探求煤矸石在栽培基質中利用的可行性,農藝學論文

探求煤矸石在栽培基質中利用的可行性,農藝學論文煤炭作為我們國家的主要能源,在其開采經(jīng)過中產(chǎn)生了大量的煤矸石。在礦區(qū)煤矸石堆積,壓占土地,污染環(huán)境,堵塞河流,誘發(fā)地質災禍等。一般情況下煤矸石的產(chǎn)出量幾乎占到煤炭產(chǎn)量的15%左右,按此推算陜西省各煤礦每年會有1200~1500萬t的煤矸石露天堆放。所以,開展煤矸石的合理有效利用研究顯得極為必要。煤矸石同樣是一種自然資源,人們利用酸浸法從煤矸石中獲得了各類無機高分子絮凝劑材料;利用煤矸石提取腐殖酸,制取肥料添加劑以及各類抗旱劑等;用煤矸石生產(chǎn)水泥、混凝土輕質骨料、耐火瓷磚等建筑材料等。盡管煤矸石已開發(fā)的利用處徑很多,但利用量仍極為有限,需進一步開發(fā)更廣泛的利用處徑。當代設施農業(yè)快速發(fā)展以及以降低城市熱島效應為主要目的的城市立體綠化、美化工程蓬勃興起,需要大量能夠知足作物生長的人造栽培基質。然而,以工農業(yè)及生活廢棄物為主料的栽培基質極為有限,難以知足設施栽培及城市美化的宏大需求量。煤矸石是一種天然的有機礦藏資源,富含有機物質和活性腐殖酸,能增加基質的蓄水保墑能力,刺激作物生長,知足栽培基質的需求。繼續(xù)深切進入探求煤矸石在栽培基質以及土壤改進中的利用處徑及效應,對于獲得當代栽培基質的替代品,充分利用礦區(qū)資源、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境具有特別重要的現(xiàn)實意義。本文初步以煤矸石的比重、水分物理特性研究為切入點,探求煤矸石在栽培基質中利用的可行性,并根據(jù)其存在的問題探求校正措施,為在栽培基質中大量開發(fā)利用煤矸石提供科學根據(jù)。1材料與方式方法供試煤矸石于2020年7月分別采自陜西省彬縣和神木兩地的煤礦,根據(jù)土壤顆粒基本組成,將煤矸石樣品用不銹鋼粉碎機粉碎,并過1mm篩后備用。試驗所用土樣采自關中土農田耕層0~20cm,土樣經(jīng)風干后磨細過1mm篩備用,土壤質地屬于重壤質。試驗所用濕潤劑屬于外表活性劑類。從物理特性出發(fā),筆者以為煤矸石在栽培基中應用的可行性主要牽涉比重和水分物理特性,尤其是其斥水性。為此,采用比重瓶法測定煤矸石的比重;采用重鉻酸鉀容量法外加熱法測定煤矸石的有機質;采用滴水穿透時間法(WDPT)測定煤矸石的斥水性。2結果與討論2.1煤矸石的比重比重是物質組成的函數(shù),它的大小一方面反映了各地煤矸石的礦物特征以及有機物含量;另一方面在當代屋頂美化的栽培基質中,基質的比重是計算房屋及地基承載量以及基質穩(wěn)定性的重要參數(shù)。比重過大的物質會增大房屋及地基的承載量,而比重過小的物質在屋頂易發(fā)生風蝕,不利于基質穩(wěn)定。在設施栽培中比重小的基質不利于固定根系,支撐植株直立等。供試的彬縣煤矸石的比重及基本組成測定結果見表1,顯示出彬縣煤矸石比重小于神木煤矸石,且兩地煤矸石的比重均小于一般土壤比重的平均值2.65gcm-3,這既表示清楚煤矸石中有機物含量占有的份額相對較高,符合選擇栽培基質物料的基本要求,同時,也具體表現(xiàn)出著不同煤矸石在產(chǎn)地間的差異性。僅從比重而言,兩地煤矸石均符合栽培基質的需求,從有機物料看彬縣煤矸石作為栽培基質要好于神木。