当前世界环境

介绍

印度发电主要依赖燃煤火力发电站。印度每年生产的煤炭燃烧产品约为1.12亿吨(亿吨)，到2017年将超过2.25亿吨[Singh, 2012]。粉煤灰对环境的影响评价是非常复杂的，详细的研究是很重要的，对植物和土壤的副作用分析是迫切需要的。可持续农业需要谨慎使用任何有机改良剂来提高土壤肥力，同时尽量减少对环境的有害影响[Ram和Masto, 2014]。粉煤灰在农业用地上的应用受到了广泛的评价，它对土壤环境有影响，含有许多非必需元素和必需元素，但具有氮和磷缺乏的特点。关于不同组合粉煤灰改进剂对土壤生物学特性影响的研究很少[Schutter]et al .,2001]。因此，粉煤灰的管理在今天仍然是一个很大的问题。由于环境管理和处置费用高，在林业、园艺、花卉栽培和农业部门利用粉煤灰可能是一个可行的选择。

由于硫含量低以及碳酸镁和碳酸钙的氢氧化物的存在，粉煤灰通常呈碱性[Vimlesh和Giri, 2011]。由于粉煤灰的pH值高，氮磷含量低，土壤微生物活性最低，因此在农业上的利用很少[Wong and Wong, 1989]。粉煤灰有助于改善土壤养分et al .,2003]。一些报道提到粉煤灰作为土壤改良剂用于改善土壤的物理性质[沈]et al .,[2008]，粉煤灰的碱性pH值也有助于增强有机矿化，促进植物的营养供应[Mittra]et al .,2005]。它由Si、Na、Ca、Mg、K、Cd、Pb、Cu、Co、Fe、Mn、Mo、Ni、B、Zn、Al等多种元素组成，缺乏氮和磷。各种重金属，即Cu、Ni、Fe、Pb、Cr、Cd等，可能对植物产生金属毒性。到目前为止，粉煤灰在土壤系统中的利用已经进行了试验芸苔属植物juncea，向日葵”[Pandeyet al .,1994年),桂皮siamea(特里帕西et al .,2005年),小麦[库马尔et al .,[2010]，大米[Bisoi。et al .,2017]。其中所含的营养物质允许将粉煤灰用于农业用途，为作物补充硒、铁和锌等营养物质。据报道，豆科作物可耐受过多的重金属。鹰嘴豆是氨基酸和蛋白质的重要来源。在印度半干旱地区，它被大规模种植[潘迪]et al .,2010]。

印度本德尔坎德邦地区的土壤分为红土和黑土两类。红土在当地被称为rakar，表现出非常低的水潴留和大的渗透性et al .,2012]。它们的有机质、氮和磷含量都很低。据推测，添加有机物可能有利于改善土壤的物理化学特征和维持生产力[Biswas]et al .,2012]。鹰嘴豆在印度是一种重要的豆科粮食，因此本研究选用鹰嘴豆作为试验作物。在北方邦，Jhansi地区是本德尔坎德地区鹰嘴豆的主要产地之一。本研究的主要目的是评估不同剂量的粉煤灰对本德尔坎德半干旱地区土壤的影响，该地区遭受水资源压力，并暴露于日益变化和极端的天气条件下。冬季进行田间试验，采用对照不加粉煤灰(T1)和按10倍加粉煤灰(T1)处理^－1(T2), 20^－1(T3), 30^－1(T4), 40^－1(T5), 50^－1(T6)与蚯蚓堆肥(2th2)结合使用^－1氮、磷、钾(20kg N + 50kgp)₂O₅/公顷+ 20kg k₂O/ ha(土壤)，3个重复。

方法

实验地点和气候

本试验收集的粉煤灰来自印度北方邦Jhansi的Parichha TPP。Jhansi区位于24⁰北纬11度至25度⁰北纬57度，78度⁰10e至79⁰位于该国半干旱地区的东经23度。田间试验于2018年11月至2019年3月在印度Jhansi邦德尔坎德大学的农田进行。

