肖 波1，杜红霞2，王 丽2，张 军2，孙雨婷2
(1.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西省西安市，710054；2.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西省西安市，710055)
摘 要 煤矸石因其含有腐植酸、有机质和微生物等对土壤具有改良作用的成分，可作为土壤改良剂或有机肥料的原料，有效提升土壤肥力、改善团粒结构并促进作物生长。为了探讨煤矸石用于沙土地改良的可行性，采用盆栽实验，研究煤矸石改良剂对陕北沙土性质及小麦生长的影响。研究结果表明，投加煤矸石改良剂提高了土壤氮、磷及有机质的含量，且其促进作用与投入量、改良剂组分中秸秆的占比呈正相关；煤矸石改良剂有利于小麦的生长，其植株株高有不同程度的增长；随着改良剂投加量的增加，小麦叶片过氧化物酶活性、叶绿素含量有增加趋势，丙二醛含量则反之。综合而言，煤矸石改良剂可有效改良陕北沙土土壤，所选用的煤矸石改良剂中，从煤矸石综合利用量方面考虑，对陕北沙土建议施用30%的土壤改良剂(煤矸石占比为80%)。
关键词 煤矸石；改良剂；土壤性质；小麦生长影响
煤矸石是煤炭开采过程中伴生的典型工业固体废弃物，占原煤开采量的10%～25%[1]，且热值低、利用困难[2]，煤矸石的总体利用率仍偏低，普遍利用率在60%～70%之间[3]。 煤矸石的排放和堆放造成了严重的资源浪费和环境污染[4-5]。2021年国家发展改革委等十部委印发的《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》中指出，要提高煤矸石综合利用水平，推进煤矸石在盐碱地、沙漠化土地生态修复等领域的利用，在风险可控的前提下深入推动农业领域应用。煤矸石因含有丰富的有机质和植物生长所需的微量元素，可用于制备土壤改良剂等[6]，此方法同样也是消纳煤矸石堆积量的重要途径之一。有关煤矸石基质改良的研究多建立在掺土的基础上，煤矸石与土壤混掺的比例报道不一，有研究表明土壤与矸石比为1∶1和3∶1时，矸石基质保水性能较高[7]。张宇航等[8]研究发现，煤矸石用量为40%～50%时，土壤中的有机质含量显著高于用量为10%～30%时的有机质含量。据报道，当煤矸石∶沙壤土∶鹿粪的比例为4∶2∶1时，黄豆生长状态达到最佳[9]。
单一使用煤矸石对土壤改良难以满足植物利用土壤中所需的营养成分，需通过多源、多组分原料组合，综合考虑基质的肥效和保水性等[9]，以实现各类原料的优势互补。农作物秸秆中因其富含有机质和矿物质，可作为常用的有机物料，施入后能提高土壤肥力，还可减少土壤的重金属含量[10-11]。玉米占我国农作物秸秆总量的36.7%[12]，特别在北方地区由于其来源广、价格低廉、操作简便的特点，与煤矸石组合制备土壤改良剂可以实现“以废治废”的资源化利用，但若加入过多则可能会导致土壤结构不稳定[13]。李娜等[11]的研究表明，用作育苗基质时玉米秸秆∶煤矸石∶珍珠岩的体积比在54∶36∶10最佳；刘宇航[6]的研究表明，在总施氮量相同的条件下，配施25%的煤矸石肥料不仅能够提升0～60 cm土层土壤的氮素含量，还能够促进玉米干物质积累。煤矸石固化程度高、水溶性差，植物无法直接吸收，必须将其含有的营养物质转化为有效态[14]。利用化学活化法制备煤矸石肥料可以提高煤矸石中各种营养元素被作物吸收的有效性，张庆玲[15]将破碎的煤矸石与过磷酸钙以10∶1的比例混合堆沤活化7～10 d制成肥料，冬小麦增产了13.4%。另外，添加微生物制剂，如巨大芽孢杆菌后会促进煤矸石养分释放，有利于进一步的生态治理[16]。
综上所述，利用煤矸石与秸秆制备土壤改良剂可减少固体废弃物量，且成本较低，减轻环境污染压力，达到“双赢”的目的。陕北是我国重要的煤矿能源基地，本文在前人研究的基础上，以煤矸石与玉米秸秆为主要基质制备土壤改良剂，探讨不同配比及不同投加量对沙土的改良作用及小麦生长的影响，以期为陕北地区煤矸石资源化利用及陕北矿区农田土壤改良提供基础数据。
供试土壤来自陕北地区榆林市榆阳区沙土，取0～20 cm表层土壤，风干后过2 mm筛；供试煤矸石来自陕西某煤矿，粉碎至粒径为2～4 mm。本研究选用陕北主要的作物小麦进行实验，小麦品种为津春6号，来自于河北庆沣种业。
