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实用统计分析
污泥堆肥对茭白和黄菖蒲生物量的影响及评价
摘要:
为提高牧草生物量,现选淮南新庄孜矿为研究区域,分别进行茭白单播、黄菖蒲单播以及茭白和黄菖蒲混播,后对每种播种方式进行施加不同的有机堆肥(堆肥1、堆肥2、堆肥3和堆肥4),在当年牧草生长季结束后,分别对不同播种方式的牧草的生物量进行测定。
结果表明:
施加堆肥单播茭白处理相比未施加堆肥单播茭白处理牧草生物量增加了159.42%,施加堆肥混播茭白和黄菖蒲处理相比未施加堆肥混播处理牧草生物量增加了140.87%;施加堆肥单播黄菖蒲处理牧草株高显著高于未施加堆肥单播黄菖蒲处理(P<0.05)。
关键词:
采煤沉陷区;生物量;污泥堆肥;
EffectandEvaluationofSludgeCompostonBiomassandRhizoma
Abstract:
Inordertoimprovethebiomassofpaddyfield,theXinzhuangziMineinHuainanwasselectedasthestudyarea.Themonocotyledon,unicommandmonoculture,,Compost2,compost3andcompost4).Aftertheendofthegrowingseasonofricefields,thebiomassofpaddyfieldswithdifferentsowingmethodswasmeasuredrespectively.Theresultsshowedthatthebiomassofpaddyfieldincreasedby159.42%comparedwiththatofunprocessedcompostedricewithoutapplyingcompost,andthebiomassofpaddyfieldincreasedby140.87%Theplantheightofcompostingunicomtedyellowcalamuswassignificantlyhigherthanthatofcompostingunicompaniedwithiris(P<0.05).
Keywords:
coalminingsubsidencearea;biomass;organiccompost;
前言:
我国的煤炭资源储量和开采量都较大,在我国东部平原矿区因采煤引起的地表塌陷已造成大面积土地积水、受淹和盐碱化,使区内耕地面积急剧减少,加剧了人-地矛盾[1]。
为提高采煤沉陷区土地复垦率、缓解人地矛盾,政府和煤炭开采企业已采取多种复垦措施。
煤矸石回填塌陷区表层覆土的复垦模式在我国东部的煤矿沉陷区复垦中已得到广泛应用[2]。
另外是目前我国种植面积最为广泛的豆科植物之一[3]。
研究表明,种植牧草、施用有机肥或氮磷钾等不仅能够提高贫瘠土壤的肥力,还能促进表层土壤的熟化[4]。
淮南新庄孜矿区经过60多年的开采和长时间的沉降,塌陷区域已经基本稳定。
为提高塌陷区域的土地利用率,采用了煤矸石填充,表层复垦(覆土厚度为60cm左右)。
[5]和其他复垦矿区一样,淮南新庄孜矿区复垦土壤贫瘠,水土流失严重。
这些问题存在限制了新复垦矿区的土地利用效率。
本研究以淮南新庄孜矿区为研究区域,研究在新复垦矿区播种茭白和黄菖蒲并施用堆肥处理,以期获得适合本研究区域的、效果显著、成本低廉的最优化的牧草处理方式。
1材料与方法
1.1堆肥改良与牧草种植设计
为提高新复垦矿区牧草的品质,采用土壤施加堆肥和稻米种类不同的播种方式。
所使用的堆肥为本课题组以黄菖蒲为主要原料堆制而成,依据堆肥过程中的添加的辅料不同共分为4种类型,各类型堆肥中的养分含量见表1。
堆肥
Compost
Total-N
(g/kg)
Olsen-N
(mg/kg)
Total-P
(g/kg)
Olsen-P
(mg/kg)
堆肥1
2.4a
25.34a
0.77b
4.22d
堆肥2
1.1b
23.23b
0.49a
26.43a
堆肥3
1.4c
8.21d
0.77c
16.19b
堆肥4
1.7b
11.56c
0.71b
11.14c
表1堆肥的氮、磷含量
注:
同列中不同小写字母表示存在显著差异(p<0.05)
对淮南新庄孜矿区进行前期实地调查,选择土壤地势平坦的复垦矿区进行播种牧草差异性处理下品质的差异研究。
将试验地按照随机区组试验设计划分为15个处理小区,每处理试验小区面积为180m2。
其中的12个施堆肥小区按照每亩2.5吨的施肥量施加堆肥;另外4个小区不施堆肥,其中Z、M、H分别为黄菖蒲单播区、茭白单播区、黄菖蒲和茭白混播区。
各小区翻耕完毕后播种黄菖蒲和茭白,播种方式分为为单播和混播,具体设计见表2。
处理Treatment
文中代码Code
堆肥类型Compost
植物Plant
播种量(Kg/hm^2)
Seedingrate
播种方式Sowingmethods
黄菖蒲单播
