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一种稀土尾矿的 土壤改良方法

阅读：480发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种稀土尾矿的土壤改良方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及尾矿生态修复及种植技术领域，具体地说是一种稀土尾矿的土壤改良方法。所述稀土尾矿的土壤改良方法，包括以下步骤：步骤1，在稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂，每千克土壤中添加10～50g的生物炭和10～50g的碱性改良剂；步骤2，在每千克土壤中施加0.4～0.5g的尿素、0.5～0.6g 磷酸二氢钾和0.1～02g 氯化钾；步骤3，对步骤1和步骤2中的土壤保持田间持水量的70％，平衡三周后，直接播种温水浸种后的小白菜种子；步骤4，小白菜出苗后，幼苗长出第二片真叶时将苗分开，培育小白菜100～140天后收割小白菜。本发明所提供的稀土尾矿的土壤改良方法成本低、操作简单、修复效率高。，下面是一种稀土尾矿的土壤改良方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种稀土尾矿的土壤改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂，每千克土壤中添加10 50g的生物~
炭和10 50g的碱性改良剂，所述碱性改良剂为粉煤灰或石灰；
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步骤2，在每千克土壤中施加0.4 0.5g的尿素、0.5 0.6g磷酸二氢钾和0.1 0.2 g氯化~ ~ ~
钾；
步骤3，对步骤1和步骤2中的土壤保持田间持水量的70%，平衡三周后，直接播种温水浸种后的小白菜种子；
步骤4，小白菜出苗后，幼苗长出第二片真叶时将苗分开，培育小白菜100 140天后收割~
小白菜。
2.根据权利要求1所述的稀土尾矿的土壤改良方法，其特征在于，
所述稀土尾矿土壤为过筛后的风干土。
3.根据权利要求1所述的稀土尾矿的土壤改良方法，其特征在于，
在步骤1中，在所述稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂时，将所述生物炭、碱性改良剂与所述土壤充分混匀。
4.根据权利要求1所述的稀土尾矿的土壤改良方法，其特征在于，
小白菜种子用50℃温水浸种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的稀土尾矿的土壤改良方法，其特征在于，在步骤4中，在幼苗长到4-5片真叶时定苗，定苗后的苗间距为3 4cm。
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说明书全文

一种稀土尾矿的 土壤改良方法

技术领域

[0001] 本发明涉及尾矿生态修复及种植技术领域，具体地说是一种稀土尾矿的土壤改良方法。

背景技术

[0002] 赣南稀土矿于20世纪70年代得到开采和利用，自开采以来，长期无序开采，采矿技术落后，回收率低，乱采滥挖，造成严重的植被破坏，水土流失和土壤退化问题。土壤退化主要表现为土壤肥力退化、土壤酸化、土壤重金属污染及土壤浸矿剂残留方面。通过不同途径污染周围环境，使得周围农田及地表水均受到严重污染。植物特别是农作物在稀土尾矿中无法生长或生长情况很差。现有的稀土尾矿的土壤改良方法目前，稀土矿区土壤修复方法分为物理修复、化学修复和生物修复。物理修复技术工程量大、费用高，破坏土体结构，造成土壤肥力下降，可行性低。生物修复包括微生物修复、动物修复和植物修复，与传统的物理修复相比成本较低，但是植物修复生物量小，生长周期长，微生物和动物修复受环境影响大。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提供一种稀土尾矿的土壤改良方法，主要目的在于提供一种成本低、操作简单、修复效率高的土壤改良方法。

[0004] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

[0005] 通过一种稀土尾矿的土壤改良方法，包括以下步骤：步骤1，在稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂，每千克土壤中添加10～50g的生物炭和10～50g的碱性改良剂；步骤2，在每千克土壤中施加0.4～0.5g的尿素、0.5～0.6g磷酸二氢钾和0.1～02g氯化钾；步骤3，对步骤1和步骤2中的土壤保持田间持水量的70％，平衡三周后，直接播种温水浸种后的小白菜种子；步骤4，小白菜出苗后，幼苗长出第二片真叶时将苗分开，培育小白菜100～140天后收割小白菜。

[0006] 小白菜的生长周期短，在生长过程中体内吸收有稀土元素，以及增加土壤中有机质含量，从而进一步改善稀土尾矿的土壤生态环境。

[0007] 优选地，所述碱性改良剂为粉煤灰或石灰。

[0008] 优选地，所述稀土尾矿土壤为过筛后的风干土。

[0009] 优选地，在步骤1中，在所述稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂时，将所述生物炭、碱性改良剂与所述土壤充分混匀。

[0010] 优选地，小白菜种子用50℃温水浸种，从而能够提高小白菜的出芽率。

[0011] 优选地，在步骤4中，在幼苗长到4-5片真叶时定苗，留下长势均匀的苗。

[0012] 与现有技术相比，本发明的稀土尾矿的土壤改良方法具有下列有益效果：

[0013] 1)土壤改良剂成本较低；

[0014] 2)在添加有土壤改良剂的土壤中，直接播种小白菜种子，来实现稀土尾矿的修复，这种修复方式操作起来十分简单；

[0015] 3)通过添加土壤改良剂能够有效改善稀土尾矿土壤的pH值和土壤肥力，通过种植小白菜，能够有效降低稀土尾矿土壤中的稀土含量；

[0016] 4)小白菜的生长周期为100～140天，因此，稀土尾矿的污染修复周期短，有利于实现对污染土壤的快速修复。

[0017] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0018] 图1是本发明不同单一改良剂对土壤pH含量变化的柱状分析图；

