油頁巖與沙復配成土的保水特性及其對燕麥苗期生物量的影響

周曉瑩 關 冰 于國慶 趙 艷 李杰穎

（1.撫順礦業集團工程技術研究中心 遼寧撫順113008；2.遼寧省沙地治理與利用研究所 阜新123000）

目前，我國土壤退化問題日趨突出，風蝕荒漠化面積達33 萬hm2，其中耕地養分不同程度的減退、土壤可耕作面積大幅度減少， 對農業生產與環境產生了巨大的影響。 我國風沙地分布區主要在半干旱區農牧交錯帶， 遼寧省境內集中分布在遼西北地區[1]。干旱少雨、風蝕沙化是該類區域的特點，也是制約其農業可持續發展的主要因素，為了穩定糧食產量，在防止土壤沙化面積擴大的同時， 應積極改良宜耕沙地[2]。目前土壤改良的基本措施主要有土壤水利改良、土壤工程改良、土壤生物改良、土壤耕作改良、土壤化學改良[3]。 因此，尋找一種適宜的風沙地改良措施及天然的土壤改良劑來提高土壤肥力尤為重要。

油頁巖 （oil shale） 又稱油母頁巖， 是一種含有15%~50% 有機質的沉積巖，主要成分為二氧化硅、有機物和氧化鋁[4]。 目前已確定了油頁巖含有以下16 種高等植物必需的營養元素：碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷(P)、鉀(K)、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉬（Mo）、硼（B）、氯（Cl）。 具有一定的黏結性、黏著性、可塑性、吸附性等，還具有一定的保肥、供肥能力[5]。

本研究的目的在于將油頁巖工業的廢棄物作為一種外源有機肥及固沙材料應用于風沙土地， 解決風沙土養分貧瘠、土壤結構性差、肥力低下的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用風沙土取自遼寧省風沙地改良利用研究所章古臺試驗基地，取樣深度為0～20 cm，風干后過16 目土壤篩備用。 供試油頁巖由撫順礦業集團工程技術研究中心提供，樣品風干后過篩測定有機質（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、pH （水土比 2.5∶1，pH 計法）、堿解氮（堿解擴散法）、有效磷（碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）、 有效鉀 （醋酸銨浸提-火焰光度計法）、陽離子交換量CEC（乙酸鈉-火焰光度法）。 測得的各項指標見表1。

1.2 試驗設計

試驗于2018 年3 月進行，采用盆栽法，每盆裝入風沙土5 kg。油頁巖添加量設計5 個水平，處理1：0（CK）；處理 2：75 g；處理 3：150 g；處理 4：300 g；處理5：500 g，3 次重復，隨機排布，要求油頁巖按比例與土壤混勻后再裝入花盆。 供試燕麥品種為揚州大學魏臻武教授提供的淮燕1 號（品系），播種量為出苗后每盆間苗至20 株。 試驗在室內進行，室溫控制在20℃左右，每3～5 d 澆一次水，定期保持土壤含水量為田間持水量的60%（稱重法）。 將采集到的環刀土樣（體積為100 cm3）烘干稱量，計算得出容重和孔隙度；用室內環刀法測定土壤田間持水量。

燕麥生物量： 于出苗45 d 取20 株燕麥苗體，將根、莖、葉分離，在 105℃下殺青 30 min、80℃下烘干至恒重，稱量并計算根冠比。

1.3 數據處理與分析

試驗數據利用Microsoft Excel 2010 做基本處理，獲得各項性狀參數后，用SPSS 20.0 軟件進行方差分析（ANOVA）和 Pearson 相關性分析，Duncan 法檢驗差異顯著性水平（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 油頁巖不同添加量對風沙土保水持水能力的影響

土壤容重和孔隙度代表著土壤的松緊狀況，由表2 可知，隨著油頁巖添加量的增加，土壤容重呈降低趨勢，但各處理間差異不顯著，添加油頁巖后，土壤容重在1.53～1.58 g/cm3之間，比對照降低了3.07%~6.13%；土壤孔隙度即單位體積內土壤孔隙所占的百分比，一般沙質土壤顆粒粗、表面積小、接觸點少、空隙數量少，總孔隙度小（30%~45%），壤質土壤孔隙度居中（40%~50%），孔徑分配較適當，既有一定數量的大孔隙，又有較多的小孔隙。 試驗結果表明，油頁巖與沙土混合后， 土壤總孔隙度隨著油頁巖用量的增加而增加，并且在處理5 達到最大值，與CK 形成顯著差異。 綜合土壤容重和總孔隙度兩項指標的變化，可以看出油頁巖可以改善土壤松緊狀況。

對土壤含水量的影響比較顯著， 隨著油頁巖用量的增加表現出直線上升的趨勢， 表現為處理5＞處理4＞處理3＞處理2＞處理1，并且在處理5 達到最大值，表現出顯著差異，說明油頁巖可以顯著提高土壤含水量，增加土壤供水能力。 油頁巖與沙土復配后，土壤田間持水量、 飽和含水量和毛管孔隙度均隨之增加， 分別比處理 1 （CK） 增加 9.06%、19.27%、10.27%。 說明油頁巖的添加可以提高土壤的保水持水能力。

2.2 油頁巖不同添加量對燕麥苗期生物量的影響

附圖 油頁巖對燕麥苗期生物量積累的影響

表3 油頁巖對燕麥苗期每20 株生物量分配的影響（單位：g）

油頁巖與沙土復配后，促進了燕麥苗期地上、地下生物量的積累（附圖、表3），燕麥根系、莖、葉生物量均隨著油頁巖用量的增加而增加，當油頁巖用量達到最大時，地上、地下生物量均達到最大值，顯著高于對照（P＜0.05），總生物量比對照增加了 36%。 說明油頁巖可以為土壤補充外源養分， 具有一定的氮肥效應，促進燕麥植株的生長及生物量積累。

從根冠比和莖葉比兩項指標可以看出（表3），油頁巖能夠促進燕麥地上部分的生長，產生肥效作用。而從兩項指標對油頁巖不同施用量的響應效果來看，高用量油頁巖將會造成燕麥幼苗的抗逆性生長，分析認為這可能與油頁巖本身的酸堿度（pH）有關。

3 結論

油頁巖是一種富含有機物的沉積巖， 可以為作物提供持續性的養分供給， 對氮磷鉀元素具有較強的吸附解吸能力[7]，可用于大量的肥料生產，也可作為土壤有機物料直接施用[8]。 本試驗中，油頁巖與沙土復配成土對燕麥苗期地上、 地下生物量的積累均起到了促進作用； 對土壤物理性質的影響主要表現在降低了土壤容重、增加了土壤孔隙度、增加了土壤含水量及田間持水量。

說明油頁巖的配施可以提高土壤養分水平，特別是提高了土壤有機質和氮的含量， 促進植物生長及干物質積累，同時提高了土壤保水持水性能，改善土壤物理性狀。