磷石膏基质改良配方筛选及多年生黑麦草生长特性研究
改良剂对培养基理化性质及黑麦草生长特性的影响
山东农业大学学报(自然科学版),2023,54(4):523-529VOL.54NO.42023 Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.007改良剂对培养基理化性质及黑麦草生长特性的影响苟万里1,朱忠亮1,廖永波2,田庆容1,陈天娇11.贵阳学院生物与环境工程学院,贵州贵阳5500052.贵州西洋实业有限公司,贵州息烽551107摘要:为探索培养基改良剂的特性及其对黑麦草生长特性的影响，本文首先以全磷石膏、全营养土和添加了改良剂的磷石膏（改良剂包括稻壳粉、玉米秸杆粉、油菜秸杆粉、煤渣、石英砂等）为基质种植黑麦草，观察其生长表现；然后用稻壳粉和煤渣分别以5种比例加入磷石膏（磷石膏:稻壳粉=20:1~60:1，磷石膏:煤渣=3:1~20:1）作为基质并以全营养土、全磷石膏为对照种植黑麦草，分析黑麦草的生长特性和基质的理化指标，评价改良效果。
结果表明，添加改良剂后黑麦草的生长表现显著优于全磷石膏组；生长表现最好的两个组分别是磷石膏:稻壳粉（20:1）和磷石膏:稻壳粉（30:1）；在一定范围内，稻壳粉添加越多越利于黑麦草生长，煤渣添加越多越不利于黑麦草生长；稻壳粉或煤渣可改善基质的pH、SMC和容重，且用量越大改善效果越明显。
因此，稻壳粉是比较理想的磷石膏改良剂，基质的容重、毛管孔隙度及SMC可用于评价磷石膏改良剂的改良效果。
关键词:改良剂;基质;黑麦草中图法分类号:X751文献标识码:A文章编号:1000-2324(2023)04-0523-07 Influence of Several Phosphogypsum Amendments on Physicochemical Properties of Substrates and Growth Characteristics of Lolium perenne L. GOU Wan-li1,ZHU Zhong-liang1,LIAO Yong-bo2,TIAN Qing-rong1,CHEN Tian-jiao11.Guiyang University,Biology and Environmental engineering collogy,Guiyang550005,China2.Guizhou Xiyang Industrial Co.,Ltd.,Xifeng551107,ChinaAbstract:To explore the effects modifiers on mediums and growth of Lolium perenne L.At first,The growth characteristics of L.perenne L.seeds planted in green house on PG substrate or the PG substrateds amended with the rice husk powder(RH), the corn stover powder(CS),the rape stem powder(RS),the coal cinder(CC),and the arenaceous quartz(AQ),respectively, were observed.Then,L.perenne L.seeds were planted on the PG:RH substrates(w/w,20:1~60:1,5series),the PG:CC substrateds(w/w,3:1~20:1,5series),the PG substrate,and the nutrient soil substrate(NS),respectively.The growth characteristics and the physiological traits of L.perenne L.,the physicochemical properties,were studied.The results showed as follows:The growth characters of L.perenne L.planted on any amended PG substrates were significantly better than on the PG substrate.Results showed that the growth performance of L.perenne L.after adding modifier was significantly better than that of total phosphogypsum group;The two groups with the best growth performance were phosphogypsum:rice hull powder(20:1)and phosphogypsum:rice hull powder(30:1);In a certain range,the more rice husk powder was added,the better the growth of L.perenne L.was.The more cinder was added,the worse the growth of ryegrass was;Rice hull powder or coal cinder can improve the pH,SMC and bulk density of the substrate,and the greater the amount,the more obvious the improvement effect.It was believed that the RH is an ideal PG amendment,and that the BD,the SMC,and the capillary porosity of substrateds can be used to judge the effect of the PG amendments.Keywords:Modifier;medium;Lolium perenne L.磷石膏（PG）是硫酸分解磷矿萃取磷酸的主要工业固体废弃物，其处置一直是一个世界性难题[1]。
“一种提高多年生黑麦草愈伤组织再生率的方法”获国家发明专利授权
科 技 与 产 品
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种提 高多年生黑麦草愈伤 组织再生率的方 法 ”获 国家发 明专利授权
８月 １ ５日， 由中国科学 院武汉 植物 园 “ 百人计划 ”入选者傅金 民研 究员 、郭慧娟硕 士和娄燕宏助 理研 究员共 同发 明的 “ 一种提高 多年生 黑麦草 愈伤组 织再生率的方法 ” （ Ｚ Ｌ ２ ０ １ ３ １ ０ ２ ８ ４ ０ ４ ８ ． ５ ）获国家发 明专利
良困难 且复杂。 近年来 ，随着 植物基 因工程的迅速 发展，转基 因技术在草 品种 改 良中受 到越 来越， 泛 的重视 。组织 培
养和遗传转化 技术 的发 展为草 品种 的遗 传改 良开辟 了更加广 阔的天地 。通过 转基因方法 ，将 调控优 良性状
的基 因直接 导入到植物 体 内，省时省 力。建立高效 的遗 传转化体 系是开展植物基 因工程 改 良的重要前提 。 目前，所用的转化方法主要有基因枪法、原生质体直接吸入法 、碳化硅纤维法 以及农杆菌介导法 。
（ 郑庆伟 ）
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授权 。
多年生黑麦草 （ Ｌ ｏ ｌ ｉ ｕ ｍ ｐ ｅ ｒ ｅ ｎ ｎ ｅ Ｌ ¨ ） 是我 国一种重要 的冷季型牧 草和 草坪草 。多年生黑麦草草质优 良， 叶量丰 富，茎叶柔嫩 ，适 口性好 ，是 马、牛 、羊 、兔 草食家 畜的优 良牧草 ，也是养鱼 的好 饲料 ，产量 高 ，
水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究
第42卷第12期2023年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.12December,2023水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究屈俊童1,栾凯钰1,浦钧翔1,王文彬1,龙宁波2(1.云南大学建筑与规划学院,昆明㊀650504;2.黄河水利委员会,郑州㊀450053)摘要:为了研究水泥-磷石膏的综合改良对昆明滇池地区泥炭质土动力特性的影响效果,基于前期已有的室内试验成果,对掺入不同含量水泥和磷石膏的改良泥炭质土进行室内动三轴试验,重点研究了其动力响应和强度特性在不同围压㊁加载频率㊁掺量㊁固结比㊁动应力幅值条件下所受的影响,分析了N =6振级下的滞回曲线变化规律以及XRD 测试结果㊂研究表明,经改良后的泥炭质土动力特性有极大的变化㊂在仅掺入水泥作为主改良剂的基础上,刚度和弹性得到一些提升㊂之后加入磷石膏作为外加剂,二者综合作用下的提升效果更加明显,抗变形能力显著提升,土体能量消散能力降低,滞回曲线有明显向纵坐标轴偏转的趋势㊂由此说明相较于水泥的单一作用,水泥-磷石膏的复合作用对改良泥炭质土的土体刚度和弹性有着更加显著的提升作用,极大地提升了抗震性能,改良后的泥炭质土可以更好地应用于相关的实际工程㊂关键词:泥炭质土;水泥-磷石膏;固化剂;动力特性;滞回曲线中图分类号:TU411㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)12-4427-11Dynamic Characteristics of Cement-Phosphogypsum Improving Peaty SoilQU Juntong 1,LUAN Kaiyu 1,PU Junxiang 1,WANG Wenbin 1,LONG Ningbo 2(1.School of Architecture and Urban Planning,Yunnan University,Kunming 650504,China;2.Yellow River Conservancy Commission,Zhengzhou 450053,China)Abstract :In order to study the effect of cement-phosphogypsum comprehensive improvement on the dynamic characteristics of peaty soil in Dianchi area of Kunming,the laboratory dynamic triaxial test of improved peaty soil with different content of cement and phosphogypsum was carried out based on the previous laboratory test results.The effects of dynamic response and strength characteristics under different confining pressures,loading frequencies,dosages,consolidation ratios anddynamic stress amplitudes were mainly studied.The hysteresis curve change law at N =6vibration level and the results of XRD test were analyzed.The results show that the dynamic characteristics of improved peaty soil change greatly.On the basis of separately adding cement as the main modifier,the stiffness and elasticity have been slightly improved.After adding phosphogypsum as an admixture,the combined effect is more obvious,the deformation resistance is improved significantly,the energy dissipation ability of soil is reduced,and the hysteresis curve has an obvious tendency to deflect to the longitudinal axis,which indicates that compared to the single action of cement,the composite action of cement-phosphogypsum has a more significant improvement effect on the soil stiffness and