低分子量有机酸及腐殖酸对煤矸石理化性质的影响

低分子量有机酸及腐殖酸对煤矸石理化性质的影响煤矸石是夹在煤层中的岩石或采煤和洗煤过程中排出的多种岩石的混合体。我国煤矸石产量巨大且排放速度惊人。目前我国现有的煤矸石利用途径多样,但由于成本及技术不成熟等问题,煤矸石的资源化利用量不大,大部分煤矸石仍堆积在地表形成煤矸石山,不仅造成土地资源浪费,也带来一系列生态环境问题。因此将煤矸石作为一种潜在可利用资源,在堆放点原位保存,并恢复其上植被,防控其生态环境影响,具有重要意义。

低分子量有机酸和腐殖酸在改善土壤结构、提高土壤供肥能力、修复污染土壤等方面均具有重要作用。本实验通过向未风化过的煤矸石中添加腐殖酸和植物普遍分泌的低分子量有机酸,模拟在不同种类、不同浓度的低分子量有机酸和腐殖酸对煤矸石的作用下,培养不同的时间后,分析煤矸石颗粒、化学性质变化和养分释放情况,并分析了施入有机酸后煤矸石理化性质之间的相关关系,比较不同有机酸对植物可获得性的差异,探讨低分子量有机酸对煤矸石理化性质的影响机理。主要研究结论如下:(1)经激光粒度仪测定,供试煤矸石以粉粒极为主,其次是粗砂级,再到中砂级和细砂级。供试低分子量有机酸和腐殖酸施入煤矸石,都使煤矸石颗粒组分发生变化。

对照处理下煤矸石颗粒组分的等级尚无变化,柠檬酸、酒石酸处理下的煤矸石以粗砂级增多,施入苹果酸、腐殖酸的煤矸石粘粒级增加,草酸处理下的煤矸石粒极变化不大。与对照相比,随着培养时间的延长,粘粒、粉粒不断增多,而较小的砂粒的体积百分比呈现出不断上升的趋势,大颗粒的砂粒呈现出波动下降的趋势。低分子量有机酸和腐殖酸的加入不断促进了煤矸石颗粒的细化和细小团聚体的形成。煤矸石各等级颗粒的分布情况与有机酸浓度并未形成显著的规律性。

(2)不同低分子量有机酸及腐殖酸对煤矸石pH值的影响差异较大,总体表现为柠檬酸和苹果酸处理对煤矸石pH值具有降低作用,而酒石酸、草酸及腐殖酸处理的煤矸石pH值上升。保持煤矸石处于湿润环境有助于其电导率的升高,而低分子量有机酸和腐殖酸的添加对煤矸石电导率的作用表现在:柠檬酸和苹果酸的添加对电导率的提高具有促进作用,酒石酸、草酸和腐殖酸则大幅度降低了煤矸石的电导率。(3)各处理的碱解氮含量与初始含量相比均有明显升高,施入柠檬酸和苹果酸促进了碱解氮的释放,苹果酸的影响能力大于柠檬酸。酒石酸、草酸和腐

殖酸施入后碱解氮含量均值都低于对照水平,说明此三类酸对煤矸石碱解氮的释放具有一定的抑制作用。

保持煤矸石湿润状态和添加实验所设置的5种有机酸均对煤矸石速效钾含量具有降低的作用。同时,有机酸促进了煤矸石中速效磷的释放。(4)煤矸石水分浸润、施入低分子量有机酸和腐殖酸后,其pH值和电导率都呈现出极显著的负相关关系。同时pH值和速效养分之间也多次表现出极显著的相关关系,这表明pH 值的变化在一定程度上可以改变煤矸石的养分释放情况。

(5)五种有机酸施入后,煤矸石的pH均值范围在5.82~7.95,处于弱酸性和碱性之间,此pH值的变化对植物影响不大,大多数植物都能够适应此生长环境。而有机酸对煤矸石速效养分的影响主要表现在促进了煤矸石中碱解氮的释放,提升了煤矸石的养分等级;有机酸对速效钾和速效磷的影响虽然为表现在提升养分等级水平上,但是养分含量都有上升,一定程度上改善了植物的生长环境,提高了煤矸石山上生长植物的可获得性能力。