实验装置

在本实验中，鹰嘴豆(中投公司arietinuml．)品种，使用Awrodhi。飞灰样本取自Jhansi的Parichha热电厂。试验田(每个2x2m大小)按完全RBD方式布置，一组三份。不同处理分别为蚯蚓堆肥+氮磷钾(T1)(对照)、粉煤灰(10 mg / kg)^－1）+氮磷钾+蚯蚓堆肥(T2)，粉煤灰(20mg / kg)^－1) +氮磷钾+蚯蚓堆肥(T3)，粉煤灰(30th3)^－1) +氮磷钾+蚯蚓堆肥(T4)，粉煤灰(40‰)^－1) +氮磷钾+蚯蚓堆肥(T5)，粉煤灰(50mg / kg)^－1) +氮磷钾+蚯蚓堆肥(T6)将每个试验田分开，尽量减少处理间养分和微生物交换的可能性。每个处理分别施用粉煤灰、氮磷钾和蚯蚓堆肥。蚯蚓堆肥和氮磷钾按固定速率添加。氮磷钾的常用剂量为20kg N ha^－1+ 50 kgP₂O₅哈^－1+ 20kg k2O ha^－1然后是2t^－1施用蚯蚓堆肥。

土壤分析

在不同处理下生长的植物根系附近10-20cm处采集复合土壤样品，并立即转移到实验室。

在1:5(w/v)悬浮液中，利用pH计测定了粉煤灰和土壤样品的pH值。电导率仪测量电导率[Piper CS, 1966]，水分含量用重量法测量，孔隙率[Brgowskiet al .,持水量(WHC)和容重(BD)采用Black法[Black GR, 1965]，有机碳(OC)采用Walkey和Black快速滴定法测定[Allison FA, 1973]，总氮(N)采用Kjeldhal法测定，磷采用Olsen和Sommers法测定[Olsen和Sommer, 1982]。用火焰光度计法测定钾[Jackson ML, 1967]，用浊度法测定硫[Tandon HLS, 1995]，对照测定锌、硼、铁、锰、镉、钼、砷和铜，在20 ML三酸混合物(HNO)中，从1g干燥样品中测定粉煤灰和改进型土壤_3.: H₂所以₄(HClO4:5:1:1)在80⁰C为8小时[艾伦]et al .,1986]。然后对样品进行过滤，用原子吸收光谱法进行重金属分析。

植物取样和分析

将鹰嘴豆种子浸在0.01%氯化汞溶液中消毒。每行6行，行距30 cm，沟深3cm。在播种后30天、45天、60天、75天及收获时，每块地随机选取10株，测定其株高、单株分枝数、干物质重、根瘤数。收获时随机植物样本记录的荚果数/株，种子数/荚果数。在标准水分条件下干燥后，记录净地块的种子指数(g)、单株种子产量、净地块种子产量。然后将作物/块的种子产量改为产量/公顷(Kg/ha)。

微生物种群估算

采用连续稀释和涂布板技术，从对照和粉煤灰改性土壤根际分离土壤微生物种群。为了隔离磷酸盐增溶菌和N₂解决细菌,根瘤菌leguminosarum取适当稀释的等分液0.5ml，涂于含有Pikovskaya的无菌培养皿中^”s培养基和酵母提取液分别用琼脂平板。每个样品进行三次重复。30-32℃孵育后⁰记录48-72小时菌落计数。微生物密度以CFU /g表示。

结果

土壤、粉煤灰及粉煤灰改性土的理化性质。

未改性土和粉煤灰改性土的理化性质如表1所示，粉煤灰改性土的特性如表2所示。随着粉煤灰掺量的增加，土壤的pH、电导率、孔隙率、含水率和持水量均显著增加。未处理的土壤(T1，对照)pH值为7.6，而粉煤灰处理的土壤在T6处理时碱性增强，pH值为8.3。记录EC、孔隙率、含水率和持水量为1.66 dsm^－1、33.26%、4.4、56.81%。容重和总氮为1.24g/cm^3.， 205kg/ha T6处理均低于未加土，且随着粉煤灰投加量的增加而不断减小。T6处理的总磷、有机碳、钾、硫分别比试验区(T1)高12.21kg/ha、1.85%、124kg/ha、12.14mg/kg，见表。粉煤灰碱性较弱，pH值为7.4,EC值为0.32dsm^－1记录下来。全氮、全磷、全钾含量分别为0.30%、0.20%、0.57%。

