中國報告大廳網訊，礦山資源開發在推動經濟發展的同時，也造成了植被破壞與生態退化，植被混凝土生態修復技術作為礦區受損生境修復的有效手段，已在多地推廣應用並形成行業標準。然而，礦區表土多為風化程度低的砂土，砂粒含量高、比表面積小、結構鬆散且肥力水平低，導致製備的砂性植被混凝土基材工程服役性能不足，難以保障生態修復效果。磷石膏與粉煤灰均為大宗工業固廢，前者富含磷、硫、鈣等養分，後者具備火山灰活性且呈多孔蜂窩狀結構，二者在改良土體理化性質與提升肥力方面各具優勢。2025 年，粉煤灰技術在生態修復領域的應用更注重與其他固廢協同發揮作用，通過精準控制摻量實現基材力學性能與植生性能的同步提升，基於此，探索不同摻量粉煤灰與磷石膏對砂性植被混凝土理化性質及植物生長的影響，對優化礦區生態護坡基材、推動工業固廢資源化利用具有重要實踐價值。

  一、粉煤灰與磷石膏在砂性植被混凝土改良中的應用背景與材料基礎

  砂性植被混凝土的核心性能依賴於種植土質量，理想的種植土應是砂、粉、黏粒含量接近的壤土，以營造適宜的水肥 - 氣 - 熱微環境，但礦區周邊種植土多為含細粒土砂，抗水力侵蝕能力弱、肥力固持能力低，需通過外摻材料改良。其中，粉煤灰作為燃煤電廠副產物，2025 年其技術應用特點集中在利用自身多孔蜂窩狀結構(堆積密度 1.12g・cm⁻³)、高比表面積及火山灰活性(含 45.10% SiO₂、24.20% Al₂O₃)，既能通過微集料填充效應優化土體顆粒級配，又能與水泥水化產物發生反應提升基材強度;磷石膏則為濕法磷酸生產副產物(堆積密度 1.23g・cm⁻³，pH2.42)，富含速效磷(133.73mg・kg⁻¹)、硝態氮(19.03mg・kg⁻¹)、銨態氮(12.3mg・kg⁻¹)，可補充土體養分並促進土壤團聚體形成。

  試驗所用基礎材料具體參數如下：種植土取自礦區周邊黃棕壤土，屬於含細粒土砂，pH7.32，速效磷 10.30mg・kg⁻¹、硝態氮 21.09mg・kg⁻¹、銨態氮 37.81mg・kg⁻¹，顆粒組成中粗砂粒(2~0.5mm)占 28.08%、中砂粒(0.5~0.25mm)占 15.10%、細砂粒(0.25~0.075mm)占 8.12%、細粒(<0.075mm)占 48.70%;水泥採用 P・O42.5 普通矽酸鹽水泥;有機物料為茶樹鋸末(過 2mm 篩);生境基材改良劑為含微生物活化菌劑的細粒狀物質(有效活菌數> 3.0×10⁶cfu/g，pH5.5);試驗植物選取狗牙根(發芽率 80% 以上)，其生長迅速、根系發達，適用於礦區生態修復。

  二、粉煤灰與磷石膏不同摻量的砂性植被混凝土試驗設計與指標測定

  基於預試驗結果，磷石膏最大摻量設定為 8%，試驗共設計 4 類處理(CK 組、僅摻粉煤灰組、僅摻磷石膏組、復摻粉煤灰和磷石膏組)，合計 12 種配比(每種配比 3 組重複)，材料摻量均以種植土質量為基準計算，具體配比方案如下：CK 組(種植土 100%、水泥 8%、有機物料 6%、生境基材改良劑 4%、磷石膏 0%、粉煤灰 0%)、PG2FA0 組(磷石膏 2%、粉煤灰 0%)、PG4FA0 組(磷石膏 4%、粉煤灰 0%)、PG8FA0 組(磷石膏 8%、粉煤灰 0%)、PG0FA4 組(磷石膏 0%、粉煤灰 4%)、PG2FA4 組(磷石膏 2%、粉煤灰 4%)、PG4FA4 組(磷石膏 4%、粉煤灰 4%)、PG8FA4 組(磷石膏 8%、粉煤灰 4%)、PG0FA8 組(磷石膏 0%、粉煤灰 8%)、PG2FA8 組(磷石膏 2%、粉煤灰 8%)、PG4FA8 組(磷石膏 4%、粉煤灰 8%)、PG8FA8 組(磷石膏 8%、粉煤灰 8%)。