煤矸石改良剂主要以煤矸石与玉米秸秆为主要基质。将煤矸石颗粒与过磷酸钙(化学纯试剂)按100∶1的配比混合，添加0.2%的秸秆型有机物料腐熟剂(中农绿康(北京)生物技术有限公司)、0.1%的巨大芽孢杆菌微生物菌剂(强兴生物)，堆沤7 d。采用盆栽实验法，使用直径为23 cm、高15 cm的花盆，栽培基质为沙土与不同配比的煤矸石改良剂混合物，一次性翻拌混匀，花盆中基质用量为5 kg。不同煤矸石改良剂配比及投加量见表1，每种处理设置3个重复，所有处理保证相同的生长环境。
表1 不同煤矸石改良剂配比及投加量Table 1 Different ratios and application rates of coal gangue amendments
处理编号煤矸石占比/%玉米秸秆占比/%改良剂投加量与沙土质量比M1J1190101∶9M1J1290102∶8M1J1390103∶7M2J2180201∶9M2J2280202∶8M2J2380203∶7M3J3170301∶9M3J3270302∶8M3J3370303∶7CK000
1.2.1 样品采集方法
盆栽模拟实验开始后，每12 d采集土样，3～5个次级样混合均匀后装入聚丙乙烯袋中待测；实验结束时，采集植物叶片并用清水冲洗干净后快速用滤纸吸干水分，立即测定其生理指标。
1.2.2 样品测定方法
土壤样品测定参照《土壤农化分析》(三版)中的方法进行测定[17]。铵态氮采用KCl浸提-分光光度法测定、硝态氮采用紫外分光光度法测定、pH值采用电位法测定、速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定、有机质采用重铬酸钾容量法测定。
植物样品测定方法：每6 d测定植物小麦生长指标，用直尺测量植株的株高、用游标卡尺测量茎粗；植物叶片过氧化物酶活性测定采用愈创木酚比色法；丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法；植物叶绿素测定采用分光光度法。
采用IBM SPSS 22软件对数据进行分析，用Origin 2018进行绘图。不同处理间的指标显著性差异采用one-way ANOVA分析，LSD法进行显著性比较。
2.1.1 不同煤矸石改良剂对土壤pH值的影响
煤矸石改良剂对土壤pH值的影响如图1所示。
图1 煤矸石改良剂对土壤pH值的影响Fig.1 Effects of coal gangue amendments on soil pH valuel
由图1可以看出，投加煤矸石改良剂均能降低土壤的pH值，随着实验时间的延续pH值基本呈下降趋势，且随着投加量的增加pH值降幅越明显。投加10%改良剂处理中M3J3-1的pH值在36 d时最低，为7.26，与CK相比降低了0.53；投加20%改良剂处理中的pH值基本持平，与CK相比，其降幅为3.9%～11.5%，其中M3J3-2的pH值随着实验时间的延续，与CK相比降幅最大；投加30%改良剂处理中M3J3-3的pH值相对较低，且持续下降，48 d时pH值为6.77，与CK相比降幅为11.98%。小麦最佳生长的pH值范围为6.3～7.5，说明煤矸石改良剂可改善土壤pH值，并向利于植物生长方向发展。煤矸石中的矿物质组成对土壤pH值具有调节作用[18]，煤矸石中的硫化矿物在淋溶过程中释放出氢离子，降低了土壤碱性[19]。
2.1.2 不同煤矸石改良剂对土壤铵态氮含量的影响
土壤铵态氮直接可为植物所用，是土壤速效氮的重要组成部分，在土壤养分供给上具有重要的作用。煤矸石改良剂对土壤铵态氮含量影响如图2所示。
图2 煤矸石改良剂对土壤铵态氮含量的影响Fig.2 Effects of coal gangue amendments on soil ammonium nitrogen content
由图2(a)可以看出，投加10%改良剂各处理在24 d前均有所增加，相较于CK，12 d时M3J3-1增幅达到74.52%；24 d时仅有M2J2-1低于CK，而M3J3-1与CK相比，增幅为38.33%，M2J2-1次之；36 d时各处理均呈现下降趋势且均低于CK；48 d时除M1J1-1比CK增加9.67 mg/kg外，其余两个处理与CK基本持平。各处理间12、24 d时的土壤铵态氮含量无显著性差异(p>0.050)，36 d时存在显著性差异(p=0.021<0.050)。
