煤基固废是煤炭在生产和化工利用过程中产生的固体废弃物，尽管提倡发展绿色低碳产业，但当前我国仍然是煤炭消耗大国，煤基固废是工业固废重要的一部分[1,2]，目前的煤基固废主要有粉煤灰、煤气化渣、煤矸石、脱硫石膏等[3,4]。煤基固废若没有得到有效处置，将会造成区域的环境污染[2]，同时也将阻碍当地煤炭的可持续开发利用[5]。在“双碳”目标的驱动下，煤基固废已在多个领域得到资源化和生态化利用[3,6]，特别是在农业领域的应用，引起不同学者的广泛关注，已开展煤基固废对土壤的改良效应及其对植物生长影响的研究，杨猛等[7]研究表明，矿区排土场粉煤灰参量为20%时，试验植物发芽势、发芽率均达到峰值，发芽势较对比样本增长24.4%，发芽率增长21.7%。

煤基固废能有效改良土壤理化性质，进一步提高土壤肥力，能使植物生长和产量都有所提高[8],Olushola M.Awoyemi[9]通过试验验证，添加一定量的粉煤灰，能改良土壤，对柳枝稷产生积极影响。许继飞等[10]通过对煤基固废（硅钙渣、粉煤灰和脱硫石膏）与牲畜粪便发酵基质用于改良沙土的研究，发现能源草的总生物量增加，土壤速效钾、速效磷和氨氮增加，土壤容重下降；张正昊[11]利用牛粪与煤基固废-硅钙渣堆肥，用于改良沙化土壤，该堆肥的持续作用及其效果明显，对土壤肥力具有持续改善的效果[12]。Xiang Yulin等[13]的研究结果表明，煤气化渣-腐殖酸复合体能有效提高土壤肥力，促进植物生长。Lazarenko Vitālijs等[14]研究结果表明，粉煤灰分散区域对森林土壤和蓝莓细根中稀土元素的增量有显著影响。Oncioiu Ionica[15]在低肥力农业土壤中施加了粉煤灰，所种植向日葵子作物的质量符合国家食品安全的要求。尽管煤基固废对土壤改良具有一定的效果，但是对植物种子的萌发及其幼苗的生长影响没有具体明确定论，还需要进一步探究。

紫穗槐（学名：Amorpha fruticosa Linn.）是我国广泛分布的豆科落叶灌木[16,17]，根系非常发达，具有耐旱、固氮、生长快等特点，是适用于改良土壤及防风固沙的优良植物[18,19,20,21]，同时，紫穗槐还是非常好的动物饲料，特别是作为牛等反刍动物饲料，能有效增加它们的采食量，提升消化率。紫穗槐植株含有丰富的营养物质，其蛋白质、氨基酸和维生素E含量较高[22,23]，特别是维生素E含量与常用玉米饲料相比，是玉米的14倍[24]，同时氨基酸的含量也很丰富，如赖氨酸、谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸等[19,24]。随着畜牧业的集约化、工业化转型，紫穗槐有望成为新型饲料原料。

为了能够明确煤基固废对种子的萌发和幼苗的生长影响，以紫穗槐作为研究对象，通过对比不同含量的煤基固废基质对紫穗槐种子萌发及幼苗生长的作用，探究煤基固废基质对紫穗槐幼苗的生长影响，目的在于进一步揭示煤基固废基质对植物的响应和有可能存在的其他一些风险，为煤基固废的资源化、生态化利用研究提供参考。

1、材料与方法

1.1 试验地概述

试验地位于中国陕西省榆林市榆阳区榆林学院陕北矿区生态重点试验室，温带大陆性季风气候，光照非常充足，昼夜及其季节温差大，年降水较少且分布不均，气候较为干燥，但雨热同季，四季明显。该地为黄土高原区域，土壤结构疏松多孔，通透性较好。

