神東礦區位于鄂爾多斯高原東南部、陜北黃土高原北緣、毛烏素沙漠的東南邊緣，屬世界八大煤田之一，是我國最大的煤炭生產基地和優質動力煤出口基地。由于這一地區水資源十分缺乏，生態建設需要大量的水資源作為保障，而煤炭開采又必將對水資源造成很大影響，應用中水灌溉是神東礦區生態建設的重要措施，也是生態建設取得成效的保障。但在中水長期的灌溉應用中，一些問題已然顯現，如部分地段土壤嚴重鹽堿化，植物生長不良，病害頻發等，而且這些問題呈累積發展態勢，如果不盡早解決，必然對生態安全構成威脅。礦井中水所含的營養元素及鹽分較多，是構成污水排放與綠化用水的一對矛盾因素和限制其廣泛應用的主要原因，也是中水合理利用研究的熱點。中水在我國的應用歷史較短、使用范圍小等特點決定了中水應用專項研究還很少，對礦井中水用于草坪灌溉的研究更是鮮有報導。
土壤次生鹽堿化是應用中水灌溉綠地后多發的問題之一。中水灌溉會造成土壤鹽分的累積，對植物生長造成脅迫危害。解決土壤鹽堿化問題需從兩方面著手，一是恢復治理，二是源頭控制?；謴椭卫砭褪菍σ咽艿接绊懙耐寥肋M行改良與復壯，而源頭控制就是通過對礦井中水凈化處理達到中水成分不再對土壤與植被造成影響。為了加強植物的修復效果，向污染土壤加入改良劑也是修復退化土壤的重要措施。
植物在修復鹽堿土壤方面有工程措施無法相比的優勢，其高效、安全、經濟、持久等特點與實現可持續發展目標相吻合。許多研究表明，草類植物對鹽堿土壤具有良好的修復效果。因此，種植具有吸鹽能力的草坪綠化植物，不但能修復鹽堿土壤，同時還能滿足礦區居民對綠地景觀的要求。草地早熟禾（Poapratensis）是應用較為廣泛的草坪植物之一，亦是我國北方重要的草坪草種，繁殖力強、再生性好，被美譽為“草霸王”；此外，它還具有生長年限長、耐旱、抗寒、返青早、綠期長等特點，堪稱“綠草之冠”。
本文采用種子暴露試驗，通過研究 2 個國內外應用較為廣泛的草地早熟禾品種在不同水質澆灌和不同土壤改良方式下的種子萌發及其幼苗生長試驗，探討礦井中水對草地早熟禾的生態危害，以其為礦區退化土壤的生態修復和綠化及礦井中水合理應用提供理論依據和實踐參考。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
1.1.1 礦井中水和清水
供試礦井中水和清水均取自神東礦區活雞兔礦井污水處理廠。礦井中水為礦區廢水在經過混凝、沉淀、過濾、消毒凈化處理后，可以直接排放或用于生產的水。清水為礦井中水進一步淡化處理后的水（反滲透出水），用作對照。各種水質成分見表 1?！颈?】
1.1.2 土壤和改良劑
供試土壤取自神東礦區黑炭溝污水處理廠草坪區地表 0~20 cm 土壤，土壤經混勻、風干、研磨、過篩（2 mm）備用。土壤理化性質如下：pH 7.21，全氮 0.73g·kg-1，全磷 0.41 g·kg-1，全鉀21.8 g·kg-1，速氮 54.4mg·kg-1，速磷 26.7 mg·kg-1，速鉀 79.8 mg·kg-1，有機質18.5 g·kg-1。脫硫石膏購自神東熱電公司，碳粉取自神東礦區上灣煤礦附近，污泥取自神東礦區黑炭溝生活污水處理廠。
1.1.3 種子
供試草種以在神東礦區適應強的草地早熟禾品種新歌來德（Nuglade）和獎品（Award）為研究對象，種子購自北京克勞沃草業技術開發中心。均選用飽滿、健康種子。