由图2(b)可以看出，投加20%改良剂各处理在24 d之前均有不同程度的增加，均高于CK，其中M3J3-2增幅最大，且24 d时与CK相比，增加14.33 mg/kg，M2J2-2次之；36 d时各处理均有所下降，M2J2-2、M3J3-2均低于CK，其中M2J2-2与CK相比，降低了6.12 mg/kg；48 d各处理基本持平且均高于CK。各处理在12 d存在显著性差异(p=0.012<0.050)。
由图2(c)可以看出，投加30%改良剂各处理在24 d之前均呈增加趋势，且均高于CK，其中M3J3-3在24 d时最高，为63.36 mg/kg，比CK相比增加35.87 mg/kg；36 d时各处理土壤铵态氮含量均有所降低，其中M1J1-3最高，与CK相比增加11.09 mg/kg，M3J3-3次之；48 d时各处理均高于CK。各处理12 d时存在显著性差异(p=0<0.010)，24 d时无显著性差异(p=0.337>0.050)，36、48 d时存在显著性差异(p=0.038，p=0.016)。
从整个实验周期看，各处理土壤铵态氮呈“增-减-增”的趋势。24 d之前投加煤矸石处理均有显著增加，且基本呈现出随改良剂中秸秆量增加而增大的趋势，其中M3J3-3最高；36 d时土壤铵态氮含量显著下降；48 d时各处理基本又有所增加。综合而言，在土壤中投加30%且煤矸石占比70%、80%的改良剂对土壤铵态氮含量提高程度较好。
2.1.3 不同煤矸石改良剂对土壤硝态氮含量的影响
煤矸石改良剂对土壤硝态氮含量的影响如图3所示。由图3可知，不同投加量的改良剂对土壤硝态氮含量的影响存在一定的差异。
图3 煤矸石改良剂对土壤硝态氮含量的影响Fig.3 Effects of coal gangue amendments on soil nitrate nitrogen content
由图3(a)可以看出，投加10%改良剂各处理在12 d时M1J1-1、M2J2-1与CK相比，增幅分别为36.32%、16.02%，而M3J3-1降幅为72.16%；24 d各处理均有所上升，且与CK基本持平；36 d时各处理均有所下降且低于CK，降幅最大的为M2J2-1(64.06%)，与CK存在显著性差异(p=0.025<0.05)；48 d时M3J3-1较CK增幅最大，为71.79%。
由图3(b)可以看出，投加20%改良剂各处理在12 d时M2J2-2与CK相比增幅最大，为97.80%，M1J1-2与CK基本持平；24 d时各处理中除M2J2-2外均有所上升，另外两个处理与CK基本持平；36 d时M1J1-2急剧增加，与CK相比增加了1.96 mg/kg(增幅为53.78%)；48 d时各处理均高于CK，且M3J3-2增幅最大，为79.13%。
由图3(c)可以看出，投加30%煤矸石改良剂各处理在36 d之前均呈增加趋势，且均高于CK，其中M1J1-3在36 d时最高，为13.29 mg/kg，与CK相比增加9.65 mg/kg，M2J2-3、M3J3-3的硝态氮含量基本相当，增量分别为8.27、8.40 mg/kg；48 d时各处理土壤硝态氮含量均有较大程度的下降，但均高于CK，其中M2J2-3增加最多，为1.95 mg/kg。
从整个实验周期看，不同处理土壤铵态氮含量在36 d之前基本呈增加趋势，随后下降。投加30%的改良剂与其他投加处理相比，得到的土壤硝态氮含量较高。综合来看，投加量相同时，36 d时改良剂中煤矸石含量为90%的基质中土壤硝态氮最高，含量为70%和80%基本持平，实验结束时煤矸石含量为70%处理含量较高、80%次之。
2.1.4 不同煤矸石改良剂对土壤速效磷含量的影响
土壤速效磷是土壤肥力的重要参数。煤矸石改良剂对土壤速效磷含量的影响如图4所示。
图4 煤矸石改良剂对土壤速效磷含量的影响Fig.4 Effects of coal gangue amendments on soil available phosphorus content