elasticity of the improved peaty soil,greatly improving the seismic performance.The improved peaty soil can be better applied to relevant practical engineering.Key words :peaty soil;cement-phosphogypsum;curing agent;dynamic characteristic;hysteretic curve 收稿日期:2023-07-26;修订日期:2023-09-25作者简介:屈俊童(1978 ),男,博士,教授㊂主要从事岩土工程及工程抗震的研究㊂E-mail:979061625@通信作者:浦钧翔,硕士研究生㊂E-mail:1561185471@ 0㊀引㊀言泥炭质土是一种由大量植物残体在适宜气候㊁温度㊁缺氧等条件下,经过复杂的生物㊁物理和化学作用沉积㊁碳化而成的特殊土体[1]㊂存在于土体中大量未分解的植物残骸使泥炭质土具有较大的孔隙结构和海绵状结构,因此泥炭质土的物理性质较差,主要体现在有机质含量占比大㊁含水量大㊁强度低㊁压缩性强㊁固结慢㊁渗透性低等方面[2]㊂在昆明滇池附近区域广泛分布着泥炭质土层,由于其特殊的力学性质,给昆明市的4428㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷基础设施建设工程带来了很大的困难,类似于建筑物不均匀沉降㊁沉降时间长㊁地基失稳破坏等问题时常发生[3]㊂特别是以地铁㊁隧道等轨道交通为代表的地下建设工程,仅考虑静载下的土体受力状态不能满足实际工程需要,通常需要重点考虑受地震或周围物体共振影响所引发的动荷载问题[4]㊂为了更好地解决泥炭质土中存在的工程问题,可以将土体进行改良处理,达到提升性能的目的㊂土体改良的方法有很多种,例如机械致密㊁排水等考虑物理性质方面的改良法,或者掺入固化剂等考虑化学性质方面的改良法㊂在实际的工程建设应用中,最常见且有效的改良方法就是化学改良法,将某些材料加入土体之中,使其和土体发生化学反应,提高土体的力学性质,例如将石灰㊁水泥㊁沥青㊁粉煤灰㊁氢氧化钠㊁微生物等相对经济实用的材料作为土体的化学改良剂[5]㊂现如今国内外众多学者都对泥炭质土的固化改良和动力特性做了一定的研究㊂谢宝琎等[6]通过压实试验㊁无侧限抗压强度试验分析了滇池泥炭质土的工程特性,并研究了在不同水泥掺杂量下水泥改良泥炭质土无侧限抗压强度的变化㊂Wong等[7]利用高岭土㊁复合硅酸盐水泥㊁氯化钙和硅砂等材料对泥炭质土进行固化试验,测量了无侧限抗压强度和渗透率,发现掺入质量分数为10%的高岭土能够使改良后的土体强度提升30%左右㊂蒋卓吟等[8]使用不同配比的水泥㊁固化剂和建筑渣土进行泥炭质土的改良研究,得出可以通过加入建筑渣土和延长养护时间的方法来得到所需的固化效果的结论㊂张文豪等[9]利用水泥和高钙粉煤灰作为添加剂对滇池地区的泥炭质土进行改良研究,得到了混合掺料的改良效果要优于单一材料的结论,且质量分数为6%的水泥和12%的高钙粉煤灰为最佳配比㊂朱云强等[10]采用不同掺量的水泥和玄武岩纤维对滇池地区的泥炭质土进行改良处理,进行了室内动三轴试验,研究了不同水泥掺量和固化剂对改良泥炭质土滞回曲线的影响㊂商拥辉等[11]探究重载列车动载作用下路基的动力特性,通过使用水泥对膨胀土进行改良,并对路基改良土的动力特性进行分析,试验结果表明,当水泥质量分数为5%和3%的改良膨胀土分别作为路基基底与以下路堤填料时,改良膨胀土路基可以满足动强度稳定要求和动变形要求㊂段俊彪[12]对水泥及石灰改良土填料动力特性进行分析,通过采用振动三轴试验,分析了水泥及石灰改良土的动力特性,试验结果表明,改良后土体的动强度要低于静强度,石灰改良土和水泥改良土的动静比差别较大㊂段自侠[13]在动三轴试验基础上,根据 H-D 模型,对泥炭质土滞回曲线㊁动弹性模量㊁动剪切模量进行了定量分析,提出了泥炭质土回归拟合方程㊂根据前人的研究结果可知,水泥作为改良剂普遍应用于土体中,但单掺水泥的改良效果往往不如复掺添加剂的效果,通常需要依赖两种以上的改良剂相互作用才能得到理想的效果㊂一般需要将改良后的土体进行相关试验,测定其强度及变性特性,最终得出合适的配比方案,才能够应用于亟待解决的工程问题㊂本文以昆明滇池地区泥炭质土为研究对象,根据已有的室内静三轴试验结果,在单掺水泥的基础之上,添加了磷石膏作为外加剂进行改良,根据不同的配比制作试样,进行室内动三轴试验和XRD测试,研究了土体在不同围压㊁加载频率㊁掺量㊁固结比㊁动应力幅值条件下改良前后的动力变化特点,以及微观视角下不同水泥-磷石膏掺量下的结构特点,为改良泥炭质土(下文简称改良土)在公路㊁隧道等实际工程应用提供了一定的参考价值㊂1㊀实㊀验1.1㊀试验材料泥炭质土广泛分布在滇池区域,且主要是湖积相,分布广泛且土层较厚,水㊁矿物质㊁有机质是泥炭质土的主要成分㊂本次试验所用土样为昆明市西山区滇池周边某小区项目基坑土㊂由于现实条件的限制,以及原状土取样难度较大,保存方式较为严格,本次试验采用的是扰动后的土样,取土深度在11~14m㊂取土后再依据‘土工试验方法标准“(GB/T50123 2019)[14]对所取土样进行基础物理性质试验,结合国内外学者研究和标准规范得出其物理性质,如表1所示㊂从改良效果㊁经济多方面综合考虑,试验选用425号硅酸盐水泥作为泥炭质土改良试验的主改良剂,水泥的化学成分和物理力学性能分别如表2㊁表3所示㊂磷石膏作为外加剂,产自云南镟淦科技有限公司㊂依据‘石膏化学分析方法“(GB/T5484 2012)[15]对磷石膏进行相关指标测定,试验所用磷石膏的成分如表4所示㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4429㊀表1㊀泥炭质土的物理性质Table1㊀Physical properties of peaty soilMoisture content/%Wet density/(g㊃m-3)SpecificgravityOptimum moisturecontent/%Organiccontent/%Air dryingmoisture content/%Maximum drydensity/(g㊃m-3)Void ratio260.810 1.144 2.10047.20048.36037.6000.786 1.670表2㊀水泥的化学成分Table2㊀Chemical composition of cementComposition Loss SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO Cl-SO3Other Mass fraction/% 3.31024.9908.260 4.03051.420 3.7100.043 2.510 1.727表3㊀水泥的物理力学性能Table3㊀Physical and mechanical properties of cementItem Specific surfacearea/(m2㊃kg-1)Initial settingtime/minFinal settingtime/minFlexural strengthin3d/MPaCompressivestrength in3d/MPaStandard valueȡ300ȡ45ɤ600ȡ3.5ȡ17.0Tset value358172234 5.527.2表4㊀磷石膏的成分Table4㊀Composition of phosphogypsumComposition P2O5Ph Cl-CaO MgO F-SO3Fe2O3Al2O3Moisture content Mass fraction/%0.0040 5.08000.022031.84000.32000.003640.30000.05500.0620 6.48001.2㊀试验仪器和试样制备采用英国制造的GDS(global digital systems)动三轴仪,该仪器具有自动施加负荷㊁测量变形和采集数据等特点,可以准确测量轴向压力㊁围压㊁试样应变和孔隙水压力等数据,具有较高的稳定性和精度,能够确保试验的可靠性和准确性㊂1)击实成形:按照压实方法,首先进行试样的准备工作㊂选择最优含水率配制重塑土样,取一定质量的风干土样,将其均匀地放置在托盘中,以47.2%的含水率,向土样喷洒无气水,将其混合均匀,然后用保鲜膜封好,于室内静置24h以上㊂根据‘水泥土配合比设计规程“(JGJ/T233 2011)[16]的要求来配制改良剂,根据水灰比,量取计算好的水㊁水泥和磷石膏,混合搅拌为均匀改良剂混合浆体,然后将静置24h的重塑泥炭质土与改良剂混合浆体拌和均匀,最终制成规格为直径50mm㊁高100mm的标准样㊂根据‘水泥土配合比设计规程“(JGJ/T233 2011)[16],当确定水泥为主改良剂时,外加剂磷石膏的用量利用式(1)计算㊂m a=0.01a a m c(1)式中:m a为外加剂的质量,kg;a a为外加剂的掺量,%;m c为水泥的质量,kg㊂2)饱和处理:①将试样放在饱和容器中,在顶口涂抹凡士林,保证装置密封性,并且用保鲜膜来密封装置;②启动装置,使内部压强在规定范围内持续2h以上;③在完成抽气过程后,将进水开关打开,让无气水进到装置中,此过程中保持仪表板上数值不变;④在无气水水面高于试样2cm的时候,关掉设备的全部开关,让导流管接触到空气,然后再打开进水的阀门,让空气流入装置,然后放置24h以上㊂根据段自侠[13]的试验方法,对试样贴滤纸条㊂之后把试样放到动三轴仪上,利用高级加载模块,设定围压㊁反压以及时间,在每次增压后的反压体积保持恒定的情况下,视为本阶段已达到饱和,且保证围压比反压大20kPa,在这时要检查高级加载模块中B的数值(孔压增加值/围压增加值),其达到0.95及以上可视为饱和,否则就会进行下一步的加压,直到B的数值满足要求为止㊂3)试样固结:利用高级加载模块设定固结过程㊂当反压饱和之后,保持反压恒定,将分级加载固结压力㊂按照每级25kPa加压,每个阶段的固结压力设定加压时间为20min㊂固结稳定标准为:在5min之内孔4430㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷隙水压力没有变化的情况下,可视为完成固结;偏压固结中5min内轴向应变小于0.005则视为完成固结[17]㊂1.3㊀试验方案根据前期已进行的改良土单掺试验㊁静三轴室内试验,可以得出以下结论:1)通过制备改良土试样,进行了单掺试验无侧限抗压强度分析,确定了质量分数20%为水泥的基准配比㊂2)磷石膏的掺入可明显提高改良土的强度,当磷石膏掺量由0%提高至15%(质量分数,下同)时,对改良土的强度有明显的提高㊂而在磷石膏掺量由15%提高至30%的过程中,强度的增率降低,水泥-磷石膏改良土所对应的无侧限抗压强度大致表现出线性增加趋势,改良土的无侧限抗压强度增长效率相对较大,确定磷石膏最佳掺量为30%㊂3)由静三轴试验结果可知,主应力差表现出脆性破坏特征,水泥和水泥-磷石膏掺量为15%时更符合试验结果分析,没有发生明显脆性破坏,主应力差也相比其他掺量更大,当掺量超过15%时,曲线开始从 应变硬化型 向 应变软化型 转变㊂此次动三轴试验主要研究水泥改良土和水泥-磷石膏改良土的动力滞回特性,所以需综合考虑多个因素,对于如何选择合适的试验参数,标准[14]和规程[18]中并无明确的解释与规定,本文便基于已有的理论与实践,选择合适的试验参数㊂结合上述结论和试验变化规律,考虑水泥和磷石膏的配比情况,动三轴试验方案如表5㊁表6所示㊂表5㊀水泥改良土动三轴试验方案Table5㊀Dynamic triaxial test scheme for cement improving soilTest number Cement massfraction/%Confiningpressureσ3c/kPaConsolidationratio K c Frequencyf/HzAmplitude of dynamicstressσd/kPa Test terminationcondition110100 1.001 215100 1.001 315100 1.002 415100 1.003 515100 1.251 615100 1.501 715150 1.001 815200 1.001 920100 1.001The initial dynamic stress amplitude is25kPa,and then it is loadedstep by step,each stage increases by5kPa,each stage is vibrated12times,and the maximum dynamic stressis50kPaThe maximum dynamicstress is achieved,orthe axial strain is5%or the loadingcycle is5000表6㊀水泥-磷石膏改良土动三轴试验方案Table6㊀Dynamic triaxial test scheme for cement-phosphogypsum improving soilTest number Cement-phosphogypsummass fraction/%Confiningpressureσ3c/kPaConsolidationratio K c Frequencyf/HzAmplitude