稀土礦區(qū)秸稈還田的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效應(yīng)

沈秋華 樊姍娜 劉丹丹 鄭薇 張地生

摘 要：以贛南稀土礦區(qū)土壤為試驗(yàn)對(duì)象，研究秸稈還田的處理方法對(duì)稀土礦區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，添加秸稈會(huì)嚴(yán)重抑制水稻生長(zhǎng)，使得礦區(qū)水稻大幅減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯降低，且土壤中的稀土總量并無(wú)明顯變化，環(huán)境效應(yīng)不明顯。所以，在稀土礦區(qū)水稻生長(zhǎng)的過(guò)程中，應(yīng)該正確、合理地對(duì)待秸稈還田的處理方式。

關(guān)鍵詞：秸稈;經(jīng)濟(jì)效應(yīng);環(huán)境效應(yīng);稀土礦區(qū)

中圖分類號(hào)：X322 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1673-291X（2019）08-0063-02

中國(guó)稀土資源在地域分布上具有分布面積廣而又相對(duì)集中的特點(diǎn)。集中分布區(qū)主要在內(nèi)蒙古的白云鄂博、江西贛南、廣東粵北和四川涼山四大片區(qū)，成礦條件優(yōu)越，資源潛力大，有價(jià)元素含量高，綜合利用價(jià)值大。全球的離子吸附型稀土礦中，我國(guó)占有90%，而贛南就占到其中的2/3[1]。雖然贛南的稀土資源豐富，但由于長(zhǎng)期盜挖濫采、開(kāi)采工藝落后等原因，資源利用率、回收率低，浪費(fèi)嚴(yán)重，使得大量稀土元素不斷積聚到礦區(qū)的農(nóng)田之中，對(duì)礦區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的影響，甚至帶來(lái)一定程度的危害。因此，對(duì)贛南稀土礦區(qū)的農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況的研究就有客觀的必要性和現(xiàn)實(shí)的緊迫性。

研究表明，稀土元素能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，提高植物的葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，還具有使某些作物增強(qiáng)抗病、抗寒、抗旱的能力[2]。比如，噴施稀土可使蘋(píng)果和柑橘果實(shí)的VC含量、總糖含量、糖酸比均有所提高，促進(jìn)果實(shí)著色和早熟，并可抑制貯藏過(guò)程中的呼吸強(qiáng)度，降低腐爛率[3]。適量的稀土固然能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、促進(jìn)增收，而若稻田中的稀土含量過(guò)多，則會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。研究表明，稀土濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)降低土壤酶的活性，破壞植物葉綠體結(jié)構(gòu)，減少葉綠素含量，減弱光合作用，使植物根系和葉中礦物質(zhì)養(yǎng)分失衡，并產(chǎn)生高濃度活性氧，導(dǎo)致細(xì)胞死亡或抑制作物生長(zhǎng)，使稀土礦區(qū)農(nóng)田絕收、水體生物多樣性下降[4]。稀土通過(guò)生物鏈、食物鏈或皮膚吸收進(jìn)入人體或動(dòng)物體內(nèi)，并在人（動(dòng)物）體內(nèi)蓄積。輕稀土主要積累在肝臟內(nèi)，重稀土主要積累在骨骼里，并產(chǎn)生毒理效應(yīng)。吳磊等對(duì)贛南稀土礦區(qū)51例白血病患者進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，稀土環(huán)境暴露史與當(dāng)?shù)匕籽“l(fā)病有關(guān)[5]。朱為方等的研究表明，贛南稀土含量較高的地區(qū)，兒童智商均數(shù)、記憶力低下。稀土含量越高的地方兒童的注意力和推理能力越低，重稀土表現(xiàn)更為明顯，這可能是因?yàn)橹叵⊥凛^輕稀土更容易在大腦積蓄或毒性更大[6]。高劑量稀土對(duì)眼睛有損害作用，可強(qiáng)烈刺激眼結(jié)膜，引起角膜潰瘍等疾病，甚至誘發(fā)骨質(zhì)疏松癥;長(zhǎng)期接觸稀土危及女性的生殖功能，女性月經(jīng)量減少率和月經(jīng)異常量數(shù)據(jù)均高于對(duì)照組的相關(guān)數(shù)據(jù)。

一、材料與方法

（一）試驗(yàn)材料

試驗(yàn)供試土壤采自贛南稀土礦區(qū)的信豐縣嘉定鎮(zhèn)龍舌的中稀土（中釔富銪型稀土），稀土開(kāi)采導(dǎo)致土壤污染，耕地破壞嚴(yán)重。供試水稻品種選用金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的金早47。該型水稻株型緊湊、葉色較深，成年植株平均高82.5cm，莖稈粗壯，結(jié)實(shí)率85%左右，平均單產(chǎn)6.82t/hm2，抗病抗瘟能力強(qiáng)，適宜浙中、浙南、贛南稻區(qū)及類似地區(qū)作早稻種植[7]。供試水稻秸稈采自上饒師范學(xué)院水稻試驗(yàn)田，未受過(guò)稀土污染。將成熟收割后的新鮮水稻秸稈用自來(lái)水清洗，再用去離子水對(duì)其進(jìn)行二次清洗，使其充分去除雜質(zhì)，然后常溫自然風(fēng)干，用微型植物樣品粉碎機(jī)將其粉碎，用作試驗(yàn)用秸稈。試驗(yàn)用水均采用符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的自來(lái)水，無(wú)二次污染。

