1、-28-第46卷第3期 非金属矿 Vol.46 No.32023年5月 Non-Metallic Mines May,2023改良磷石膏对黑麦草生长及渗滤液的影响曾 维1 尹 辉2 刘 方1,3 朱 健1,3*贺 宇1 翟 念1 安娜娜1 赵 菊1（1 贵州大学 资源与环境工程学院，喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025；2 贵州省环境工程评估中心，贵州 贵阳 550002；3 贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站，贵州 贵阳 550025）摘 要 将生物质炭、菌渣、赤泥等添加到磷石膏中进行改良，研究其对黑麦草生长及基质渗滤液组分的影响。结果表明，C 处理组（
2、60%磷石膏+5%生物质炭+10%赤泥+10%菌渣混匀，5%生石灰中间层，10%菌渣作底层）效果最佳。改良后基质渗滤液 pH 升高，电导率（EC）和总溶解性固体（TDS）下降，重金属含量显著降低。同时，微生物群落多样性和丰富度增加，有效促进磷石膏基质中微生态环境建立，促进黑麦草的生长。生物质炭改良的磷石膏基质能够有效改善磷石膏理化性质，促进植物生长，固化重金属。本试验为磷石膏的资源化利用提供了科学依据。关键词 磷石膏；改良；黑麦草；重金属；微生物群落结构中图分类号：TQ09；X712文献标志码：A文章编号：1000-8098(2023)03-0028-05Effect of Modified
3、Phosphogypsum on the Growth of Ryegrass and Leachate FiltrationZeng Wei1 Yin Hui2 Liu Fang1,3 Zhu Jian1,3*He Yu1 Zhai Nian1 An Nana1 Zhao Ju1（1 Key Laboratory of Karst Georesources and Environment,Ministry of Education,College of Resources and Environmental Engineering,Guizhou University,Guiyang,Gui
4、zhou 550025;2 Guizhou Environmental Engineering Assessment Center,Guiyang,Guizhou 550002;3 Guizhou Field Observation and Research Station of Karst Environment and Ecosystem,Ministry of Education,Guiyang,Guizhou 550025)Abstract This study investigates the effects of modifying phosphogypsum by adding
5、biomass charcoal,bacterial residue,and red mud on the growth of ryegrass and the components of substrate leachate.The results show that the C treatment group(60%phosphogypsum+5%biomass charcoal+10%red mud+10%bacterial residue mixed uniformly,5%quicklime in the middle layer,and 10%bacterial residue a
6、s the bottom layer)has the most significant effect.The modified substrate leachate exhibits an increase in pH and a decrease in EC,TDS,and heavy metal content.Moreover,the diversity and abundance of the microbial community increase,effectively promote the establishment of a microbial ecosystem in th
7、e phosphogypsum substrate and enhance the growth of ryegrass.These findings suggest that modifying phosphogypsum substrate with biomass charcoal can improve its physicochemical properties,promote plant growth,and solidify heavy metals,thus providing a scientific basis for the resource utilization of
8、 phosphogypsum.Key words phosphogypsum;improvement;ryegrass;heavy metals;microbial community磷石膏（PG）是湿法生产磷酸产生的固体废物，含有较高的磷酸盐、硫酸盐、氟化物及微量金属元素，综合利用率仅为总产量的 15%1。目前，大多数磷石膏处理方式为堆放，占用大量耕地面积，受雨水渗漏还会对堆场周围环境造成污染2。因此，对磷石膏的资源化利用迫在眉睫。磷石膏含有磷酸盐和部分矿物元素等植物必须的营养组分，因此可将其改良后作为植物生长基质。研究表明，添加富含养分、有益微量元素且具备碱性的改良剂可明显改善磷石膏基质的
9、性质3。杨丹4将磷石膏施入被菱镁矿粉尘污染的土壤中，可有效改善土壤理化性质，促进植物生长。罗希榕等5添加不同比例的磷石膏与城市垃圾堆肥组成基质，播种 4 种常见冷季型草坪草，发现添加磷石膏可促进多年生黑麦草和高羊茅的生长，提高草坪质量。生物质炭可促进基质真菌的大量繁殖，提高基质真菌的活性和基质中微生物群落多样性及丰富度6。黑麦草是常见的多年生冷季型草坪草，其须根发达、生长速度快，对重金属污染的土壤具有较强的适应能力7，而且在碱性环境下可积累脯氨酸来保护植物的稳定性8。同时，黑麦草在磷石膏基质中生长特性较好，对重金属具有一定吸收作用9。本试验以贵州省磷化集团堆存磷石膏为原料，将其改良后种植黑麦草
10、，探究改良磷石膏基质对黑麦草生长和基质中微生物群落及渗滤液组分的影响，为磷石膏的资源化利用提供理论依据。1 试验部分1.1 原料 生物质炭为刺梨渣经 400 厌氧炭化所得；磷石膏，来自贵州磷化集团磷石膏堆场；菌渣，取自某香菇厂；赤泥，来自贵州广铝氧化铝有限公司。原料主要理化性质，见表 1。收稿日期：2023-04-13基金项目：贵州省科技计划项目黔科合支撑（20192864 号）。*通信作者，E-mail：。-29-表 1 部分基质基本理化性质原料pH速效磷/(g/kg)速效钾/(g/kg)碱解氮/(mg/kg)磷石膏3.854.9573.2116.80生物质炭8.120.8516.3445.