ofdynamic stressσd/kPa Test terminationcondition110100 1.001 215100 1.001 315100 1.002 415100 1.003 515100 1.251 615100 1.501 715150 1.001 815200 1.001 920100 1.001The initial dynamic stress amplitude is25kPa,andthen it is loaded step bystep,each stage increasesby5kPa,each stage isvibrated12times,and the maximum dynamic stress is50kPaThe maximum dynamicstress is achieved,orthe axial strain is5%or the loadingcycle is50002㊀结果与讨论动三轴试验的数据量相对较多,为了方便研究,每组试验分别选取相对稳定振级和N=6振级研究不同试验控制条件下滞回曲线变化规律㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4431㊀2.1㊀不同围压的影响水泥掺量为15%时,在三种围压作用下水泥改良土的滞回曲线如图1所示㊂由图1可知,在相同动力荷载条件下,水泥改良土滞回圈的长轴斜率随试验围压的增加而增加㊂滞回圈整体向纵坐标轴方向旋转,即在相同的动力荷载水平下,水泥改良土的最大轴向应变随试验围压的增加而变小,而滞回圈的形态则随试验围压的增加而变得更窄,所形成的区域面积更小㊂当试验围压增加至150kPa 时,水泥改良土的刚度特性和弹性特性有比较显著的增大,在相同等级的动力荷载下,土体的变形量也有所变小㊂水泥-磷石膏掺量为15%时,在三种围压作用下水泥-磷石膏改良土的滞回曲线如图2所示㊂由图2可知,在相同动力荷载条件下,水泥-磷石膏改良土滞回圈的长轴斜率随试验围压的增加而增大,同时滞回圈整体朝着纵坐标轴方向旋转,即在相同的动力荷载水平下,水泥-磷石膏改良土的最大轴向应变和试验围压呈负相关,滞回圈所围成的面积与试验围压呈负相关㊂在相同动力荷载作用下,水泥-磷石膏改良土的变形量减小㊂说明围压对于改良土的动力性质有所影响,在一定范围内随着围压增加,试样的内部约束力会增强,从而极大地限制了在动力荷载下土体细微裂隙的产生,土体所能够承受的应力和自身的刚度会大大增加,对外界的能量耗散也会减少㊂图1㊀频率1Hz 下不同试验围压下水泥改良土滞回曲线Fig.1㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different test confining pressures with frequency of 1Hz 图2㊀频率1Hz 下不同试验围压下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.2㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different test confining pressures with frequency 1Hz2.2㊀不同加载频率的影响试验围压为100kPa,水泥掺量为15%时,水泥改良土在三种加载频率作用下的滞回曲线如图3所示㊂由图3可知,当加载频率达到2Hz 之后,滞回曲线的形状几乎不受加载频率的影响㊂这是由于将水泥添加到泥炭质土中之后,土体的物理化学性质发生变化,使土体的刚度得到极大的提升,这样在较高的加载频率作用下,所产生的振动和循环作用几乎不会对土体产生影响㊂同时可以看出,加载频率从1Hz 增加到2Hz 时,滞回曲线围成面积急剧减小,且继续增加时,面积大小几乎不受影响㊂试验围压为100kPa,水泥-磷石膏掺量为15%时,水泥-磷石膏改良土在三种加载频率作用下的滞回曲线如图4所示㊂由图4可知,当加载频率较高时,水泥-磷石膏改良土滞回曲线变化与水泥改良土规律相似,在加载频率作用下,水泥-磷石膏改良土滞回圈受影响较小,随着加载频率的增大,水泥-磷石膏改良土滞回曲线的长轴斜率略有增大,滞回圈的面积在某种程度上缩小㊂同时可以看出,在逐渐增大的荷载频率下,水泥-磷石膏改良土的弹性㊁刚度都有一定的提高,而水泥-磷石膏改良土的消耗能量能力则有一定的下降,但下降幅度很小,说明加载频率对复合改良土强度的影响微乎其微,在一定条件下可优先考虑其他因素的影响作用㊂4432㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图3㊀不同加载频率下水泥改良土滞回曲线Fig.3㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different loadingfrequencies 图4㊀不同加载频率下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.4㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different loading frequencies2.3㊀不同掺量的影响围压和加载频率一定时,水泥改良土在10%㊁15%㊁20%掺量下的滞回曲线如图5所示㊂由图5可知,不同水泥掺量的水泥改良土的滞回曲线有显著变化,当水泥掺量增加时,水泥改良土的滞回曲线明显朝着纵坐标轴方向旋转,特别是从10%到15%过程中,旋转变化最大,水泥掺量越多,滞回圈围成面积明显越小㊂同时可以看出,水泥掺量增多,水泥改良土刚度和弹性有较大提高,消耗能量能力显著下降,轴向应变逐渐减小,在水泥掺量为15%的情况下,土体抗变形能力得到了很大的提高㊂围压和加载频率一定时,水泥-磷石膏改良土在10%㊁15%㊁20%掺量下的滞回曲线如图6所示㊂由图6可知,水泥-磷石膏改良土滞回曲线变化规律与图5相似,在相同动力荷载下,当水泥-磷石膏掺量增加时,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线朝纵坐标轴方向显著旋转,围成面积显著变小㊂可以看出,当水泥-磷石膏掺量增加时,土体弹性和刚度提高较大,消耗能量能力显著降低,同水泥改良土相比,低掺量下的水泥-磷石膏改良土土体抗变形能力也可以显著提升㊂这表明在土体中加入少量的复合剂就能达到预期的强度要求,能够更加节约成本㊂图5㊀不同掺量下水泥改良土滞回曲线Fig.5㊀Hysteretic curves of cement improving soil under differentdosages 图6㊀不同掺量下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.6㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different dosages 2.4㊀不同固结比下滞回曲线的变化掺量㊁围压和加载频率一定时,水泥改良土在1.00㊁1.25㊁1.50固结比影响下的滞回曲线如图7所示㊂由图7可知,随着固结比增大,水泥改良土的滞回曲线朝着纵坐标轴略微偏转,斜率有增大趋势,水泥改良土的刚度也会随之增大,水泥改良土滞回曲线的动应力幅值基本不变,而动应变幅值有所降低,表明水泥改良土的变形与固结比呈负相关㊂同时可知,当固结比增大时,水泥改良土滞回曲线围成面积减小,表明土体的能量消散能力降低㊂第12期屈俊童等:水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究4433㊀掺量㊁围压和加载频率一定时,水泥-磷石膏改良土在1.00㊁1.25㊁1.50固结比影响下的滞回曲线如图8所示㊂由图8可知,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线变化规律与图7相似,在相同动力荷载下,随着固结比的增大,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线轻微向纵坐标轴方向旋转,水泥-磷石膏改良土滞回圈围成面积逐渐减小㊂可以看出,随着固结比的增大,水泥-磷石膏改良土的滞回曲线的偏应力幅值大致一致,但动应变幅值却有所降低,表明水泥-磷石膏改良土的变形与固结比呈负相关㊂此外,当固结比增大时,水泥-磷石膏改良土滞回圈围成面积减小,表明随着固结比的增大,土体的能量消散能力降低,规律基本和水泥改良土规律相似,动应变相应减少㊂图7㊀不同固结比下水泥改良土滞回曲线Fig.7㊀Hysteretic curves of cement improving soil under different consolidationratios 图8㊀不同固结比下水泥-磷石膏改良土滞回曲线Fig.8㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil under different consolidation ratios2.5㊀不同动应力幅值下滞回曲线的变化在掺量为15%㊁围压为100kPa 条件下,水泥改良土在不同固结比㊁加载频率和动应力幅值下的滞回曲线如图9~11所示㊂对比可知,不同动应力幅值下水泥改良土的滞回曲线形态相似,仅仅是偏应力和动应变幅值不同㊂当动应力幅值增大时,土体的偏应力㊁应变幅值也相应增大,表明土体的变形将随动应力幅值的增大而增大,说明一定范围内不同动应力幅值对于土体的影响较小,可承受的最大应力范围和应力幅值在此次试验中呈正相关趋势变化,在解决实际工程问题时可参考变化规律来制定土体参数㊂在掺量为15%㊁围压为100kPa 条件下,水泥-磷石膏在不同固结比㊁加载频率和动应力幅值下的滞回曲线如图12~14所示㊂图9㊀σ3c =100kPa㊁K c =1.00㊁f =1Hz 条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.9㊀Hysteretic curves of cement improving soil atdifferent dynamic stress amplitudes under the conditions of σ3c =100kPa,K c =1.00and f =1Hz 图10㊀σ3c =100kPa㊁K c =1.25㊁f =1Hz 条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.10㊀Hysteretic curves of cement improving soil atdifferent dynamic stress amplitudes under the conditions ofσ3c =100kPa,K c =1.25and f =1Hz4434㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图11㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=2Hz条件下水泥改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.11㊀Hysteretic curves of cement improving soil at different dynamic stress amplitudes under the conditions of σ3c=100kPa,K c=1.00and f=2Hz图12㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=1Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.12㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improving soil at different dynamic stress amplitudes under the conditions ofσ3c=100kPa,K c=1.00and f=1Hz图13㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.25㊁f=1Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.13㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improvingsoil at different dynamic stress amplitudes under theconditions ofσ3c=100kPa,K c=1.25and f=1Hz图14㊀σ3c=100kPa㊁K c=1.00㊁f=2Hz条件下水泥-磷石膏改良土在不同动应力幅值下的滞回曲线Fig.14㊀Hysteretic curves of cement-phosphogypsum improvingsoil at different dynamic stress amplitudes under theconditions ofσ3c=100kPa,K c=1.00and f=2Hz ㊀㊀对比可知,不同动应力幅值下水泥-磷石膏改良土的滞回曲线形态相似,且和水泥改良土规律相似㊂具体来说,偏应力和应变的幅值与动应力幅值呈正相关,说明土体的变形会随着动应力幅值的增大而增大,相比水泥改良土,动应变范围相对较小,整体的结构稳定性较好,在同等动应力幅度下自身应变较小,受动力荷载作用后变形更小,针对振动等特定动力条件,可设置一定参数来满足其抗震施工要求㊂2.6㊀微观机理分析土体微观结构的研究主要针对土体内部孔隙的大小㊁形状以及土颗粒或孔隙的分布情况㊁空间排列情况㊁接触关系等,通过对土体微观结构进行分析,可以进一步印证试验所得结论,从微观角度分析试验结果㊂目前,X射线衍射分析是研究物质微观结构的一种主要方法,通过采用XRD来对分析不同配比下水泥-磷石膏改良土的微观结构,结合上述宏观对比试验来分析其改良性能效果㊂利用ΧRD测试仪器制备测试所需试样的步骤如下:首先,取制备并养护7d后的20%水泥改良土和20%+15%㊁20%+30%㊁20%+45%水泥-磷石膏改良土试样;接着,将试样放入电热鼓风干燥箱以60ħ低温干燥至恒重;最后,经破碎后取中间试样,放入研钵研磨,研磨成能过300目(48μm)筛的粉末㊂通过水泥改良土㊁水泥-磷石膏改良土试样的XRD谱可以得到材料的成分㊁材料内部原子或分子的结构或形态等信息,将试样的XRD谱与已知结构物质的标准PDF卡片进行对比,可以得到土样中含有的物质成。
