不同處理的銅尾砂基質(zhì)對黑麥草生長及銅富集的影響

尤佳佳 薛錦春 王偉偉 蔡若妍 趙珠宇

摘 要 硫化銅礦開采過程中會產(chǎn)生大量的銅尾砂，銅尾砂經(jīng)過改良修復(fù)可以充當(dāng)客土用于礦山生態(tài)復(fù)墾。黑麥草因其生物量大、適應(yīng)性強(qiáng)，常被用作惡劣環(huán)境下的先鋒植物。為探究不同修復(fù)改良處理后的銅尾砂對植物生長及銅富集的影響，在盆栽條件下種植黑麥草，以經(jīng)調(diào)理劑、EM菌劑、改性秸稈、HDS底泥改良處理后的銅尾砂基質(zhì)作為試驗(yàn)組，分析不同處理的銅尾砂基質(zhì)對黑麥草生長發(fā)育、部分生理指標(biāo)、CAT活性、Cu2+積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，添加調(diào)理劑、EM菌劑和改性秸稈的銅尾砂可促進(jìn)黑麥草生長發(fā)育；添加調(diào)理劑、EM菌劑的銅尾砂可顯著提高黑麥草對Cu2+的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，降低銅尾砂中的銅含量。

關(guān)鍵詞 銅尾砂；黑麥草；生長發(fā)育；Cu2+轉(zhuǎn)運(yùn)；銅富集

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.19.030

銅尾砂是銅礦石經(jīng)磨碎、精選后被遺棄的礦石提取殘余物，以沙粒和粉粒為主。銅尾砂基質(zhì)不穩(wěn)定、重金屬含量高、肥力貧乏、植被覆蓋率低，極易造成生態(tài)危害和安全隱患。隨著人們對尾砂危害認(rèn)識日益加深，對尾砂的管理和修復(fù)逐漸形成新的發(fā)展趨勢，植被重建成為當(dāng)前尾砂治理的最佳方式之一。有研究表明，多年生黑麥草具有一定的抗逆境脅迫能力，在一定濃度的重金屬污染土壤中可以正常生長，在重金屬污染土壤的修復(fù)中具有良好的應(yīng)用前景[1]。張永蘭等研究發(fā)現(xiàn)，多年生黑麥草在不同濃度Cu2+污染土壤中有明顯的金屬富集效應(yīng)，可用于Cu2+污染土壤的修復(fù)治理[2]。

目前對礦區(qū)污染土壤進(jìn)行改良和耐性植物篩選的研究很多，但有關(guān)銅尾砂對植物生長產(chǎn)生的影響少有報(bào)道?；诖?，本研究通過對江西省德興銅礦銅尾砂進(jìn)行不同混合基質(zhì)處理，并用于黑麥草盆栽試驗(yàn)，測定和分析存活植物的株高、根長、根冠比、生物量、含水量、葉綠素含量、CAT活性、Cu2+富集能力及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)等理化指標(biāo)，旨在篩選出植物生長效果較好的銅尾砂改善處理方式，以期為銅尾砂作為客土進(jìn)行礦山生態(tài)復(fù)墾提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

供試植物為黑麥草。供試銅尾砂取自江西省德興市德興銅礦4號尾礦庫，采集0～20 cm處銅尾砂用于盆栽試驗(yàn)，容重為1.6 g·cm-3，pH值8.5～9.0。供試調(diào)理劑由16.0%泥炭+12.0%麥飯石+1.5%方解石+1.0%乳香+23.0%茶籽餅+46.5%復(fù)合肥經(jīng)堆漚發(fā)酵制成。供試HDS底泥pH值7.5～9.0，供試EM菌劑為市售普通產(chǎn)品。供試秸稈晾曬后剪成5～8 cm小段，用10%硫酸銨溶液對其進(jìn)行改性。

1.2? 試驗(yàn)方法

共設(shè)5個(gè)試驗(yàn)組，每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)。1）CK組僅添加4 000 g銅尾砂。2）處理1為4 000 g銅尾砂+160 g調(diào)理劑。3）處理2為4 000 g銅尾砂+160 g調(diào)理劑+500 g EM菌劑+25 g改性秸稈。4）處理3為4 000 g銅尾砂+160 g調(diào)理劑+500 g EM菌劑。5）處理4為2 500 g銅尾砂+160 g調(diào)理劑+25 g改性秸稈+500 g EM菌劑+1 500 g HDS底泥。

將不同處理組基質(zhì)充分混合均勻后，置于口徑440 mm的花盆內(nèi)，在26 ℃左右時(shí)，每盆播種大小一致、品相飽滿的25粒黑麥草草籽，放于室外。試驗(yàn)于2020年11月5日開始，2021年1月14日收獲，共計(jì)70 d，收獲后對黑麥草進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3? 指標(biāo)測定

