风沙土添加油页岩对土壤肥力及燕麦生长的影响

关 冰周晓莹吕林有于国庆赵 艳李杰颖

(1.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000； 2. 抚顺矿业集团工程技术研究中心，辽宁 抚顺113008)

我国油页岩资源丰富，采矿剥离和油页岩炼油所排放的大量低品位油母页岩贫矿、尾矿及灰渣没有被利用，而是堆积成矸石山。 这些固体废弃物不仅占用大量土地，也制约着油页岩工业的进一步发展[1]。 另一方面，我国沙质土壤分布面积较广，沙质土壤具有结构性差、保水蓄水力弱、抗旱力差、养分含量少、保肥力差、土温变化快等特性，不利于农作物的生长，大多数沙质土壤属于肥料较差的土壤[2]。 可见，改良沙质土壤，提高沙质土壤肥力，是提升沙质土壤生产力的重要举措之一[3]。 本研究以同时解决这两方面问题为设计思路，以低品位油页岩为土壤改良材料，以高肥效饲草作物燕麦为载体，通过油页岩不同量添加控制试验，以及燕麦苗期(养分敏感期)生长状况的调查，研究油页岩肥效作用的植物转化效果，一方面为风沙地改良利用以及有机肥料技术开发探索新途径，一方面为油页岩废弃物的综合利用增加新措施。

1 材料

1. 1 试验区概况

该试验地点为辽宁省沙地治理与利用研究所章古台实验站，该区主要气候特点是干旱多风，降雨量少且70%集中于夏季，年均温5. 1 ～6. 1 ℃，年平均风速3. 7 ～4.6 m/s，年均降水量499.7 ～512. 2 mm，无霜期154 d，土壤类型为风沙土。

1. 2 试验材料

供试土壤为风沙土，取自辽宁省风沙地改良利用研究所章古台试验基地，取样深度为0 ～20 cm，风干后过16目土壤筛备用。 油页岩为页岩油工业中筛选出来的低品位矿产资源，由抚顺矿业集团工程技术研究中心提供，粒径为0 ～3 mm。

2 方法

2. 1 试验设计及方法

试验于2018 年3 月进行，采用盆栽法，每盆单位装入风沙土5 kg，添加油页岩5 个水平：处理1 不施油页岩(CK)；处理2：施入油页岩75 g；处理3 施入油页岩150 g；处理4 施入油页岩300 g；处理5 施入油页岩500 g，即重量比1/10，3 次重复，随机排布，要求油页岩按比例与土壤混匀后再装入花盆。 供试燕麦品种为扬州大学魏臻武教授提供的淮燕1 号(品系)，播种量为出苗后每盆间苗至20 株。 试验在室内进行，室温控制在20 ℃ 左右，每3 ～5 d浇1 次水，定期保持土壤含水量为田间持水量的60%(称重法)。

2. 2 测定指标及方法

2. 2. 1 土壤样品

收获时用环刀取样，每个处理随机取3 次重复，测定其含水量、pH 值、容重、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量，测定方法均为常规方法[4]，求其平均值。

2. 2. 2 燕麦样品

出苗后45 d 取样测定，20 株取平均值：

株苗高度：用直尺测量须根基部分生点至主茎叶尖处的长度；

根系长度：用直尺测量须根基部分生点至根系(拉直)顶端的长度；

须根数：从苗体茎基部直接分生出的须根总数；

基茎长度及茎粗：测量从须根基部分生点至第一茎节节间长度，同时在基部1 cm 处用游标卡尺测量基茎茎粗；

茎节数：茎上着生叶的位置叫节，单株计数茎节个数；

生物量：20 株燕麦苗体根茎叶分离，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称重。

3 结果与分析

3. 1 油页岩对风沙土理化性质的影响

由于低品位油页岩含有大量的有机质以及多种植物生长所必需的营养元素(表2)，具有一定的改良风沙土的效果。 表现为，随着油页岩用量的增加土壤含水量逐渐增加，处理5 水平达最大值，较其他处理呈现出显著差异；由于油页岩本身具有较强的碱性，因此，油页岩的施用对土壤pH 值的影响尤为显著，油页岩的施用显著增加了土壤pH，并且呈现出直线上升趋势，各处理间均表现出显著差异；土壤容重随着油页岩施用量的增加表现出逐渐降低的趋势。 施用油页岩对土壤肥力性质的改善也比较明显，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量均表现出直线上升趋势，说明低品位油页岩能够显著提高风沙土土壤供肥保肥能力。 这将有利于土壤动物、微生物活动，有利于土壤矿化，满足作物对养分的需求。

