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煤礦開采對(duì)環(huán)境造成極大擾動(dòng)，引發(fā)了一系列如水土流失、土地貧瘠化、鹽堿化等亟待解決的生態(tài)環(huán)境問題[1]，采煤沉陷區(qū)和煤矸石山是煤礦廢棄地土地復(fù)墾與生態(tài)重建的主要類型[2]，其綜合治理是目前礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的一個(gè)重大難題。作為采煤沉陷區(qū)和矸石山植被重建的主要方式之一[3]，充填復(fù)墾使用煤矸石和粉煤灰作為充填材料，既能解決土源問題，也能減少煤矸石和粉煤灰的排放、壓占以及粉塵、視覺的環(huán)境污染等問題[4,5]。
紫花苜蓿（Medicago sativa），豆科、苜蓿屬多年生草本，歐亞大陸廣泛種植作為飼料與牧草。紫花苜蓿枝葉繁茂，對(duì)地面覆蓋度大，又是多年生深根型，在改良土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，增加透水性，攔阻徑流，防止沖刷，保持坡面，減少水土流失等方面的作用十分顯著[6]。
本文研究了不同配比的粉煤灰和煤矸石基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)、根系活力、葉綠素含量以及抗逆性的影響。以期通過分析不同配比基質(zhì)下紫花苜蓿的生長(zhǎng)狀況，來確定最佳的復(fù)墾基質(zhì)，為煤礦礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
以煤矸石、粉煤灰為主要材料，煤矸石取自臨汾煤運(yùn)公司金殿鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運(yùn)站，粉煤灰取自臨汾市河西熱電廠。供試植物選擇紫花苜蓿，種子由小麥研究所提供。栽培花盆規(guī)格為13cm×9cm×11cm（盆口直徑×盆底直徑×高）。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用盆栽法，設(shè)5個(gè)配比的基質(zhì)處理，每個(gè)處理5次重復(fù)，共25盆（見表1）。播種前，種子用10%H2O2浸泡10min，無菌水反復(fù)清洗數(shù)遍后，置于濕潤(rùn)紗布上，于25℃恒溫箱催芽，種子露白即可。以圓形塑料花盆作為培養(yǎng)容器，內(nèi)襯自封塑料袋[7]。栽培基質(zhì)調(diào)配前，煤矸石過3mm篩，黃土和粉煤灰過1mm篩。每盆裝厚度約為9cm基質(zhì)，按照表1比例進(jìn)行裝盆。2013年5月播種，每盆放入已催芽的種子20粒，在其上覆蓋土200 g，厚度約為1 cm。為保證植物能獲得充足的養(yǎng)分，每周定量施加減磷的hoagland營(yíng)養(yǎng)液。用稱重法維持基質(zhì)含水量在最大持水量的80%[8]。培養(yǎng)60天后進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法
每個(gè)處理隨機(jī)選取5株，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株高度、基徑；計(jì)數(shù)葉片數(shù)，LI-3000A便攜式葉面積儀進(jìn)行測(cè)量葉長(zhǎng)、平均葉寬、葉面積；將幼苗完整取出，測(cè)定主根長(zhǎng)度，于105℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中殺青20 min，70℃烘干至恒重，稱取干重；浸提法測(cè)定葉綠素含量；TTC法測(cè)定植物根系活力；硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(MDA)含量；磺基水楊酸法葉片游離脯氨酸含量；紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶（CAT）活性[9]。
1.4 數(shù)據(jù)分析
應(yīng)用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
表1 供試基質(zhì)配比
Table1 Ratio of the medium mixtures in the experiment
處理 粉煤灰 煤矸石 黃土
質(zhì)量/kg
quality 厚度/cm
thickness 質(zhì)量/kg
quality 厚度/cm
thickness 質(zhì)量/kg
quality 厚度/cm
thickness
S1 1.25 6 0 0 0.5 3
S2 1.0 4 0.5 2 0.5 3
S3 0.7 3 0.6 3 0.5 3
S4 0.3 2 0.9 4 0.5 3
S5 0 0 1.05 6 0.5 3

2 結(jié)果與分析
2.1 不同基質(zhì)上紫花苜蓿的生長(zhǎng)狀況的影響
紫花苜蓿出苗數(shù)，株高，葉面積，生物量，根長(zhǎng)，基徑，葉片數(shù)可以反映紫花苜蓿在不同比例基質(zhì)的生存能力[10]。從表2可以看在五種基質(zhì)上，紫花苜蓿均可生長(zhǎng)?；|(zhì)S4上紫花苜蓿在株高、基徑、葉面積、根長(zhǎng)、葉片數(shù)量生物量五個(gè)指標(biāo)均顯著高于其他四種基質(zhì)，說明S4基質(zhì)更能促進(jìn)植物生長(zhǎng)?；|(zhì)S5紫花苜蓿的五項(xiàng)指標(biāo)均高于基質(zhì)S1和基質(zhì)S2，與基質(zhì)S3差異不顯著，說明粉煤灰含量較多時(shí)，紫花苜蓿生長(zhǎng)效果較差。
表 2 不同基質(zhì)上紫花苜蓿幼苗生長(zhǎng)的影響
Table 2 Effects on the growth of Medicago sativa L.under different disposals
處理
treatment 株高/cm
Seedlings height 基徑/cm
Ground diameter 葉面積 /cm2
Leaf area 根長(zhǎng)/cm
Root length 葉片數(shù)量
Total leaf amount 生物量/g
Biomass
S1 10±1.35 0.81±0.11 0.80±0.19 25±1.02 6±1 37.9±1.35
S2 13±2.11 0.73±0.12 0.83±0.21 31±2.01 6±1 42.21±0.79
S3 17±1.25 0.93±0.21 0.97±0.22 33±1.12 7±1 45.58±1.59
S4 19±2.11 1.25±0.17 1.15±0.30 45±3.21 9±2 49.19±1.78
S5 16±1.78 0.70±0.03 0.84±0.12 34±1.79 7±1 43.32±2.31