Z
-
黄菖蒲单播
18
撒播
茭白单播
M
-
茭白单播
10
撒播
黄菖蒲和茭白混播
H
-
黄菖蒲+茭白
14(Z:
M=9:
5)
间播
黄菖蒲单播+堆肥1
Z1
堆肥1
黄菖蒲单播
18
撒播
黄菖蒲单播+堆肥2
Z2
堆肥2
黄菖蒲单播
18
撒播
黄菖蒲单播+堆肥3
Z3
堆肥3
黄菖蒲单播
18
撒播
黄菖蒲单播+堆肥4
Z4
堆肥4
黄菖蒲单播
18
撒播
茭白单播+堆肥1
M1
堆肥1
茭白单播
10
撒播
茭白单播+堆肥2
M2
堆肥2
茭白单播
10
撒播
茭白单播+堆肥3
M3
堆肥3
茭白单播
10
撒播
茭白单播+堆肥4
M4
堆肥4
茭白单播
10
撒播
黄菖蒲和茭白混播1
H1
堆肥1
黄菖蒲+茭白
14(Z:
M=9:
5)
间播
黄菖蒲和茭白混播2
H2
堆肥2
黄菖蒲+茭白
14(Z:
M=9:
5)
间播
黄菖蒲和茭白混播3
H3
堆肥3
黄菖蒲+茭白
14(Z:
M=9:
5)
间播
黄菖蒲和茭白混播4
H4
堆肥4
黄菖蒲+茭白
14(Z:
M=9:
5)
间播
表2改良与种植实验设计
注:
黄菖蒲和茭白混播时,黄菖蒲采用穴播(株行距为30*50cm),茭白采用行播(行距为50cm)
1.2样品采集及分析方法
牧草生长季结束后,每个实验小区随机做3个1m*1m的样方,紧贴地面收集样方内的全部植株,去掉杂草后带回实验室备用。
牧草生物量的测定,将从试验地采集的植物样品,105℃杀青30min,而后于75℃烘干至恒重,最后用电子天平称重。
牧草重金属含量的测定,将研磨好的样品用三酸(浓硝酸、浓硫酸、高氯酸)混合溶液进行消煮后,定容待用,铜、锌、铅、铬用原子火焰吸收光度仪测定,镉用石墨炉测定[5]。
1.3数据处理
用R软件对数据进行单因素方差分析和差异显著性分析,差异显著水平(p<0.05)。
2结果与分析
试验所测数据结果如下表3所示:
样品编号
Ph
有机质
TN
硝氮
氨氮
速效磷
速钾
含水量
容重30cm
生物量
Z1
8.483
16.132
190.000
4.993
4.103
32.317
598.52
257.598
2.777
465.189
Z2
8.560
14.699
183.333
6.404
5.014
20.106
537.57
249.457
2.812
321.963
Z3
8.540
16.160
193.333
4.557
3.362
21.592
603.79
271.842
2.812
646.203
Z4
8.460
15.267
186.667
5.593
7.760
20.852
547.96
245.967
2.734
590.059
M1
8.490
15.456
186.667
1.497
6.301
20.250
560.63
271.581
2.932
1244.180
M2
8.400
14.174
183.333
1.627
6.847
17.851
469.46
272.439
2.958
984.137
M3
8.313
16.795
196.667
2.380
5.949
22.463
584.97
276.877
2.885
1324.782
M4
8.347
15.345
190.000
1.626
5.547
31.228
572.09
275.683
3.021
1306.174
H1
8.417
16.909
196.667
2.752
6.794
29.186
572.68
269.818
2.827
2119.696
H2
8.453
15.188
183.333
2.252
5.857
26.424
544.92
280.329
2.847
1960.682
H3
8.403
16.573
193.333
2.210
7.196
21.594
590.02
304.907
2.938
1951.518
H4
8.350
16.524
193.333
1.710
8.028
32.250
634.42
301.471
2.992
2768.925
Z
8.533
10.362
166.667
3.211
6.258
20.230
391.34
247.370
2.818
201.525
M
8.510
11.142
166.667
1.378
5.520
6.133
422.25
238.425
3.015
1455.397
H
8.480
11.141
160.000
3.587
6.456
6.759
424.22
255.978
2.992
1149.568
CK
8.480
11.590
173.333
1.459
3.906
7.042
510.15
197.134
3.023
0.000
表3
本实验对不同实验区域生长的植物进行了基本含量的测定,由此分析施肥对其生物量和其性质的影响。
2.1图表分析
2.1.1施用堆肥对单播黄菖蒲生物量
图1.黄菖蒲生物量
