙打旺、 红豆草和小冠花, 1 a生植物应选择草木樨和毛叶苕子。( 蓝色字体部分为编辑添加, 请作者仔细核实, 如有不妥之处请用不同颜色字体标注出来)
表1 不同植物品种的鲜草产量、 干草产量及干鲜比
Table 1 The fresh yield, dry yield and the ratio of dry yield to fresh yield of different plant varieties
植物名称
生活习性
鲜草产量
( kg/hm2)
干草产量
( kg/hm2)
干鲜比
毛叶苕子
1 a生
31 f
7 d
b
草木樨
1 a生
32 d
7 d
c
冬牧70黑麦
1 a生
20 g
5 f
a
紫花苜蓿
多年生
42 c
10 c
b
白三叶
多年生
31 f
7 e
d
沙打旺
多年生
51 a
12 a
b
小冠花
多年生
46 b
10 c
d
红豆草
多年生
49 a
11 b
c
植物营养物质含量特征
植物品质与粗蛋白质、 粗脂肪、 粗纤维、 无氮浸出物和粗灰分等紧密相关。粗蛋白质、 粗脂肪、 无氮浸出物和粗灰分含量越高, 表明植物品质越好; 粗纤维含量越高, 植物品质越差。从粗蛋白质含量来看, 白三叶含量( %) 最高, 其次为紫花苜蓿( %) , 红豆草( %) 最低; 粗脂肪含量以毛叶苕子( %) 最高, 其次为草木樨( %) , 红豆草( %) 最低; 无氮浸出物含量以沙打旺( %) 最高, 其次为红豆草( %) , 白三叶(
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%) 最低; 粗灰分含量以白三叶( %) 最高, 其次为毛叶苕子; 粗纤维含量以白三叶最低, %( 表2) 。综合来看, 白三叶品质最好, 其余品种依次为紫花苜蓿、 毛叶苕子。
表2 不同植物品种的营养物质含量 ( %)
Table 2 Characteristics of element content of different plant varieties
植物名称
粗蛋白质
粗脂肪
粗纤维
无氮浸出物
粗灰分
毛叶苕子
b
草木樨
cd
冬牧70黑麦
d
紫花苜蓿
b
白三叶
a
沙打旺
e
小冠花
c
红豆草
e
不同植物品种的植物体干物质腐解速率
8种植物的植物体干物质腐解速率均表现为初期快、 后期慢的特点, 其中前7 d分解速率最快, 28 d后各植物品种植物体干物质腐解速率趋于稳定( 图1) 。从不同植物品种来看, 植物体干物质腐解速率以白三叶最高, 7 %, 其次为紫花苜蓿, 沙打旺腐解速率最低, 7 %。从各植物品种腐解速率与营养物质含量关系来看, 基本上是粗纤维含量越低, 干物质腐解速率越高。
表明, 在尾矿区土地复垦和生态环境重建时单从植物体干物质腐解速率考虑应优先考虑白三叶, 其次为紫花苜蓿。( 蓝色字体部分为编辑添加, 请作者仔细核实, 如有不妥之处请用不同颜色字体标注出来)
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图1 不同植物品种的植物体干物质腐解速率( 表和图重复, 故保留图, 去掉了表3部分)
请将图替换为excel可编辑格式!
3 结论与讨论
当前河北省矿区土地复垦率只有15％左右, 大量土地已成废弃地[1]。长此以往, 不可再生的矿物资源开采消耗尽后, 又缺乏生态资源的支持, 矿区的社会经济生活将会难以为继, 开展土地复垦、 生态系统重建与新型产业培育工作迫在眉睫。
矿区生态环境恢复的关键是, 在正确评价废弃地类型特征的基础上进行植被恢复, 进而促使生态系统实现自行恢复并达到良性循环[9]。植被恢复和生物群落复生还能促进土壤矿物质分解、 腐殖质形成和养分富集, 改进土壤理化性质, 提高土壤肥力, 对于废弃地表层土壤起到明显的保水作用, 并能有效地控制水土流失[10]。
因此, 适生植物筛选成为河北省尾矿区生态重建与新兴产业培育的物质基础。
仅考虑生态功能, 适宜的植物种类应该具备抗逆、 速生、 生物量大等特点, 从试验结果来看, 多年生植物应该选择沙打旺、 红豆草和小冠花, 1 a生植物应选择草木樨和毛叶苕子。
若考虑种草养畜等经济利用功能, 除考虑抗逆、 速生、 生物量大外, 营养品质好、 干物质腐解速率快也要重点兼顾, 从试验结果来看, 多年生植物应该选择紫花苜蓿、 白三叶和小冠花, 一年生植物能够选择毛叶苕子、 草木樨和冬牧70黑麦。如果兼顾生态功能和经济利用价值, 则多年生植物应该选择紫花苜蓿和小冠花, 一年生植物能够选择毛叶苕子、 草木樨。
参考文献: 增加参考文献15-20篇, 并在内文进行标注!
[1][M].北京: 地质出版社, .
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[2]白中科, [M].北京: 中国农业科技出版社, 1999, 61-80.
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[8]白中科, [J].冶金矿山设计与建设, , ( 1) : 33-37.
[9][D].河北: 河北农业大学, .
[10]朱利东, 林 丽, 付修根, 庞艳春,[J].成都理工学院学报, , 28( 3) : 310-314.