磷石膏、粉煤灰及活性污泥在绿化基质中的应用技术研究
贵 州 化 工
Ｇｕｚｏ Ｃ ｅ ｃ ｌｎ ｕｔｙ ｉｈ ｕ ｈ ｍｉａＩｄ ｓｒ
第３ ５卷 第 ３期
磷石膏、 粉煤灰及活性污泥在绿化基质中的应用技术研究
李木俊 吴永 贵
（ ．贵州 大学资源与环境工程 学院 ， １ 贵州 贵 阳 ５ ０ ０ ；．贵州天福 化工有限责任公 司 ， ５００２ 贵州 福泉 ５０ ０ ） ５ ５ １
材料 现 已建 成 年 产 １０ ｔ的水 泥 缓 凝 剂 项 目 ； 用 ０ｋ 利 石 膏生 产硫 酸 和联 产水 泥 Ｊ可 实 现硫 资 源 的 良性 ， 循 环 ， 有 广 阔 的 发 展 前 景 ， 蓥 峰 、 剑 公 司 的 具 而 蓝 ２ ０ ｔ 石 膏 制 硫 酸 和 ５ ０ ｔ 泥 熟 料 项 目将 在 近 ０ ｋ磷 ０ｋ水 两 年 实施 。在 化 肥 行 业 用 于 生 产 过 磷 酸钙 、 硫 酸 制
关键词
磷石 膏
粉煤灰
活 性污泥
改 良、 性土壤 改
Ａ
绿化植物
文章 编号 １０ ９ １ （０ ０ ０ ０ ０ —０ ０ ８— ４ １ ２ １ ） ３— ０ １ ６
中图分类 号
Ｔ ０ ；７ Ｑ９ Ｘ ８
文献标识码
天福 化 工有 限 责任 公 司 ３０ ｔａ合 成 氨 、５ ｋ／ ０ｋ ／ １０ ｔ
摘 要 根据 磷石膏 、 煤灰和活性 污泥三种 固体废物的理化特 性优势互补 ， 三者按 不 同比例制成 １ 粉 将 ２种人
工改 良、 改性土壤 ， 旨在筛选 出适 宜绿化植物生 长的最优 配方 ； 过在 最优配 方 的改 良土壤 上种植 多年 生黑 麦草 、 通 白三叶 、 草地 早熟禾 、 高羊茅 四种绿化 植物 ， 根据绿化植 物的生长特性作 多重 比较分 析 ， 寻找最 佳 的绿化先锋植 物 ， 结 果表明 ： 石膏： 磷 粉煤灰： 污泥的最佳 配 比是 １ ：０ １ ； 麦草 的发芽率 、 活率 、 高 、 围 、 ０ ８：０黑 成 株 茎 叶面 积均较 草地早 熟禾 、 高羊茅 和 白三叶 的优异 ； 多年生 黑麦草 的绿期 也 相对 较长 ， 叶绿 素也 较 多。结论 ： 多年生 黑麦草 在改 良的绿 化基 质上生长适应 性较强 。
临泽县磷石膏资源化利用改良盐碱地试验初报
理 １延迟 ２ ８ ｄ，处理 １植株表现出明显的生理胜早衰干枯。
３９９．６ ｇ，其次是处理 ４为 ３９３．４ ｇ，处理 １为 ３８４．５ ｇ。千粒重 高
２．２不 同处 理 对 玉 米 经 济 性 状 的 影 响
处理 ７较处理 １出 １５．１ ｇ，其他处理的千粒 重均 高于处理 １。
从表 ２可 以看 出 ，不 同处 理对 玉米 的农 艺性状 都有 影 ２．３不 同处 理 对 玉 米 经 济 产 量 的 影 响
各小区单收计产 。 １．２．２ 试验 处理 试验 采用随机 区组设 计，９个处理 ，３次重 复 。小 区 面积 ３０ ｍ ，小 区 间 以 ５０ ｃｍ 宽 的 小埂 隔离 ，周 围设 置
业废弃资源高效利用的 目的 ，为 临泽县盐碱地 改 良提供 技术 保护行 ，保护行宽 １ ｍ种 ２行玉米。
’Ｖ零 艺农技
ＮｏｎｇｙｉＮｏｎｇｊ
临泽县磷石膏资源化利用改 良盐碱地试验初报
毛 森煜 ，魏 周秀
（甘 肃 省 临泽县农 业技 术推 广 中心 ，甘 肃 临泽 ７３４２００）
摘 要 ：在 临泽县鸭 暖镇华强村 的重度 盐碱 地上 开展 了不同用量磷 石 膏 ＋土壤 调理 剂的 田间试验 ，结果 显示 ：施 用磷 石膏 １２ ０００ ｋｇ／ｈｒｎＺ＋土壤调 理剂 １ ５００ ｋｇ／ｈｍ２的处理 ，玉米农 艺性状好 ，增 产 １ １９３．４ ｋｇ／ｈｍ ，增 产率 ９．９８％；施 用磷 石 膏 ６ ０００ ｋｇ／ｈｍ２＋土壤调 理 剂 １ ５００ ｋｇ／ｈｍ 的 处理 ，增产 １ ０２０．０ ｋｇ／ｈｍ２，增产 率 ８．６６％；单施磷 石 膏或调 理 剂的 处理 玉米都 有所 增产 。但综 合各种 因素 ，施 用磷石 膏 ６ ０００ ｋｇ／ｈｍ ＋土壤调理 剂 １ ５００ ｋｇ／ｈｍ２的技 术模 式 最为经济 实用 ，可改善地 力 ， 增 加 作 物 产量
磷石膏改良盐碱地资源化利用试验报告
２ 试验地块
其 他 田问农事 ，按照农户 习惯正 常管理 。
试验地块选在高 台县黑泉镇 向阳村 葛佩福耕 地 、黑 泉镇 ５ 试验结果及分析
向阳村石文军的耕地 １、表 ２、表 ３各项 数据可 以看 出，施用磷石膏或土壤
３ 试验材料
调理剂都可以有效改变土壤 的理化性状 ，有利于提高玉米产
面 ，逐 渐推 动其他 区域 的生态建 设项 目，实现 自然与社 会相 ４ 林业生 ；＆工程建设发展 策略
协 调 。 ３ 生态 工程建设存在 的问墨
针对现 阶段我 国林业 生态工程建设过程 中存在 的问题 ， 主要提 出以下几 点解 决策略 ，供相 关部 门工作人员 借鉴 。一
当前形 势下 ，我 国林业生 态工程 建设 还存在 着一些 问 是要提高造林 以及 营林质 量。在保证我 国造林 面积 的同时 ，
２ ８５３．６Ｏ ２ ２１１．１５ ２ ８３４．７０ ３ ９３０．９Ｏ ３ Ｏ６１．５０ ３ ２５０．５０ ６ ７８４．５０ ５ ９５３．０５
４ ５００．００ ３６０．００
５ ２２０．００ ７２０．００
１ ０８０．００ ５ ９４０．００ １ ４４０．ＯＯ １ ８００．００
科技 与工 程建 设密切相关 ，应 用得 当能够极 大地提高工程效 地区 ，合理 分布树种的空间布局 ，充 分考虑林种 的生存需要 ，
益 。在实际工程建设过程中 ，要 因地制宜 ，不能生搬 硬套 一些 在提 高土地利用率 的同时提高林业质量 。二是适当调整林业
技术模式 ，结合理论与实践经验 ，借助先进技 术 ，才能发挥林 结 构 ，在生态工 程建设 过程 中，针对发 现 的问题进行 适 当调
表 １ 轻度 盐碱地 玉米产量
一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质及其制备方法和应用[发明专利]
![一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质及其制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3611a9fca0c7aa00b52acfc789eb172ded6399f3.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810814385.3(22)申请日 2018.07.23(71)申请人 贵州贵和隆科技研发有限公司地址 550014 贵州省贵阳市白云区白沙关路340号绿地新都会第1栋9层3号(72)发明人 陈中志 童开贵 (74)专利代理机构 贵阳中新专利商标事务所52100代理人 张行超(51)Int.Cl.A01G 24/17(2018.01)A01G 24/10(2018.01)A01G 24/12(2018.01)A01G 24/30(2018.01)A01G 24/22(2018.01)A01B 79/02(2006.01)C05G 3/04(2006.01)(54)发明名称一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质，原料包括如下重量分数的组成：磷石膏80-90份、赤泥5-15份、泥10-30份、淀粉8-20份、青蒿1.5-4.5份、膨松剂5-35份；其制备方法包括以下步骤：（1）取磷石膏、赤泥、青蒿、刺黄莲分别粉碎过目筛后备用；（2）将上述制得的备用原料与其他原料混合搅拌后进行烘干至其总含水量不高于15%的处理后即得以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质。
本发明充分利用了工业生产中如磷石膏及赤泥等废渣，并将其改造成为可供植被种植生长的基质材料，有益于生态环境。
权利要求书1页 说明书4页CN 108934914 A 2018.12.07C N 108934914A1.一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质，其特征在于：原料主要由磷石膏、赤泥、泥、淀粉、青蒿和膨松剂组成，按重量份为：磷石膏80-90份、赤泥5-15份、泥10-30份、淀粉8-20份、青蒿1.5-4.5份、膨松剂5-35份。
2.根据权利要求1所述的一种以磷石膏为原料的生态石漠化修复基质，其特征在于：还包括如下重量分数的组分：纤维素2-6份。
一种改良土体结构的磷石膏土壤改良剂及其制备方法[发明专利]
![一种改良土体结构的磷石膏土壤改良剂及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/dcb481286ad97f192279168884868762caaebba0.png)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510482029.2(22)申请日 2015.08.07C05G 3/04(2006.01)(71)申请人安徽新中远化工科技有限公司地址231555 安徽省合肥市庐江龙桥工业园(72)发明人徐继胜(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理有限公司 34112代理人余成俊(54)发明名称一种改良土体结构的磷石膏土壤改良剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种改良土体结构的磷石膏土壤改良剂，由下列重量份的原料制成：烟渣19-21、磷酸二氢钾10-12、硫酸亚铁4-6、赤泥17-23、EM 菌剂3-4、硝酸钠4-5、磷石膏125-135、石灰5-7、秸秆粉24-26、啤酒渣16-18、废弃青柠皮3-5、水适量；本发明的磷石膏土壤改良剂能降低表土酸度，增加土壤耕层交换性钙镁离子浓度，有效缓解铝毒以及其他重金属危害，改良土体结构，使土壤养分循环能力和生物活性得以提高，植物根系生长环境得以改善，从而促进根系生长和对营养元素的吸收，改善植株营养生长和生殖生长，提高作物产量和品质。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页CN 105237269 A 2016.01.13C N 105237269A1.一种改良土体结构的磷石膏土壤改良剂，其特征在于，由下列重量份的原料制成：烟渣19-21、磷酸二氢钾10-12、硫酸亚铁4-6、赤泥17-23、EM菌剂3-4、硝酸钠4-5、磷石膏125-135、石灰5-7、秸秆粉24-26、啤酒渣16-18、废弃青柠皮3-5、水适量。
2.根据权利要求1所述的改良土体结构的磷石膏土壤改良剂，其特征在于，制备方法的具体步骤如下：（1）将烟渣、秸秆粉、啤酒渣混合后搅拌并投入发酵池中，再向发酵池中加入EM菌剂和适量水，保持发酵堆含水量为45-55%，露天发酵16-18天后，将发酵堆盖上塑料膜，再发酵6-8天，得发酵产物备用；（2）将步骤一所得发酵产物进行压榨，得发酵液和酵渣，将废弃青柠皮粉碎磨细后与硫酸亚铁、硝酸钠共同加入到发酵液中，将发酵液加热到70-80℃，不断搅拌60-80分钟，自然冷却后得到发酵螯合液，备用；（3）将磷石膏粉碎磨细后在450-500℃下煅烧20-40分钟，得磷石膏粉末，再将赤泥置于180-200℃下烘干并磨成细粉，将磷石膏粉、石灰、赤泥粉、磷酸二氢钾以及步骤二所得酵渣混合造粒；（4）将步骤二所得发酵螯合液以及剩余物料混合，搅拌均匀后通过高压喷嘴对步骤三所得颗粒进行雾化喷淋，最后将颗粒在30-40℃下用鼓风机风干，称量装袋后保存即可。
煤矸石—磷石膏—菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性