本實驗所獲得的兩地煤矸石比重值將作為屋頂栽培基質設計時的主要技術參數(shù)之一,配合其它輕體材料,將構成理想比重的栽培基質。2.2煤矸石的斥水性所謂斥水性(water-repellence)是指水分不能或很難濕潤土壤顆粒外表的物理現(xiàn)象,一般用滴水穿透時間法(Waterdroppenetrationtimemethod,即WDPT)來表示斥水性大小。灑在枯燥斥水土壤外表上的水分,較長時間滯留在地表,不能或難以入滲,或者只能在壓力勢作用下使水分入滲,也難以到達均勻濕潤。普遍以為斥水性是由于土壤中有機物質造成的,如腐殖酸、富里酸和蠟質等。在一般園藝栽培基質中常用的諸如草炭和樹皮等有機物料均屬斥水性物質,由于這類物質外表存在著蠟質疏水層的緣故。具有斥水性的基質,對作物生長以及水肥管理效率有嚴重影響。斥水性的存在,使?jié)补嗨畷r水分不能或很難均勻濕潤整個栽培基質,在基質體內常產(chǎn)生干域,影響種子發(fā)芽和作物根系生長,也易使水分沿著盆缽邊緣下滲,聚集在盆底而流失,造成水、肥資源浪費。強斥水性基質內部易發(fā)生枯燥化,基質外表容易積水,加強土壤外表蒸發(fā)量,影響栽培環(huán)境的空氣濕度。因而,作為一種合格的人工栽培基質應該是沒有斥水性的(WDPT5s),這樣才有利用于植物從基質中吸收足夠的水分和養(yǎng)分。那么,煤矸石斥水性怎樣,至今無資料能夠借鑒。從上述可知,煤矸石作為有機礦藏資源,其斥水性是直接影響作為栽培基質可行性的重要因素。供試的彬縣和神木兩地煤矸石的斥水性測定結果詳見表2,顯示彬縣煤矸石具有嚴重斥水性(600sWDPT3600s)、神木煤矸石具有稍微斥水性(5sWDPT60s),從斥水性大小可知,彬縣煤矸石又劣于神木煤矸石。煤矸石的斥水性大小似乎與有機物的含量成相關關系,驗證了在有機礦物資源中,高含量的有機物是造成斥水性的重要原因(參閱表1)。供試煤矸石不同程度的斥水性成為作為栽培基質主料的制約因素,在必須以煤矸石為主料,配置栽培基質情況下,尋求斥水性的有效改進措施顯得極為重要?！颈?-2】2.3煤矸石斥水性改進措施與效果2.3.1神木煤矸石斥水性改進煤矸石是作為配置栽培基質的主要成分,往往需和其它物料一起搭配,粘土是常用的配料之一。利用粘土顆粒的吸附性和親水性原理,能否能夠到達改善煤矸石斥水性的目的。試驗得出,對于具有稍微斥水性的神木煤矸石而言,只需將煤矸石與一定量的耕層土壤摻混,就能夠降低煤矸石的斥水性,表3顯示,只要摻土的比例在7.5%以上,就能夠使基質失去斥水性?！颈?】進一步分析摻土量與煤矸石斥水性的基本關系,以便確定精到準確的摻土量。圖1清楚地顯示著WDPT(y)與所摻入耕層土壤量(x)呈顯著負線性關系:y=-0.2023x+6.3419。根據(jù)斥水性分級標準(WDPT5s)和該模型,不難得出,只需給煤矸石中摻混入6.31%以上的耕層土壤,就能夠完全消除煤矸石的斥水性,符合栽培基質條件。【圖1】2.3.2彬縣煤矸石的斥水性改進對于具有較高斥水性的彬縣煤矸石而言,為了改進其斥水性,設置了兩種煤矸石的斥水性改進措施方案。方案一:同樣采用分別摻混5%、10%、15%、20%的耕層土壤,其測定結果如表4所示,試驗結果表示清楚,因彬縣煤矸石外表的斥水性強烈,僅依靠摻入少量耕層土壤的方式方法,只能有限地改善煤矸石的斥水性,達不到理想栽培基質要求,如摻土量過大,不符合有機栽培基質需求?？梢?