煤矿开采对环境造成极大扰动，引发了一系列如水土流失、土地贫瘠化、盐碱化等亟待解决的生态环境问题[1]，采煤沉陷区和煤矸石山是煤矿废弃地土地复垦与生态重建的主要类型[2]，其综合治理是目前矿区生态恢复的一个重大难题。作为采煤沉陷区和矸石山植被重建的主要方式之一[3]，充填复垦使用煤矸石和粉煤灰作为充填材料，既能解决土源问题，也能减少煤矸石和粉煤灰的排放、压占以及粉尘、视觉的环境污染等问题[4,5]。
紫花苜蓿（Medicago sativa），豆科、苜蓿属多年生草本，欧亚大陆广泛种植作为饲料与牧草。紫花苜蓿枝叶繁茂，对地面覆盖度大，又是多年生深根型，在改良土壤理化性质，提高土壤肥力，增加透水性，拦阻径流，防止冲刷，保持坡面，减少水土流失等方面的作用十分显著[6]。
本文研究了不同配比的粉煤灰和煤矸石基质对紫花苜蓿的生长、根系活力、叶绿素含量以及抗逆性的影响。以期通过分析不同配比基质下紫花苜蓿的生长状况，来确定最佳的复垦基质，为煤矿矿区废弃地的生态恢复提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料
以煤矸石、粉煤灰为主要材料，煤矸石取自临汾煤运公司金殿镇转运站，粉煤灰取自临汾市河西热电厂。供试植物选择紫花苜蓿，种子由小麦研究所提供。栽培花盆规格为13cm×9cm×11cm（盆口直径×盆底直径×高）。
1.2 试验设计
试验采用盆栽法，设5个配比的基质处理，每个处理5次重复，共25盆（见表1）。播种前，种子用10%H2O2浸泡10min，无菌水反复清洗数遍后，置于湿润纱布上，于25℃恒温箱催芽，种子露白即可。以圆形塑料花盆作为培养容器，内衬自封塑料袋[7]。栽培基质调配前，煤矸石过3mm筛，黄土和粉煤灰过1mm筛。每盆装厚度约为9cm基质，按照表1比例进行装盆。2013年5月播种，每盆放入已催芽的种子20粒，在其上覆盖土200 g，厚度约为1 cm。为保证植物能获得充足的养分，每周定量施加减磷的hoagland营养液。用称重法维持基质含水量在最大持水量的80%[8]。培养60天后进行各项生理指标的测定。
1.3 测定项目及方法
每个处理随机选取5株，使用游标卡尺测量植株高度、基径；计数叶片数，LI-3000A便携式叶面积仪进行测量叶长、平均叶宽、叶面积；将幼苗完整取出，测定主根长度，于105℃电热鼓风干燥箱中杀青20 min，70℃烘干至恒重，称取干重；浸提法测定叶绿素含量；TTC法测定植物根系活力；硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量；磺基水杨酸法叶片游离脯氨酸含量；紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性[9]。
1.4 数据分析
应用Excel对数据进行统计分析。
表1 供试基质配比
Table1 Ratio of the medium mixtures in the experiment
处理 粉煤灰 煤矸石 黄土
质量/kg
quality 厚度/cm
thickness 质量/kg
quality 厚度/cm
thickness 质量/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 结果与分析
2.1 不同基质上紫花苜蓿的生长状况的影响
紫花苜蓿出苗数，株高，叶面积，生物量，根长，基径，叶片数可以反映紫花苜蓿在不同比例基质的生存能力[10]。从表2可以看在五种基质上，紫花苜蓿均可生长。基质S4上紫花苜蓿在株高、基径、叶面积、根长、叶片数量生物量五个指标均显著高于其他四种基质，说明S4基质更能促进植物生长。基质S5紫花苜蓿的五项指标均高于基质S1和基质S2，与基质S3差异不显著，说明粉煤灰含量较多时，紫花苜蓿生长效果较差。
表 2 不同基质上紫花苜蓿幼苗生长的影响
Table 2 Effects on the growth of Medicago sativa L.under different disposals
处理
treatment 株高/cm
Seedlings height 基径/cm
Ground diameter 叶面积 /cm2
Leaf area 根长/cm
Root length 叶片数量
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 不同基质对紫花苜蓿根系活力的影响
植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部分的生长和营养状况及产量水平[11]。由图1可知，基质S4的根系活力显著高于其他四种基质,达到30.33μg/g•h；基质S1和基质S2差异不显著,分别为11.56μg/g•h和11.75μg/g•h；基质S3和S5差异不显著，分别为19.67μg/g•h和18.75μg/g•h，但高于基质S1和基质S2。说明紫花苜蓿对五种废弃物基质均有一定抗性和耐性，基质S4上紫花苜蓿根系活力最高。