1.2 試驗設計和方法
1.2.1 土壤處理
試驗設計分為 2 部分：
第 1 部分設 4 個處理，分別為礦井中水（C1）、礦井中水與清水 2∶1 混合（C2）、礦井中水與清水 1∶1 混合（C3）和清水對照處理（CK），每個處理 3 次重復。選取直徑 120 mm 的培養皿，每個培養皿放 60 g 過篩土壤。分別加入不同的試驗用水，待水分揮發干后，攪拌均勻。這樣連續處理 5 次后，放置幾天使用。
第 2 部分設 10 個處理，處理分別為礦井中水石膏改良（C1S）、礦井中水碳粉改良（C1C）、礦井中水污泥改良（C1W）、2∶1 混合石膏改良（C2S）、2∶1 混合碳粉改良（C2C）、2∶1 混合污泥改良（C2W）、1∶1 混合石膏改良（C3S）、1∶1 混合碳粉改良（C3C）、1∶1 混合污泥改良（C3W）、清水無改良（CK），每個處理 3 次重復。
土壤按第 1 部分設置，石膏、碳粉和污泥以土重 2%的比例加入，混勻。為使各處理的重量一致，CK 中加入2%的原狀土。
1.2.2 發芽試驗
將精選的飽滿健康的新歌來德和獎品種子分別放入土壤表面，每個培養皿中均勻播種 30 粒，置光照培養箱培養，在 25 ℃/15 ℃晝/夜（晝 10 h/夜 14 h）溫度條件下萌發，每天用滴管補充相應的水分，用稱重法使土壤水分維持在田間持水量的 60%。發芽期間每天 8：00~10：00 記錄一次，第 3 d 統計發芽勢，第 8 d統計發芽率，用直尺計量第 8 d 的苗長和根長并計算發芽指數和活力指數。
1.2.3 指標測定
發芽率=（種子發芽數/供試種子數）×100%發芽勢=（3 d 內種子發芽數/供試種子數）×100%發芽指數（GI）=ΣGt/Dt式中：Gt 為在 t 日的發芽數；Dt 為發芽天數?；盍χ笖担╒I）=GI×S式中：S 為萌發第 8 d 幼苗的長度；GI 為發芽指數。
1.3 數據處理與分析
采用 Excel 2007 制表、制圖，運用 SPSS 13.0 軟件對試驗測得種子萌發指標及幼苗生長指標在不同處理下得到的結果進行單因素方差分析，用 Duncan 法多重比較，采用 LSD 法在 0.05 水平確定各個均值之間的差異顯著性。用 DPS 7.02 軟件的灰色系統方法進行關聯度分析，取新歌來德和獎品各指標的平均值，初值化無量綱處理。
2 結果與分析
2.1 灌溉水質對草地早熟禾種子萌發的影響
不同水質處理對新歌來德和獎品種子的發芽率無明顯影響，但發芽勢在礦井中水和 2∶1 混合下與 1∶1 混合相比顯著降低（P<0.05），新歌來德分別降低了45.6%和 31.1%，獎品分別降低了 42.2%和 18.9%。發芽指數在 2∶1 混合下與 1∶1 混合相比差異性顯著（P<0.05），新歌來德分別降低了 8.2%和 5.0%，獎品分別降低了 8.2%和 3.7%。種子活力指數在礦井中水和 2∶1 混合下與 1∶1 混合相比顯著降低（P<0.05），新歌來德分別降低了 51.3%和 27.8%，獎品分別降低了50.8%和 43.5%?？偟膩砜?，1∶1 混合下新歌來德和獎品的發芽率、發芽勢、發芽指數和種子活力指數與清水對照處理相比沒有顯著差異，且除發芽率與對照相同外其他均高于對照，新歌來德分別提高了 5.6%、0.8%、8.2%，獎品分別提高了 4.5%、0.7%、6.6%（表2）?！颈?】