第43卷第4期2023年8月水土保持通报B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .43,N o .4A u g.,2023收稿日期:2022-09-27 修回日期:2022-12-07资助项目:贵州省科技计划项目 磷石膏改性植生基质规模化利用关键技术及应用研究 (黔科合支撑[2019]2864号)第一作者:赵菊(1996 ),女(汉族),贵州省遵义市人,硕士研究生,研究方向为固体废物资源化利用㊂E m a i l :z h a o j u y c y@163.c o m ㊂ 通讯作者:刘方(1964 ),男(侗族),贵州省天柱县人,博士,教授,主要从事固体废物资源化利用方面的研究㊂E m a i l :l f a n g6435@163.c o m ㊂煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性赵菊1,刘方1,2,朱健1,2,刘元生2,陈祖拥2(1.贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550025;2.喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵州贵阳550025)摘 要:[目的]探究黑麦草生长对混合基质物理性质与抗剪性能的影响,为煤矸石山植被快速恢复和防治水土流失提供科学依据㊂[方法]针对煤矸石物理结构差和养分含量少等特点,通过在煤矸石中添加磷石膏和菌渣形成混合植生基质,在盆栽条件下种植黑麦草,探讨黑麦草生长对混合基质物理性质与抗剪性能的影响㊂[结果]①添加不同比例的磷石膏㊁菌渣改良煤矸石均可以明显促进黑麦草生长,其中在添加20%磷石膏和10%菌渣的煤矸石混合基质上黑麦草株高㊁地上部干生物量㊁根重密度和叶绿素含量指标改善效果最好,其次是添加10%磷石膏和10%菌渣的煤矸石㊂②添加磷石膏和菌渣可明显改善煤矸石混合基质的通气持水能力,其中添加20%磷石膏和10%菌渣处理组相对于只添加10%菌渣处理组煤矸石混合基质的自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁非毛管孔隙度分别提高了18.88%,14.18%,13.12%和18.08%,而容重降低了24.76%㊂③添加磷石膏和菌渣的煤矸石混合基质有利于黑麦草根系的发育生长,相对于只添加10%菌渣处理组,添加20%磷石膏和10%菌渣处理组的煤矸石混合基质各级垂直荷载下的抗剪强度平均提高了71.71%,黏聚力和内摩擦角分别提高了102.84%,45.05%㊂[结论]添加20%磷石膏和10%菌渣的煤矸石混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能最好,有利于控制煤矸石山水土流失㊂关键词:煤矸石;改良剂;黑麦草生长指标;抗剪强度;水土流失文献标识码:A 文章编号:1000-288X (2023)04-0103-07中图分类号:S 157.1,X 752文献参数:赵菊,刘方,朱健,等.煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性[J ].水土保持通报,2023,43(4):103-109.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .20230508.009;Z h a oJ u ,L i uF a n g,Z h uJ i a n ,e ta l .D i f f e r e n t i a ls h e a rr e s i s t a n c eo fa m i x e ds u b s t r a t eo f g a n g u e -p h o s p h o g y ps u m -m u s h r o o m r e s i d u e a n d r y e g r a s s r h i z o s p h e r e c o m pl e x [J ].B u l l e t i n o f S o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,43(4):103-109.D i f f e r e n t i a l S h e a rR e s i s t a n c e o f aM i x e dS u b s t r a t e o fG a n g u e -P h o s p h o g y ps u m -M u s h r o o m R e s i d u e a n d R y e g r a s sR h i z o s p h e r eC o m pl e x Z h a o J u 1,L i uF a n g 1,2,Z h u J i a n 1,2,L i uY u a n s h e n g 2,C h e nZ u y o n g2(1.C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g ,G u i z h o u 550025,C h i n a ;2.K e y L a b o r a t o r y o f K a r s tG e o l o g i c a lR e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t ,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,G u i y a n g ,G u i z h o u 550025,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h ee f f e c t so fr y e g r a s s g r o w t ho nt h e p h y s i c a l p r o pe r t i e sa n ds h e a rr e s i s t a n c eo fa m i x e d s u b s t r a t ew e r e s t u d i e d i no r d e r t o p r o v i d e a s c i e n t if i c b a s i s f o r t h e r a p i d r e s t o r a t i o no f c o a lg a n gu e h i l l v e g e t a t i o na n d f o r t h e p r e v e n t i o n o f s o i l e r o s i o n .[M e t h o d s ]T h e p h y s i c a l s t r u c t u r e o f g a n g u e i s p o o r a n d t h e n u t r i e n t c o n t e n t i s l o w.R y e g r a s sw a s p l a n t e d i n p o t s t ow h i c h p h o s p h o g y p s u ma n dm yc o r r h i z a l r e s id u ewe r e a d d e d t od e t e r m i n e t h e ef f e c t o f r y eg r a s s g r o w t ho nth e p h y si c a l p r o pe r t i e s a n ds h e a r r e s i s t a n c eof am i x e d s u b s t r a t e .[R e s u l t s ]①T h ea d d i t i o n o fd i f f e r e n t p r o p o r t i o n so f p h o s p h og y p s u m a n d m y c o r rhi z a ls l a g s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d t h e g r o w t ho f r y e g r a s s .H e i g h t ,a b o v e g r o u n dd r y b i o m a s s ,r o o tw e i g h t d e n s i t y ,a n d c h l o r o p h y l l c o n t e n t o f r y e g r a s so nt h em i x e dc o a l g a n g u es u b s t r a t ec o n s i s t i n g o f 20%p h o s p h o g y ps u ma n d 10%m y c o r r h i z a l s l a g h a d t h eb e s t e f f e c t ,f o l l o w e db y t h em i x e ds u b s t r a t e c o n s i s t i n g o f 10%p h o s p h o g y ps u ma n d10%m y c o r r h i z a l s l a g.②T h ea d d i t i o no f p h o s p h o g y p s u ma n ds l a g s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e dt h ea e r a t i o n a n dw a t e r-h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e g a n g u em i x e d s ub s t r a t e i nw h ic h t h e n a t u r a lw a t e r c o n t e n t,t o t a l p o r o s i t y, c a p i l l a r yp o r o s i t y,a n dn o n-c a p i l l a r yp o r o s i t y o f t h e g a n g u em i x e ds u b s t r a t ew i t h20%p h o s p h o g y p s u ma nd 10%s l a g we r e i n c r e a s e db y18.88%,14.18%,13.12%,a n d18.08%,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e b u l kd e n s i t y w a s d e c r e a s e db y24.76%c o m p a r e dw i t h t h e r e s p e c t i v e v a l u e s o b s e r v e df o r t h eg a n g u em i x e d s u b s t r a t ew i t ho n l y 10%s l a g.③Th es h e a rs t r e n g t h o ft h e g a n g u e mi x e ds u b s t r a t e w i t h20%p h o s p h o g y p s u m a n d10% m y c o r r h i z a l s l a g i n c r e a s e db y71.71%,a n d t h e c o h e s i o n a n d i n t e r n a l f r i c t i o n a n g l e i n c r e a s e db y102.84%a n d 45.05%,r e s p e c t i v e l y,c o m p a r e dw i t h t h em i x e ds u b s t r a t eh a v i n g o n l y10%m y c o r r h i z a l s l a g.