3. 2 油页岩对燕麦地上部分生长的影响

施用油页岩对燕麦幼苗高度、基茎粗有明显促进作用(图1，2)，当油页岩用量达到500 g 时，燕麦幼苗高度显著高于对照(CK)，有提高幼苗生长速率的作用；基茎在油页岩添加300 g 时最粗，随后开始降低，说明油页岩对风沙土除了有明显的氮肥效果外，对燕麦幼苗还有壮苗的作用。 从茎节数、基茎长度与油页岩用量关系来看(图3，4))，在油页岩施入75 g、150 g 与300 g 时形成逆转，对茎节数由原先抑制作用转变为促进作用，而基茎长则由促进作用变成抑制作用，进一步说明油页岩具有良好的氮肥作用，能够提升燕麦植株分蘖位点，延长主茎高度生长时间，从某种意义上讲，能够有效解决风沙土燕麦种植过早进入分蘖生长，低产问题。

3. 3 油页岩对燕麦根系的影响

油页岩施入能有效促进燕麦幼苗根系生长，随着油页岩用量的增加燕麦根系长度呈直线上升趋势，须根数表现出先增加后降低的趋势，分析可能与油页岩养分组成含量有关。 根据根系生长指标的不同变化规律，可以看出，油页岩不同施入用量改变了风沙土养分比例结构，能有效增加风沙土土壤肥力。

3. 4 油页岩对燕麦苗期生物量分配的影响

油页岩的施用促进了燕麦苗期地上、地下生物量的积累(表3)，燕麦根系、茎、叶生物量均随着油页岩用量的增加而增加，当油页岩用量达到最大时，地上、地下生物量均达到最大值，显著高于对照(P＜0. 05)。 从根冠比和茎叶比两项指标可以看出，风沙土增施油页岩能够促进地上部分的生长，产生肥效作用。 而从两项指标对油页岩不同施用量的响应效果来看，高用量油页岩将会造成燕麦幼苗抗逆性生长，分析认为可能与油页岩本身酸碱度(pH 值)有关。

表 1 供试材料的理化性质Table 1 Physicochemical properties of the test materials

表 2 风沙土在不同油页岩施入量条件下的理化性质及其变化Table 2 Effect adding oil shale on physical and chemical properites of aeolian sandy soil

表 3 风沙土油页岩不同施入量对燕麦苗期生物量分配的影响Table 3 Effects of different application rates of aeolian sandy oil shale on biomass allocation of oat seedlings

4 结论与讨论

油页岩富含有机物，其中有机碳矿化是一个持续过程，可持续养分供给[6]，对氮磷钾元素具有较强的吸附解吸能力[7]，可用于大量的肥料生产，也可作为土壤有机物料直接施用[8]。 施用油页岩有利于改善风沙土的理化性质，促进燕麦苗期的生长，具有保肥供肥保水的作用，可以作为风沙土的改良剂。 这与前人在玉米、小麦、豆类及高粱等作物上的研究结论相一致[9～10]。

从本试验的结果来看，油页岩的不同施用量对土壤理化性状和燕麦苗期的生长状况产生了很大影响，随着油页岩施用量的增加，土壤含水量及有机质、有效氮磷钾、阳离子交换量以及燕麦幼苗高度、茎粗、根系长度等呈现上升趋势，但从根冠比和茎叶比这两项指标对油页岩不同施用量的响应效果来看，高用量油页岩将会造成燕麦幼苗抗逆性生长，分析认为可能与油页岩本身酸碱度(pH 值)有关。 此外，需要说明的是要大范围的应用和推广油页岩改良风沙土的技术，还必须在田间进一步的实践。