由图4(a)可以看出，投加10%改良剂各处理在12 d时均高于CK，且有随改良剂中煤矸石占比降低而增加的趋势，其中M3J3-1增加了1.12 mg/kg，M2J2-1次之，增加了0.79 mg/kg，各处理间存在显著差异(p=0.006<0.050)；24 d时各处理土壤速效磷含量均有所升高，且与CK基本持平；36 d时各处理均低于CK，其中M2J2-1降幅最大，为39.09%；48 d时各处理土壤速效磷含量较前期有所下降，但均高于CK，M2J2-1、M3J3-1基本持平且增加量分别为0.67、0.70 mg/kg。
由图4(b)可以看出，投加20%改良剂各处理在24 d前均呈现出增加趋势，且均高于CK，其中M3J3-2在24 d时含量最高，为5.16 mg/kg，与CK相比增加3.66 mg/kg，M2J2-2次之；36 d时仅M3J3-2比CK高，M2J2-2次之且与CK基本持平；48 d各处理均高于CK，且有随改良剂中煤矸石占比降低而增加的趋势，M3J3-2最高，M2J2-2次之。
由图4(c)可以看出，投加30%改良剂各处理在实验周期内变化规律与投加20%基本一致。在24 d时M3J3-3土壤速效磷含量达到了12.15 mg/kg，与CK相比增加10.65 mg/kg，M2J2-2次之；48 d时各处理均高于CK，M2J2-3、M3J3-3与CK相比，增幅分别为2.34、2.45 mg/kg。
从整个实验周期看，不同处理土壤速效磷含量均呈现出先增加后减小趋势。投加20%、30%改良剂处理有随煤矸石改良剂中秸秆量增加而有明显增加的趋势，添加煤矸石改良剂能有效增加土壤速效磷含量，煤矸石占比70%、80%的改良剂对其作用效果较明显。
2.1.5 不同煤矸石改良剂对土壤有机质含量的影响
煤矸石改良剂对土壤有机质含量影响如图5所示。由图5可知，煤矸石改良剂可显著提高各处理土壤有机质含量。
图5 煤矸石改良剂对土壤有机质含量的影响Fig.5 Effects of coal gangue amendments on soil organic matter content
由图5(a)可以看出，投加10%改良剂各处理土壤有机质在整个实验期内均比CK高。12 d时有随改良剂中煤矸石占比降低而增加的趋势，M3J3-1与CK相比增加了20.74 g/kg，M2J2-1次之，增加了11.37 g/kg；24 d时各处理与前期相比变化不大，M3J3-1最高，M2J2-1次之；36 d时除M2J2-1较前期增加外，其他两个处理均有所下降；48 d时M3J3-1较CK增加了15.08 g/kg。
由图5(b)可以看出，投加20%改良剂各处理同样表现出土壤有机质含量在整个实验周期内均高于CK，总体上M2J2-2高于M1J1-2，M3J3-2呈现出先增后减的趋势，其在24 d最高，为62.69 g/kg；48 d时M3J3-2最高，M2J2-2次之。
由图5(c)可以看出，投加30%改良剂各处理在实验周期内均高于CK，其中M1J1-3变化不大，其余两个处理变化均有所不同。12 d时M2J2-3最高，为45.96 g/kg，M3J3-3次之，为32.85 g/kg；24 d时M3J3-3的有机质含量高于M2J2-3含量，36 d时则反之；48 d表现出M3J3-3的有机质含量高于M2J2-3含量，且均与CK相比有较大程度的提升。各处理在24、36、48 d均存在显著性差异(p=0.004，p=0.022，p=0.010)。综合而言，各处理土壤有机质含量有随投加量增加而升高的趋势。
2.2.1 煤矸石改良剂对植物生长的影响
植物生长高度与生物量是直接反映植物生理状况的指标。煤矸石改良剂对植物株高的影响如图6所示。
图6 煤矸石改良剂对小麦株高的影响Fig.6 Effects of coal gangue amendments on wheat plant height
在整个实验周期内，24 d前小麦株高增长速率较快，随后增长率趋于平缓。实验时期各处理小麦株高均高于CK，投加煤矸石改良剂能有效提高小麦的株高。