  試驗分為室內與室外兩部分：室內試驗採用不同尺寸環刀制樣(φ61.8mm×40mm 用於孔隙率、干密度、滲透係數測定，φ61.8mm×20mm 用於抗剪強度測定，φ71.8mm×20mm 用於基質吸力測定)，在 25℃、相對濕度 95% 的恆濕養護室養護 180d 後測試指標;室外試驗將 2.5kg 預混合砂性植被混凝土裝入 19.5cm×15.5cm×14cm(內口徑 × 內底徑 × 內高)種植盆，每盆播種 2g 狗牙根淨籽並覆蓋 200g 面層基材，前 30d 每天早晚各澆水 200ml，後期按需澆水，180d 後測定基材養分與植物生長指標。

  指標測定方法包括：孔隙率和干密度用烘乾法;滲透係數用變水頭滲透實驗;抗剪強度用應變控制直剪儀(剪切速率 0.8mm/min);基質吸力通過土 - 水特徵曲線壓力板儀測定;速效磷用碳酸氫鈉浸提 - 鉬銻抗比色法;銨態氮、硝態氮用全自動流動分析儀;陽離子交換量(CEC)用三氯化六氨合鈷浸提 - 分光光度法(按公式 CEC=(A₀-A)×V×3/(b×m×w_dm) 計算，其中 CEC 單位為 cmol+/kg，A₀為空白試樣吸光度，A 為試樣吸光度，V 為浸提液體積 ml，b 為標準曲線斜率，m 為取樣量 g，w_dm 為樣品乾物質含量 %);植物株高直接測量，地上生物量用刈割烘乾稱重法，地下生物量用挖土塊分離根系後烘乾稱重法;微觀結構用偏光顯微鏡觀察;熱穩定性用同步熱分析儀(30~1000℃，升溫速率 10℃/min，氮氣介質)分析。數據處理採用 Excel 2016 記錄、Origin 2021 做相關性分析與繪圖、SPSS 26.0 做單因素方差分析(顯著性水平 0.05)、SPSSAU 做熵權 - TOPSIS 分析、R 4.0.0 做偏最小二乘路徑回歸分析。

  三、粉煤灰協同磷石膏對砂性植被混凝土物理力學指標的影響

  僅摻磷石膏時，砂性植被混凝土的物理力學指標發生顯著變化：孔隙率較 CK 組(52.10±0.40%)提升 2.69%~3.84%(P<0.05)，其中 PG4FA0 組孔隙率最高(54.10±0.61%);干密度較 CK 組(1.33±0.02g・cm⁻³)下降 2.26%~4.00%(P<0.05)，PG8FA0 組干密度最低(1.27±0.02g・cm⁻³);滲透係數較 CK 組(4.16±1.51×10⁻⁴cm・s⁻¹)提升 0.72%~15.38%，PG8FA0 組達 4.80±3.91×10⁻⁴cm・s⁻¹;黏聚力隨磷石膏摻量增加而提升，較 CK 組(45.17kPa)增加 8.41%~33.12%，PG8FA0 組黏聚力最高(60.13kPa);內摩擦角則較 CK 組(36.02°)降低約 9.5%，各組均在 32.46°~32.62° 之間。

  復摻粉煤灰後，物理力學指標進一步優化且與粉煤灰摻量相關：孔隙率隨粉煤灰摻量先減後增，PG2FA4 組最低(51.70±0.53%)，PG8FA8 組最高(55.30±0.96%);干密度較僅摻磷石膏組進一步下降，PG4FA8 組最低(1.24±0.01g・cm⁻³);滲透係數顯著提升，粉煤灰摻量 8% 時各組滲透係數均達 5.79×10⁻⁴cm・s⁻¹ 以上(P<0.05)，PG8FA8 組最高(6.05±2.95×10⁻⁴cm・s⁻¹);黏聚力在粉煤灰摻量 4% 時最高，PG8FA4 組達 58.14kPa，摻量增至 8% 時黏聚力下降，PG2FA8 組僅 45.55kPa;內摩擦角則明顯回升，甚至超過 CK 組，PG2FA4 組最高(38.41°)，較僅摻磷石膏組提升 12.52%~17.79%。