图1 不同基质对紫花苜蓿根系活力的影响
Fig1 Effects on root activity of Medicago sativa L. under different disposals

2.3 不同基质对紫花苜蓿叶绿素含量的影响
叶绿素是植物进行光合作用的色素，绝大多数的叶绿素a和全部的叶绿素b具有收集光能的作用，叶绿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，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素含量四个指标变化趋势一致，均为S4＞S5＞S3＞S2＞S1。五种基质两两相比较均存在显著性差异[13]。
表3 不同基质上紫花苜蓿叶绿素的含量
Tabel 3 The chloropHyll content in leaves of Medicago sativa L.under different disposals
处理
Treatment Ca Cb Cxc C总
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 不同基质对紫花苜蓿抗逆性的影响
在逆境(如干旱、低温、高温、盐渍等)及植物衰老时，植物体内游离脯氨酸、丙二醛(MDA)含量均会大幅度增加，这两种含量的积累与植物的抗逆性有关[14]。CAT，是植物体内重要的保护酶，其活性的高低也与植物的抗逆性有关，具有清除代谢中产生的H2O2的作用，以避免H2O2积累对细胞的氧化破坏作用[15]。因此对脯氨酸、丙二醛、CAT三项指标的测定，有助于对紫花苜蓿衰老及逆境生理的了解。由表4可以看出基质S4在脯氨酸、MDA以及CAT三个指标上与其他基质存在显著差异，脯氨酸和丙二醛含量显著低于其他基质处理，而CAT活性为6.11μg/g•FW•min，显著高于其他处理；基质S5和基质S3、基质S1和基质S2之间差异不显著。基质S1和基质S2两个处理脯氨酸和MDA的含量显著高于其他处理，CAT活性低于其他处理。说明基质S4更加适合紫花苜蓿生长，而基质S1基质S2对紫花苜蓿产生较大损伤。

表4 不同基质对紫花苜蓿逆境生理的影响
Table 4 The effect of different disposals on stress pHysiology of Medicago sativa L.
处理
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、结论与讨论
以粉煤灰-煤矸石为栽培基质，基本能满足紫花苜蓿的生长需要。基质S1和基质S2两种基质紫花苜蓿生长状况较差，可能是由于粉煤灰的营养成分低，缺少有机质和氮、磷元素，而且pH至呈现碱性，而这两种基质中粉煤灰比例较多，导致整个基质营养成分和pH值均不适宜紫花苜蓿的生长。紫花苜蓿在基质S2和基质S5上生长状况较基质S1和S2好，可能的原因是尽管煤矸石也存在营养成分低的情况，但较粉煤灰来说，煤矸石大量元素含量较高且各元素含量较为均衡，因此，植物生长状况较好。五种基质中，基质S4（粉煤灰：煤矸石以质量比为1:3的比例混合配制而成）的各种营养成分比较均衡，pH值也接近土壤的pH值，因此，最适宜紫花苜蓿的生长，也是最佳的复垦基质。

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