2.2 灌溉水質對草地早熟禾幼苗生長的影響
對比各供試植物不同水質處理下苗長和根長數據的方差分析結果可以看出（圖 1、圖 2），在種子萌發期，2 個品種新歌來德和獎品在礦井中水和 2∶1 混合下與 1∶1 混合相比苗長和根長顯著降低（P<0.05），新歌來德苗長分別降低了 1、0.44 cm，根長分別降低了1.93、1.8 cm，獎品苗長均降低了 1.03 cm，根長分別降低了 1.13、0.96 cm。與對照相比，1∶1 混合下新歌來德的苗長和獎品的苗長、根長增長不顯著，而新歌來德的根長伸長顯著（P<0.05），增加了0.83 cm?！緢D1-2】
2.3 不同水質、不同土壤改良方式對草地早熟禾種子萌發的影響
不同水質、不同土壤改良方式對草地早熟禾種子萌發影響的試驗結果列于表 3。在相同水質澆灌下，添加石膏和碳粉與添加污泥改良相比，新歌來德和獎品種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均顯著提高（P<0.05），種子活力指數差異不顯著。在不同水質灌溉下，石膏、碳粉和污泥改良處理的新歌來德和獎品種子的發芽率差異不顯著。1∶1 混合和2：1 混合澆灌與單一礦井中水澆灌相比，石膏改良在發芽勢和發芽指數上顯著提高（P<0.05）。1∶1 混合澆灌與礦井中水澆灌相比，碳粉改良可顯著提高新歌來德種子的發芽勢和活力指數，而污泥改良則顯著提高了新歌來德和獎品種子的發芽勢、發芽指數和活力指數。2∶1 混合澆灌與單一礦井中水澆灌相比，可顯著提高新歌來德種子的發芽指數?？梢?，礦井中水對新歌來德和獎品種子的萌發具有很強的抑制作用?？傮w來看，1∶1 混合澆灌經石膏和碳粉改良后，新歌來德和獎品種子的所有萌發指標與對照相比差異不顯著，2∶1 混合澆灌再加之石膏和碳粉改良后，供試草種的發芽率、發芽勢、發芽指數與對照相比差異不顯著，只有種子活力指數差異顯著?！颈?】
2.4 不同水質、不同土壤改良方式對草地早熟禾幼苗生長的影響
圖 3、圖 4 的分析結果表明，在相同礦化度礦井中水灌溉的前提下，與土壤中加入石膏和碳粉的處理相比，土壤中加入污泥的處理可顯著提高 2 種草地早熟禾材料的苗長，但對其根長的抑制作用同樣顯著?！緢D3-4】
礦井中水灌溉后，經石膏和碳粉改良對新歌來德的苗長和根長以及獎品苗長的影響不顯著，但對獎品的根長影響顯著（P<0.05）；2∶1 混合石膏改良與碳粉改良相比，新歌來德的根長顯著提高（P<0.05），而新歌來德的苗長和獎品的苗長、根長差異不顯著，由此也可以看出石膏改良后供試材料的苗長、根長等指標稍優于碳粉改良；1∶1 混合石膏改良與碳粉改良相比，新歌來德和獎品的苗長、根長均顯著提高（P<0.05）?？傮w來看：1∶1 混合石膏改良后，新歌來德的苗長以及獎品的苗長、根長與對照相比差異不顯著，而新歌來德的根長顯著提高（P<0.05）；1∶1 混合碳粉改良后，供試材料的所有指標與對照相比差異不顯著。
2.5 不同處理的關聯度分析
