稀土矿区秸秆还田的经济与环境效应

作者:未知

  摘 要:以赣南稀土矿区土壤为试验对象,研究秸秆还田的处理方法对稀土矿区经济与环境效应的影响。研究发现,添加秸秆会严重抑制水稻生长,使得矿区水稻大幅减产,经济效益明显降低,且土壤中的稀土总量并无明显变化,环境效应不明显。所以,在稀土矿区水稻生长的过程中,应该正确、合理地对待秸秆还田的处理方式。
  关键词:秸秆;经济效应;环境效应;稀土矿区
  中图分类号:X322      文献标志码:A      文章编号:1673-291X(2019)08-0063-02
  中国稀土资源在地域分布上具有分布面积广而又相对集中的特点。集中分布区主要在内蒙古的白云鄂博、江西赣南、广东粤北和四川凉山四大片区,成矿条件优越,资源潜力大,有价元素含量高,综合利用价值大。全球的离子吸附型稀土矿中,我国占有90%,而赣南就占到其中的2/3[1]。虽然赣南的稀土资源丰富,但由于长期盗挖滥采、开采工艺落后等原因,资源利用率、回收率低,浪费严重,使得大量稀土元素不断积聚到矿区的农田之中,对矿区农田生态系统产生了较大的影响,甚至带来一定程度的危害。因此,对赣南稀土矿区的农作物生长状况的研究就有客观的必要性和现实的紧迫性。
  研究表明,稀土元素能够促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长,提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增强根系对养分的吸收,还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力[2]。比如,喷施稀土可使苹果和柑橘果实的VC含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟,并可抑制贮藏过程中的呼吸强度,降低腐烂率[3]。适量的稀土固然能促进植物生长、促进增收,而若稻田中的稀土含量过多,则会带来一些负面影响。研究表明,稀土浓度过高时,会降低土壤酶的活性,破坏植物叶绿体结构,减少叶绿素含量,减弱光合作用,使植物根系和叶中矿物质养分失衡,并产生高浓度活性氧,导致细胞死亡或抑制作物生长,使稀土矿区农田绝收、水体生物多样性下降[4]。稀土通过生物链、食物链或皮肤吸收进入人体或动物体内,并在人(动物)体内蓄积。轻稀土主要积累在肝脏内,重稀土主要积累在骨骼里,并产生毒理效应。吴磊等对赣南稀土矿区51例白血病患者进行研究后发现,稀土环境暴露史与当地白血病发病有关[5]。朱为方等的研究表明,赣南稀土含量较高的地区,儿童智商均数、记忆力低下。稀土含量越高的地方儿童的注意力和推理能力越低,重稀土表现更为明显,这可能是因为重稀土较轻稀土更容易在大脑积蓄或毒性更大[6]。高剂量稀土对眼睛有损害作用,可强烈刺激眼结膜,引起角膜溃疡等疾病,甚至诱发骨质疏松症;长期接触稀土危及女性的生殖功能,女性月经量减少率和月经异常量数据均高于对照组的相关数据。
  一、材料与方法
  (一)试验材料
  试验供试土壤采自赣南稀土矿区的信丰县嘉定镇龙舌的中稀土(中钇富铕型稀土),稀土开采导致土壤污染,耕地破坏严重。供试水稻品种选用金华市农业科学研究所选育的金早47。该型水稻株型紧凑、叶色较深,成年植株平均高82.5cm,茎秆粗壮,结实率85%左右,平均单产6.82t/hm2,抗病抗瘟能力强,适宜浙中、浙南、赣南稻区及类似地区作早稻种植[7]。供试水稻秸秆采自上饶师范学院水稻试验田,未受过稀土污染。将成熟收割后的新鲜水稻秸秆用自来水清洗,再用去离子水对其进行二次清洗,使其充分去除杂质,然后常温自然风干,用微型植物样品粉碎机将其粉碎,用作试验用秸秆。试验用水均采用符合饮用标准的自来水,无二次污染。
  (二)试验准备及管理
  1.试验准备。将赣南稀土矿区采回的样本土壤置于干燥的实验室内自然风干,按采样点样本标号分开储放,避免不同采样点样本混合,影响试验结果。将各组样本土壤捣碎,过50目筛,去除砾石和植物残体,避免杂质干扰试验结果。盆栽试验采用高为30cm、直径为20cm的圆口塑料试验桶,每个试验桶装入4Kg土壤。将试验分为对照组、秸秆组,每桶土均添加30g尿素和1.5g钾肥。秸秆组每桶添加2%土壤重量的秸秆,并将添加物与土壤均匀混合。与此同时,提前播种、育苗,作为试验用水稻。