[0019] 图2-1是本发明不同单一改良剂对土壤碱解氮含量变化的柱状分析图；

[0020] 图2-2是本发明不同单一改良剂对土壤铵态氮含量变化的柱状分析图；

[0021] 图3是本发明不同单一改良剂对土壤有效磷影响的柱状分析图；

[0022] 图4是本发明不同单一改良剂对土壤速效钾影响的柱状分析图；

[0023] 图5是本发明不同单一改良剂对土壤有机质影响的柱状分析图；

[0024] 图6是本发明通过不同单一改良剂改良后土壤肥力综合评价的柱状分析图；

[0025] 图7-1是本发明AB复合改良剂对土壤pH含量变化的柱状分析图；

[0026] 图7-2是本发明AC复合改良剂对土壤pH含量变化的柱状分析图；

[0027] 图8-1是本发明AB复合改良剂对土壤碱解氮含量变化的柱状分析图；

[0028] 图8-2是本发明AB复合改良剂对土壤铵态氮含量变化的柱状分析图；

[0029] 图8-3是本发明AC复合改良剂对土壤碱解氮含量变化的柱状分析图；

[0030] 图8-4是本发明AC复合改良剂对土壤铵态氮含量变化的柱状分析图；

[0031] 图9-1是本发明AB复合改良剂对土壤有效磷影响的柱状分析图；

[0032] 图9-2是本发明AC复合改良剂对土壤有效磷影响的柱状分析图；

[0033] 图10-1是本发明AB复合改良剂对土壤速效钾影响的柱状分析图；

[0034] 图10-2是本发明AC复合改良剂对土壤速效钾影响的柱状分析图；

[0035] 图11-1是本发明AB复合改良剂对土壤有机质影响的柱状分析图；

[0036] 图11-2是本发明AC复合改良剂对土壤有机质影响的柱状分析图；

[0037] 图12-1是本发明通过AB复合改良剂改良后土壤肥力综合评价的柱状图；

[0038] 图12-2是本发明通过AC复合改良剂改良后土壤肥力综合评价的柱状图。

具体实施方式

[0039] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、征及其功效，详细说明如后。

[0040] 本实施例提出了一种稀土尾矿的土壤改良方法，包括以下步骤：步骤1，在稀土尾矿土壤中添加生物炭和碱性改良剂，每千克土壤中添加10～50g的生物炭和10～50g的碱性改良剂；所述碱性改良剂为粉煤灰或石灰；步骤2，在每千克土壤中施加0.4～0.5g的尿素、0.5～0.6g磷酸二氢钾和0.1～0.2g氯化钾；步骤3，对步骤1和步骤2中的土壤保持田间持水量的70％，平衡三周后，直接播种温水浸种后的小白菜种子；步骤4，小白菜出苗后，幼苗长出第二片真叶时将苗分开，培育小白菜100～140天后收割小白菜。

[0041] 其中：生物炭(biochar)是生物质在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后形成的性质稳定的富含炭的材料。生物炭由于具有较大的比表面积、孔容量和丰富的表面含氧官能团，对土壤的重金属具有良好的吸附作用。石灰在污染土壤修复方面具有成本低廉，操作简单等特点。而粉煤灰由于具有粒细质轻、多孔松散、比表面大、活性基团较多和吸附能力较强。

[0042] 本实施例中，所述稀土尾矿土壤样品采集的稀土矿区位于江西省信丰县新田镇百石村。所研究稀土矿区为一个闭矿一年的尾矿，土壤表层基本无植物覆盖，作为研究盆栽试验的对象，该矿区采用堆浸开采工艺，土壤类型为红壤亚类。

[0043] 在尾矿区共采集了2吨土样。采集土壤样品时，采用临近五点混合采样，采样深度为0-20cm，每个样点采集土壤400kg，记录采样点的地理坐标，把每个样点土壤混合装袋密封。土壤样品采集后去除大沙砾、植物根系等异物，遮阴自然风干，对土样采用四分法取样进行研磨，过100目(0.147mm)和20目(0.841mm)土壤筛，保存待测其基本理化性质。

[0044] 上述尾矿为离子型稀土矿，由于其特殊开采工艺致使稀土矿区生态环境破坏、土壤损毁严重，如土壤结构破坏、土壤有机质和养分缺乏、土壤酸化、水土流失严重和土壤污染严重等。本文以信丰县稀土矿为研究对象，通过土壤盆栽试验，研究不同改良剂对土壤的修复影响。由于稀土矿区使用大量浸矿剂，土壤中铵根离子含量高达40.56mg kg-1，致使土壤质地为紧砂土，物理性黏粒(≤0.01mm％)含量仅为6，土壤有机质含量仅为1.95g kg-1，土壤酸碱度呈强酸性，土壤pH值仅4.05；矿区除了土壤碱解氮和全钾，其它土壤养分均处于缺乏水平，土壤综合肥力处于Ⅲ级(差)；矿区土壤非稀土金属含量均低于国家环境质量三级污染标准，采用内梅罗综合污染指数法评价，矿区土壤非稀土金属处于无污染水平；矿区稀土元素总量是江西省土壤稀土背景值的2.77倍，采用地累积指数法进行土壤稀土污染评价，该矿区土壤稀土元素总量处于无污染-中度污染水平。

[0045] 本实施例中，供试作物为江西赣昌种业有限公司的小白菜(黑叶五月慢)。供试土壤改良剂为祥荣集团改良型生物炭(生物竹炭+氨基酸，在文中简称生物炭)、高安某工厂燃烧后的煤渣(在文中简称粉煤灰)和石灰(分析纯)。通过模拟自然条件下土培盆栽试验来进行具体实施，盆栽土样均过10目(2mm)尼龙筛。

[0046] (1)盆栽试验前期处理：试验采用内径为20cm，高15cm的塑料花盆。每桶装入过2mm筛的风干土1.8kg。改良剂：改良型生物炭(A)；粉煤灰(B)；石灰(C)/(调节pH作用)。A，B，C施用量均分为低、中和高三个档次，用量分别为10、25、50g/kg土壤，即1％、2.5％、5％的用量。将改良剂与土在花盆中充分混匀。

[0047] 施肥方案：肥料以基肥施入，使用的是尿素和磷酸二氢钾(均为化学纯)，每盆用量均为N：0.2g/kg土(即0.428g/kg，尿素)，P2O5：0.3g/kg土(即0.575g/kg，磷酸二氢钾)，K2O：0.3g/kg土(即0.161g/kg，氯化钾)，肥料与土充分混匀，种植后不再施肥。

[0048] 小白菜种植方案：前期处理和施肥后每个处理施加超纯水保持田间持水量的70％。平衡三周后，直播50℃温水浸种后的小白菜种子。每盆中加入10粒小白菜种子，小白菜出苗后幼苗长出第二片真叶时将苗分开，以防其扎堆。幼苗长到4-5片真叶时定苗，每盆留下长势均匀的5颗左右的苗。整个生长过程用超纯水灌溉，生长至成熟后收获，在小白菜生长100天、120天、140天拍照记录生长情况。

[0049] (2)改良剂方案设计先进行A，B，C单一改良剂的试验，然后进行两种改良剂组合修复的试验，A、B和A、C分别做交互试验，由于改良剂B和C均为碱性，且为土壤提供养分的能力均较低，故在本研究中不做交互试验设计。试验共9个处理，每个处理3个水平(1％、2.5％、5％，用下标1、2、3表示)，污染土做对照，总共28个处理，均做3个平行，共112盆，如下表：

[0050] 试验设计

[0051]

[0052] (3)收获时取样过程小白菜样品：连根小心拔起，用水冲洗干净，称其鲜重，再将收获的小白菜样分为叶、茎和根三部分，置于烘箱中105℃杀青30min，在75℃下烘干至恒重，然后称重(干重)。

[0053] 土壤样品：垂直取样，去除大沙砾、植物根系等异物，遮阴自然风干后采用四分法磨碎，过100目(0.147mm)和20目(0.841mm)土壤筛，保存待测。

[0054] 其中，收获的小白菜通过如下指标来进行具体分析：

[0055] (1)生物学性状小白菜株高；根长；鲜重；干物质重量；叶面积指数(采用托普云农TOP-1000植物冠层分析仪)；叶绿素SPAD值(采用托普云农SPAD-502PLUS叶绿素仪)。

[0056] (2)养分指标小白菜全磷含量(采用硫酸—过氧化氢消煮，钼锑抗比色法测定)；全氮含量(采用硫酸—过氧化氢消煮，蒸馏法测定)；全钾含量(采用硫酸—过氧化氢消煮，火焰光度计法测定)；小白菜稀土元素含量。