試驗觀測了不同影響因素處理后，草地早熟禾 2個品種的發芽率、發芽勢、發芽指數、種子活力指數、苗長、根長 6 項指標，以試驗結果中各性狀最優值構造標準組合。在此基礎上，采用灰色關聯度分析的方法，評價各處理組合間的優劣。分析結果表明，關聯系數最大的為處理 7（1∶1 混合，石膏改良），與標準組合關系最近（γ=0.992 0），即該處理效果最好；處理組合3（礦井中水，污泥改良）的關聯系數最?。é?0.547 6），處理效果亦最差。由關聯系數依次排列獲得各處理的關聯序（表 4）。從表 4 看出，關聯序排在前 4 位的組合依次是 1∶1 混合石膏改良、1∶1 混合碳粉改良、2∶1混合石膏改良和 2∶1 混合碳粉改良，可見 1∶1 混合和2∶1 混合澆灌的前提下，土壤經石膏改良的效果最好?！颈?】
3 討論
鹽分抑制植物種子萌發的原因主要是由滲透脅迫、離子毒害以及其他因素如激素、蛋白質、氨基酸等引致，鹽分對幼苗生長的抑制亦主要通過滲透脅迫、離子毒害和離子吸收不平衡等因素影響植物。
供試材料新歌來德和獎品種子萌發與幼苗生長在 1∶1 混合澆灌下存在促進效應，隨著礦化程度的加重呈現下降的趨勢，即高礦化度礦井中水含有影響植物種子萌發和幼苗生長的較多鹽分，也可能是高礦化度礦井中水破壞了土壤環境，使土壤鹽堿化?？傊?，種子萌發和幼苗生長是植物生活史中對環境脅迫反應最為敏感的時期。苗期是植物整個生命周期中耐鹽堿性最差的時期，而發育早期又是對鹽分脅迫最為敏感的時期，此時期生長環境鹽分的高低不僅影響植物能否定植，甚至還會決定物種的分布和群落組成。
高水平的鹽堿條件無疑會完全抑制種子的萌發，而低水平鹽堿條件誘導種子的休眠，或者對種子萌發沒有顯著的抑制作用，或者促進某些植物種子的萌發。1∶1 混合澆灌促進了草種的萌發和幼苗的生長，可能是由于礦井中水與清水混合有效降低了礦井中水的礦化度，而且礦井中水富含植物生長的營養物質，營養成分起主導作用促使種子的萌發和幼苗的生長，同時掩蓋了鹽害作用，隨著灌溉時間的增長鹽害可能會表現出來。中水與常規的灌溉水相比含有較高的鹽分，因而中水長期灌溉對綠地土壤和植物的影響備受關注。鄭偉等研究發現，與清水相比，中水灌溉 2 年后總體呈現土壤鹽分增加的趨勢；Pintou等發現中水灌溉后土壤 pH 值增高；王齊研究發現，中水中鹽離子在土壤中積累，在短期或交替灌溉下不會對植物的生長產生危害，但長期單一中水灌溉可能會造成土壤鹽漬化而對植物生長造成脅迫危害。
本文重點研究了不同礦井中水處理下早熟禾種子萌發和幼苗生長指標的室內模擬試驗，缺乏礦井中水長期灌溉下對土壤環境和植物生長的影響。因此，為了進一步研究礦井中水對草坪綠化植物的生態危害以及礦井中水的處理和應用，還應該加強長期礦井中水澆灌下土壤環境指標的監測及草坪植物的形態指標和生理生化指標的研究，從根本上解決礦井中水綠化應用與去污排放間矛盾的難題，實現從源頭控制的目的。