[C o n c l u s i o n] T h ec o a l g a n g u e m i x e d s u b s t r a t e w i t h r y e g r a s sr o o tc o m p l e x h a v i n g20%p h o s p h o g y p s u m a n d10% m y c o r r h i z a l r e s i d u eh a dt h e g r e a t e s t s h e a r r e s i s t a n c ea n dw a sb e n e f i c i a l f o rc o n t r o l l i n g s o i l e r o s i o n i nc o a l g a n g u eh i l l s.K e y w o r d s:g a n g u e;a m e n d m e n t;r y e g r a s s g r o w t h i n d e x;s h e a r s t r e n g t h;s o i l e r o s i o n煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的含碳量较低㊁发热值低㊁较煤坚硬的黑灰色固体废物,大量煤矸石露天堆存形成的煤矸石山体需要进行生态修复[1]㊂煤矸石含有大量的硫化物㊁铁和锰等金属离子[2],酸度大,大孔隙多㊁渗透性强㊁保水性能差㊁有效水利用率低,有效养分低[3],使得煤矸石山及周围环境的生态恢复较难;此外,由于煤矸石山边坡具有不稳定性,松散堆置的煤矸石山没有挡土墙㊁护坡等水土流失防治措施,在大雨及暴雨条件下极易导致地表裸露,土体抗侵蚀能力减弱,诱发矸石山塌方㊁滑坡㊁泥石流等地质灾害[4],进一步加剧了煤矸石堆场生态环境恶化㊂抗剪强度是衡量土体抑制外力剪切形变能力的重要指标,改善土壤物理性质和提高土体抗剪强度对于防治水土流失和减少地质灾害具有重要意义[5]㊂为了控制矸石山水土流失,部分学者根据力学原理,对煤矸石山坡面抗冲性和抗剪性等方面进行了研究,为煤矸石山的稳定性分析提供了思路[6-7],通过在煤矸石山种植草本植物形成根 土复合体,能够有效提高边坡抗剪强度,增强矸石山土体稳定[8-9],但是不同植物种类对土壤抗剪性能和物理性质的影响差异显著[10-11]㊂可见,研究不同种类的草本植物根 土复合体的抗剪性对控制煤矸石堆场水土流失及其生态修复具有重要的指导意义㊂然而,目前对改良剂及其根系复合体耦合作用的研究相对较少,因而本文采用磷石膏和菌渣进行煤矸石基质改良㊂近期,较多研究表明磷石膏含有丰富的磷㊁钙㊁硫㊁硅㊁铁等营养元素,且合适粒级磷石膏可提高土壤水渗透性,减少地表径流,缓解土壤养分流失,对土壤起良好的调理作用[12]㊂食用菌渣富含有机质及氮㊁磷等多种营养元素,广泛应用于土壤改良等方面[13]㊂因此,本研究通过在煤矸石中添加磷石膏和菌渣形成混合植生基质,在盆栽条件下种植黑麦草(L o l i u m p e r e n n e),探究黑麦草生长对混合基质物理性质与抗剪性能的影响,以期为煤矸石山植被快速恢复和防治水土流失提供科学依据㊂1材料与方法1.1研究区概况及基质材料供试煤矸石(c o a l g a n g u e)采自贵州省贵阳市花溪区久安乡打通村对门寨的煤矿废弃地㊂该乡属亚热带高原季风气候,海拔高度1090~1402m,年平均气温13ħ,年平均降雨量1150m m㊂该煤矿废弃地曾是贵阳市重要产煤区,通过煤矿整治后小煤矿井全部关闭,但多年开采废弃的煤矸石仍露天堆放在矿井周边,当降雨时该煤矿废弃地存在崩塌地质灾害隐患㊂磷石膏(p h o s p h o g y p s u m)采于贵阳息烽某磷化肥公司;食用菌渣(b a c t e r i a l r e s i d u e)采自贵阳花溪周边的某食用菌工厂㊂2021年10月各样品基质采集后在室内经过自然风干磨碎后过2mm粗筛备用㊂供试植物为多年生黑麦草㊂1.2试验设计将备用的煤矸石㊁磷石膏和菌渣按照表1添加比例(质量比)配置试验混合基质,设置6组重复共60盆,其中30盆按照‘土工试验方法标准(G B/ T50123-2019)“要求进行环刀样用于直剪试验,其中混合基质的水分含量依据后期盆栽试验的含水率添加;另外30盆用于种植基质(2k g/盆),充分混匀后装进花盆(规格:长35c m,宽18c m,高11.5c m),在花盆底部垫入200目纱布滤布,放置能够储水的塑料盆在花盆底部收集渗滤液㊂盆栽试验制备后等密度播种黑麦草草籽(20g/盆),浇水使基质含水量为最大田间持水量的70%左右以满足黑麦草生长,置于自然环境下生长,后期视煤矸石混合基质干湿度浇水㊂该试验于2021年10月21日至2022年4月21日在贵州大学试验场进行㊂401水土保持通报第43卷表1试验混合基质的配置T a b l e1C o n f i g u r a t i o no f t e s t e dm i x e d s u b s t r a t e处理组煤矸石/%磷石膏/%菌渣/% G P B190010G P B2801010G P B3702010G P B4603010G P B5504010G P B680020G P B7701020G P B8602020G P B9503020G P B10404020注:各处理均设置3个重复㊂1.3样品采集2022年4月采集样品,取样条件为雨后连续放晴3d以上㊂首先测量黑麦草株高,并采集少量黑麦草叶片用于叶绿素含量测定[14],其次用剪刀刈割黑麦草地上部装袋于60ħ烘箱中烘干至恒重称量干生物量;接着用底面积为30c m2,高为2c m的环刀慢慢压入花盆取样,共120个煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪环刀样;容重㊁混合基质孔隙度测定使用容积为100c m3的环刀取样;自然含水率则使用铝盒取15~20g混合基质测定㊂1.4试验指标测定自然含水率用烘干法测定105ħ;容重㊁土壤孔隙度用环刀法测定[15];抗剪强度采用Z J型直剪仪分别在竖直压力为100,200,300和400k P a下测定,且依据库伦定律计算黏聚力和内摩擦角;收集测定抗剪强度的环刀样,4个环刀样为一组,将带有根系的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质用自然水泡若干小时,以至于根㊁土分离,接着将带有部分混合基质的根系放在孔隙极细网筛中洗净装入已排序的袋中,用烘箱在60ħ下烘干至恒重,用1/1000电子天平称量根干重㊂根重密度是指单位基质中根系干质量㊂根重密度计算公式如下所示:D=m h d/v j z(1)式中:D为根重密度(m g/c m3);m h d为环刀内根系总干质量(m g);v j z为煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质体积(c m3)㊂1.5数据处理方法利用S P S S24.0软件对试验数据进行差异显著性检验(D u n c a n法,p<0.05),用皮尔森(P e a r s o n)法做相关性分析;利用O r i g i n2018绘制图表㊂2结果与分析2.1不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质上黑麦草生长状况为了探究不同配比基质下黑麦草生长的态势,不同处理组黑麦草的株高㊁地上部干生物量㊁根重密度及叶绿素含量的情况由图1所示㊂只含有煤矸石的处理组黑麦草没有发芽,说明了煤矸石中添加不同含量的磷石膏和菌渣能在不同程度上促进黑麦草生长㊂在相同菌渣添加量下,磷石膏添加量为20%时黑麦草的株高㊁地上部干生物量㊁根重密度㊁叶绿素含量高于其他处理组,其中G P B3处理组相对于G P B1处理组的株高㊁地上部干生物量㊁根重密度㊁叶绿素含量分别显著提高了42.75%,42.68%,124.90%和25.99%, G P B8处理组相对于G P B6处理组的株高㊁地上部干生物量㊁根重密度㊁叶绿素含量分别显著提高了32.19%,29.02%,120.62%和23.52%㊂磷石膏添加量相同时,添加10%菌渣处理组比添加20%菌渣处理组株高㊁地上部干生物量㊁根重密度㊁叶绿素含量高㊂其中,G P B3处理组以上指标值达到最大,G P B3处理组相对于G P B8处理组株高㊁地上部干生物量㊁根重密度分别显著提高了25.41%, 17.77%和17.07%;添加10%菌渣处理组和20%菌渣处理组叶绿素含量之间无显著性差异,但是添加10%菌渣处理组比添加20%菌渣处理组叶绿素含量高,其中G P B3处理组比G P B8处理组含量高10.72%㊂说明,添加20%的磷石膏和10%的菌渣改良煤矸石(G P B3处理组)对黑麦草的株高㊁地上部干生物量㊁根重密度㊁叶绿素含量的促进效果最佳㊂2.2不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质的容重㊁含水率和孔隙度的差异种植黑麦草后,不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质的容重㊁含水率㊁孔隙度差异如表2所示㊂在相同菌渣添加量下,随着磷石膏量的增加,混合基质的自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度和非毛管孔隙度先升高后降低,容重先降低后升高,且在磷石膏添加量为20%时,以上指标值达到最优,其中G P B3处理组相对于G P B1处理组的自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁非毛管孔隙度分别显著提高了18.88%,14.18%,13.12%和18.08%,容重显著降低了24.76%;添加30%磷石膏处理组与添加40%的磷石膏处理组之间自然含水率㊁容重㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度和非毛管孔隙度无显著性差异㊂501第4期赵菊等:煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性磷石膏添加量相同时,添加10%菌渣处理组比添加20%菌渣处理组对混合基质的容重㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁非毛管孔隙度改善大;添加20%菌渣处理组比添加10%的菌渣处理组的自然含水率高,其中,G P B1处理组相对于G P B6处理组自然含水率显著提高了8.34%㊂综上所述,种植黑麦草后,添加20%磷石膏和10%菌渣的煤矸石植生基质物理指标值最佳㊂图1煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质上黑麦草生长状况F i g.1G r o w t ho f r y e g r a s s o n c o a l g a n g u e-p h o s p h o g y p s u m-m y c o r r h i z a lm i x e d s u b s t r a t e表2不同处理基质含水率㊁容重和孔隙度T a b l e2W a t e r c o n t e n t,c a p a c i t a n c e a n d p o r o s i t y o f s u b s t r a t e sw i t hd i f f e r e n t t r e a t m e n t s处理自然含水率/%容重/(g㊃c m-3)总孔隙度/%毛管孔隙/%非毛管孔隙度/% G P B121.45ʃ1.36d1.04ʃ0.03a59.74ʃ1.01e46.96ʃ0.82d e12.78ʃ0.41d e G P B224.20ʃ0.60b c0.82ʃ0.02e67.00ʃ0.50a52.82ʃ0.93a14.18ʃ0.43b c G P B325.50ʃ0.75a b0.78ʃ0.01e68.21ʃ0.33a53.12ʃ1.07a15.09ʃ0.82a G P B423.54ʃ0.33c0.92ʃ0.02c63.70ʃ0.69c49.76ʃ0.77b c13.94ʃ0.09b c G P B523.41ʃ0.43c0.95ʃ0.03b c62.49ʃ0.83c d48.79ʃ0.76c d13.70ʃ0.33c d G P B623.24ʃ0.51c1.07ʃ0.02a58.72ʃ0.74e46.08ʃ1.62e12.63ʃ0.88e G P B724.27ʃ1.22b c0.87ʃ0.03d65.24ʃ0.99b51.20ʃ1.10a b14.04ʃ0.48b c G P B826.28ʃ0.35a0.81ʃ0.03e67.33ʃ1.01a52.53ʃ1.30a14.80ʃ0.54a b G P B924.61ʃ1.02b c0.96ʃ0.03b c62.27ʃ0.87c d48.71ʃ0.95c d13.56ʃ0.15c d G P B1023.78ʃ1.26c0.98ʃ0.04b61.50ʃ1.16d48.03ʃ0.95c d13.47ʃ0.21c d e 注:数据为平均值ʃ标准差;不同小写字母表示同一指标不同处理组之间存在显著性差异(D u n c a n法,p<0.05)㊂下同㊂2.3不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质抗剪性能差异如表3和图2所示,在相同菌渣添加量下,添加磷石膏的处理组与未添加磷石膏的处理组之间在垂直荷载下的抗剪强度和抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)均存在显著性差异,且磷石膏添加量越大的处理组在各级垂直荷载下的抗剪强度,黏聚力㊁内摩擦角都更好㊂其中G P B5处理组相对于G P B1处理组在各级垂直荷载下的抗剪强度平均提高了42.97%㊁黏聚力和内摩擦角分别提高了65.48%和27.27%;G P B10处理组相对于G P B6处理组平均提高了44.48%,黏聚力和内摩擦角分别提高了67.60%和28.28%㊂G P B5与G P B3在100,200和400k P a垂直荷载下抗剪强度与抗剪性能参数(黏聚力㊁内摩擦角)均呈现显著性变化㊂由此说明,添加40%磷石膏的煤矸石混合基质抗剪强度及其抗剪性能参数最好㊂磷石膏添加量相同时,添加20%菌渣处理组比添加10%菌渣处理组在各级垂直荷载下的抗剪强度,抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)大,但增大幅度较小且处理组之间无显著性差异㊂以上说明,在煤矸石中添加40%磷石膏和10%菌渣的混合基质(G P