1.2 试验材料

煤气化渣和粉煤灰均取自陕西省榆林市本地煤化工企业，粪和秸秆均来自本地农家养殖场和农田。供试种子购于江苏省沭阳县玖洛丽卡种子有限公司。  

表1 粉煤灰、煤气化渣化学组成表  

表2 煤气化渣堆肥与沙土营养成分表  

1.3 煤基固废基质

本试验所用煤基固废基质是以煤气化渣与羊粪、秸秆共同好氧发酵腐熟后的固废堆肥（含煤气化渣30%）与粉煤灰按照一定比例复配成栽培植物的基质，并以本地沙土为对照。 

表3 煤基固废基质配比及煤基固废含量  

1.4 试验方法

选择籽粒饱满的紫穗槐种子2000粒，置于0.5%高锰酸钾溶液中，搅拌浸泡15min消毒，然后在流动的无菌水下冲洗3～5次，蒸馏水浸泡种子24h后将种子均分为6组。分别取对照CK沙土及复配煤基固废基质均匀地铺设在清洗干净并晾晒干的穴盘中，穴深均为3cm。试验组M1、M2、M3、M4（见表3），对照组CK沙土，重复3次。

将浸泡处理后的紫穗槐种子植入100孔的培养穴盘中，每穴1粒种子，种植完成后将培养穴盘置于光照强度2000Lx、温度26℃的恒温仿生大气培养箱中培养，观察并记录种子的发芽个数。

同时准备紫穗槐幼苗生长试验培养皿，花盆中装入煤基固废栽培基质，该基质与种子发芽试验所用基质相同，共5个处理，每个处理重复3次。种子的发芽试验结束后，从每处理选择芽苗长势均匀的芽苗移栽在花盆中。移栽时先用玻璃棒在花盆内培养基质上扎上1.5cm深的小坑穴，然后用镊子将芽苗轻轻夹住放入坑穴内，再将幼苗的根系埋好填平坑穴，并用手指轻轻按压，使幼苗根系与基质紧密接触即可。培养试验完成后，观察并测定不同煤基固废基质配比处理下紫穗槐幼苗的株高、茎粗、根长、生物量。

1.5 测定指标与计算方法

发芽时滞（D）：萌发开始时间，即萌发试验开始到第一粒种子萌发所经历的时间。

萌发持续时间（D）：种子萌发试验开始至萌发结束的天数。

紫穗槐种子的萌发试验结束后，移栽到煤基固废基质中培养150d，定期测量紫穗槐幼苗株高、茎粗、根长、鲜重、干重。

1.6 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2019和SPSS软件进行单因素方差（One-Way ANOVA）分析，试验数据均是3次重复的平均值，数据采用“平均值±标准差”表示，以P<0.05表示差异显著。

采用隶属函数法对紫穗槐种子的萌发与幼苗生长的效应进行评价，计算公式如下：

式中，R(Xj）为隶属函数值，Xj的为第j个综合指数（j=1、2、3…），Xmax、Xmin标分别为第j个指标的最大值和最小值。之后用各个指标的隶属函数值相加之和来计算综合评定值，计算公式如下：

式中，R(X）为各个浓度综合评定值，R(Xj）为每个浓度下各个指标的隶属函数值。

2、结果与分析

2.1 煤基固废基质对紫穗槐种子萌发的影响

由表4可知，随着煤基固废含量的增加，紫穗槐的种子发芽率呈现出下降的趋势，煤基固废含量由37%增加至44%时，发芽率分别为87%、88%，显著高于对照组CK 76%的发芽率，煤基固废含量由51%增加至58%时，发芽率分别为32%、13%、，显著低于对照组CK。结果表明，煤基固废基质能使种子正常发芽，当基质中煤基固废的含量大于51%时，对紫穗槐的种子发芽率具有明显抑制效应。

从紫穗槐种子的发芽势和发芽指数的情况来看，二者的变化趋势基本一致，对照组CK的发芽指数为6.61，煤基固废含量37%的基质，其发芽势和发芽指数都显著高于CK。煤基固废含量分别51%、58%的基质，其发芽势和发芽指数都显著低于CK。结果表明，随着基质中煤基固废含量的增加，紫穗槐种子的发芽势和发芽指数都呈现出下降的趋势。

从紫穗槐种子发芽时滞情况看，随着煤基固废含量的增加，种子发芽时滞呈现出延长趋势，煤基固废含量分别为37%、44%和51%～58%的基质与对照组CK相比，发芽时滞分别为1d、2d和8d。结果表明，当基质中煤基固废含量增大到51%时，对紫穗槐的种子萌发抑制效果显著。

表4 煤基固废基质对紫穗槐种子的萌发特征测定结果 

从紫穗槐种子发芽的持续天数来看，不同处理种子萌发持续时间也有很大的差异，CK、M1的萌发持续时间均为11d,M2为13d,M3、M4为15d。结果表明，随着煤基固废含量的增加，紫穗槐种子的萌发持续时间呈现延长趋势。

