Effects of different fertilization treatments on soil physical and chemical properties and enzyme activity of rare earth mine tailings after planting king grass

doi:10.11686/cyxb2024154

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to determine the effect of different fertilization treatments on the growth of king grass （Pennisetum purpureum×Pennisetum americanum cv. Reyan No.4） planted as a strategy to rehabilitate soil in rare earth tailings. A field experiment was conducted with six treatments， namely chemical fertilizer （CK）， biogas slurry （Z）， decomposed cow dung （N）， decomposed cow dung+biogas slurry （N+Z）， earthworm castings （Q）， and earthworm castings+biogas slurry （Q+Z）. The effects of the different treatments on soil physical and chemical properties， soil enzyme activities， and the patterns of enzyme interactions were determined in three consecutive years. The results showed that： 1） In each group， the soil bulk density showed a downward trend over the three years， and the maximum moisture capacity， capillary moisture capacity， porosity， aeration， pH， and contents of organic matter， nitrogen， phosphorus， potassium， alkaline nitrogen， and available phosphorus showed an upward trend. In the third year of restoration， the Q+Z treatment had the strongest effect to improve soil bulk density， moisture capacity， porosity， aeration， pH， and available phosphorus and available potassium contents. 2） The activities of soil urease， acid phosphatase， and sucrase showed an increasing trend in the N， N+Z， Q， and Q+Z treatments over the three years， and their values were significantly higher than those in the CK group in the third year （P<0.05）. Soil dehydrogenase activity was significantly higher in the N+Z treatment than in CK in the first year. The activities of soil urease， acid phosphatase， and sucrase were higher in the Q treatment than in the other treatments. 3） The activities of soil urease， acid phosphatase， and sucrase showed highly significant negative correlations with soil bulk density， and highly significant positive correlations with soil pH， organic matter， available nutrients， moisture capacity， porosity， and aeration. The dehydrogenase activity showed a highly significant correlation with total phosphorus content， and significant correlations with total potassium， alkaline nitrogen， available phosphorus， and organic matter contents， and capillary moisture capacity， porosity， and aeration. Through a comprehensive evaluation using a fuzzy mathematics membership function method， it was found that the application of earthworm cast+biogas slurry was the most effective treatment to repair soil over three consecutive years. Therefore， this treatment was identified as the best fertilization treatment for cultivating king grass to repair the soil of ion-type rare earth tailings in Gannan.

Key words: rare earth tailings, king grass, fertilization, soil physical and chemical properties, soil enzyme activity

Xiang OU, Hai LIAN, Rong-qiang CHEN, Jing-yun QIU, Li-juan WU, Xian-hong CAO, Qiang ZHANG, Xiao-wen LEI. Effects of different fertilization treatments on soil physical and chemical properties and enzyme activity of rare earth mine tailings after planting king grass[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(2): 94-108.

Figures/Tables 13

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项目Items	尾矿土壤Tailing soil	非尾矿土壤Non-tailing soil
pH	4.20±0.29	5.86±0.10
有机质 Organic matter （g·kg^-1）	2.30±0.44	15.39±3.56
全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	0.06±0.01	0.63±0.04
全磷Total phosphorus （g·kg^-1）	0.15±0.01	1.38±0.60
全钾 Total potassium （g·kg^-1）	10.53±0.89	19.66±2.55
碱解氮 Alkaline nitrogen （mg·kg^-1）	3.78±0.29	94.67±15.53
速效磷 Available phosphorus （ mg·kg^-1）	0.92±0.12	20.55±7.37
速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	56.68±3.95	875.50±122.39
容重 Bulk density （g·cm^-3）	1.37±0.24	1.14±0.05
最大持水量 Maximum moisture capacity （g·kg^-1）	266.86±28.91	510.27±5.76
毛管持水量 Capillary moisture capacity （g·kg^-1）	147.45±16.98	382.06±10.17
田间持水量 Field moisture capacity （g·kg^-1）	139.71±17.46	229.80±22.97
土壤孔隙度 Soil porosity （%）	36.54±2.08	58.16±4.55
土壤通气度 Soil aeration （%）	19.76±1.39	30.16±2.09