B5处理组)抗剪强度及其抗剪性能参数最好㊂601水土保持通报第43卷表3煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质的抗剪强度T a b l e3S h e a r s t r e n g t ho f g a n g u e-p h o s p h o g y p s u m-m y c o r r h i z a lm i x e d s u b s t r a t e处理竖直荷载100k P a200k P a300k P a400k P aG P B177.52ʃ4.18d107.58ʃ3.17e163.47ʃ4.83e187.73ʃ7.48e G P B298.08ʃ8.37c141.85ʃ7.80d184.04ʃ11.66d233.61ʃ10.77d G P B3103.89ʃ5.99b c143.96ʃ2.74b c d194.59ʃ3.17a b c d244.16ʃ8.12b c d G P B4113.57ʃ12.16a b150.29ʃ4.19a b c d200.92ʃ9.62a b c261.03ʃ17.40a b G P B5122.34ʃ7.48a152.93ʃ2.42a b206.19ʃ5.08a273.69ʃ9.88a G P B680.15ʃ6.40d109.69ʃ7.13e164.00ʃ12.08e192.48ʃ14.26e G P B7101.77ʃ7.81b c142.38ʃ4.19c d185.62ʃ4.83c d239.41ʃ11.88c d G P B8112.85ʃ8.12a b146.60ʃ4.83a b c d190.37ʃ11.88a b c258.39ʃ14.95a b c G P B9120.76ʃ3.98a151.34ʃ2.41a b c201.97ʃ6.39a272.63ʃ3.65a G P B10123.40ʃ5.70a155.03ʃ5.70a208.30ʃ9.27a276.32ʃ10.29a图2煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质的黏聚力和内摩擦角F i g.2C o h e s i o na n d i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e o f g a n g u e-p h o s p h o g y p s u m-s l a g m i x e dm a t r i x2.4不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能差异由表4和图3可知,播种黑麦草后,在相同菌渣添加量下,添加磷石膏处理组的根 基质复合体和未添加磷石膏处理组之间在各级垂直荷载下的抗剪强度㊁抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)均存在显著性差异㊂随着磷石膏含量的增加,不同处理组根 基质复合体在各级垂直荷载下的抗剪强度㊁黏聚力㊁内摩擦角均呈现先升高后降低的趋势,且在磷石膏添加量为20%时,根 基质复合体以上指标值达到最优㊂相对于G P B1处理组,G P B3处理组的各级垂直荷载下的抗剪强度平均提高71.71%,黏聚力和内摩擦角分别提高了102.84%,45.05%;相对于G P B6处理组,G P B8处理组的各级垂直荷载下的抗剪强度平均提高了66.79%,黏聚力和内摩擦角分别提高了109.10%,39.06%㊂磷石膏添加量相同时,添加10%菌渣处理组比添加20%菌渣处理组的根 基质复合体在各级垂直荷载下的抗剪强度和抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)大㊂G P B3处理组与G P B8处理组之间在各级垂直荷载下的抗剪强度和抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)均存在显著性差异,相对于G P B8处理组, G P B3处理组的各级垂直荷载下的抗剪强度平均提高了12.42%,黏聚力和内摩擦角分别提高了10.31%, 10.35%㊂综上所述,在煤矸石中添加20%磷石膏和10%菌渣形成植生基质(G P B3处理组)并种植黑麦草,能显著提高混合基质与黑麦草根系复合体的抗剪强度与抗剪性能参数(黏聚力和内抹擦角),对于增强煤矸石土体稳定,进行煤矸石山植被恢复起到重要作用㊂图3煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体的黏聚力和内摩擦角F i g.3C o h e s i o na n d i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e o f g a n g u e-p h o s p h o g y p s u m-m y c o r r h i z a lm i x e d s u b s t r a t e a n dr y e g r a s s r h i z o s p h e r e c o m p l e x由表5可以得出,自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度和非毛管孔隙度与抗剪性能参数在p<0.01水平上均是极显著相关,其中,自然含水率总孔隙度㊁毛管孔隙度和非毛管孔隙度与黏聚力相关系数分别可达0.641,0.914,0.887,0.765,与内摩擦角分别可达0.676,0.915,0.889和0.767㊂701第4期赵菊等:煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性表4煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体的抗剪强度T a b l e4S h e a r s t r e n g t ho f g a n g u e-p h o s p h o g y p s u m-m y c o r r h i z a lm i x e d s u b s t r a t e a n d r y e g r a s s r h i z o s p h e r e c o m p l e x处理竖直荷载100k P a200k P a300k P a400k P aG P B191.76ʃ4.75g130.25ʃ8.71g191.42ʃ9.49f220.42ʃ10.54f G P B2149.76ʃ4.84b212.52ʃ13.45b277.90ʃ7.13b336.96ʃ11.41b G P B3165.06ʃ5.56a233.08ʃ5.08a303.22ʃ12.69a373.88ʃ8.12a G P B4139.75ʃ7.13c d e191.42ʃ8.37c d256.28ʃ17.41c311.13ʃ10.17c d G P B5135.52ʃ5.56d e f187.20ʃ11.98d e237.30ʃ4.19d310.07ʃ10.38c d G P B683.85ʃ5.70g117.07ʃ4.19g177.71ʃ6.39f203.55ʃ9.67f G P B7142.38ʃ4.75b c d194.59ʃ11.41c d261.03ʃ7.25b c317.46ʃ13.83c d G P B8146.07ʃ6.58b c207.24ʃ14.06b c273.69ʃ11.07b329.58ʃ17.99b c G P B9131.31ʃ1.59e f172.44ʃ4.18e f230.44ʃ2.41d e299.52ʃ3.98d e G P B10127.62ʃ3.98f162.42ʃ3.29f218.84ʃ8.12e287.40ʃ5.55e表5自然含水率和孔隙度与抗剪性能参数相关分析T a b l e5C o r r e l a t i o na n a l y s i s o f n a t u r a lm o i s t u r e c o n t e n t a n dp o r o s i t y w i t h s h e a r p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s抗剪性能参数自然含水率总孔隙度毛管孔隙度非毛管孔隙度黏聚力0.641**0.914**0.887**0.765**内抹擦角0.676**0.915**0.889**0.767**注: * 表示在p<0.05水平(双侧)上显著相关; ** 表示在p <0.01水平(双侧)上极显著相关㊂3讨论3.1煤矸石中添加磷石膏和菌渣能明显提高混合基质抗剪性能本研究中,添加磷石膏㊁菌渣均能提高煤矸石混合基质抗剪性能,其机理可能为:磷石膏的颗粒较细,级配良好,大部分为粉粒和黏粒,其含有C a O,S i O2, A l2O3,F e2O3等活性氧化物,会生成少量具有一定强度和硬化的水化胶凝物质,因而在强度方面表现出一定黏聚力㊂同时,由于其复杂的晶体结构,板状的晶体之间相互交错搭接,故而也具有一定摩擦力[16]㊂另外,磷石膏有较大的比表面和较强的静电场[17],能吸附细颗粒到其周围,同时其遇水溶解后能向土壤溶液中释放电解质,增加土壤溶液中阳离子的交换,从而防止土壤颗粒的分散,促使颗粒相互结合,增强土壤固土能力㊂而食用菌渣含有较多纤维[18],纤维具有良好的韧性,剪切过程中均匀分布的纤维网络分散了剪应力作用,提高了土体抗剪强度[19]㊂有研究[20]表明,添加适量的植物纤维可以增强混凝土的黏聚力,阻止混凝土的开裂㊂因此,本研究中磷石膏生成的水化胶凝物质,使煤矸石颗粒粘结成团,发生凝结和硬化,煤矸石黏聚力增高,加之菌渣纤维表面包裹的煤矸石颗粒,增加纤维与煤矸石混合基质的啮合力从而提高了土体抗剪强度㊂3.2黑麦草根系与混合基质复合体能显著提高混合基质抗剪性能草类根系对土壤起到加筋和锚固作用,能有效降低土壤容重,增加土壤养分和改善土壤微环境等,形成根 土复合体结构,从而有效增强土壤抗剪性和抗侵蚀性[21]㊂本研究中磷石膏和菌渣与黑麦草根系组合对增强煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质的抗剪强度㊁黏聚力和内摩擦角有较大影响㊂这是因为含水率[22]㊁容重㊁土壤孔隙度以及土壤颗粒组成等土壤物理指标[11]和植物根系指标[23]影响了土壤抗剪性能㊂本研究黑麦草须根多且根系发达,根系在混合基质中盘结缠绕起到了固结土壤的作用,一定程度上制约了混合基质的变形㊂相关研究说明黑麦草根系加固土体稳定机理主要有两方面的原因:①根系本身具有较高的抗拉强度和弹性模量[24],根系抗拉能力则以部分侧根拉断和部分不定根从团粒体中被拉出来限制试样产生剪切变形,提高了根 土复合体的黏聚力[25];②根系分泌物的有机黏结物质和多糖类物质使土颗粒黏结在根系周围形成一定结构性的团粒,且茎基部和根系的连接又将土体团粒连接成根系网络状结构,提高了根 土复合体的黏聚力和内摩擦角[5,25],增强了土体的稳定性㊂可见,植物根系可直接对土壤抗剪性能产生影响㊂此外,添加磷石膏和菌渣改善了混合基质营养状况及其物理化学性质为黑麦草生长提供了适宜的生长环境,而草类根系在生长过程中穿插于混合基质中,根系的生长改善土壤物理性质,间接影响了土壤抗剪强度[11]㊂本研究相关分析表明,自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度和非毛管孔隙度与抗剪性能参数(黏聚力和内摩擦角)在p< 0.01水平上均呈极显著正相关㊂综上说明混合基质与黑麦草根系复合体抗剪强度较好,优于混合基质㊂本研究探究了不同比例的煤矸石 磷石膏 菌渣混801水土保持通报第43卷合基质与植物根系复合体对混合基质抗剪强度的耦合作用㊂但是,本研究仅对禾本科的黑麦草进行了研究,而不同类型植物根系有较大的差别,煤矸石混合基质与根系复合体抗剪强度性能也会出现明显的差异,这方面内容还值得深入研究㊂4结论(1)添加磷石膏㊁菌渣改良煤矸石可以明显促进黑麦草生长㊂添加20%磷石膏和10%菌渣处理组对黑麦草株高㊁地上部干生物量㊁根重密度和叶绿素平均含量指标改善效果最好,相较于只添加10%菌渣处理组以上指标平均值分别显著地提高了42.75%, 42.68%,124.90%,25.99%㊂(2)添加磷石膏和菌渣改良煤矸石种植黑麦草后能显著提高煤矸石混合基质的自然含水率㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁非毛管孔隙度,降低容重,改善土壤通气持水能力㊂其中,添加20%磷石膏和10%菌渣处理组煤矸石混合基质的自然含水率㊁容重㊁总孔隙度㊁毛管孔隙度㊁非毛管孔隙度的平均值可达到最佳,分别为25.50%,0.78g/c m3,68.21%,53.12%和15.09%㊂(3)煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系的耦合作用能显著提高混合基质抗剪性能㊂总体上,添加40%磷石膏和10%菌渣的煤矸石混合基质抗剪强度㊁黏聚力和内摩擦角最佳,种植黑麦草后,相对于同比例煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质处理组以上指标平均增幅分别为15.39%,19.58%, 10.96%;并且,其中添加20%磷石膏和10%菌渣的煤矸石混合基质与黑麦草根系复合体的抗剪强度和抗剪性能参数更佳,各级垂直荷载下的抗剪强度平均达到268.81k P a,黏聚力和内摩擦角平均分别达到94.66k P a和34.94ʎ㊂[参考文献][1]李振,雪佳,朱张磊,等.