（二）試驗(yàn)準(zhǔn)備及管理

1.試驗(yàn)準(zhǔn)備。將贛南稀土礦區(qū)采回的樣本土壤置于干燥的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，按采樣點(diǎn)樣本標(biāo)號(hào)分開(kāi)儲(chǔ)放，避免不同采樣點(diǎn)樣本混合，影響試驗(yàn)結(jié)果。將各組樣本土壤搗碎，過(guò)50目篩，去除礫石和植物殘?bào)w，避免雜質(zhì)干擾試驗(yàn)結(jié)果。盆栽試驗(yàn)采用高為30cm、直徑為20cm的圓口塑料試驗(yàn)桶，每個(gè)試驗(yàn)桶裝入4Kg土壤。將試驗(yàn)分為對(duì)照組、秸稈組，每桶土均添加30g尿素和1.5g鉀肥。秸稈組每桶添加2%土壤重量的秸稈，并將添加物與土壤均勻混合。與此同時(shí)，提前播種、育苗，作為試驗(yàn)用水稻。

2.試驗(yàn)管理。將盆栽置于上饒師范學(xué)院的實(shí)驗(yàn)大棚內(nèi)，試驗(yàn)大棚棚頂透明無(wú)色，透光率良好，防風(fēng)、防雨效果良好。每周調(diào)整試驗(yàn)桶位置兩次，以此確保每個(gè)試驗(yàn)桶獲取的光照、熱量一致。在水稻生長(zhǎng)期，根據(jù)氣候規(guī)律、水稻生長(zhǎng)規(guī)律增減灌溉水量，滿足各試驗(yàn)桶內(nèi)水稻正常生長(zhǎng)需要;不額外施加肥料或其他物料，也不噴施藥物，避免其他元素流入樣本土壤，影響試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)水稻成熟后，取試驗(yàn)用自封口袋，按試驗(yàn)桶標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)，將稻谷、莖葉、根系分開(kāi)收集;收集莖葉與根系時(shí)，用符合飲用標(biāo)準(zhǔn)的自來(lái)水進(jìn)行初次清洗，再用去離子水對(duì)其進(jìn)行二次清洗，去除泥土等雜質(zhì);最后，將各個(gè)樣本收集的稻谷、莖葉、根系分別自然風(fēng)干，并記錄下各組試驗(yàn)樣本的各個(gè)生物量指標(biāo)。秸稈還田對(duì)水稻生物量的影響結(jié)果見(jiàn)圖1數(shù)據(jù)。

二、結(jié)果與分析

從圖1可直觀地看出，秸稈組水稻生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)遠(yuǎn)沒(méi)有對(duì)照組的好，水稻的稻谷、莖葉、根系三個(gè)生物量均顯著低于對(duì)照組，前者的三個(gè)生物量指標(biāo)分別比后者減少94.06%、76.50%、61.31%。

從表1可以看出，在稀土土壤中添加秸稈，秸稈對(duì)土壤中稀土元素的影響并不顯著。秸稈還田分別使稀土元素Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy比對(duì)照組下降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，總的來(lái)看土壤中稀土總量從763.89降到738.58，僅下降了0.03%。

根據(jù)以上分析可以得出，秸稈還田對(duì)贛南稀土礦區(qū)水稻生長(zhǎng)呈現(xiàn)出消極影響，抑制了水稻生長(zhǎng)，使水稻減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)明顯下降;而對(duì)土壤稀土含量影響并不顯著，環(huán)境效應(yīng)不明顯。

三、討論

信豐采樣點(diǎn)的土壤試驗(yàn)表明，秸稈組的生物量顯著低于對(duì)照組。在秸稈處理的土壤樣本中，試驗(yàn)初期，水稻秸稈歷經(jīng)一個(gè)腐解過(guò)程，水稻秸稈的腐解期間，需要消耗大量的水體活性氧，大致在28天以內(nèi)達(dá)到腐解高峰期，這個(gè)階段正處于水稻幼苗生長(zhǎng)前期，土壤中水體活性氧減少，較大程度抑制了水稻生長(zhǎng)的生物活性。在腐解過(guò)程后期，累積的酸性物質(zhì)降低了土壤的PH值，不僅抑制了水稻根系的活性，還直接影響了水稻對(duì)土壤中各種養(yǎng)分吸收的有效性，相當(dāng)于間接影響了土壤肥力和水稻生長(zhǎng)的活性，使得秸稈處理的試驗(yàn)組中生長(zhǎng)的水稻的生物活性長(zhǎng)期處于抑制狀態(tài)，所以秸稈組水稻的稻谷、莖葉、根系三個(gè)生物量，以及總生物量均顯著低于對(duì)照組。

添加水稻秸稈的處理方法，使得土壤的PH降低、土壤中DOM的含量增加、微生物代謝活性提高，秸稈腐解過(guò)程中消耗了大量活性氧，抑制了水稻的生長(zhǎng)，因而使得水稻生物量顯著減少，經(jīng)濟(jì)效益顯著降低;而對(duì)土壤中的稀土含量并未有明顯影響，環(huán)境效應(yīng)不明顯。因此，稀土礦區(qū)農(nóng)業(yè)工作者應(yīng)該正確、合理地對(duì)待秸稈還田的處理方式。

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