项目Items	尾矿土壤Tailing soil	非尾矿土壤Non-tailing soil
pH	4.20±0.29	5.86±0.10
有机质 Organic matter （g·kg^-1）	2.30±0.44	15.39±3.56
全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	0.06±0.01	0.63±0.04
全磷Total phosphorus （g·kg^-1）	0.15±0.01	1.38±0.60
全钾 Total potassium （g·kg^-1）	10.53±0.89	19.66±2.55
碱解氮 Alkaline nitrogen （mg·kg^-1）	3.78±0.29	94.67±15.53
速效磷 Available phosphorus （ mg·kg^-1）	0.92±0.12	20.55±7.37
速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	56.68±3.95	875.50±122.39
容重 Bulk density （g·cm^-3）	1.37±0.24	1.14±0.05
最大持水量 Maximum moisture capacity （g·kg^-1）	266.86±28.91	510.27±5.76
毛管持水量 Capillary moisture capacity （g·kg^-1）	147.45±16.98	382.06±10.17
田间持水量 Field moisture capacity （g·kg^-1）	139.71±17.46	229.80±22.97
土壤孔隙度 Soil porosity （%）	36.54±2.08	58.16±4.55
土壤通气度 Soil aeration （%）	19.76±1.39	30.16±2.09

项目Items	沼液Biogas slurry	腐熟牛粪Decomposed cow dung	蚯蚓粪Earthworm cast
水分 Water content	－	30.93±2.17	50.81±2.11
有机质 Organic matter	0.79±0.04	47.80±4.13	42.34±1.10
全氮 Total nitrogen	0.62±0.04	1.81±0.12	1.87±0.06
全磷 Total phosphorus	0.09±0.01	1.54±0.30	3.15±0.07
全钾 Total potassium	0.08±0.00	2.21±0.27	2.26±0.22

项目Items	沼液Biogas slurry	腐熟牛粪Decomposed cow dung	蚯蚓粪Earthworm cast
水分 Water content	－	30.93±2.17	50.81±2.11
有机质 Organic matter	0.79±0.04	47.80±4.13	42.34±1.10
全氮 Total nitrogen	0.62±0.04	1.81±0.12	1.87±0.06
全磷 Total phosphorus	0.09±0.01	1.54±0.30	3.15±0.07
全钾 Total potassium	0.08±0.00	2.21±0.27	2.26±0.22

施肥用量Fertilization amount	施肥种类Fertilization type	CK	Z	N	N+Z	Q	Q+Z
基肥用量 Ground fertilizer amounts	沼液 Biogas slurry （t·hm^-2）	0	161.40	0	80.70	0	80.00
	腐熟牛粪 Decomposed cow dung （t·hm^-2）	0	0	80.00	40.00	0	0
	蚯蚓粪 Earthworm cast （t·hm^-2）	0	0	0	0	108.80	55.00
	氮总量 Total nitrogen （kg·hm^-2）	1000.00	1000.68	1000.13	1000.14	1000.80	1001.92
	磷总量Total phosphorus （kg·hm^-2）	1142.86	145.26	1232.00	688.63	3427.20	1804.50
	钾总量 Total potassium （kg·hm^-2）	1071.43	129.12	1768.00	948.56	2458.88	1307.00
单次追肥用量 Single additional fertilizer amounts	沼液 Biogas slurry （t·hm^-2）	0	80.70	0	40.30	0	40.00
	腐熟牛粪 Decomposed cow dung （t·hm^-2）	0	0	40.00	20.00	0	0
	蚯蚓粪 Earthworm cast （t·hm^-2）	0	0	0	0	54.40	27.50
	氮总量 Total nitrogen （kg·hm^-2）	500.00	500.34	500.07	499.89	500.40	500.96
	磷总量Total phosphorus （kg·hm^-2）	571.43	72.63	616.00	344.32	1713.60	902.25
	钾总量 Total potassium （kg·hm^-2）	535.71	64.56	884.00	474.28	1229.44	653.50