表1:未改性土和粉煤灰处理土的理化性质(均数±标准差)

参数	T1(控制)	tha T2 (10－1飞灰)	tha T3 (20－1飞灰)	tha T4 (30－1飞灰)	T5(40那－1飞灰)	tha T6 (50－1飞灰)
pH值	7.6±0.05	7.8±0.11	7.9±0.05	7.10±0.30	8.1±0.05	8.3±0.05
电 电导率(dsm－1）	0.77±0.11	0.79±0.05	1.24±0.24	1.34±0.06	1.40±0.08	1.66±0.28
孔隙度(%)	30.06±0.03	30.37±0.05	30.78±0.01	31.11±0.05	31.90±0.04	33.26±0.06
水分含量	2.3±0.11	2.7±0.05	3.8±0.05	3.9±0.11	4.2±0.05	4.4±0.17
体积密度(g / cm3.）	1.29±0.11	1.27±0.05	1.28±0.11	1.26±0.01	1.25±0.01	1.24±0.01
持水量(%)	37.11±0.61	38.12±0.57	39.89±0.21	39.96±0.014	40.11±0.52	56.81±0.46
总磷(kg/ha)	9.87±0.02	10.10±0.46	10.14±0.01	10.51±0.02	11.06±0.55	12.21±0.02
总氮(kg/ha)	247±0.57	245±0.57	239±0.57	220±0.57	215±0.57	205±0.57
总有机碳(%)	0.67±0.03	0.69±0.07	0.81±0	0.96±0.13	1.23±0.07	1.85±0.08
总钾(kg/ha)	121±0.57	122.11±0.66	123±0.80	123.20±0.61	123.52±0.90	124±0.57
总硫含量(mg/kg)	9.36±0.72	10.14±0.023	10.60±0.09	11.05±0.11	11.84±0.07	12.14±0.08

表2粉煤灰特性((Mean±SD)

参数	粉煤灰
pH值(1:2)	7.4±0.02
决定自2O (1:2) (dS/m)	0.32±0.78 (dS /米)
体积密度(g / cc)	0.97±0.48 (g / cc)
持水量(%)	56.75±0.23 (%)
孔隙度(%)	48±0.34 (%)
有机碳(%)	0.80±0.12 (%)
纹理	粉砂壤土
总氮(%)	0.30±0.11 (%)
总P (%)	0.20±0.19 (%)
总K (%)	0.57±0.03 (%)

生长/产量属性

在30DAS、45DAS、60DAS、75DAS和收获时的不同时间间隔记录所有产量/生长属性。与对照(T1)相比，高剂量粉煤灰改性土的枝条数、株高、根瘤数/株、干物质重、荚果数/株、种子数/荚果数、种子产量/株和种子指数在增加至T3后显著降低，分别见图1和图2。鹰嘴豆作物的各项生长参数在20℃时均较高^－1粉煤灰与肥料和蚯蚓堆肥一起对土壤进行了改良，而在较高的粉煤灰剂量下，即30ppm^－1, 40^－1tha和50^－1产量显著降低。

图1:不同时间间隔处理对所选植物(鹰嘴豆)根瘤和干物质的影响 点击此处查看图

图2:不同时间间隔处理对所选植物(鹰嘴豆)枝数和株高的影响 点击此处查看图

粉煤灰对土壤微生物密度的影响

根际区含有大量的微生物，这些微生物帮助植物在逆境中生存磷酸盐增溶菌和N₂解决细菌录得最高纪录为20^－1如表3所示，在这一人群之外完全停止了粉煤灰(T3)的应用。本研究土壤pH值在中性附近，粉煤灰改进剂使土壤碱性增强，对微生物产生负面影响。在50吨粉煤灰中观察到微生物种群的显著减少^－1(T6)。

表3:鹰嘴豆作物下未改良土壤和粉煤灰改良土壤微生物种群(× 10²CFU)(平均数±标准差)