為尋找進一步加強植物耐脅迫性及其修復效果的土壤改良措施，本研究還比較了在不同水質澆灌下添加不同改良劑后新歌來德和獎品種子萌發和幼苗生長的反應。結果表明，幾種改良方式對新歌來德和獎品種子的萌發和幼苗生長在一定程度上表現出積極的作用。石膏改良可促進草種萌發和幼苗生長，具體原因可能是石膏改良后，鹽堿土化學性質有明顯改變，碳酸氫鈉含量明顯降低，鈉質膠體變為鈣質膠體，進而改善鹽堿土的鈣質營養條件，即石膏起到了離子代換作用。在鹽堿地施用脫硫石膏具有降低土壤pH、提高作物出苗率和產量的效果，此外石膏是一種鈣肥，能提高植物的抗旱能力。研究還發現污泥改良促進了幼苗的生長，卻抑制了種子的萌發和幼苗根的發育，可能是由于污泥中含有大量的營養元素促進了幼苗的生長，污泥鹽分含量高則抑制種子萌發和根的發育。綜合分析新歌來德和獎品的種子萌發和幼苗生長指標，石膏改良在 1∶1 混合和 2∶1 混合澆灌下效果最好。這可能是由于高礦化度礦井中水和清水混合有效降低了礦井中水的礦化度，對土壤的污染程度較小，同時石膏增施穩定增加了土壤中 Ca2+、Mg2+、SO2-4離子含量，進而有效降低 HCO-3離子含量、pH 值和堿化度，滿足了新歌來德和獎品種子的萌發和幼苗的生長。利用中水過量灌溉存在的堿化趨勢主要是由鈣、鎂離子變化引起的，土壤堿化過程常是灌溉水中可溶性 Na+與土壤膠體表面其他陽離子如 Ca2+、Mg2+進行交換的過程。Ca2+、Mg2+可以使土壤通氣透水，導水性能改善，灌溉水中 Na+過高可以引起土壤分散和膨脹，導致表層土壤板結與土壤堿化。在礦井中水灌溉條件下土壤中加入脫硫石膏可有效降低堿化的風險。本文研究了礦井中水和清水 1∶1 和 2∶1 兩種比例以及 2%的脫硫石膏添加比例早熟禾種子萌發和幼苗生長的響應，旨在驗證礦井中水深度除鹽效果及選擇適宜的混灌比例和合適的土壤改良措施。為了達到更好的效果，還需進一步研究礦井中水和清水的不同混合比例和石膏量的配置，以期實現無鹽害土壤源頭控制，受鹽害土壤恢復治理。
綜上所述，對礦井中水灌溉草坪應采取慎重態度。對未受礦井中水污染的草坪，在鹽分易于累積的季節應適當調整灌溉方式、灌溉量，必要時采用中水與清水混合灌溉或輪灌等措施以減少鹽分累積，并避免鹽脅迫超過草坪的耐受限度。用礦井中水灌溉已受污染危害的草坪時，首先應對土壤進行改良，其次對礦井中水進行深度除鹽后再進行灌溉或改進礦區的排水方式。經濟、安全、有效的方法是應選育適宜性強的物種并結合礦區氣候特點，科學調節灌溉方式、灌溉時間和灌溉量，使礦井中水利用效果達到最佳。
4 結論
神東礦區礦井中水礦化度為 1844 mg·L-1，是對照 250 mg·L-1的 7.38 倍，對草坪生長屬于中度危害范疇；礦井中水亦含有較高濃度對土壤和植物產生毒害的鈉離子和氯化物。因此，在用此種性質的礦井中水澆灌后，草地早熟禾兩個品種種子的發芽勢、發芽指數和種子活力指數會顯著降低，幼苗生長受抑制。
礦井中水與清水混合有效降低了礦井中水的礦化度，同時礦井中水富含植物生長的營養物質，能促進種子萌發和幼苗生長。采用礦井中水與反滲透出水（清水）1∶1 混合的方法，既可以減少對反滲透設備的消耗，又可以滿足綠化用水的要求，在一定程度上起到了源頭控制的目的。
土壤改良措施中，石膏和碳粉的改良均能有效促進草種萌發和幼苗生長，但污泥改良措施主要促進幼苗生長，對種子萌發和根的發育有抑制作用。不同處理組合多指標的關聯度分析結果表明，礦井中水與清水不同比例混合澆灌石膏改良效果最好，碳粉改良措施次之。
參考文獻：
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