Growth of Elymus nutans in saline saline-alkali soil amended with calcium silicate slag： Performance and mechanism

doi:10.11686/cyxb2020319

Abstract

Abstract:

Saline-alkali soil management is an issue of worldwide concern. Desulfurization gypsum is one of the common saline soil amendments. Silica-calcium slag is a by-product of aluminum extraction from fly ash. It is rich in calcium， silicon and other elements， which enhance the saline-alkali resistance of plants. Therefore， silica-calcium slag has the potential to improve saline-alkali soil after flue gas desulfurization. Silica-calcium slag at 0， 10， 25 and 50 g·kg^-1 soil， and 50 g·kg^-1 soil desulfurization gypsum as a comparison were applied as treatments mixed into saline-alkali soil in pot experiments to explore the effects on the growth of Elymus nutans. It was found that silica-calcium slag improved the growth of E. nutans in saline-alkali soil. The weight per plant of E. nutans was increased by a factor of 0.4-1.6， the total plant biomass per pot was increased by a factor of 2.8-6.8， the root length by 3.16%-40.21% and the plant height by 9.07%-17.35% after the application of silica-calcium. The treatment with 50 g·kg^-1 silica-calcium slag applied was the best. Moreover， the performance of 50 g·kg^-1 silica-calcium slag was also better than that of 50 g·kg^-1 soil desulfurization gypsum in plant growth. The possible mechanisms were as follows： 1） Incorporating silica-calcium slag and desulfurized gypsum significantly reduced the soil pH， which could improve the physical and chemical properties of soil and alleviate the alkali stress to plants. 2） Silica-calcium slag increased the absorption of Ca and Si by plants， which are beneficial for resisting salt and alkali stresses. 3） Silica-calcium slag helped the plants to absorb more potassium and reject more sodium to improve the osmotic pressure of plant cells， increasing the intracellular K∶Na balance， thus reducing the harm from saline-alkali stress. This study shows that silica-calcium slag can effectively improve the properties of saline-alkali soil and promote the growth of E. nutans， providing a new option for the utilization of coal-based solid wastes and the improvement of saline-alkali soil in northern China.

Key words: silica-calcium slag, saline-alkali stress, Elymus nutans

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Figures/Tables 11

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成分 Component	含量 Content （W_B%）	成分 Component	含量 Content （W_B%）
SO₃	36.95	TiO₂	0.60
CaO	31.80	Na₂O	0.37
SiO₂	20.20	K₂O	0.17
Al₂O₃	3.82	其他Others	3.42
Fe₂O₃	1.79	总计Total	100.00
MgO	0.88

成分 Component	含量 Content （W_B%）	成分 Component	含量 Content （W_B%）
SO₃	36.95	TiO₂	0.60
CaO	31.80	Na₂O	0.37
SiO₂	20.20	K₂O	0.17
Al₂O₃	3.82	其他Others	3.42
Fe₂O₃	1.79	总计Total	100.00
MgO	0.88

成分 Component	含量 Content （W_B%）	成分 Component	含量 Content （W_B%）
SO₃	51.05	Fe₂O₃	0.31
CaO	44.50	MgO	0.20
SiO₂	1.34	其他Others	1.54
Al₂O₃	1.06	总计Total	100.00

成分 Component	含量 Content （W_B%）	成分 Component	含量 Content （W_B%）
SO₃	51.05	Fe₂O₃	0.31
CaO	44.50	MgO	0.20
SiO₂	1.34	其他Others	1.54
Al₂O₃	1.06	总计Total	100.00

改良剂添加量 Amount of modifier added (g·kg^-1)	钙元素含量 Calcium content （mg·g^-1）	钠元素含量 Sodium content （mg·g^-1）	镁元素含量 Magnesium content （mg·g^-1）	钾元素含量 Potassium content （mg·g^-1）
0	0.68±0.01c	0.34±0.06ab	0.13±0.01a	0.017±0.002a
10	0.70±0.08c	0.37±0.08ab	0.14±0.01a	0.014±0.001b
25	1.33±0.01b	0.51±0.10a	0.15±0.04a	0.012±0.001b
50	1.34±0.11b	0.52±0.04a	0.16±0.01a	0.011±0.001b
50 (DG)	2.12±0.10a	0.19±0.03b	0.06±0.01b	0.009±0.001b