11、85菌渣7.730.121.4832.25赤泥11.320.080.541.531.2 试验方法 将磷石膏、菌渣、赤泥破碎后在烘箱中于 60 烘干，分装在清洁自封袋内备用。盆栽试验设 6 个处理组，试验设计方案，见表 2。表 2 设计方案处理组方案CK100%磷石膏Q60磷石膏 5%生物质炭+10赤泥+5%生石灰+20%菌渣全部混匀NQ60磷石膏+5%生物质炭 10赤泥+20%菌渣全部混匀MQ 60磷石膏+5%生物质炭 10赤泥+10%菌渣+5%碳酸岩粉全部混匀，10%菌渣作底层MC 60磷石膏+5%生物质炭 10赤泥+10%菌渣混匀，5%碳酸岩粉作中间层，10%菌渣作底层C 60磷石膏+5%
12、生物质炭 10赤泥+10%菌渣混匀，5%生石灰中间层，10%菌渣作底层根据表 2 将各基质充分混匀后，铺入底部有小孔的塑料花盆中。花盆底部小孔上铺 0.125 mm 孔径的尼龙筛网，花盆底部套有滤液收集盆。每盆基质总质量 750 g，每个处理设置 3 个平行。黑麦草种子用温水浸泡 12 h 后，挑选 150 粒颗粒饱满的种子用于盆栽试验，播种后保证采光、浇水量一致。定期收集自然降水产生的渗滤液，随后换上洁净的收集盆，重复上述步骤。1.3 分析方法 黑麦草种植后的第 7 d 测定种子发芽率；在第 75 d 采用直尺测量株高。盆栽结束后，采集黑麦草叶片采用乙醇提取后使用分光光度法测定光合色素含量。
13、将其余黑麦草 105 杀青后烘干，采用质量法测定生物量；烘干后的黑麦草粉碎研磨采用 HNO3-HClO4消解，用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）仪测定重金属含量；采用 HANNA-HI98130型便携式多参数测试仪测定渗滤液 pH、电导率（EC）和总溶解性固体（TDS）；采用氟试剂分光光度法测定氟离子浓度；采用 HNO3-HClO4高压消解后测定渗滤液中重金属浓度；采用钼锑抗比色法测定基质中速效磷含量10；采用火焰光度计测定速效钾含量11；采用碱解扩散法测定碱解氮含量12；采集附着在植株根部的部分基质送至生工（上海）生物工程有限公司测定基质中的微生物群落结构13。以上试验均重复 3 次。2
14、 结果与讨论2.1 改良磷石膏基质对黑麦草生长情况影响 改良磷石膏基质对黑麦草生长情况的影响，见图 1。图 1 中不同处理组间字母不同表示存在显著性差异（Duncan 法，P0.05，下同)。a-发芽率、株高；b-光合色素；c-产量图1 混合磷石膏基质对黑麦草的生长影响情况从图 1a 可看出，改良磷石膏基质均能有效促进黑麦草萌发和生长，除 Q 组外均与对照组差异显著（P0.05）。由于磷石膏 pH 低，且遇水易板结，因此抑制了黑麦草种子萌发和幼苗的生长。其中 C 处理组中黑麦草种子发芽率和株高分别为 32.33%和35.09 cm，较对照组提高 32.33%和 29.7%。从图 1b可看出，各
15、改良磷石膏基质的营养结构和物理结构更有利于黑麦草生长，改良组的黑麦草叶中叶绿素和类胡萝卜素含量均较对照组有所增加。从图1c可看出，光合色素含量增加可有效促进黑麦草的生长，随着改良组分的添加，黑麦草产量（干鲜重）显著提高，差异显著（P0.05）。表明添加改良基质可以促进黑麦草的生长，增加黑麦草产量，主要是因为各改良组分中含有的氮、磷、钾等养分促进了黑麦草的生长。C 处理组中，黑麦草鲜重增加 133%，干重增加 196%，因此，该处理组基质对黑麦草的生长更有益。2.2 改良磷石膏基质对渗滤液理化性质影响 基质渗滤液的 pH、EC、TDS 与植物营养元素的吸收有直接关系，通过影响基质养分存在状态、转
16、化、有效性和植物根系对营养元素的吸收，从而影响植物的生长发育14。定期测定各处理组渗滤液的 pH、EC、TDS 的变化，结果见图 2。从图 2a 可看出，100%磷石膏基质渗滤液 pH 值为 3.60 左右，添加改良基质后 pH 值显著升至 8.00 左右，且在 75 d 内保持稳定。这是因为改良基质中加入的赤泥和生物质炭均为碱性，碳酸盐岩粉末可中和强CK Q NQ MQ MC C编号403020100发芽率/%403020100株高/cm发芽率株高CK Q NQ MQ MC C编号1.20.90.60.30.0叶绿素/(mg/g)1.00.80.60.40.20.0类胡萝卜素/(mg/g)叶绿素类胡萝卜素CK Q NQ MQ MC C编号1612840鲜重/g534210干重/g鲜重干重abcba ababaabaaadaccdaaaaabbcadcccbbaabcbcbaa 改良磷石膏对黑麦草生长及渗滤液的影响曾 维，尹 辉，刘 方，等-30-第46卷第3期 非金属矿 2023年5月酸，有效提高基质的 pH 值，更有利于黑麦草生长。从图 2b、2c 可看出，改良基质渗滤液的 EC