2.2 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿根系活力的影響
植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響地上部分的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平[11]。由圖1可知，基質(zhì)S4的根系活力顯著高于其他四種基質(zhì),達(dá)到30.33μg/g?h；基質(zhì)S1和基質(zhì)S2差異不顯著,分別為11.56μg/g?h和11.75μg/g?h；基質(zhì)S3和S5差異不顯著，分別為19.67μg/g?h和18.75μg/g?h，但高于基質(zhì)S1和基質(zhì)S2。說明紫花苜蓿對(duì)五種廢棄物基質(zhì)均有一定抗性和耐性，基質(zhì)S4上紫花苜蓿根系活力最高。

圖1 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿根系活力的影響
Fig1 Effects on root activity of Medicago sativa L. under different disposals

2.3 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿葉綠素含量的影響
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的色素，絕大多數(shù)的葉綠素a和全部的葉綠素b具有收集光能的作用，葉綠素含量高低在一定程度上反映了植物光合作用的高低[12]。由表3看出，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素含量四個(gè)指標(biāo)變化趨勢(shì)一致，均為S4＞S5＞S3＞S2＞S1。五種基質(zhì)兩兩相比較均存在顯著性差異[13]。
表3 不同基質(zhì)上紫花苜蓿葉綠素的含量
Tabel 3 The chloropHyll content in leaves of Medicago sativa L.under different disposals
處理
Treatment Ca Cb Cxc C總
S1 1.85±0.12 0.69±0.08 0.21±0.01 2.54±0.09
S2 3.02±0.03 1.25±0.03 0.59±0.03 4.27±0.04
S3 3.99±0.09 1.68±0.01 0.69±0.05 5.68±0.12
S4 12.58±0.21 55.81±0.43 25.18±1.32 43.23±0.43
S5 7.35±0.17 2.52±0.05 1.39±0.09 9.88±0.14
2.4 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿抗逆性的影響
在逆境(如干旱、低溫、高溫、鹽漬等)及植物衰老時(shí)，植物體內(nèi)游離脯氨酸、丙二醛(MDA)含量均會(huì)大幅度增加，這兩種含量的積累與植物的抗逆性有關(guān)[14]。CAT，是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶，其活性的高低也與植物的抗逆性有關(guān)，具有清除代謝中產(chǎn)生的H2O2的作用，以避免H2O2積累對(duì)細(xì)胞的氧化破壞作用[15]。因此對(duì)脯氨酸、丙二醛、CAT三項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，有助于對(duì)紫花苜蓿衰老及逆境生理的了解。由表4可以看出基質(zhì)S4在脯氨酸、MDA以及CAT三個(gè)指標(biāo)上與其他基質(zhì)存在顯著差異，脯氨酸和丙二醛含量顯著低于其他基質(zhì)處理，而CAT活性為6.11μg/g?FW?min，顯著高于其他處理；基質(zhì)S5和基質(zhì)S3、基質(zhì)S1和基質(zhì)S2之間差異不顯著。基質(zhì)S1和基質(zhì)S2兩個(gè)處理脯氨酸和MDA的含量顯著高于其他處理，CAT活性低于其他處理。說明基質(zhì)S4更加適合紫花苜蓿生長(zhǎng)，而基質(zhì)S1基質(zhì)S2對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)生較大損傷。

表4 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿逆境生理的影響
Table 4 The effect of different disposals on stress pHysiology of Medicago sativa L.
處理
Treatment 脯氨酸(μg/ ml）
Free proline 丙二醛 (μmol/l)
Malondialdehyde CAT(μg/g?FW?min)
Catalase
S1 32.83±1.36 41.85±2.14 2.74±0.15
S2 30.15±1.39 33.03±3.13 2.54±0.23
S3 25.30±2.10 28.22±2.16 4.38±0.17
S4 20.36±1.56 24.56±3.12 6.11±0.22
S5 24.75±2.42 25.70±1.01 4.94±0.26

三、結(jié)論與討論
以粉煤灰-煤矸石為栽培基質(zhì)，基本能滿足紫花苜蓿的生長(zhǎng)需要?；|(zhì)S1和基質(zhì)S2兩種基質(zhì)紫花苜蓿生長(zhǎng)狀況較差，可能是由于粉煤灰的營(yíng)養(yǎng)成分低，缺少有機(jī)質(zhì)和氮、磷元素，而且pH至呈現(xiàn)堿性，而這兩種基質(zhì)中粉煤灰比例較多，導(dǎo)致整個(gè)基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分和pH值均不適宜紫花苜蓿的生長(zhǎng)。紫花苜蓿在基質(zhì)S2和基質(zhì)S5上生長(zhǎng)狀況較基質(zhì)S1和S2好，可能的原因是盡管煤矸石也存在營(yíng)養(yǎng)成分低的情況，但較粉煤灰來說，煤矸石大量元素含量較高且各元素含量較為均衡，因此，植物生長(zhǎng)狀況較好。五種基質(zhì)中，基質(zhì)S4（粉煤灰：煤矸石以質(zhì)量比為1:3的比例混合配制而成）的各種營(yíng)養(yǎng)成分比較均衡，pH值也接近土壤的pH值，因此，最適宜紫花苜蓿的生長(zhǎng)，也是最佳的復(fù)墾基質(zhì)。

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