张俊英， 许永利， 李富平
(1．华北理工大学化学工程学院；2．华北理工大学矿业工程学院；河北省矿、Ip开发与安全技术重点实验室，河北唐山063009)
摘要：盆栽条件下，将2种保水剂黑金子和旱露植宝分别以质量比0.4%、0.60矗及0.8%的用量应用于铁尾矿植物（香葱）复垦中，研究其对于植物（香葱）生长及铁尾矿性质的影响。结果表明：香葱在铁尾矿巾培养30 d后，黑金子保水剂处理下香葱根系干重依次比对照增加了30.00%、25.00%及-10.00%．0.4%和0.6%处理与对照之问差异显著(P<0.05)。旱露植宝处理下的根系干重则比对照依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且0.4%处理的单株香葱的总干重最大，差异显著(JD<0.05)。2种保水剂可以有效提高铁尾矿的含水率和总孔隙度，降低铁尾矿容重。总之，在铁尾矿植被复垦中保水剂黑金子可选择0.6%、旱露植宝选择0.4%的添加量效果最优。
关键词：保水剂；铁尾矿；香葱；容重；总孔隙度
铁尾矿因其砂性强，作为矿业开采的固体废弃物大量堆积，占用大面积土地，同时大量铁尾矿的堆积会在大风天气产生扬尘，污染空气环境，从而对农业环境和人民生活环境造成极大危害。铁尾矿的处理显得尤为重要，然而大量尾矿堆积较好的方法为植被复垦，这样既可以实现植被覆盖，防止风沙、扬尘的产生，又可保持水土，涵养水分，促进尾矿生态环境的恢复。植被的生态恢复中，铁尾矿的保水性是关键问题，尾矿的砂性直接导致铁尾矿复垦时水分难以保存，导致苗木成活难度加大，草本植物更容易因为水分缺乏导致苗期即大片死亡。因此，保水剂的选择与应用成为重要的解决途径，保水剂作为储存水分的重要介质，已经被广泛用于生产实践当中。
黑金子保水剂和旱露植宝保水剂为应用广泛的主要类型，黑金子可以促进脐橙果实膨大及品质。旱露植宝可提高苗木成活率和生长量。但是，这些保水剂在铁尾矿植被复垦中的应用尚不多见。因此，本研究旨在，选择不同添加量的保水剂作为改善铁尾矿水分的措施，保证植物根系的水分供应，为植物定植提供保证。
1 材料与方法
1.1 试验地概况及供试材料
铁尾矿：取自河北省迁安市马兰庄铁矿尾矿库，其pH为8.38。河北省迁安市，属温带半湿润季风性气候。全年平均气温10.1℃，常年降水量735 mm，年均日照110.7 d，年均无霜期172 d。
保水剂：黑金子农林保水剂，含有无机矿物与植物生长促进素的高分子吸水材料，小颗粒状，褐色，购自唐山博亚树脂有限公司，中性。旱露植宝多功能保水剂，具有营养缓释、保水、抗旱等多种功能，购自北京绿色奇点科技发展有限公司，中性。
供试植物为香葱，该植物喜凉爽，具有较强的耐寒性、耐热性，发芽适温为13—20℃，根系生长适宜地温14～18℃，在气温28℃以上生长速度慢。香葱根系分布浅，需水量比大葱要少，对光照条件要求中等强度。将它移栽于铁尾矿上，既可作为尾矿的复垦植物，也可增加尾矿复垦的经济收益。
试验盆钵为容积1L的盆底带孔且有底托的塑料盆。
1.2 试验处理及植物培养
试验设置铁尾矿中添加2种保水剂，黑金子保水剂(A)和旱露植宝保水剂(B)，3个添加水平（质量比）:0.4%(Al、B1)、0.6%( A2、B2)、0.8%( A3，B3)。同时设置不施用保水剂铁尾矿作为对照(CK)。每个处理4次重复。
每盆装入铁尾矿1.2 kg保水剂添加方法：先在盆中放入一半铁尾矿，然后将保水剂均匀铺成一层，覆盖在铁尾矿上，然后放入剩余铁尾矿。每盆移栽4株高度和生物量基本一致的香葱苗，于背光处缓苗约24 h，缓苗后开始光照，光照时间为14 h/d。每天按时添加水分，用水量为每盆150 mL。
香葱苗于光照培养室培养4周后收获。
1.3 测定项目与方法