投加10%改良剂各处理中M1J1-1与CK相比，增长明显高于其他两个处理，24 d时增长最高，其增幅为49.11%，M2J2-1次之(17.24%)，M3J3-1与CK基本持平；投加20%改良剂各处理小麦株高显著高于CK，其中M1J1-2与M2J2-2基本持平，且均高于M3J3-2；投加30%改良剂各处理显著高于CK，其中M1J1-3小麦株高最高，24 d时较CK增幅最大(增幅54.96%)，M2J2-3与M3J3-3基本持平。实验结束时小麦株高排序为：M1J1-2(24.29 cm)>M1J1-3(24.24 cm)>M2J2-2(23.81 cm)>M2J2-3(23.64 cm)>M1J1-1(23.42 cm)>M3J3-3(22.88 cm)>M3J3-2(21.21 cm)>M2J2-1(20.31 cm)>M3J3-1(19.38 cm)>CK(19.04 cm)，各处理结果与CK存在显著性差异。综合而言，投加20%、30%改良剂对小麦株高有显著促进作用。
2.2.2 煤矸石改良剂对植物叶片生理特征的影响
不同处理小麦叶片生理特性的影响如图7所示。
图7 煤矸石改良剂对小麦叶片生理特征的影响Fig.7 Effects of coal gangue amendments on physiological characteristics of wheat leavest
由图7(a)可以看出，各处理小麦叶片叶绿素含量在1.27～2.56 mg/g范围内，其中投加量为10%时各处理均低于CK(值为1.58 mg/g)，投加量为20%、30%各处理均高于CK，且M3J3-3增幅最大(62.27%)，M2J2-3次之(46.34%)。相同组分的煤矸石改良剂随着投加量的增加，叶绿素含量基本呈增加趋势。在投加量相同时，改良剂中煤矸石占比为90%处理时，其含量相对较低，其中M1J1-1最低(1.27 mg/g)。由此可见，添加煤矸石改良剂可有效增加植物叶绿素含量，有利于植物更好的生长。
过氧化物酶(POD)这一类氧化还原酶可催化过氧化氢，氧化酚类等物质，是植物应对逆境胁迫的重要响应机制，其活性高低标志着植物抵抗外界不良环境抗性大小[3，20]。由图7(b)可以看出，小麦叶片POD活性在26～46 U/(g·min)范围内，除投加量为20%外各处理均高于CK，其值为29.41 U/(g·min)，且M3J3-3与CK相比，增幅最大(56.41%)，M2J2-3次之(49.61%)。相同组分的煤矸石改良剂随投加量的增加POD呈现出先降低后增加的趋势。
丙二醛(MDA)含量是植物细胞膜脂过氧化程度的体现。由图7(c)可以看出，小麦叶片MDA含量在8.28～12.11 μmol/g范围内，除M1J1-1外各处理MDA的含量均比CK(10.44 μmol/g)低。相同组分煤矸石改良剂随投加量的增加而降低，其中改良剂占比为30%时M2J2-3含量最低，其值为8.28 μmol/g，且较CK降低20.69%。投加量相同时，改良剂中煤矸石占比为90%时MDA含量最高，占比为80%时含量最低。由此可见，投加改良剂后提高了土壤的养分，增强了植株应对胁迫的代谢能力，有利于植株生长。
pH值是土壤酸碱状况的指标，其变化直接影响土壤养分动态、转化、有效性等。本研究中煤矸石土壤改良剂与沙土混掺可降低沙土的pH值，随着时间的延续pH值一直在下降，投加量为30%时其降低效果最明显，且改良剂中秸秆的含量越高pH值下降越多。这与其他科研人员的研究结果一致，煤矸石中的有机质腐解氧化而释放一定的有机酸、腐植酸，降低了混合基质的pH值[21]，同时腐植酸易与各种阳离子结合生成腐植酸盐，形成一个相互转化的缓冲体系[18]，土壤酸性增加还会抑制水合铁离子、水合铝离子的水解，会有更多的水分被铝离子和铁离子吸附[6]，从而达到降低水分蒸发的作用，这种调节作用有利于优化植物生长的环境。
土壤肥力是评价改良剂效果的重要指标之一，土壤氮磷含量的改变及有机质含量的提升共同作为煤矸石对沙土肥力改良的关键参数。实验结果表明，施入煤矸石改良剂后能提升土壤铵态氮、硝态氮、速效磷的含量。用玉米秸秆作为改良剂处理煤矸石基质，增强了其养分的有效性[7]，与本研究结果相似。煤矸石中含有大量氮磷钾元素，但植物不能直接吸收，通过化学活化法能使许多铵盐、磷酸盐在煤矸石中保持分子吸附状态，易于作物吸收，且煤矸石晶格中可储存多余养分，在养料缺乏时主动释放，具有缓释长效功能[14]。实验结果中，改良剂秸秆占比为30%时，基本呈现出其土壤氮磷含量较对照组增幅扩大的趋势，这有可能是改良剂中煤矸石容重大、蓄热能力强，将其与容重小、持水性差等性状缺陷的秸秆混配后形成的互补。玉米秸秆含有丰富的氮磷等养分元素，粉碎后其提高了土壤团聚体的含量，改善了土壤质地，从而增强了基质保水保肥能力[13，18]，有利的环境加速了养分的释放。同时，本研究中改良剂加入了0.1%的巨大芽孢杆菌微生物菌剂，菌体利用煤矸石中的养料代谢，分泌柠檬酸、苹果酸、草酸等有机酸与矿物交互反应，使矿物元素溶出分解矿物，逐步被解离为可被植物吸收的有效态养分，同时促进了微生物的增殖[22]，这也利于土壤养分的提高。