治疗	磷酸盐溶解菌(x104）	N2解决细菌(x104）
T1(无修改，控制)	36±0.16	38±0.08
T2 (FA10tha－1+氮磷钾+ vermicompost)	70±0.58	66±0.27
T3 (FA20tha－1+氮磷钾+ vermicompost)	76±0.44	75±0.27
T4 (FA40tha－1+氮磷钾+ vermicompost)	66±0.23	67±0.61
T5 (FA50tha－1+氮磷钾+ vermicompost)	64±0.78	60±0.63
T6 (FA60tha－1+氮磷钾+ vermicompost)	51±0.90	48±0.20

粉煤灰及粉煤灰改性土中重金属含量

粉煤灰和粉煤灰添加土的重金属分析结果较对照有所增加，见表4。高达20那^－1粉煤灰对Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Cu、Pb、Zn和As的浓度无显著影响。然而，超过30^－1飞灰中所有金属的浓度都增加了。在施用了粉煤灰和施用了粉煤灰的土壤中，镉含量均为零。粉煤灰呈碱性，随着粉煤灰用量的增加，重金属在粉煤灰中的固有浓度增加。

表4未改性土、粉煤灰改性土和煤粉煤灰重金属浓度(mg/ kg)(平均值±SD)

重金属	T1	T2	T3	T4	T5	T6	粉煤灰
Cd	零	零	零	零	零	零	零
有限公司	0.07±0.02	1.07±0.03	1.49±0.08	2.01±0.08	2.14±0.05	4.12±0.04	5.06±0.05
Cr	3.32±0.05	4.03±0.64	6.01±0.29	7.92±0.08	10±0.03	16±0.06	18.39±0.04
铜	6.34±0.04	6.39±0.34	7.01±0.12	9.12±0.30	10.68±0.04	11.01±0.03	12.49±0.05
菲	11201±1.12	11204±1.13	11207±1.15	11208±1.09	11208±1.78	11209±1.67	489±0.03
锰	9.27±0.48	20.33±0.23	28.45±0.02	32.01±0.05	41±0.03	50.83±0.07	87±0.40
倪	0.03±0.02	1.78±0.07	2.47±0.04	3.30±0.03	4.67±0.02	5.34±0.02	12±0.03
Pb	0.40±0.03	0.57±0.02	0.63±0.03	0.92±0.07	1.12±0.08	2.01±0.05	4.04±0.02
锌	0.80±0.15	1.28±0.08	2.12±0.04	2.61±0.04	3.12±0.02	3.29±0.03	5.19±0.4
作为	0．02	0.03	0.03	0.04	0.05	0.05	0.09

讨论

本试验对不同浓度的粉煤灰、氮磷钾和蚯蚓堆肥的理化、生物学等参数进行了表征。本研究的目的是评估在干旱是一个普遍问题的邦德尔坎德低营养含量土壤中使用粉煤灰的影响。为达到这一目的，采用不同浓度的粉煤灰来评价适宜的粉煤灰水平对作物生长和微生物反应的影响。在建立试验田后，粉煤灰改性土对土壤的影响与对照土不同。的确，随着粉煤灰浓度的增加，本试验各试验点的理化参数值有所不同，pH、EC、孔隙率、含水率、WHC、P、N、OC、K、S、B、Fe、Mn、Co的值也有所增加，如表1所示。Tejasvi和Kumar [Tejasvi和Kumar, 2012]也观察到同样的情况，他们认为粉煤灰改变了土壤质地，增加了持水量、土壤孔隙度、pH值、电导率和有机碳，降低了体积密度值n。随着粉煤灰含量的增加，氮含量也随之降低[Dash等，2015]。根据Sharma和Singh的研究，2016年鹰嘴豆叶片的氮含量随着粉煤灰含量的增加而下降。鹰嘴豆叶片中氮含量随着粉煤灰掺量的增加而逐渐减少，这与粉煤灰中的氮含量有关[Mishra and Shukla, 1986]。所有有关的生长和产量参数都受到了粉煤灰土壤改良剂氮素有效性差的影响。高剂量粉煤灰改进剂使土壤氮素亏缺严重，抑制了作物生长和产量。 The decline in growth of plant and yield from 50 to 100% fly ash amended soil was possibly due high levels of chloride, sulphate, carbonate, and bicarbonate salts leading to increase in salinity in fly ash amended soil [Singh and Siddiqui,2003].