植物性状：株高、根长、植物生物量分地上部和根系分别收获，测定鲜重和干重，收获样品后于105℃杀青30 min，然后于70℃鼓风干燥箱内烘干至恒重。
铁尾矿性质测定：环刀法测容重和孔隙度；烘干法测含水率。甘汞pH计测pH。
1.4 作图与统计分析
作图采用Exce12003，统计软件为SPSS17.0。
2 结果与讨论
2.1 2种保水剂的施用对铁尾矿中香葱生长的影响
2 .1.1 各处理香葱株高和根长的变化
从香葱的株高来看（图1），2种保水剂之间没有显著差异，而且与对照相比均无显著差异。保水剂对于株高的影响在30 d内没有明显的差异。
黑金子(A3)处理的香葱根长比对照香葱的根长高出24.1%；旱露植宝(Bl)处理香葱根长比对照香葱根长高出10.3%。可见黑金子的用量较高时可提高香葱的根长；而旱露植宝则用量较低时促进作用明显，量多时反而不利于根系生长（图2）。
2 .1.2 香葱生物量的变化
生物量能够更好地反映植物在有保水剂存在的情况下的变化，保水剂对地上部生物量促进作用不明显，更多地体现在对植物根系的促进作用上（表1）。
使用黑金子保水剂处理的铁尾矿中，香葱的根系鲜重依次比对照增加了11.96%、27.30%及1.23%，而根系干重则比对照依次增加了30.00%、25.00%及-10.00%．Al和A2处理与对照之间差异显著(P<0.05)。旱露植宝处理下的根系鲜重则比对照依次提高了21.17%、1.23%及5.83%；根系干重则依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且差异显著(P<0.05)。单株香葱的总干重则以B1处理最大。可见，旱露植宝在0.4%处理下更有利于香葱的生长。
有研究表明，施用保水剂能增强植物根系活力，促进植物根系发育；增加苗木的高生长和地径生长，提高生物量和干物质的积累。黑金子保水剂可以提高火炬松的株高和地径。旱露植宝则可促进油松幼苗生长。本研究结果与前人研究相同，2种保水剂均可显著提高香葱根系干鲜重。
2.2 2种保水剂的施用对铁尾矿理化性质的影响
保水剂可以大幅度提高铁尾矿的含水率，黑金子处理铁尾矿中含水率依次比对照分别提高了6.97倍、5.48倍及4.57倍；旱露植宝处理铁尾矿中含水率依次比对照提高了6.05倍、5.69倍及3.77倍（表2）。说明保水剂确实可以大幅度提高铁尾矿的保水性能，黑金子保水剂的保水性能稍强些。
保水剂的应用有效降低了铁尾矿的容重，如黑金子保水剂处理下的容重依次比对照降低了4.23%、9.16%及13.78%。旱露植宝处理下铁尾矿容重依次比对照降低了11.52%、19.56%以及24.22%。可见，旱露植宝对铁尾矿的容重降低作用更好些。
总孔隙度则随着保水剂的施用而增大，黑金子处理依次增加了3.72%、7.91%及11.83%0旱露植宝处理的总孔隙度则依次增加了9.91%、16.75%及20.71%，增幅高于黑金子处理。
种植香葱后铁尾矿的pH值也发生较大变化，对照铁尾矿的pH降低为7.87;黑金子则比对照提升了0.85—1.45个单位。旱露植宝的pH有增有减，最低降了0.09个单位；最高增了0.01个单位，变化幅度很小。
土壤容重和孔隙度可以反映土壤松紧状况，直接影响植物生长发育。土壤容重小，表明土壤比较疏松，孔隙多；反之，土粒容重大，表明土壤比较紧实，结构性差，孔隙少；一般土壤的孔隙度在30%—60%之间，对旱作土壤来说，其耕层孔隙度在50%或稍大于50%较好。植物适宜生长的土壤pH -般为中性和微酸性。
2.3 保水剂与植物性状及尾矿性状的关系分析