[0057] 修复前和修复后的土壤通过土壤中速效N、P、K含量；土壤铵态氮含量(采用氯化钾浸提—靛酚蓝比色法)；土壤有机质；土壤容重；土壤质地(采用比重计法)，根据(前苏联制)卡庆斯基简制作为质地分类标准；土壤pH值(土∶水＝1∶2.5)；土壤含水量；土壤重金属含量来进行分析。重金属含量测定方法：采用HCl-HNO3-HClO4-HF四酸法消煮土壤和小白菜重金属。测定9种重金属(As、Cr、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn、Se、Co)、10种重稀土元素含量(Y、Sc、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)和6种轻稀土元素含量(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)。As和Se元素用原子荧光光谱仪测定(北京吉天AFS-8220)，Cd用原子吸收石墨炉测定(上海光谱SP-3530)，其它6种非稀土重金属均采用ICP-OES(美国安捷伦5110)测定，16种稀土元素均采用ICP-MS(美国Thermo-ELEMENT2)测定。

[0058] 上述分析过程的具体评价方法如下：

[0059] (1)土壤养分综合评价：土壤综合肥力评价采用改进的内梅罗公式进行计算，式中用单项肥力最小值取代最大值，主要是突出参评因子中最差因子对土壤质量的影响，反应了生态学中最小因子定律(木桶效应)。对参评的土壤肥力评价因子进行标准化处理，以消除各参评因子间的量纲差别。土壤指标分级标准以第二次全国土壤普查标准为依据。土壤质地为非数量化参数，适合用于稀土矿区土壤(旱地土壤标准化)的方法为：中壤土、重壤土：Pi＝3；轻(砂)壤土，轻(砂)粘：Pi＝2；砂土、粘土：Pi＝1。

[0060] 土壤综合肥力按下式计算：

[0061]

[0062] 式中PZ为土壤肥力综合指数，(Pi)min为土壤所有指标中单项肥力指数最小值，(Pi)ave为土壤所有指标中单项肥力指数平均值，N为参评的土壤肥力指标数。

[0063] 土壤肥力参评因子标准化处理方法

[0064]

[0065]

[0066] 注：式中Pi为土壤中某项指标的单项肥力系数；Ci为土壤中某项指标的实测数据；Xa、Xc、Xp为土壤分级指标标准。

[0067] 土壤肥力参评指标分级标准值

[0068]

[0069] (2)稀土元素地质累积指数

[0070] 地质累积指数(Geo-accumulation Index)是评价稀土元素污染现状的有效指标，其计算公式：

[0071]

[0072] (3)单项污染指数

[0073] 土壤单项污染指数是指研究区土壤中某元素的实测值与土壤环境质量评价标准值之比，单项累积污染指数小污染程度轻，大则污染重。

[0074] 其计算公式：

[0075] pi＝ci/si oi＝ci/ri

[0076] 式中pi---第i种因子单项污染指数，ci---第i种污染物实测值，si---第i种污染物的三级标准值，ri---第i种污染物的土壤背景值。

[0077] (4)重金属综合污染评价—内梅罗法

[0078] 内梅罗污染指数法可以用于重金属复合污染的评价(突出高浓度污染物的影响)，其计算公式：

[0079]

[0080] 式中PN为土壤重金属复合污染指数，meanpi为所有单项污染指数的平均值，maxpi为最大单项污染指数。根据内梅罗综合指数数值对非稀土重金属污染水平进行分级：PN≤0.7为安全；0.73为重污染。

[0081] 根据(前苏联制)卡庆斯基简制质地分类标准，可知土壤质地为紧砂土，物理性黏粒(≤0.01mm％)含量仅为6，土壤退化严重，可能是浸提剂对土壤结构的破坏和水土严重流失造成。

[0082] 土壤酸化较为严重，pH值低于江西省土壤背景值5.1，根据全国第二次普查土壤酸碱度分级标准可知，土壤酸碱度为强酸性；根据全国第二次普查土壤养分分级标准可知，土壤碱解氮含量处于一级(极高)水平，土壤碱解氮含量高主要是矿区浸提剂铵根离子的残留，土壤NH4+的含量高达40.56mg kg-1；土壤全钾含量也处于极高水平，全磷处于较缺乏水平，速效钾含量处于缺乏水平，土壤速效磷、全氮含量均处于极缺乏水平；土壤有机质含量仅为1.95g kg-1，处于极缺乏水平。以上结果表明，矿区土壤受到开采浸矿影响，养分严重退化。

[0083] 土壤理化性质

[0084]

[0085] 本发明主要选取9个评价因子作为稀土矿区土壤综合肥力评价指标，分别为：pH值、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有机质和土壤质地。依据土壤肥力参评因子标准化处理方法和修正后的内梅罗公式计算得到的土壤单项肥力指数和综合肥力指数(见下表)，土壤综合肥力指数(PZ)为0.64，PZ小于0.9，处于Ⅲ级(差)水平。其中，土壤碱解氮肥力指数最高，主要是由于矿区土壤中浸矿剂铵根离子残留量较高，影响碱解氮含量，另外铵根离子会在重铬酸钾容量法测定有机质过程中与重铬酸钾发生反应，使土壤有机质的含量偏低，这可能是导致土壤有机质肥力指数低的原因。以上结果表明矿区土壤综合肥力受稀土矿业开采活动影响较明显，供试土壤综合肥力整体差，需要对矿区土壤特别是耕作层土壤进行改良，以利农业生产。因此本文针对提高土壤肥力来进行不同改良剂的盆栽修复试验。

[0086] 参评指标单项肥力指数

[0087]

[0088] 供试土壤重金属含量及其污染评价

[0089] 供试土壤重金属含量如下。总共测定了10种土壤非稀土重金属元素，这些非稀土金属元素含量均明显低于国家土壤环境质量三级污染评价标准(GB15618-1995)，非稀土重金属单项污染指数均小于1，内梅罗综合指数(MPI)小于0.7，因此矿区土壤非稀土重金属污染程度均处于无污染水平。

[0090] 土壤重金属含量(mg kg-1)

[0091]

[0092]

[0093] 注释：---表示未检出或者无相关标准

[0094] 供试土壤稀土元素含量及其地累积指数评价

[0095] 供试土壤稀土元素含量如下表，测定了10种重稀土和6种轻稀土元素含量，并计算轻稀土(LREEs)、重稀土(HREEs)元素总含量，轻重稀土比值(LREEs/HREEs)和稀土元素总量(REEs)。结果表明：稀土元素总量是江西省土壤环境背景值的2.77倍；轻重稀土比值：LREEs/HREEs达到了2.83，说明该矿区为轻稀土矿；单个稀土元素中Ce含量最高，占稀土总量的33.39％；并且矿区稀土元素主要以Ce、Y、La和Nd元素为主，占稀土元素总量的
77.51％。根据稀土元素地质累积指数分级，16种单个土壤稀土元素中，Sc处于1级，无污染水平；Y、La、Ce和Pr处于2级，无污染-中度污染水平；其它11种单个土壤稀土元素均处于3级，中度污染水平。稀土元素总量地质累积指数为0.88，处于2级，无污染-中度污染水平水平，污染程度较轻，故本研究主要是通过施加不同改良剂对稀土元素的污染进行修复。

[0096] 土壤的稀土元素含量(mg kg-1)

[0097]