  2.试验管理。将盆栽置于上饶师范学院的实验大棚内,试验大棚棚顶透明无色,透光率良好,防风、防雨效果良好。每周调整试验桶位置两次,以此确保每个试验桶获取的光照、热量一致。在水稻生长期,根据气候规律、水稻生长规律增减灌溉水量,满足各试验桶内水稻正常生长需要;不额外施加肥料或其他物料,也不喷施药物,避免其他元素流入样本土壤,影响试验结果。试验水稻成熟后,取试验用自封口袋,按试验桶标签一一对应,将稻谷、茎叶、根系分开收集;收集茎叶与根系时,用符合饮用标准的自来水进行初次清洗,再用去离子水对其进行二次清洗,去除泥土等杂质;最后,将各个样本收集的稻谷、茎叶、根系分别自然风干,并记录下各组试验样本的各个生物量指标。秸秆还田对水稻生物量的影响结果见图1数据。
  二、结果与分析
  从图1可直观地看出,秸秆组水稻生长态势远没有对照组的好,水稻的稻谷、茎叶、根系三个生物量均显著低于对照组,前者的三个生物量指标分别比后者减少94.06%、76.50%、61.31%。
  从表1可以看出,在稀土土壤中添加秸稈,秸秆对土壤中稀土元素的影响并不显著。秸秆还田分别使稀土元素Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy比对照组下降2.64、12.86、10.14、1.04、3.04、0.44、2.95、0.39,而Nd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu略微上升0.64、0.19、0.92、1.13、0.6、3.61、1.39,总的来看土壤中稀土总量从763.89降到738.58,仅下降了0.03%。
  根据以上分析可以得出,秸秆还田对赣南稀土矿区水稻生长呈现出消极影响,抑制了水稻生长,使水稻减产,经济效应明显下降;而对土壤稀土含量影响并不显著,环境效应不明显。
  三、讨论
  信丰采样点的土壤试验表明,秸秆组的生物量显著低于对照组。在秸秆处理的土壤样本中,试验初期,水稻秸秆历经一个腐解过程,水稻秸秆的腐解期间,需要消耗大量的水体活性氧,大致在28天以内达到腐解高峰期,这个阶段正处于水稻幼苗生长前期,土壤中水体活性氧减少,较大程度抑制了水稻生长的生物活性。在腐解过程后期,累积的酸性物质降低了土壤的PH值,不仅抑制了水稻根系的活性,还直接影响了水稻对土壤中各种养分吸收的有效性,相当于间接影响了土壤肥力和水稻生长的活性,使得秸秆处理的试验组中生长的水稻的生物活性长期处于抑制状态,所以秸秆组水稻的稻谷、茎叶、根系三个生物量,以及总生物量均显著低于对照组。
  添加水稻秸秆的处理方法,使得土壤的PH降低、土壤中DOM的含量增加、微生物代谢活性提高,秸秆腐解过程中消耗了大量活性氧,抑制了水稻的生长,因而使得水稻生物量显著减少,经济效益显著降低;而对土壤中的稀土含量并未有明显影响,环境效应不明显。因此,稀土矿区农业工作者应该正确、合理地对待秸秆还田的处理方式。
  参考文献:
  [1]  刘徽平.赣州稀土产业发展简论[J].有色金属科学与工程,2012,(5):101-104.
  [2]  谢永荣,杨娉娉,马巧,等.稀土元素对作物生长的影响[J].作物杂志,2011,(1):5-9.
  [3]  汪燕鸣,王飞,王跃.稀土元素农业应用的研究进展[J].化工时刊,2007,(2):47-49.
  [4]  杨芳英,廖合群,金姝兰.赣南稀土矿产开采环境代价分析[J].稀土,2013,(6):87-90.
  [5]  吴磊,周跃平,钟宏京.赣南稀土矿区白血病病例对照研究[J].中华流行病学杂志,2003,(10):879-882.
  [6]  朱为方,徐素琴,张辉,等.稀土区儿童智商调查研究——赣南稀土区生物效应研究[J].科考通报,1996,(10):914-916.
  [7]  万建民.中国水稻遗传育种与品种系谱(1986—2005)[M].北京:中国农业出版社,2010:238.
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