随着煤基固废含量的增加，发芽率、发芽势与发芽指数都呈先升后降的趋势，发芽时滞、发芽持续时间呈延长趋势。当煤基固废的含量为37%时，紫穗槐的种子发芽率、发芽势以及发芽指数均达到相对最大值，发芽时滞、发芽持续时间均最短。当基质中煤基固废含量持续增大至51%时，发芽率、发芽势、发芽指数均显著低于对照组，发芽时滞、发芽持续时间显著长于对照组。综上，煤基固废基质对紫穗槐种子萌发的影响可以概况为：煤基固废低含量具有促进紫穗槐种子萌发的作用，随着煤基固废含量的增加，最终抑制种子萌发。

2.2 煤基固废基质对紫穗槐幼苗生长的影响

2.2.1 不同配比煤基固废基质对紫穗槐幼苗株高的影响。

由图1可知，在紫穗槐幼苗生长过程中，当煤基固废的含量为37%、44%、51%、58%时，经过处理的紫穗槐幼苗株高变化为M1>M2>M3>CK>M4，且M1、M2、M3的株高显著高于对照组CK。说明煤基固废的含量在37%～51%时对紫穗槐幼苗生长有显著促进作用。

图1 煤基固废基质对紫穗槐幼苗不同生长时期株高的影响（cm)   

2.2.2 不同配比煤基固废基质对紫穗槐幼苗茎粗的影响。

图2 煤基固废基质对紫穗槐幼苗不同生长时期茎粗的影响（mm)   

茎是植物的主要营养器官，由图2可知，经过煤基固废的含量为37%、44%、51%、58%处理的紫穗槐幼苗茎粗变化趋势是M1>M3>M2>M4>CK，说明紫穗槐幼苗的茎粗随着煤基固废含量的增加而变细，均显著优于CK。

2.2.3 不同配比煤基固废基质对紫穗槐幼苗根长的影响。

由图3可知，经过煤基固废的含量为37%、44%、51%、58%处理的60d紫穗槐幼苗主根长度大小为M1>CK>M2>M3>M4,M1的主根长度显著超过CK。

图3 煤基固废基质对紫穗槐幼苗不同生长时期根长的影响（cm)   

2.2.4 不同配比煤基固废基质对紫穗槐幼苗鲜重的影响。

鲜重是植物细胞正常生活状态（自然状态）下的质量，由表5可知，在经过煤基固废的含量为37%、44%、51%、58%处理的紫穗槐幼苗鲜重大小依次为M1>M2>M3>M4>CK，且M1、M2、M3的鲜重明显高于CK。 

表5 煤基固废基质对紫穗槐幼苗不同生长时期鲜重的影响（g) 

2.3 煤基固废基质对紫穗槐种子萌发及幼苗生长影响的评定

采用隶属函数法就煤基固废基质对紫穗槐种子萌发及幼苗生长的影响进行评定。最终CK、M1、M2、M3、M4各处理组得分分别为2.84、6.8、3.37、1.87、0.4。不同配比煤基固废基质中煤基固废的含量排序为M1<M2<M3<M4，含量分别为37%、44%、51%、58%；基质中煤基固废含量为44%时，煤基固废基质对紫穗槐种子的萌发和幼苗的生长有促进作用；当基质中煤基固废含量为37%时，对紫穗槐种子萌发及幼苗的生长综合促进效果最为明显；基质中煤基固废含量大于51%时，对紫穗槐种子萌发及幼苗生长有抑制作用。

表6 隶属函数分析  

2.4 不同配比煤基固废对基质p H值及营养成分的影响

由图4可知，煤基固废基质在播种育苗试验前其p H值分别为CK (7.97）、F1(9.15）、F2(10.34）、F3(11.21）、F4(12.27）、F5(12.35）。煤基固废基质试验组p H值显著高于CK对照组，且p H值随着基质中煤基固废含量的增加而增加，这主要是受煤基固废自身理化性质的影响，煤基固废-粉煤灰、气化渣在自然状态下呈碱性，所以煤基固废基质的p H值随着煤基固废含量的增加而碱性增强；播种育苗试验后，煤基固废基质的p H值显著降低，p H值分别为F1(7.85）、F2(7.88）、F3(7.84）、F4(7.8），均低于8，试验前后煤基固废基质p H值显著降低，这与植物生长及其煤基固废基质的结构有关，煤基固废的粒径分布与土壤的粒径分布相似，通过堆肥复配成基质，其相较于土壤更加疏松且有机质含量增加，富含有机质的疏松基质保水性增强，多余水分更易排出，为植物的生长及其根际微生物活动创造了良好的环境，故而在多重因素共同的作用下使其基质的p H值趋于中性。