[0098] 改良剂材料表征

[0099] 改良剂材料的基本养分含量如下表。分别测定了生物炭和粉煤灰的pH值，总氮，总炭，总氢和总硫含量。结果表明，生物炭(竹炭+氨基酸)pH值为中性，粉煤灰的pH值为碱性。并且生物炭的其他4项养分含量均高于粉煤灰。并且生物炭的总炭高达含量758.4g kg-1。

[0100] 由扫描电镜可知，生物炭具有多孔结构，说明生物炭比表面积较大，吸附能力较强；而粉煤灰为大小不等的块状物，比表面积相对较小，吸附能力较弱。由透射电子显微镜图可知，粉煤灰内部结构为柱状和块状，而生物炭内部结构为片状和堆叠状。由扫描电镜和透射电镜结果可知，生物炭的比表面积大于粉煤灰，吸附能力也大于粉煤灰。

[0101] 通过生物炭和粉煤灰的红外光谱图谱可知，生物炭的特征吸收峰分别为3440cm-1、2930cm-1、1600cm-1、1380cm-1、1320cm-1、1110cm-1、870cm-1、748cm-1和617cm-1；粉煤灰的特征吸收峰分别为3410cm-1、1620cm-1、1430cm-1、1030cm-1、796cm-1和538cm-1。其中生物炭和粉煤灰在3400cm-1左右均有较宽的强吸收峰，此吸收峰为酚羟基；并且均在3000～2750cm-1范围同时出现几个小峰，这是由羧酸-OH振动而显现的一组羧酸特征峰；在1700～1500cm-1范围有较宽的吸收峰，这是由芳环上的C＝O弯曲振动造成。由这些特征峰可知，生物炭和粉煤灰中均含有羟基、羧基、羰基等官能团，从吸收峰上判断，生物炭表面官能团含量要多于粉煤灰。

[0102] 修复材料的养分含量

[0103]

[0104] 单一改良剂修复

[0105] 1)不同改良剂对土壤物理性特征变化

[0106] 不同改良剂对土壤质地的影响见下表。土壤物理性黏粒(≤0.01mm)含量对土壤物理特性有重要影响。对照(CK)土壤质地为紧砂土，经石灰和粉煤灰改良土壤的质地分别为中壤土和砂壤土，经生物炭改良后土壤的质地均为轻壤土。并且土壤黏粒含量会随着施用石灰和粉煤灰用量的增加而减少，施用生物炭施用量则相反。其总体改良效果顺序为：石灰>生物炭>粉煤灰。生物炭使土壤黏粒含量增加主要是因为生物炭的多孔结构，可以改善土壤结构；石灰则主要是由于pH值的增加，会增加土壤黏粒分散性，降低土壤黏粒含量；粉煤灰使土壤黏粒含量降低与其砂粒含量很高有关，高达87％以上，加入土壤后会增加土壤砂性。

[0107] 不同改良剂对土壤容重的影响见下表。容重是土壤物理特性的一个重要指标，土壤容重降低一般表明土壤结构得到改善。与对照(CK)相比，添加生物炭和石灰可以降低土壤容重，添加1％浓度的粉煤灰(B1)也可以降低土壤容重，但是2.5％(B2)和5％浓度(B3)的粉煤灰反而使土壤容重升高。其总体改良效果顺序为：生物炭>石灰>粉煤灰。石灰对土壤容重的降低主要是降低了土壤团聚体的稳定性有关，生物炭主要是因为生物炭的多孔结构。低浓度粉煤灰会使土壤孔隙度增加，土壤容重一定程度减少，但随着用量增加，因其本身砂粒含量高，造成黏粒含量减少，土壤容重增加。

[0108] 土壤物理性特征的变化

[0109]

[0110]

[0111] 2)不同改良剂对土壤pH含量变化

[0112] 如图1所示，与对照相比，施加改良剂的土壤的pH值均显著提高(p<0.05)。施加改良剂处理中，A1处理的pH值最低，为5.87，比对照土壤pH值(5.18)显著提高了0.69个单位；C2处理的pH值最高，为8.07，比对照土壤pH值(5.18)显著提高了2.89个单位。土壤pH值随着施用改良剂生物炭和粉煤灰用量的增加而增加。不同改良剂对土壤酸碱度的改良效果总体顺序为：石灰>粉煤灰>生物炭>对照。其中粉煤灰处理的土壤的pH值随施用量增加而显著增加，且其pH最低值和最高值分别为6.28和7.22。粉煤灰和石灰添加可以提高土壤pH值，主要是由于其均为碱性修复材料。生物炭和粉煤灰表面含有碱性官能团，内部含有的盐基离子，可以土壤中H+发生中和反应，从而增加土壤的pH值。

[0113] 3)不同改良剂对土壤碱解氮和铵态氮含量变化

[0114] 如图2-1和图2-2所示，与对照相比，生物炭处理的土壤碱解氮含量显著高于对照(p<0.05)，其它处理均显著低于对照。粉煤灰处理土壤的碱解氮含量随着改良剂用量的增加而显著降低；而粉煤灰和石灰都是：2.5％浓度>5％浓度>1％浓度。其中A2处理碱解氮含量最高，为367.10mg kg-1，比对照提高了71.77mg kg-1；B3处理碱解氮含量最低。并且石灰处理之间不显著。添加石灰导致土壤碱解氮含量降低，主要是与石灰能提高土壤pH值，致使土壤中铵态氮转化成氨气逸出土壤有关；添加生物炭可以提高土壤中碱解氮的含量，主要是生物炭自身含有一定量的氮素；而添加粉煤灰导致土壤碱解氮含量显著下降可能与植物吸收利用有关。

[0115] 只有B1处理的土壤铵态氮含量显著高于对照(p<0.05)，与粉煤灰自身含有一定的氮素有关，其它处理均显著低于对照。粉煤灰和石灰处理土壤的铵态氮含量随着改良剂用量的增加而增加；粉煤灰处理土壤的铵态氮含量随着改良剂用量的增加而显著降低，B3处理改良效果最好，铵态氮含量最低，为8.56mg kg-1。以上结果表明，添加生物炭、粉煤灰和石灰都会不同程度改良土壤铵态氮残留问题，添加石灰和粉煤灰与其呈碱性，使土壤中铵态氮转化成氨气逸出土壤有关。而添加生物炭和粉煤灰由于其吸附能力，可以吸附土壤中的铵态氮，减少铵氮淋失。

[0116] 4)不同改良剂对土壤有效磷的影响

[0117] 不同处理土壤的有效磷含量如图3所示。所有处理的有效磷的变化范围为7.76mg -1 -1kg ～14.25mgkg ，其改良效果的总体顺序为：粉煤灰>生物炭>对照>石灰。与对照相比，只有B3处理的土壤有效磷含量大于对照，其它处理均显著低于对照(p<0.05)。粉煤灰处理土壤的有效磷含量随着改良剂用量的增加先显著降低而后显著增加；而生物炭和石灰都是：
1％浓度>5％浓度>2.5％浓度。其中生物炭处理之间不显著。施用生物炭和粉煤灰的土壤有效磷含量低于对照，主要是因为其促进作物对N和P的吸收，提高了土壤肥力并增加农作物产量。而B3处理的土壤有效磷含量大于对照，可能是高浓度的粉煤灰本身的含磷量高造成的。此外，施用石灰也能降低土壤有效磷含量，主要是石灰使土壤pH值偏碱，土壤中有效磷逐渐转化为闭蓄态磷，活性降低。