与T1(对照)相比，T2、T3、T4和T5的容重较低，容重下降是由于灰的存在[Dransart et al.， 2019]。粉煤灰是一种优良的土壤改良剂，可以降低土壤容重，使团聚体细颗粒分散，提高持水量，降低饱和导电性。

它改变了pH、有机碳、全氮等环境因子决定并影响土壤微生物种群分布[Mazinani et al.， 2012]。Surridge AKJ, 2009报道，苍蝇的加入中和了pH值，导致离子流动性增加，导致细菌种类丰富度增加。结果表明，粉煤灰对土壤微生物活性的影响可以用不同浓度粉煤灰对土壤微生物活性的影响来解释。就微生物种群而言，这表明在较高的施用量下，基材C、N不足，重金属含量较高[Nayak]et al .,2014]。一些作者发现了类似的观察结果，即微生物活动的最大限制因素通常是由于底物C和N供应不足[Klubek]et al .,1992]。然而，粉煤灰中含有高毒性重金属，最终会阻碍土壤微生物的正常代谢过程[Jala和Goyal, 2006]。

在粉煤灰改性的土壤根际中，在土壤中创造了一个好氧环境，增强了微生物活动，刺激了有机物的氧化[James等，2016]。在T3时观察到细菌种群的最佳生长，因此在T3后观察到微生物种群的显著减少，如表6所示。Kohli和Goyal在2010年报道了类似的结果，粉煤灰用量为10吨公顷^－1对细菌数量、脱氢酶活性和微生物生物量都有好处。据纳亚克说et al .,2014年，粉煤灰中放线菌和真菌的种群数量均有所减少，比粉煤灰中放线菌和真菌的种群数量减少了20%^－1放线菌的生长完全停止。NO略有下降₂粉煤灰对土壤进行了改性，而反硝化剂对土壤中的氧化菌数量增加^－1．Pichtel和Hayes, 1990报道，当粉煤灰含量为20%时，细菌、真菌和放线菌的数量分别减少57%、86%和80%。

粉煤灰中含有有利于植物生长的Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、S、B、P和Zn，同时还含有Pb、Hg、Ba、Cr、as等金属[Panda]et al .,2015]。T6地块铁、锌、铜含量较高，影响了鹰嘴豆作物的生长，这可能是由于高浓度重金属的积累造成的。含10%灰分的飞灰对土壤微生物氮、磷循环、酶活性和降低重金属有效性有积极影响[James]et al .,2016]。

在目前的研究中，粉煤灰的应用可达20%^－1提高了作物株高、干物质重、根瘤数、分枝数等生长参数，超过20个^－1人们发现生长停止了。先前的研究表明，粉煤灰会影响农作物产量[Singh]et al .,2011]。据熊猫说et al .,2015年，粉煤灰在土壤中的施用对水稻和玉米的生长有一定的促进作用，在一定的处理之后，粉煤灰对植株的生长产生了有害影响。同样,[Dransartet al .,[2019]发现40%的粉煤灰最适合试验作物的生长和产量。

结论

研究表明，施用粉煤灰、化肥和蚯蚓堆肥对土壤性质、微生物数量和作物生长有显著影响。结果表明，高剂量的含重金属粉煤灰可能会增加毒性，导致微生物数量减少。施用不同剂量的粉煤灰后，土壤性质发生变化，进而影响土壤养分状况和作物产量。短期试验表明，在干旱的本德尔坎德地区，粉煤灰与化肥和有机肥配合施用对提高土壤肥力、微生物数量和作物生产力有较大的作用。

致谢

作者非常感谢Jhansi邦德尔坎德大学微生物系提供了所有必要的实验室设施。

资金

作者在研究、撰写和/或发表本文时未获得任何资金支持。

利益冲突

作者没有任何利益冲突。

参考

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