  此外，土 - 水特徵曲線顯示：單摻粉煤灰或磷石膏時，基材在不同基質吸力下的飽和度隨摻量增加而提高;復摻時，PG0FA8 組在相同吸力下的飽和度低於 PG4FA4 組，說明磷石膏提升持水能力的效果優於粉煤灰。陽離子交換量(CEC)方面，PG0FA4 組、PG0FA8 組較 CK 組分別提高 3.71%、8.64%;相較於 PG0FA4 組，PG2FA4 組、PG4FA4 組、PG8FA4 組 CEC 分別增加 0.61%、2.38%、3.57%，表明粉煤灰與磷石膏協同可提升基材離子交換能力。

  四、粉煤灰協同磷石膏對砂性植被混凝土養分及植物生長的作用

  僅摻磷石膏時，砂性植被混凝土的養分含量顯著提升：速效磷隨磷石膏摻量增加而增加(P<0.05)，較 CK 組(22.13±0.22mg・kg⁻¹)最大增幅 3.12mg・kg⁻¹，PG8FA0 組達 25.25±0.65mg・kg⁻¹;硝態氮較 CK 組(44.55±0.71mg・kg⁻¹)變化不顯著，PG4FA0 組最高(45.10±0.34mg・kg⁻¹);銨態氮隨磷石膏摻量增加而提升，最大增幅 3.34%，PG8FA0 組達 63.17±0.68mg・kg⁻¹。

  復摻粉煤灰後，養分含量呈現新變化：速效磷、硝態氮較僅摻磷石膏組無顯著差異，但銨態氮顯著提升(P<0.05)，增幅達 4.84%~10.96%，PG0FA8 組最高(67.83±0.61mg・kg⁻¹)，PG8FA8 組達 67.17±0.46mg・kg⁻¹。這一現象與粉煤灰的特性相關，鹼性環境下粉煤灰顆粒表面帶負電荷，可提升基材陽離子交換量，而銨態氮易被帶負電的土壤膠體吸附，從而減少養分流失。

  植物生長指標方面，狗牙根的生長狀況與粉煤灰、磷石膏摻量密切相關：株高隨粉煤灰摻量增加總體下降;僅摻磷石膏時，地下生物量較 CK 組提升 1.54%~17.70%，PG8FA0 組最高;復摻後，地下生物量隨粉煤灰摻量先增後減，且較僅摻磷石膏組顯著增加(P<0.05)，最大增量達 8.92g・cm⁻²，其中 PG2FA4 組地下生物量提升最為明顯，較 CK 組增加 23.09%。這是因為粉煤灰的多孔結構有利於微生物菌落定殖和養分積聚，磷石膏則通過改善土壤結構為根系生長提供空間，二者協同為狗牙根生長創造了更優條件。

  五、粉煤灰協同磷石膏改良砂性植被混凝土的機理分析與綜合評價

  熱重分析(TGA)與偏光顯微分析(POM)揭示了粉煤灰協同磷石膏改良的核心機理：TGA 曲線顯示，CK 組、PG0FA4 組、PG0FA8 組、PG2FA4 組、PG4FA4 組、PG8FA4 組均存在三段特徵質量損失，分別對應 105℃自由水蒸發、340~440℃Ca (OH)₂脫水、580~760℃CaCO₃碳化;320~380℃時，粉煤灰摻量與質量減少率呈負相關，說明粉煤灰與水泥水化產物 Ca (OH)₂發生二次水化反應，消耗了基材中的 Ca (OH)₂。POM 圖像顯示，CK 組土體絮狀物少且分散不均，而 PG4FA4 組絮狀物顯著增多，以圓形網狀和條形網狀結構為主，進一步證明粉煤灰與 Ca (OH)₂的二次水化反應生成了更多絮狀凝膠產物，這些產物填充土顆粒間隙，提升了基材結構穩定性。