[0118] 5)不同改良剂对土壤速效钾的影响

[0119] 添加不同改良剂对土壤速效钾的影响如图4所示。与对照相比，只有添加生物炭的处理土壤速效钾含量显著高于对照(p<0.05)，其它处理土壤速效钾含量均低于对照。生物炭处理土壤的速效钾含量随着改良剂用量的增加而显著增加(p<0.05)；粉煤灰处理土壤有效钾含量均随着改良剂用量的增加而减少；石灰处理的速效钾含量大小为：2.5％浓度>1％浓度>5％浓度，并且石灰处理之间不显著。A3处理效果最好，为756.00mg kg-1，比对照提高了379.85mg kg-1，说明生物炭为土壤提供钾的能力较强。随土壤粉煤灰用量的增加速效钾含量逐渐下降，表明被作物吸收利用的速效钾较多。而施用高浓度的石灰，土壤速效钾最低，说明石灰对植物体吸收K有一定的影响。

[0120] 6)不同改良剂对土壤有机质的影响

[0121] 添加改良剂对土壤有机质的影响如图5。生物炭、粉煤灰处理土壤的SOM含量随着改良剂用量的增加而显著增加(p<0.05)；而石灰处理土壤SOM含量大小为：2.5％浓度>1％浓度>5％浓度。与对照相比，除石灰处理外，其它处理的SOM含量均高于对照，其中A3处理效-1 -1果最好，其SOM含量为15.81g kg ，比对照显著提高了12.33mg kg 。添加生物炭、粉煤灰的土壤有机质含量则显著增加，主要是由于生物炭和粉煤灰的炭含量较高，生物炭的总炭含量高达758.4g kg-1，粉煤灰的总炭含量也有193.3g kg-1，施入土壤中可以逐渐转化为土壤有机碳。而高浓度的石灰施入土壤中，会使土壤有机质降低。

[0122] 7)改良后土壤肥力综合评价

[0123] 如图6所示，本研究主要选取6个评价因子作为稀土矿区土壤综合肥力评价指标，分别为：pH值、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质和土壤质地，依据修正后的内梅罗公式计算得到的土壤综合肥力指数如下图。由图6可知，对照和添加改良剂后的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平，生物炭处理土壤的肥力综合指数随着改良剂用量的增加而增加，粉煤灰和石灰处理土壤的肥力综合指数随着改良剂用量的增加而先增加后减少。与对照比较，除了B3处理的土壤的肥力综合指数比对照低，添加其他处理的土壤的肥力综合指数均比对照高。其中A3处理的土壤综合肥力最高，为1.72，比对照提高了0.58个单位。三种改良剂的改良土壤肥力效果的总体顺序为：生物炭>粉煤灰>石灰。参评因子中土壤pH的单项肥力指数均随改良剂用量增加而明显增加，土壤有机质的单项肥力指数也随着生物炭和粉煤灰用量增加而增加。但从综合肥力指数可知，添加高浓度生物炭的土壤综合肥力提高，而添加粉煤灰和石灰的土壤综合肥力并未明显提高，由此可知，粉煤灰和石灰能促进植物对养分的吸收。

[0124] 参评指标单项肥力指数

[0125]

[0126]

[0127] 8)不同改良剂对小白菜生物学性状变化

[0128] 不同改良剂处理对小白菜生物学性状的影响如下表。对照和生物炭处理小白菜均为未长出，原因是对照土壤质地砂性过高，不适合植物生长，而该种类生物炭对于改良对照土壤作物生长无明显作用。与对照(CK)相比，粉煤灰和石灰处理均可改良小白菜生物学性状，并且粉煤灰改良小白菜生物学性状的效果大于石灰。施用5％的粉煤灰，小白菜的生物学性状均显著高于1％的粉煤灰(p<0.05)。B3处理的小白菜生物学性状最好。粉煤灰施用量的增加使小白菜生物学性状逐渐改善，叶面积指数与粉煤灰施用水平呈显著相关(p<0.05)。而石灰处理的小白菜的生物学性状均随着施用量增加而变差，说明石灰施用量的增加能使小白菜生物学性状降低。

[0129] 小白菜生物学性状

[0130]

[0131]

[0132] `注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0133] 9)不同改良剂对小白菜养分含量变化

[0134] 对照和生物炭处理小白菜均为未长出。与对照(CK)相比，粉煤灰和石灰处理均提高小白菜茎和叶片含氮、磷、钾的量，粉煤灰改良效果大于石灰。B2处理的小白菜茎和叶片含氮量最高；B1处理的小白菜茎和叶片含氮量最低。施用粉煤灰时，小白菜茎含氮量均高于叶片，并且随着施用量增加，茎含氮量高出叶片的幅度逐渐减少。施用石灰时，小白菜茎和叶片含氮量随着石灰施用量增加而显著减少。C1、C2处理小白菜茎含氮量高于叶片；C3处理小白菜茎含氮量低于叶片。

[0135] 小白菜茎和叶片含磷量与施用粉煤灰施用量差异不显著。施用粉煤灰时，小白菜叶片含磷量均高于茎，并且随着施用量增加，叶片含磷量高出茎的幅度逐渐增加。施用石灰时，小白菜茎和叶片含磷量随着石灰施用量增加而显著增加。C1、C2处理小白菜茎含磷量低于叶片；C3处理小白菜茎含磷量高于叶片。石灰提高小白菜体内的含磷量，主要是通过提高土壤pH值，使土壤中有效磷逐渐转化为必蓄态磷。

[0136] 小白菜茎和叶片含钾量随着粉煤灰施用量增加而增加，小白菜茎含钾量均高于叶片。施用石灰时，小白菜茎和叶片含钾量随着石灰施用量增加而显著减少。C1、C2处理小白菜茎含钾量高于叶片；C3处理小白菜茎含钾量低于叶片。B3处理的小白菜茎和叶片含钾量均显著高于B1处理(p<0.05)。

[0137] 小白菜养分含量

[0138]

[0139]

[0140] 注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0141] 10)不同改良剂对小白菜体内稀土含量变化

[0142] 小白菜体内的稀土元素共检测16种元素。统计分析结果表明，小白菜体内的稀土元素以Y、La和Nd元素为主，占稀土元素总量的82.72％。故选取了稀土总量以及Y、La和Nd元素三种稀土元素来分析不同改良剂对小白菜体内的稀土元素含量的影响。

[0143] 添加改良剂小白菜体内稀土总量以及Y、La和Nd元素含量的变化见下表。其总体降低效果大小为：石灰>粉煤灰>生物炭。改良剂的施入会不同程度降低了稀土总含量以及Y、La和Nd含量，减小稀土金属污染毒性。添加粉煤灰显著降低小白菜稀土总含量以及Y、La和Nd含量(p<0.05)，首先主要是由于粉煤灰的结构特征，具有相对较大的比表面积，可以增加土壤对稀土元素的吸附能力，从而影响小白菜对稀土元素吸收的含量。其次添加粉煤灰可以提高土壤有机质、CEC和pH值，进一步增加土壤对稀土元素的吸附能力。添加石灰也显著降低小白菜稀土含量，是因为提高土壤pH值会直接钝化土壤中稀土元素的生物可利用性。