实验结果表明，煤矸石改良剂的施入可显著提高土壤的有机质含量，且秸秆含量高的改良剂强化作用优于其占比低的处理。煤矸石中的有机成分和一些矿物成分，可增加土壤孔隙度，使细菌能够更好地分解有机质，加之生物菌剂能有效改善其微生物群落结构，增强其有机质含量[7]。同时，从整个实验周期来看，土壤有机质的含量总体上表现出先增加后减少的趋势。由于煤矸石本身含有有机碳，作为外源性碳输入对土壤碳库有补偿作用[23]；改良剂中煤矸石的粒径为2～4 mm，煤矸石粒径越小，比表面积越大，越有利于微生物的附着生长和基质中有机质的积累，增加土壤肥力[22，24]。另外，添加煤矸石可以显著增强土壤有机碳与矿物质组分的界面相互作用，从而加速了土壤团聚体的形成，这一过程对促进有机碳结构稳定和长期累积至关重要，同时有效抑制了有机碳的分解，减缓分解速率，增强了土壤的碳固持能力[25]。
植物生长状况是土壤改良效果最直观的体现。实验结果表明，投加煤矸石改良剂能有效促进小麦的生长高度，且煤矸石改良剂投加量越多对小麦株高促进作用越明显。微生物菌种对矿物的解离并释放其中丰富的营养成分，能把难溶性的矿物元素转化为可溶性元素，促进植物可吸收利用的成分释放，增加土壤养分，对植物生物量的积累起到有利作用[26]。同时，由上述分析可知，煤矸石和秸秆混配后可提高有机质含量，促进土壤团粒结构的形成，在土壤内部形成疏松多孔的结构，从而有利于植物的生长发育。
叶绿素含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用强度的高低，同样能反映出植物生长状况的好坏[13]。从实验结果来看，煤矸石改良剂可有效增加小麦叶片叶绿素含量，且相同组分的煤矸石改良剂随投加量的增加叶绿素含量呈增加趋势。煤矸石中通常含有腐植酸，能够引起植物一系列明显的生理效应，如可使叶片中的叶绿素含量明显增加，从而增加光合产物的累积[18]，最终促使株高等生长指标表现良好。植物抗逆性指标是反应植物抵御逆境胁迫的能力，实验结果表明，相同组分的煤矸石改良剂随着投加量的增加，其叶片过氧化物酶先降低后增加；投加量相同时，改良剂中煤矸石占比为90%时丙二醛含量最高，占比80%时含量最低，其含量越高表明植株受不良环境影响越大，受伤害程度较高[27]，说明煤矸石占比较高时对植物已产生了一定的伤害，不利于植物后期的生长。
在“双碳”背景下，如何实现煤矸石的综合处理及资源化利用已成为目前煤炭高效利用中迫切需要解决的重点问题之一[28]。陕北横山矿区年产煤炭5 000 余万t，煤矸石排放量高达700万t/a[29]，而玉米又是当地主要的作物之一，其废弃秸秆量大且能就近取材，因此本实验充分利用当地煤矸石及废弃秸秆作为基材制备土壤改良剂是可行的，结果表明煤矸石改良剂在测定范围内对矿区周边沙土氮磷元素及有机质含量具有一定的提升效果。此煤矸石改良剂制备方法具有原料易得、绿色环保、操作简单、成本低廉等优点，矿区煤矸石生态化处理的同时还改善了矿区土壤，尽可能实现煤矸石的大规模消纳，可以达到“以废治废”的目的。
本实验为盆栽培养实验，周期较短，后续应在此研究结果的基础上延长实验周期进一步监测，以期更好地揭示煤矸石改良剂对沙土理化性质的改良及其变化机理，为煤炭能源基地煤矸石的消减途径提供更有力的实践依据。
(1)投加煤矸石改良剂对陕北沙土理化性质起到了一定的改良效果，煤矸石经粉碎后与秸秆混配可有效调节土壤pH值；可不同程度的提高土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、有机质含量，综合比较，M3J3-3(投加量30%，煤矸石占比70%)促进作用最大，M2J2-3(投加量30%，煤矸石占比80%)、M3J3-2(投加量20%，煤矸石占比70%)次之。
(2)煤矸石改良剂可促进小麦生长，植物株高均有所升高。相同组分的改良剂处理随投加量的增加而降低，改良剂中煤矸石占比为80%、90%且投加量分别为20%、30%对小麦生长促进较明显。