由图1.可见,施用有机堆肥Z1、Z2、Z3、Z4与未施用堆肥的黄菖蒲相比较,黄菖蒲的生物量均有所提高,且施用有机堆肥3与有机堆肥4黄菖蒲生物量显著性增加(P<0.05),其中施用有机堆肥3黄菖蒲生物量增加最大。
2.1.2施用堆肥对单播茭白生物量的影响
图2.茭白生物量
由图2.可见,施用有机堆肥M1、M2、M3、M4与未施用堆肥的茭白相比较,只有施用机堆肥4茭白生物量增加,其余茭白的生物量均有所减少。
2.1.3施用堆肥对混播中茭白生物量的影响
图3.黄菖蒲生物量
由图3.可见,施用有机堆肥1、2、3、4与未施用堆肥的黄菖蒲相比较,施用机堆肥1、3、4茭白生物量增加,施用堆肥2茭白的生物量减少。
2.1.4施用堆肥对混播中茭白生物量的影响
图4.茭白生物量
由图4.可见,施用有机堆肥1、2、3、4与未施用堆肥的茭白相比较,施用有机堆肥的茭白生物量增加,其中施用有机堆肥4茭白的生物量显著增加(p<0.05)。
2.2方差分析
由实验所测三组平行数据进行方差分析,各组数据的平均值及标准方差如下表4所示:
Ph
有机质
TN
硝氮
氨氮
速效磷
速钾
含水量
容重30cm
Z1
8.48
16.13
190.00
4.99
4.10
32.32
598.52
257.60
2.78
Z2
8.56
14.70
183.33
6.40
5.01
20.11
537.57
249.46
2.81
Z3
8.54
16.16
193.33
4.56
3.36
21.59
603.79
271.84
2.81
Z4
8.46
15.27
186.67
5.59
7.76
20.85
547.96
245.97
2.73
平均值
8.51
15.56
188.33
5.39
5.06
23.72
571.96
256.22
2.78
标准方差
0.05
0.71
4.30
0.80
1.92
5.77
34.05
11.50
0.04
Ph
有机质
TN
硝氮
氨氮
速效磷
速钾
含水量
容重30cm
M1
8.49
15.46
186.67
1.50
6.30
20.25
560.63
271.58
2.93
M2
8.40
14.17
183.33
1.63
6.85
17.85
469.46
272.44
2.96
M3
8.31
16.80
196.67
2.38
5.95
22.46
584.97
276.88
2.89
M4
8.35
15.34
190.00
1.63
5.55
31.23
572.09
275.68
3.02
平均值
8.39
15.44
189.17
1.78
6.16
22.95
546.79
274.15
2.95
标准方差
0.08
1.07
5.69
0.40
0.55
5.83
52.50
2.54
0.06
Ph
有机质
TN
硝氮
氨氮
速效磷
速钾
含水量
容重30cm
H1
8.42
16.91
196.67
2.75
6.79
29.19
572.68
269.82
2.83
H2
8.45
15.19
183.33
2.25
5.86
26.42
544.92
280.33
2.85
H3
8.40
16.57
193.33
2.21
7.20
21.59
590.02
304.91
2.94
H4
8.35
16.52
193.33
1.71
8.03
32.25
634.42
301.47
2.99
平均值
8.41
16.30
191.67
2.23
6.97
27.36
585.51
289.13
2.90
标准方差
0.04
0.76
5.77
0.43
0.90
4.52
37.53
16.85
0.08
标准方差
0.04
0.65
4.79
0.26
0.89
4.37
36.60
11.33
0.06
表4
由表4数据可知:
各组数据的pH,有机质,硝氮,氨氮和容重的偏差较小,均在1以下,可用于平行组进行数据分析。
Ph
有机质
TN
硝氮
氨氮
速效磷
速钾
含水量
容重30cm
生物量
Ph
1.000
有机质
-0.457
1.000
TN
-0.520
0.971
1.000
硝氮
0.509
0.123
0.060
1.000
氨氮
-0.484
0.151
0.095
-0.216
1.000
速效磷
-0.428
0.768
0.791
0.128
0.170
1.000
速钾
-0.430
0.923
0.912
0.104
-0.024
0.716
1.000
含水量
-0.543
0.684
0.607
-0.164
0.484
0.632
0.529
1.000
容重30cm
-0.356
-0.331
-0.311
-0.781
0.080
-0.393
-0.210
-0.014
1.000
生物量
-0.608
0.468
0.378
-0.486
0.593
0.388
0.381
0.798
0.305
1.000
2.3相关性分析
表5