[0144] 稀土元素总量(mg kg-1)

[0145]

[0146]

[0147] 注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0148] 单一土壤改良剂改良效果：与对照比较，施用单一改良剂均能改良土壤质地，生物炭、石灰和1％浓度粉煤灰可以降低土壤容重；生物炭，石灰，2.5％和5％浓度的粉煤灰均能改良土壤铵态氮残留问题；所有处理的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平，但是B3的土壤综合肥力并未提高，与植物吸收养分有关。对照和生物炭处理小白菜均为未长出。与对照相比，粉煤灰和石灰处理均可改良小白菜生物学性状，并且也可以提高小白菜茎和叶片含氮、磷和钾的含量。单一土壤改良剂中，B3处理的小白菜生物学性状最好，养分含量也最高。粉煤灰和石灰的施入均不同程度降低了小白菜体内的稀土总含量以及Y、La和Nd含量，并且石灰降低效果大于粉煤灰，C3降低效果最好。

[0149] 两种改良剂交互修复

[0150] 1)不同改良剂对土壤物理性特征变化

[0151] 两种改良剂交互处理对土壤质地的影响如下表。其总体改良效果顺序为：生物炭+石灰>生物炭+粉煤灰。添加生物炭+粉煤灰时，随着用量增加，土壤中的物理性黏粒(≤0.01mm)含量均增加，当生物炭为1％和2.5％浓度时，土壤质地均为砂壤土；而当生物炭为
5％浓度时，土壤质地均为中壤。而添加生物炭+石灰时，随着用量增加，土壤黏粒含量均降低，并且土壤质地均为中壤。以上结果表明添加生物炭+粉煤灰和生物炭+石灰可以提高土壤黏粒含量，但随着生物炭+石灰用量增加反而会降低土壤黏粒含量。

[0152] 添加生物炭+石灰对土壤容重的改良效果大于生物炭+粉煤灰。当添加生物炭+粉煤灰时，随着用量增加，土壤容重均降低。而添加生物炭+石灰时，当生物炭是1％和5％浓度，随着石灰用量增加，土壤容重均降低；当生物炭是2.5％浓度，随着石灰用量增加，土壤容重增加。以上结果表明添加生物炭+粉煤灰和生物炭+石灰可以不同程度降低土壤容重，改善土壤结构。

[0153] 土壤物理性特征的变化

[0154]

[0155] 2)不同改良剂对土壤pH含量变化

[0156] 不同处理土壤pH值如图7-1和图7-2。施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭为1％和2.5％水平时，土壤pH值随着粉煤灰用量的增加而增加；生物炭为5％水平时，土壤pH值随着粉煤灰用量的增加先降低而后增加，其中，A1B3处理的pH值最高，为7.01，A3B2处理的pH值最低，为5.83。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％和5％水平时，土壤pH值随着石灰用量的增加而增加；生物炭为2.5％水平时，土壤pH值随着石灰用量的增加而降低，其中，A3C3处理的pH值最高，为8.10，比A1B3处理的pH值高出1.09个单位。因此，生物炭+石灰交互修复对土壤酸化的改良效果大于生物炭+粉煤灰。

[0157] 3)不同改良剂对土壤碱解氮和铵态氮含量变化

[0158] 不同处理土壤碱解氮如图8-1、图8-2、图8-3和图8-4所示。施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭水平一定时，土壤碱解氮含量随着粉煤灰用量的增加而显著降低(p<0.05)。其中，A2B1处理的碱解氮最高，为322.51mg kg-1，A1B3处理的碱解氮最低。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％水平时，土壤碱解氮含量随着石灰用量的增加而显著降低；当生物炭为2.5％和5％水平时，土壤碱解氮含量随着石灰用量的增加先显著增加而后降低。其中，A2C2处理的碱解氮最高，A1C1处理的碱解氮最低，为7.35mg kg-1。生物炭+粉煤灰交互修复对土壤碱解氮的改良效果大于生物炭+石灰。

[0159] 施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭水平为1％和2.5％水平时，土壤铵态氮含量随着粉煤灰用量的增加而显著降低(p<0.05)；当生物炭为5％水平时，土壤铵态氮含量随着粉煤灰用量的增加先显著增加而后显著降低。其中，A1B3处理的铵态氮最低，为6.66mg kg-1。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％和5％水平时，土壤铵态氮含量随着石灰用量的增加而增加；当生物炭为2.5％水平时，土壤铵态氮含量随着石灰用量的增加先显著增加而后显著降低。A2C2处理的铵态氮最高，A1C1处理的铵态氮最低，为9.35mg kg-1。两组改良剂交互修复对土壤铵态氮残留的改良效果与碱解氮改良效果相反。

[0160] 结果表明，添加生物炭+粉煤灰和生物炭+石灰的土壤碱解氮和土壤铵态氮最低值均为同一个处理A1B3和A1C1，添加生物炭+石灰的土壤碱解氮和土壤铵态氮最高值为同一个处理A2C2，说明土壤碱解氮和土壤铵态氮有一定的相关性。

[0161] 4)不同改良剂对土壤有效磷的影响

[0162] 不同处理土壤的有效磷含量如图9-1和图9-2所示。施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭为1％水平时，土壤有效磷含量随着粉煤灰用量的增加而增加；当生物炭为2.5％水平时，土壤有效磷含量随着粉煤灰用量的增加先增加而后显著降低；当生物炭为5％水平时，土壤有效磷含量随着粉煤灰用量的增加而降低。其中，A1B3处理的有效磷最高，为15.63mg kg-1。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％水平时，土壤有效磷含量随着石灰用量的增加而增加；当生物炭为2.5％水平时，土壤有效磷含量随着石灰用量的增加先显著增加而后显著降低；当生物炭为5％水平时，土壤有效磷含量随着石灰用量的增加先降低而后增加，A1C1处理的有效磷最低，为8.25mg kg-1。两组改良剂交互修复对土壤有效磷的改良效果的总体顺序为：生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。

[0163] 5)不同改良剂对土壤速效钾的影响

[0164] 不同处理土壤的速效钾含量如图10-1和图10-2所示。施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭为1％和2.5％水平时，土壤速效钾含量随着粉煤灰用量的增加先降低而后增加；当生物炭为5％水平时，土壤速效钾含量随着粉煤灰用量的增加而显著降低(p<0.05)。其中，A3B1处理的速效钾最高，为889.50mg kg-1，A1B2处理的速效钾最低，为310.75mg kg-1。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％和5％水平时，土壤速效钾含量随着石灰用量的增加先增加而降低；当生物炭为2.5％水平时，土壤速效钾含量随着石灰用量的增加而增加；其中，A2C3处理的速效钾最高，为564.58mg kg-1，比A3B1处理的速效钾低324.92mg kg-1。两组改良剂交互修复对土壤速效钾的改良效果的总体顺序为：生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。