煤矸石综合利用研究进展[J].矿产保护与利用,2021,41(6):165-178.[2]刘方,陈祖拥,刘元生,等.植被自然恢复对煤矸石堆场F e/M n淋溶迁移的影响及其作用效果[J].水土保持通报,2020,40(6):181-186.[3]孔涛,黄舒漫,梁冰,等.木霉菌对煤矸石分解和绿化效果的影响[J].煤炭学报,2018,43(11):3204-3211. [4]杨鑫光,李希来,王克宙,等.煤矸石山生态恢复的主要路径[J].生态学报,2022,42(19):7740-7751.[5]陈飞,施康,钱乾,等.根土复合体材料的抗剪强度特性研究进展[J].有色金属科学与工程,2021,12(6):96-104.[6]潘德成,李海燕,吴祥云,等.阜新煤矿区次生裸坡土壤抗冲性动态变化[J].水土保持通报,2013,33(6):203-206.[7]李东升,刘东升.煤矸石抗剪强度特性试验对比研究[J].岩石力学与工程学报,2015,34(S1):2808-2816.[8]杨幼清,胡夏嵩,李希来,等.高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究[J].水文地质工程地质,2018,45(6):105-113.[9]闫聪,胡夏嵩,李希来,等.高寒矿区排土场植被恢复对边坡土体物理力学性质影响研究[J].工程地质学报,2022, 30(2):383-393.[10]毛旭芮,胥鹏海,曹月娥,等.露天煤矿废弃地植物根系抗剪强度试验[J].中国水土保持科学,2019,17(6):103-110.[11]李铁,王润泽,谌芸,等.P AM和草类根系对荒坡紫色土物理性质与抗剪性能的影响[J].草业学报,2018,27(2):69-78.[12]张峻,解维闵,董雄波,等.磷石膏材料化综合利用研究进展[J/O L].材料导报,2023(16):1-24[2023-04-21].h t t p:ʊk n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/50.1078.T B.20220901.1257.014.h t m l.[13]陈文峰,夏新星,李世汨.菌渣改良淤泥固化土及其促进黑麦草的生长[J].环境工程,2022,40(7):116-122,68.[14]张志良.植物生理学试验指导[M].北京:高等教育出版社,1990.[15]中国科学院南京土壤研究所土壤物理室.土壤物理性质测定法[M].北京:科学出版社,1978.[16]杜婷婷,李志清,周应新,等.水泥磷石膏稳定材料用于路面基层的探究[J].公路,2018,63(2):189-195. [17]喜银巧,赵英,李生宇.3种土壤改良剂对风沙土抗剪强度的影响[J].土壤学报,2018,55(6):1401-1410. [18]王瑛,刘津岐,楚光明,等.盆栽模拟条件下优选复合材料对沙土理化性状的影响[J].干旱区资源与环境,2022,36(8):169-175.[19]李双洋,陈芳清,熊丹伟.外掺料对植被混凝土高羊茅根系生长及抗剪强度的作用[J].环境工程技术学报,2023,13(3):1242-1248.[20]梁永哲,陈毅,刘大翔,等.外掺植物纤维对冻融作用下植被混凝土抗剪强度的影响[J].水土保持通报,2016,36(2):136-139,145.[21]周涛,谌芸,王润泽,等.种草和施用聚丙烯酰胺对荒坡紫色土抗剪和抗蚀性能的影响研究[J].草业学报,2019,28(3):62-73.[22] S iZ h o n g q i a n.S t u d y o nt h ee f f e c to fw a t e rc o n t e n to ns h e a r i n g s t r e n g t h p a r a m e t e r so fu n s a t u r a t e d l o e s s[J].A p p l i e d M e c h a n i c sa n d M a t e r i a l s,2014,3489(638/640):585-588.[23] M u r i e l l eG,G u i l l a u m eV,A l a i nB,e t a l.I n f l u e n c eo fp l a n t r o o ts y s t e m m o r p h o l o g y a n da r c h i t e c t u r a l t r a i t so n s o i l s h e a rr e s i s t a n c e[J].P l a n ta n dS o i l,2014,377(1/2):43-61.[24]李自蹊.草本植物根系模型构建与力学试验研究[D].辽宁沈阳:沈阳农业大学,2018.[25]李强,姬凤玲,刘涛德,等.黑麦草根系对砂土抗剪强度的影响研究[J].公路,2022,67(2):275-280.901第4期赵菊等:煤矸石 磷石膏 菌渣混合基质与黑麦草根系复合体抗剪性能的差异性。
磷石膏共浮选净化关键技术及示范
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增施磷石膏对苏北地区轻度盐碱土改良及小白菜生长的影响
ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｗａｓ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ. Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔꎬ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙꎬ
１０ ｇ / ｋｇ ｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｄｏｓａｇｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ７ ５００－
[２￣４]
ꎬ提高土壤养分的有效性ꎬ
特别 是 磷 的 有 效 性 [５] ꎬ 促 进 作 物 生 长ꎬ 提 高 产
量
[３￣４ꎬ６￣９]
ꎮ 但不同来源的磷石膏酸度、 成分含量有
所不同ꎬ因土壤盐碱化程度及种植农作物种类的不
同ꎬ磷石膏的施用量也存在较大差异ꎬ如:张瑜等
[３]
用的磷石膏施用量为３ ０００ ｋｇ / ｈｍ ２ ꎻ王伟等 [９] 在轻
ｄｏｉ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣４４４０.２０２３.０３.０１０
增施磷石膏对苏北地区轻度盐碱土改良及小白菜生长
的影响
毛久庚１ ꎬ 毛欣宇２ ꎬ 杨华金１ ꎬ 刘光成１ ꎬ 翟森茂２
(１.南京磷治农业科技研究院有限公司ꎬ江苏 南京 ２１００００ꎻ ２.河海大学农业科学与工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００００)
中极易造成盐碱障碍ꎮ 江苏盐城、连云港、南通等部
分区域土壤的 ｐＨ 为８.６ ~ ９ ３ꎬ含盐量为１.５２ ~ ２ ６６
ｇ / ｋｇꎬ达到轻度至中度盐碱化ꎬ已严重影响蔬菜种子
发芽及幼苗生长ꎮ
磷石膏是磷铵工业副产品ꎬｐＨ 为３.０ ~ ５ ０ꎬ呈酸
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保 １ Ｕ 深 处 基 质相 对 含 水量 为最 大 田问持 水 量 的 ０Ｃ１
７ ％左 右 。 Ｏ 以后 视 基 质 干 湿 度 浇 水 ． 足 草 种 发 芽 、 株 满 植
生长需水 。试验按照其 田问管理进行 ， 定期 观察 多年生 黑麦草生长并作相关记录 。试验时间从 ２０ 年 １ ０７ ０月至
ห้องสมุดไป่ตู้
磷石膏是 磷矿加工 厂提取磷 酸后排放 的 固体废 弃 物之一 ， 因含有 微量重 金属 ，Ｈ 较低 ， ｐ 受雨水 淋失 易对
场； 赤泥取 自贵州铝厂赤泥堆场。
１ ２ 试 验 方法 ．
磷石膏堆场周 围水体 、 土壤等环境造 成污 染¨ 。贵州是 ］
磷矿资源大省 ， 随磷化工快速发展产生大量 的磷 石膏对 该地 区造成巨大 的环境压力 。因此 ， 开辟磷 石膏资源化 利用具有重大意 义。 目前磷石 膏利用研究 主要集 中在 生产建材印 改 良土壤方 面 ］ 石膏用量有 限。采 用 、 ， 磷
污泥 的 最佳 配 比是 １： １ ； 种 配 方 可 以划 分 为 ４个等 级 。 ２： ０ ９
关键词 ： 磷石膏 ； 多年生黑麦草 ； 植物修复 ； 主成分分析 ； 聚类分析
中图 分类 号 ： ０ 文 献标 识 码 ： 文章 编 号 ：０１ ０ ０ （０ ００ －０９ －０ Ｘ７５ Ａ １０ － ０９ ２１ ）２ ０ ０ ４
北 方 园 艺 ２０）０９ ０ （ ：～ ３ １２９
麦草叶片的叶面积 ， 求其平均值 ； ④穗数 ； ⑤穗长 ， 选取 ５
株具有代表性 的多年 生黑麦草 ， 求其平均值 ； ⑥穗 干重 ； ⑦地上部干重 。不 同配方磷 石膏 改 良基 质物 理性 质指
植物 ・ 园林花卉 ・
ｒ 、 、 ７ ｒ 、 ８ ｒ 都 大 于 ５ ｍ， 别 比对 照 高 ｒ Ｔ 、ｒ Ｔ 、ｒ ５ ４ ３ ０ｃ 分
通讯 作者 ： （９４）男 ， 州天 柱人 ， 士 ， 刘方 １６～， 贵 博 教授 ， 主 要 从 事 现
土壤 生 态学的研 究工作 。Ｅ ｍ ｉ ｌ ｎ １ ３ ｏ ． ｏ － ａ ： ｆ ｇ ２ ＠ｔｒ ｔｍ。 ｌ ａ ｎ
基金 项 目： ９ ３计 划 ” 期 研 究 专 项 基 金 资 助 项 目（ｏ ８ Ｂ １ “７ 前 ２ ｏ Ｃ ４
７ ０９ 。 ２ ）
１３ 指标测定 ． 多年生黑麦草生长特性指标 ： ①分蘖率 （ ） 一分蘖 总数／ 植株总数 ×１０②株高 ， ０； 随机测量 ５株多年生黑麦 草的株高 ， 求平均值 ； 叶面积 ， ③ 随机测量 ５株多年生黑
收稿 日期 ：０ ９ ０ —２ ２０ － ９ ０
９ ０
植物修复磷石膏堆场 ， 初期既可减少磷石 膏中有 害物质
污染水体和土壤 ， 又能绿化矿 区 、 改善空气质量 ， 后期修
复 则 可 生产 磷 石 膏 生 态 砖 、 坪 花 卉 基 质 ， 现 磷 石 膏 草 实
的资源化利用 。植物修 复磷 石膏 的首要 Ｔ作 是改善 其 理化特性以适宜植物 生长。磷石膏 颗粒 细小 、 气保水 透 性能差 、 酸性强 ， 添加 的改 良剂必须具备一定 的碱性 、 富 含养分 、 有益微量元素 、 疏松多孑 等特性 ， Ｌ 而赤泥ｌ 、 ５ 粉煤 灰［ 、 ６ 污泥ｌ混合施用能够满足这 些需求 。该试验采用 ］ ７ ］ 来源渠道广 、 运输便 利 的赤泥 、 粉煤 灰和 污泥对 磷石膏 进行改良试验 ， 为磷石膏植物修复提供参考。
质 改良磷石膏， 在 筛选 出适宜多年 生黑麦草生 长的最优 配方。通过 对 多年 生黑 麦草 的生长特 旨 性 以及磷 石膏基质的物理性质作 多重比较分析 、 极差分析 、 方差分析、 主成分分析 以及聚 类分析 。 结果表明 ： 添加改 良剂的磷 石膏物理性 质得到较 大改善 ， 多年生 黑麦草长势更好 ； 泥： 赤 粉煤灰 ：
将磷石膏、 粉煤 灰 、 赤泥 、 泥在室 内风 干． 除石 污 剔 块、 草屑等 ， 分装 在清洁 尼龙袋 内备 用。采用 Ｉ ３ ） （。 正 交试验设计（ 见表 １ 配置改 良磷石膏基质。配制 时必须 ） 先往磷 石膏 中加 粉煤灰 ， 再加赤泥 ， 最后加污泥 ， 此添加
顺序有助于粉煤灰 、 泥和污泥与磷石膏混匀 。磷石膏 赤
２０ ０ ８年 ９月 。
表１
Ａ
正 交试 验 设 计 因素 水 平 表
Ｂ Ｃ
ｌ 材 料与方法
１ １ 试 验 材 料 ．
处理
赤泥 ／ 盆 ｇ．
粉煤 灰 ｇ．盆
污泥 ｇ． ｊ 盆
组 合
多年生黑麦草（ｏｉｍ ｐｒｎ ｅＩ ） Ｌ ｌ ｅｅｎ ．品种 ‘ ｕ 首相 ’ 自 购 美 国百绿有限公司北京代 表处 百绿 （ 津） 天 国际 草业有
・
园林花卉 ・ 植物
北 方 园 艺 ２ ｏ ）０ ９ ０ （ ：～ ３ １２９
磷石膏基质改 良配方筛选及多年生黑麦草生长特性研究
向 仰 州 ，刘 方，巍 嵬 ，吴 永 贵
（ 贵州 大学 资源 与环 境丁 程学 院 ， 州 贵 阳 ５００ ） 贵 ５０３
摘
要 ： 据 赤 泥 、 煤灰 和 污泥 的理 化 互 补 特 性 ， 用 正 交 设 计 法将 三 者 制 成 ９种 复 合 基 根 粉 采
限 公司； 磷石膏取 自贵州瓮福集 团磷石 膏堆场 ； 污泥取 自贵阳市某污水处理厂 ； 粉煤灰取 自贵阳电厂粉煤灰堆
第一 作者简 介 ： 向仰 州（９３） 男， 州 晴隆人 ， 士 ， 主要 从 事 １８一， 贵 硕 现
污 染环境 的生物 修 复研 究＿ 作 。Ｋｍａｌｙｈ ｎ ｌ＠ １ ６ｔｍ。 Ｔ － ｉ：ｚ ￣ａ ｇ ８ ２ ． ｏ
量 ：０ ／ 。 ８ ０ｇ 盆 将 不 同 改 良 磷 石 膏 基 质 装 入 塑 料 花 盆 （０ＣＩ ２ Ｕ × ２ ｍ×１ ｍ） 。 ０ｃ ５ｃ 中 每个 处 理 ３ 重 复 。基质 稳 定 １ 后 次 周 播 种 多 年 生黑 麦 草 子 ２ ０粒 。播 种 完 毕 立 即浇 水 ， 盆 确