  相關性分析表明：干密度與孔隙率、滲透係數、銨態氮含量、速效磷含量呈顯著負相關(P<0.05)，與狗牙根株高、地上生物量呈顯著正相關(P<0.05);內摩擦角與株高呈顯著負相關(P<0.05)，與銨態氮含量呈顯著正相關(P<0.05);狗牙根株高與地上生物量呈顯著正相關(P<0.05)，且均與滲透係數、銨態氮含量呈顯著負相關(P<0.05)。偏最小二乘路徑分析顯示，粉煤灰摻量可解釋物理特性、養分特性方差的 79.40%、93.90%，且與二者呈顯著正相關(路徑係數分別為 0.733、0.856，P<0.01)，表明粉煤灰對基材物理與養分性能的正向促進作用。

  熵權 - TOPSIS 綜合評價(選取干密度、滲透係數、黏聚力、內摩擦角、孔隙率、銨態氮、硝態氮、速效磷、株高、地上生物量、地下生物量 11 項指標，其中正向指標為干密度、黏聚力、內摩擦角、銨態氮、硝態氮、速效磷、株高、地上生物量、地下生物量，負向指標為孔隙率、滲透係數)結果顯示，12 種配比中綜合得分排序前三位的分別為 PG2FA4 組(0.66 分)、PG4FA4 組(0.58 分)、PG8FA4 組(0.56 分)，說明復摻 4% 粉煤灰與 2%~8% 磷石膏時，砂性植被混凝土的綜合服役性能最優。

  六、粉煤灰協同磷石膏改良砂性植被混凝土的成本與最優摻量建議

  中國報告大廳《2025-2030年中國粉煤灰行業市場供需及重點企業投資評估研究分析報告》指出，2025 年粉煤灰市場價格約 350 元 / 噸，磷石膏綜合使用成本(含人工、運輸)約 100 元 / 噸，砂性植被混凝土綜合單價約 200 元 / 平方米。當粉煤灰摻量為 4%、磷石膏摻量為 8% 時，植被混凝土成本僅增加約 1.25%，即每平方米增加 2.5 元;若採用粒徑分布合理的土壤替代礦區砂土，按 20 公里運輸距離計算，新增購買與運輸成本將超過 25%(每平方米增加 50 元)，可見粉煤灰與磷石膏協同改良在經濟性上具有顯著優勢。

  結合試驗數據與成本分析，當礦區生態修復僅能獲取砂性種植土時，建議在原有植被混凝土配比基礎上摻入 4% 粉煤灰及 2%~8% 磷石膏：此摻量下，砂性植被混凝土的孔隙率、滲透係數、黏聚力及養分含量均能滿足工程服役與植物生長需求，內摩擦角回升至合理範圍，狗牙根生物量顯著提升，同時可推動粉煤灰與磷石膏這兩種大宗工業固廢的資源化利用，實現生態效益與經濟效益的雙贏。

  總結

  本文圍繞 2025 年粉煤灰技術在生態修復領域的應用特點，系統研究了粉煤灰協同磷石膏對砂性植被混凝土理化性質與植物生長的影響。結果表明，僅摻磷石膏可提升基材孔隙率、滲透係數、黏聚力及養分含量，但會降低內摩擦角;復摻粉煤灰後，不僅進一步優化了物理力學性能(內摩擦角回升甚至超 CK 組)與養分水平(銨態氮顯著增加)，還通過粉煤灰與 Ca (OH)₂的二次水化反應生成凝膠產物，強化了基材結構穩定性。相關性分析與偏最小二乘路徑分析證實，粉煤灰對基材物理特性與養分特性具有顯著正向作用;熵權 - TOPSIS 綜合評價顯示，4% 粉煤灰與 2%~8% 磷石膏的摻量組合綜合性能最優。成本分析表明，該摻量方案僅增加 1.25% 的成本，遠低於換土成本。綜上，粉煤灰協同磷石膏改良砂性植被混凝土，既解決了礦區砂性基材工程性能不足的問題，又推動了工業固廢資源化，為礦區生態護坡提供了科學可行的技術方案。