[0165] 6)不同改良剂对土壤有机质的影响

[0166] 添加改良剂对土壤有机质的影响如图11-1和图11-2所示。施加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭水平一定时，土壤有机质含量随着粉煤灰用量的增加而显著增加(p<0.05)。其中，A3B3处理的有机质最高，为14.19gkg-1。施加生物炭+石灰处理中，当生物炭为1％和
2.5％水平时，土壤有机质含量随着石灰用量的增加而显著增加(p<0.05)；当生物炭为5％水平时，土壤有机质含量随着石灰用量的增加而显著降低(p<0.05)。其中，A1C1处理的有机质最低，为3.40g kg-1。A2C3处理的有机质最高，为14.04g kg-1，比A3B3处理的有机质含量低
0.15g kg-1。两组改良剂交互修复对土壤有机质的改良效果的总体顺序为：生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。

[0167] 7)改良后土壤肥力综合评价

[0168] 添加改良剂交互处理后的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平。加生物炭+粉煤灰处理中，当生物炭水平处于1％和2.5％水平时，土壤综合肥力指数随着粉煤灰用量的增加而降低；当生物炭水平处于5％水平时，土壤综合肥力指数随着粉煤灰用量的增加而先增加后降低。加生物炭+石灰处理中，当生物炭水平处于1％水平时，土壤综合肥力指数随着石灰用量的增加而增加；当生物炭水平处于2.5％和5％水平时，土壤综合肥力指数随着石灰用量的增加而先增加后降低。两组改良剂交互修复的改良效果的总体顺序为：生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。其中A3B2处理的土壤综合肥力最高，为1.60；A1C1处理土壤综合肥力最低，为1.09。生物炭+粉煤灰处理的参评因子中土壤pH和有机质的单项肥力指数均随改良剂用量增加而明显增加；生物炭为低水平时，添加石灰处理的参评因子中土壤碱解氮、有效磷和有机质的单项肥力指数也随着石灰用量增加而增加。但从综合肥力指数可知，添加生物炭+粉煤灰的土壤综合肥力提高，而添加生物炭+石灰的土壤综合肥力并未明显提高。

[0169] 参评指标单项肥力指数

[0170]

[0171]

[0172] 8)不同改良剂对小白菜生物学性状变化

[0173] 两种改良剂交互处理对小白菜生物学性状的影响见下表。其中，A3B1处理小白菜未长出，是因为该组合生物炭施用过高，粉煤灰施用过低，由高浓度的生物炭决定，对促进作物生长无明显作用。施用生物炭+粉煤灰交互处理，A2B3处理的小白菜生物学性状最好，当生物炭为1％水平时，A1B2的生物学性状最好；当生物炭为2.5％和5％水平时，随着粉煤灰的施用量增加，小白菜生物学性状逐渐改善。而对于生物炭+石灰处理，A3C1的生物学性状最好，当生物炭为1％和5％水平时，随着石灰的施用量增加，小白菜生物学性状逐渐变差；当生物炭为2.5％水平时，随着石灰的施用量增加，小白菜生物学性状逐渐改善。两种改良剂交互处理均可改良小白菜生物学性状，其总体改良效果顺序为：生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。

[0174] 小白菜生物学性状

[0175]

[0176]

[0177]

[0178] 注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0179] 9)不同改良剂对小白菜养分含量变化

[0180] 与对照(CK)相比，两种改良剂交互处理均提高小白菜茎和叶片含氮、磷和钾的量，生物炭+粉煤灰改良效果大于生物炭+石灰。施用生物炭+粉煤灰时，茎和叶片含氮量随着改良剂施用量增加而下降。只有A1B1和A1B2处理的茎含氮量高于叶片，其它处理均是相反。施用生物炭+石灰时，当生物炭为1％水平时，茎和叶片含氮量随着石灰施用量增加而增加，并且茎含氮量高于叶片；当生物炭为2.5％水平时，A2C2处理的茎的含氮量最高，并且茎含氮量高于叶片，其它处理相反，A2C1处理的叶片的含氮量最高；当生物炭为5％水平时，只有A3C1处理的茎含氮量低于叶片，其它处理相反，A3C2处理的茎的含氮量最高，A3C3处理的叶片的含氮量最高。

[0181] 两种交互处理中，只有A2C1处理的小白菜茎含磷量高于叶片，其它处理均是相反。施用生物炭+粉煤灰时，当生物炭为1％水平时，A1B3处理的茎含磷量最高，A1B1处理的叶片含磷量最高；当生物炭为2.5％水平时，A2B2处理的茎和叶片含磷量最高；当生物炭为5％水平时，A3B3处理的茎含磷量最高，A3B2处理叶片含磷量最高。施用生物炭+石灰时，当生物炭为1％和5％水平时，小白菜茎和叶片的含磷量均随着石灰的施用量增加而降低；当生物炭为2.5％水平时，A2C1处理的小白菜茎含磷量最高，A2C2处理的叶片含磷量最高。

[0182] 施用生物炭+粉煤灰时，只有A1B2和A1B3处理的茎含钾量高于叶片，其它处理均是相反。当生物炭为1％水平时，A1B3处理的茎含钾量最高，A1B1处理的叶片含钾量最高；当生物炭为2.5％水平时，A2B3处理的茎和叶片含钾量最高；当生物炭为5％水平时，A3B2处理的茎含钾量最高，A3B3处理的叶片含钾量最高。施用生物炭+石灰时，当生物炭为1％和5％水平时，小白菜茎和叶片的含钾量均随着石灰的施用量增加而降低；当生物炭为2.5％水平时，A2C3处理的茎和叶片含钾量最高。

[0183] 小白菜养分含量

[0184]

[0185]

[0186] 注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0187] 10)不同改良剂对小白菜体内稀土含量变化

[0188] 添加两种改良剂交互处理小白菜体内中稀土总量以及Y、La和Nd元素含量的变化。其总体改良效果为：生物炭+石灰>生物炭+粉煤灰。生物炭+粉煤灰与5％的生物炭+石灰交互处理的的小白菜体内稀土总含量以及Y、La和Nd元素含量均随着改良剂的用量增加而显著降低(p<0.05)。添加生物炭+粉煤灰交互处理能较低小白菜体内稀土总含量以及Y、La和Nd元素含量，主要是因为生物炭和粉煤灰可以增加土壤对稀土元素的吸附能力。添加生物炭+石灰也会降低小白菜体内稀土元素含量，主要因为石灰是碱性改良剂，可以提高pH值降低小白菜对稀土元素的吸收利用。A3C3处理的小白菜体内中稀土总量以及Y、La和Nd元素含量最低，降低效果最好。通过控制小白菜体内稀土含量，能够确保小白菜在成熟收割后，达到食用标准。当然，仅仅为了实现对土壤中稀土污染修复的目的，也可以选择小白菜中稀土含量较高的实施方式。

[0189] 稀土元素总量(mg kg-1)

[0190]

[0191]

[0192] 注：---表示小白菜收获时未长出，n为样品数，表中符号±前的数据为样品平均值，符号±后的数据为样品标准误，字母根据LSD法表示处理间方差，并且p<0.05。