由表2可知,在土壤中,Ph与硝氮存在极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.509;Ph与有机质,氨氮,速效磷,速钾,含水量,容重,生物量存在负相关(P<0.01),相关系数为-0.457,-0.520,-0.484,-0.428,-0.430-0.543,-0.356,-0.608,有机质与容重存在显著负相关(P<0.05),相关系数为一0.331,与其他则都存在显著正相关。
土壤中中,总氮与速钾,速效磷极显著正相关(P<0.01),相关系数为0.912,0.791,硝氮与容重显著负相关(P<0.05),相关系数为-0.781;速钾与速效钾极显著相关(P<0.01),相关系数为0.716,速钾与含水量显著相关(P<0.05),相关系数分别为0.529。
而含水量与生物量之间的相关性分析结果显示,存在显著相关(P<0.05),相关系数为0.798,其他各数据之间间都没有显著的相关性。
2.4牧草安全性评价
处理
Znmg/kg
Pbmg/kg
Cumg/kg
Crmg/kg
Cdmg/kg
Z
32.84±0.99
2.99±0.31
7.09±0.51
0.45±0.23
0.13±0.02
Z1
26.57±3.23
2.06±0.42
7.52±1.89
0.64±0.14
0.12±0.02
Z2
29.29±0.84
2.55±0.14
7.68±0.01
1.29±0.96
0.14±0.00
Z3
31.83±4.06
2.85±0.35
10.23±1.03
0.69±0.08
0.14±0.01
Z4
30.85±0.84
2.90±0.17
9.21±0.27
0.72±0.20
0.14±0.00
HZ
26.94±2.84
3.24±0.19
7.08±0.97
0.52±0.03
0.13±0.01
HZ1
26.63±1.77
2.80±0.22
8.28±1.03
0.39±0.02
0.12±0.01
HZ2
27.21±4.12
3.10±0.06
8.30±0.54
2.48±3.18
0.15±0.03
HZ3
23.92±2.63
3.04±0.11
8.14±0.45
0.61±0.22
0.12±0.01
HZ4
25.32±2.55
3.33±0.30
9.66±0.69
0.58±0.03
0.14±0.01
M
25.26±7.49
2.90±0.21
3.60±0.01
0.52±0.32
0.11±0.02
M1
22.18±0.62
2.78±0.12
3.59±0.78
0.60±0.02
0.15±0.01
M2
18.32±0.68
2.94±0.08
3.14±0.44
0.79±0.14
0.14±0.03
M3
23.22±4.96
3.09±0.16
3.45±0.52
0.58±0.14
0.12±0.01
M4
19.27±4.19
2.48±0.19
3.45±0.26
0.45±0.07
0.10±0.01
HM
27.42±3.81
3.11±0.20
3.74±0.51
1.71±2.12
0.13±0.01
HM1
23.70±2.35
3.23±0.22
4.04±1.19
0.84±0.23
0.15±0.01
HM2
30.07±2.04
3.09±0.13
4.64±0.27
0.53±0.08
0.14±0.01
HM3
33.39±13.38
3.64±1.12
4.05±0.91
0.53±0.30
0.13±0.01
HM4
24.58±0.93
2.86±0.21
4.20±0.69
0.43±0.16
0.11±0.00
饲料标准
≤250
≤5
≤25
≤10
≤0.5
表6牧草重金属含量(n=3,mean±std)
表6为黄菖蒲和茭白重金属含量,从上表可以看出,施用堆肥和未施用堆肥处理,黄菖蒲和茭白植株内重金属含量水平为安全等级,可用于饲养家畜。
3讨论
徐艳丽等[6]研究表明,随有机肥的增加牧草生物量均值越高,可能是施用有机肥能改善土壤环境,提髙牧草的存活密度,从而显著提髙产量。
刘艳等研究结果表明,产量与施肥量是密切相关的,随施肥量的增加而逐渐升高,1500kg/hm2时最高,之后有所下降。
本研究结果表明,施用堆肥能显著提高黄菖蒲和混播黄菖蒲和茭白的生物量,对茭白的生物量影响不显著。
目前,不同播种方式对牧草产量和品质的影响己有诸多研究[7-9]。
何丽等[10]研究表明,从牧草产量的角度来看,黄菖蒲更适合单播,冰草更适合混播;从黄菖蒲品质的角度来看,黄菖蒲和冰草都更适合单播。
本研究结果表明,施用堆肥处理混播两种牧草生物量高于单播黄菖蒲和单播茭白:
未施用堆肥处理,混播两种牧草和单播黄菖蒲与单播茭白生物量没有显著影响。
这可能是由于土壤样品采集时,本试验中豆科黄菖蒲和禾本科茭白是混播种植的第一个生长季,两种牧草在养分、水分、光照和空等资源方面存在竞争关系,其在隔行混播体系中存在的对氮的互补利用优势还没有显现出来。
4结论
采煤沉陷区土壤贫瘠,养分匮乏,农作物产量偏低。
经过种植牧草
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