依靠摻加少量耕層土壤,不是改進彬縣煤矸石斥水性的有效方式方法?！颈?】方案二:向彬縣煤矸石中按比例添加外表活性型濕潤劑,改變煤矸石外表遇水的親和性。試驗結果表示清楚,使用濕潤劑能夠有效地改進彬縣煤矸石的斥水性。摻混的方式方法分為將濕潤粉劑與煤矸石干混和將濕潤劑溶解施入兩種,其結果分別見表5和表6。表5顯示,使用少量濕潤劑對煤矸石的斥水性具有明顯的改進效果。改進后各處理的斥水性測定結果(WDPT)值仍在2s以上,這是由于少量顆粒狀的濕潤劑與煤矸石不能充分混合均勻,也表示清楚用采用干混法參加濕潤劑,因難以與煤矸石混合均勻的緣故,達不到最佳改進斥水性的效果。由表6可知,以溶液的形式,采用濕混法參加濕潤劑,對煤矸石斥水性的改進效果明顯優(yōu)于干混法。【表5-6】由濕混法獲得結果,水滴入滲時間(WDPT)的極差均在1s以內,表示清楚了濕混法使?jié)駶檮┡c煤矸石能夠充分混合均勻,且只需噴灑0.2%的濕潤劑溶液就能夠明顯地消除煤矸石的斥水性,極大地節(jié)約了濕潤劑的用量。用濕潤劑改進煤矸石的斥水性,必須考慮其效果的持久性。結合基質栽培期間反復灌溉,可能會影響到濕潤劑的改進效果,為此,對改進后的煤矸石采用澆灌水量為3倍于煤矸石的灌溉方式方法,屢次淋洗,將經(jīng)淋洗后的煤矸石再于105℃下烘干,同樣采用滴水穿透法,測定不同次數(shù)淋洗后煤矸石的斥水性變化情況,其結果如表7所示。由表7中顯示,濕潤劑改進彬縣煤矸石的斥水性在經(jīng)過不同次數(shù)淋洗經(jīng)過中,均具有較為持久的穩(wěn)定性,其濕潤效果不會由于給基質澆水而消失,證明所選用的濕潤劑既能夠有效地消除煤矸石的斥水性,而且具有持久性,為彬縣煤矸石在基質栽培中的應用消除了基本的障礙因素?！颈?.略】綜上分析可知:神木煤矸石具有稍微斥水性,摻混一定量的耕層土壤即可有效消除其斥水性。彬縣煤矸石雖具有嚴重斥水性,但噴灑少量濕潤劑溶液,就能到達持久改進其斥水性的目的,進而消除在栽培基質中應用的障礙。3結論1)供試的兩地煤矸石比重分別是,彬縣煤矸石平均為1.89gcm-3,神木煤矸石的比重平均為2.06gcm-3,均小于一般土壤顆粒比重。2)供試兩種煤矸石均存在著程度不同的斥水性,華而不實神木煤矸石具有輕微斥水性,只需摻混6.31%以上耕層土壤就能夠基本消除斥水性。彬縣煤矸石具有強的斥水性,需要使用濕潤劑才能到達有效改進斥水性的目的,華而不實用0.2%的濕潤劑溶液噴灑煤矸石,較使用干粉濕潤劑能夠顯著節(jié)約濕潤劑使用量,實現(xiàn)了改進斥水性,消除應用障礙的目的。同時,改進后的煤矸石不會因灌水而恢復斥水性,即改進效果較為持久。參考文獻:[1]王淑霞,魯孟勝,邱法林,等.固體廢棄物的生態(tài)環(huán)境效應分析以兗濟滕礦區(qū)煤矸石為例[J].煤炭企業(yè)管理,2018,21(9):49-54.[2]趙生茂,達生裕.煤矸石可利用的資源[J].煤炭企業(yè)管理,2005,(2):53.[3]王春華.煤矸石制備無機高分子絮凝劑的分析[J].選煤技術.2005,(1):18-19.[4]許旭旦.黃腐酸(FA)研究的意義與成就[J].腐植酸.1996,(1):32-34.[5]朱寶忠,謝承衛(wèi).煤矸石綜合利用的研究進展[J].貴州大學學報(自然科學版),2007,24(5):520-525.[6]何俊瑜,任艷芳,李亞靈,等.煤矸石作無土栽培基質的可行性研究[J].環(huán)