由表3可知，对照铁尾矿的容重与植物生长关系密切，其与地上部鲜重呈显著负相关（r=-0.970*），与植株鲜重相关系数为0.629；而与植株地上部干重呈显著正相关（r=0.975*）。黑金子保水剂处理下，铁尾矿容重与香葱根系鲜重呈现正相关关系，但是随着保水剂用量增加，相关系数下降，说明保水剂用量增加对于容重的影响减小。水分充足时黑金子保水剂对蒸馏水的吸水倍率达到200多倍，但是在土壤溶液中会下降36.6%。保水剂用量为0.4%时，铁尾矿容重与地上部干重显著正相关（r=0.959*），到用量为0.6%和0.8%时相关系数下降为0.897和0.440，可见黑金子用量低对容重的作用更适合地上部干物质的积累。旱露植宝对于容重的影响较小，多数情况下呈现负相关关系，在其用量为0.8%时，容重与根系干重正相关，相关系数为0.757，但是不显著；而此用量下容重与香葱单株总鲜重显著负相关（r=-0.980*），这可能因为水分在此次研究中并未成为控制因子，因此大量保水剂的应用反而不利于植物鲜重的积累，但是对根系干重有一定的促进作用。
铁尾矿的总孔隙度在对照条件下，并未对植物的生长表现出显著的影响。黑金子保水剂用量在0.6%时与地上部显著负相关（r=-0.964#），随着保水剂用增加相关系数逐渐下降。而旱露植宝在0.6%时孔隙度与植株鲜重正相关，r=0.922，但不显著。
铁尾矿含水率与植株生长相关性较好，对照条件下的含水率与植株各指标相关性除了地上部干重的相关系数为0.772外，与其他指标间系数均较低。黑金子保水剂用量为0.4%时含水率与根长显著负相关（r=-0.950*）。旱露植宝处理的含水率在用量为0.4%时与株高极显著正相关( r=0.996*)；与根长显著正相关（r=0.972*）。用量为0.8%时含水率与植株鲜重显著负相关（r=-0.980*）。含水率与植株相关性的正负，说明了保水剂有适宜的用量，同时也存在保水剂性能的特点，黑金子主要有保水性能；旱露植宝除了保水性还有抗旱、生根等多种特征功能，因此2种保水剂对植株生长的表现自然存在差异。
pH对植株生长的作用也随着处理不同而有差异。如对照pH与根长和地上部鲜重相关系数较大，分别为0.904和0.859，差异不显著。施用黑金子处理的铁尾矿pH与植物生长的相关性较大的为0.6%处理，且此处理下pH与植株鲜重极显著正相关(r=0.993*)；旱露植宝处理在用量为0.4%和0.8%处理下的pH分别与植株总干重和地上部鲜重显著正相关（r=0.981}和r=0.973*）。
综合考虑上述因素，选择铁尾矿保水剂时，黑金子选择0.6%的添加量，旱露植宝选择0.4%的添加量。
3 结论
(1)2种保水剂在添加量为0.4%、0.6%、0.8%时，香葱在铁尾矿中生长30 d后，黑金子处理的香葱根系鲜重依次比对照增加了11.96%、27.30%及1.23%，干重则依次增加了30.00%、25.00%及-10.00%，0.4%和0.6%添加量下对照之间差异显著(P<0.05)。旱露植宝处理下的根系鲜重比对照依次提高了21.170A、1.23%及5.83%；根系干重则依次增加了17.94%、16.18%及6.91%，且0.4%处理的单株香葱的总干重最大，差异显著（P<0.05）。
(2)2种保水剂可有效提高铁尾矿的含水率和总孔隙度，降低铁尾矿容重。黑金子可提升铁尾矿pH值，旱露植宝则有增有减，但变幅较小。
(3)铁尾矿植被复垦中保水剂黑金子可选择0.6%、旱露植宝选择0.4%的添加量植物生长效果最优。
铁尾矿上植物生长的重要限制因子之一为水分，不使用保水剂时，植物幼苗栽植后一般每天定时供水至少2次，直至植物成功定植，这期间需要消耗大量的人力、物力和能源，提高了复垦的成本。保水剂的施用，将缓解因水分造成的不必要资金支出，大幅度节约尾矿复垦成本，提高植物的成活率和定植率，因此保水剂在尾矿复垦中起着非常重要的作用，有着非常广阔的应用前景。