[0193] 交互土壤改良剂改良效果：与对照比较，添加生物炭+粉煤灰、生物炭+石灰可以改良土壤质地，添加生物炭+粉煤灰，1％和5％水平的生物炭+石灰组合可以降低土壤容重；生物炭+石灰改良土壤酸碱度和铵根残留效果大于添加生物炭+粉煤灰；生物炭+粉煤灰改良土壤土壤综合肥力效果大于添加生物炭+石灰，并且交互处理的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平，其中A3B2处理的土壤综合肥力最高，为1.60。施用生物炭+粉煤灰改善小白菜生物学性状和养分含量大于生物炭+石灰，其中A2B3生物学性状最好。添加生物炭+石灰交互土壤改良剂降低小白菜体内的稀土总含量以及Y、La和Nd效果大于生物炭+粉煤灰，A3C3的降低效果最好。

[0194] 综合交互改良剂对土壤和小白菜的改良效果来看，A2B3处理改良效果最好。与单一改良效果最好的B3处理进行比较，A2B3处理的小白菜生物学性状明显更好。因此，本研究探讨的改良剂处理中，A2B3处理改良效果最好。本文主要是选择的对照土壤不能满足植物生长，故以改良作物生物学性状优先考虑来选择最优改良剂组合。但是，在具体使用时应视土壤具体质量情况来选择改良剂。

[0195] 添加改良剂土壤各肥力指标间和与小白菜产量相关性分析

[0196] 运用SPSS17.0 软件进行添加改良剂土壤各项肥力指标间的相关性分析。土壤碱解氮与铵态氮、速效钾呈极显著正相关(p<0.01)，与有机质呈显著正相关(p<0.05)；土壤有机质与速效磷、速效钾呈极显著正相关；土壤速效钾与铵态氮也呈显著正相关；土壤pH值与碱解氮、有效磷、速效钾和有机质呈极显著负相关，与铵态氮呈显著负相关。

[0197] 由土壤各项肥力指标与小白菜产量的相关系数及显著性分析可知，小白菜产量与pH呈极显著负相关(r＝-0.677)，与速效钾呈显著正相关，与有机质呈极显著正相关。以上结果表明，选择碱性、养分高的改良剂来修复稀土矿土壤可行。

[0198] pH、CEC和SOM的相关性分析

[0199]

[0200] 注释：*代表显著，**代表极显著。

[0201] 矿区土壤养分严重退化，土壤综合肥力水平差，土壤质地砂性强，土壤严重酸化，浸矿剂铵态氮残留含量较大。虽然矿区土壤稀土有一定的富集，稀土元素总含量处于无污染～中度污染水平，但是矿区土壤非稀土金属均处于无污染水平。

[0202] 稀土矿区土壤改良剂改良效果

[0203] 生物炭和粉煤灰均含有较多的盐基离子，与土壤中氢离子发生反应，改良土壤酸化。碱性环境使土壤NH4+与OH－发生中和反应，同时生物炭和粉煤灰具有吸附NH4+的能力，改善土壤铵态氮的残留[83]。石灰可以减少土壤对磷的吸附固定，从而提高土壤有效磷含量。生物炭和粉煤灰因其本身含有矿质养分高，并且生物炭养分高于粉煤灰，可以向土壤中释放养分元素(氮、磷、钾和有机质等)。因此，单一土壤改良剂改良土壤肥力效果的总体顺序为：生物炭>粉煤灰>石灰，生物炭+粉煤灰改良土壤土壤肥力效果大于添加生物炭+石灰。

[0204] 对照和生物炭处理小白菜均为未长出，原因是对照土壤肥力退化严重，虽然施用肥料后肥力提升，但是土壤物理性质差，保水保肥能力差。而粉煤灰改良小白菜生物学性状和养分含量大于石灰处理，交互后的改良效果更好，生物炭+粉煤灰改善小白菜生物学性状和养分含量大于也生物炭+石灰，其中，A2B3处理改良效果最好。施加生物炭仅对肥沃土壤中的作物有促进作用，对贫瘠土壤中的作物没明显作用，并且生物炭因其的种类、施用量、土壤类型、作物种类等因素决定了生物炭是否促进作物生长。说明单一施用该种类的生物竹炭不适合用于小白菜盆栽试验探讨稀土矿损毁土壤的改良，而配合其他改良剂作物增产显著。改良剂降低小白菜的稀土元素含量效果顺序为：生物炭+石灰>生物炭+粉煤灰>石灰>粉煤灰，添加生物炭石灰混合改良剂降低土壤可交换态Cd含量比单施石灰好。依据上述结果，本文认为选择A2B3组合进行小白菜盆栽试验探讨稀土矿损毁土壤的改良，改良效果最佳。

[0205] 与对照比较，单施生物炭、粉煤灰和石灰的处理，土壤质地分别由紧砂土变为轻壤土，砂壤土和中壤土；添加单一改良剂对降低土壤容重有一定的效果，C3降低土壤容重效果最好，降低了0.13gmL-1；施加改良剂的土壤的pH值均可以显著提高，改良效果的总体顺序为：石灰>粉煤灰>生物炭，C2处理的pH值最高，比对照显著提高了2.89个单位；生物炭处理的土壤碱解氮和速效钾含量显著高于对照，其它处理均低于对照；B1处理的土壤铵态氮显著比对照高2.02mg kg-1，其它处理均显著低于对照；B3处理的土壤有效磷含量大于对照，其它处理均显著低于对照；生物炭、粉煤灰处理土壤的有机质含量显著高于对照，并且随着改良剂用量的增加而显著增加，石灰处理的有机质显著低于对照。所有处理的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平，添加B3的土壤综合肥力并未提高，而A3处理的土壤综合肥力指数最高，为1.72，比对照提高了0.58个单位。

[0206] 对照和生物炭处理小白菜均为未长出。与对照相比，粉煤灰和石灰处理均可改良小白菜生物学性状，并且也可以提高小白菜茎和叶片含氮、磷和钾的含量。B3处理的小白菜生物学性状最好，并且显著高于B1处理，养分含量也最高；粉煤灰和石灰的施入对小白菜体内的稀土总含量以及Y、La和Nd含量降低效果为:石灰>粉煤灰，C3降低效果最好。

[0207] 与对照比较，添加生物炭+粉煤灰、生物炭+石灰均可以提高土壤中的物理性黏粒(≤0.01mm％)含量，A3B3提高效果最好，提高了29；添加生物炭+石灰降低土壤容重效果大于生物炭+粉煤灰，A3C3降低效果最好，降低了0.30g mL-1。添加生物炭+石灰改良土壤酸碱度和铵根残留效果大于添加生物炭+粉煤灰；添加生物炭+粉煤灰改良土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质效果大于添加生物炭+石灰。添加交互土壤改良剂的土壤肥力综合指数均在Ⅱ级(一般)水平，并且生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰。其中A3B2处理的土壤综合肥力最高，为1.60；A1C1处理土壤综合肥力最低，为1.09。

[0208] 两种交互土壤改良剂可以均改善小白菜生物学性状和养分含量，并且生物炭+粉煤灰>生物炭+石灰，其中A2B3的生物学性状最好；添加生物炭+石灰交互土壤改良剂降低小白菜体内的稀土总含量以及Y、La和Nd效果大于生物炭+粉煤灰，A3C3的效果最好。

[0209] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

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