(3)煤矸石改良剂对植物生理特性有一定的影响。随着改良剂投加量的增加，小麦叶片过氧化物酶活性、叶绿素含量均有所增加，丙二醛含量降低。综合而言，M2J2-3(投加量30%，煤矸石占比80%)、M3J3-2(投加量20%，煤矸石占比70%)效果较好。
(4)从煤矸石综合利用量及对植物影响方面考虑，对陕北矿区沙土建议投加30%改良剂且煤矸石占比为80%的土壤改良剂，可以取得较好的生态效益。
参考文献(References)：
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XIAO Bo1, DU Hongxia2, WANG Li2, ZHANG Jun2, SUN Yuting2
Abstract Coal gangue containing components such as humic acid, organic matter, and microorganisms, can be utilized as a soil amendment or raw material for organic fertilizers. These components effectively enhances soil fertility, improves soil aggregate structure, and promotes crop growth. In order to explore the feasibility of using coal gangue to improve sandy soil in northern Shaanxi, pot experiments were conducted in this paper to study the effects of coal gangue amendment on sandy soil properties and wheat growth. The results showed that adding coal gangue amendment increased the contents of nitrogen, phosphorus and organic matter in soil, and its promotion was positively correlated with the amount of improver and the proportion of straw in amendment components; coal gangue amendment is beneficial to the growth of wheat, and its plant height increases in different degrees; the peroxidase activity and chlorophyll content of wheat leaves increased with the increase of amendment dosage, but the malondialdehyde content was opposite. In conclusion, coal gangue amendment effectively improves Northern Shaanxi sandy soil. In the selected coal gangue amendment, considering the comprehensive utilization of coal gangue, it is suggested to apply 30% coal gangue amendment (the proportion of coal gangue is 80%) to sandy soil in northern Shaanxi.
Keywords coal gangue; amendment; soil properties; wheat growth
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基金项目：陕西省自然科学基金(2023-JC-YB-429)；中国中煤能源集团有限公司重点科技项目(20211CY001)