图4 不同配比煤基固废基质在不同时期对p H值的影响   

由表7可知，煤基固废基质的有机质含量、碱解氮含量、全氮含量显著高于空白对照组CK，随着气化渣堆肥量比的减少、粉煤灰量比的增加，有机质含量、碱解氮含量、全氮含量也呈现出了显著的下降趋势，各试验组有机质含量、碱解氮含量、全氮含量由大到小分别为：F1>F2>F3>F4>CK。氮含量除了与气化渣堆肥与粉煤灰之间的量比有关系外，与紫穗槐的生长状况也有一定的关系，紫穗槐属于豆科植物，其根瘤菌具有固氮功能，生长旺盛的紫穗槐根系发达，固氮效果更好，故而促成煤基固废基质良性的植物生长环境。 

表7 不同配比煤基固废对基质营养成分的影响 

3、结论与讨论

3.1 讨论

紫穗槐种子的发芽率、发芽势、发芽指数具有随着煤基固废含量的增加而指标数据减小，发芽时滞、发芽持续时间均随着煤基固废含量的增加而延长。与CK相比，煤基固废含量为37%～44%时能促进紫穗槐种子的萌发，但随着煤基固废含量增加至51%时，则显著抑制紫穗槐种子的萌发。这与Shamee Kausar等[25]针对粉煤灰在小麦种子的萌发情况研究结果一致，低含量能促进种子的萌发，高含量则抑制种子的萌发。

煤基固废能有效促进紫穗槐幼苗的株高、茎粗、鲜重，且呈现出煤基固废含量低时能对紫穗槐幼苗的生长具有显著的促进作用，其指标数值随着煤基固废含量的增加而降低。这一结果与其他学者的研究具有高度的一致性，经过煤基固废处理的土壤改良效果显著，小麦产量增加15%、玉米的产量增加10%[26],对燕麦、黑麦、冰草具有促进生长作用[27]，对紫穗槐、国槐、紫丁香等植物的冠幅、苗木高度和胸径均有所增加[28]，产生这种现象的原因是煤基固废能改善土壤团粒结构、增强微生物酶活性的能力，进而促进植物生长[29]，从而改变土壤的理化性质，提高孔隙度，降低容重，提高含水量，降低电导率，调节土壤的p H值[11,12,31,32,33,34,35,36,37]，增加土壤中硅、铜、锌等营养元素含量，有利于提高保肥能力，增强植物抗逆性[10,31]。当煤基固废的含量超过某一特定量时，会抑制植物的生长，进而对植株生长造成不可逆的伤害。

本试验中的煤基固废作为植物生长基质，无论是种子的萌发还是幼苗的生长，仍然呈现出低浓度促进作用显著、高浓度抑制作用显著的现象。这可能与煤基固废自身的理化性质有关，煤基固废促进植物生长的作用使其具有较大的比表面积和高度发达的多孔结构[31]，通过调节生长基质的持水性、电导率、孔隙度等促进植物生长[32]。本试验设置了不同比例的煤基固废基质，煤基固废含量的变化引起种子萌发和幼苗生长的变化，从而影响植物的生长。

3.2 结论

煤基固废含量小于44%时，对紫穗槐种子的萌发与幼苗的生长均能起到积极的促进作用，且煤基固废含量低至37%时的促进作用则更加显著；随着煤基固废含量的增高，对种子的萌发及幼苗生长的促进作用显著性变得越来越弱，直至最终抑制植物的生长。隶属函数分析的结果表明，对种子萌发及幼苗生长最适宜的煤基固废基质含量为37%～44%。综合比较隶属函数值R(M1)>R(M2）后认为，煤基固废含量37%最适宜紫穗槐种子的萌发和幼苗生长。

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文章来源:王少力,亢福仁,张凯煜等.煤基固废基质对紫穗槐种子萌发及幼苗生长的影响[J].现代园艺,2024,47(01):54-58.