每盆選擇長勢基本一致的3株黑麥草，測定其株高和根長。將植物幼苗分為地上部分和地下部分，用電子天平稱取地上部分和地下部分的鮮重，地上部分和地下部分鮮重之和為樣品鮮重（FW），地下部分和地上部分鮮重的比值為根冠比；用電子天平稱量植株地上部分和地下部分干重，地上部分和地下部分干重之和為樣品干重（DW），則植株含水量=（1-DW/FW）×100%。水土質(zhì)量比2.5∶1.0浸提得待測溶液，用PHS-3C酸度計(jì)測定pH值[3]。植物體內(nèi)葉綠素含量采用乙醇提取比色法測定。過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定[4]。Cu2+含量采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定[5]。

1.4? 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)主要利用Excel、Origin 8.0，采用SPSS 20軟件的方差分析（ANOVA）鄧肯氏新復(fù)極差法（P＜0.05）對數(shù)據(jù)差異的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草生長指標(biāo)的影響

如表1所示，收獲時(shí)處理1、處理2、處理3、處理4的幼苗株高分別較CK增長了20.61%、53.18%、39.25%和50.22%，處理2、處理3、處理4之間無顯著差異，但與CK差異顯著（P＜0.05）。黑麥草CK組幼苗平均根長21.11 cm，處理1、處理2、處理3、處理4較CK分別下降了54.24%、60.21%、48.46%和51.49%，與CK差異顯著（P＜0.05）。單獨(dú)以銅尾砂為基質(zhì)種植的黑麥草根冠比高達(dá)1.33，與在添加其他材料基質(zhì)中生長的黑麥草根冠比差異顯著（P＜0.05）。

2.2? 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草生物量和含水量的影響

如表2所示，各處理組的黑麥草幼苗地上部分和地下部分鮮重、地上部分和地下部分干重、含水率較CK均有不同程度的升高。處理1、處理2、處理3、處理4的黑麥草幼苗地上部分干重分別是CK組的7.67倍、17.00倍、7.00倍、11.67倍，與CK組差異顯著（P＜0.05）。處理1、處理2、處理3和處理4地下部分干重與CK組差異顯著（P＜0.05），相比CK分別增加了60%、100%、20%和60%。在不同處理的銅尾砂基質(zhì)下生長的黑麥草植株含水率較CK組均顯著增加。

2.3? 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草葉綠素含量的影響

如圖1所示，CK組黑麥草葉綠素a、b含量分別為6.03、2.49 mg·L-1，4個(gè)處理組黑麥草葉綠素含量較CK組均有所提高。其中，處理2和處理4含量提升顯著，葉綠素a、b的增幅均超出一倍。

2.4? 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草CAT活性的影響

酶活性的提高有利于增強(qiáng)植物對抗外界毒害的能力。如圖2所示，CK組黑麥草葉片CAT活性為237.51 U·g-1·min-1，處理1、處理2、處理3和處理4的CAT活性分別是CK組的2.21倍、2.92倍、1.19倍、3.61倍，其中處理2、處理4基質(zhì)中添加的材料可顯著提高植物的抗逆性。

2.5? 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草Cu2+富集及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

植物體內(nèi)的重金屬含量直接反映植物富集重金屬的能力。如圖3所示，對照組中黑麥草植株地上部分重金屬Cu2+的含量為42.35 mg·kg-1，地下部分為601.96 mg·kg-1。通過不同的處理方式，地上部分、地下部分Cu2+含量都發(fā)生了變化。就黑麥草地上部分而言，僅處理3的Cu2+含量上升至65.88 mg·kg-1，其他處理組皆下降，為19.09 ～39.47 mg·kg-1。而植株地下部分所富集的Cu2+含量均顯著下降，為223.52～351.34 mg·kg-1。不同的栽培基質(zhì)會影響黑麥草對Cu2+由根部向莖葉的轉(zhuǎn)移能力，試驗(yàn)表明，對照組對Cu2+的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為0.07，處理2、處理3、處理4對Cu2+的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別為0.11、0.29、0.10，僅添加調(diào)理劑的處理1對Cu2+的轉(zhuǎn)運(yùn)影響較小，而在此基礎(chǔ)上添加EM菌劑后的處理3轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較高，表明EM菌劑可促進(jìn)黑麥草將尾礦中的Cu2+轉(zhuǎn)移到植物中去。處理2、處理3、處理4均添加了EM菌劑，但處理2和處理4對Cu2+的轉(zhuǎn)運(yùn)效果不如處理3，這可能與植物的“稀釋效應(yīng)”有關(guān)，即隨著植物生物量的增加，生長在土壤中的植物體內(nèi)重金屬濃度降低的現(xiàn)象。

3? 結(jié)論

本研究測定了在不同處理的銅尾砂基質(zhì)下生長的黑麥草生長指標(biāo)、部分生理指標(biāo)、Cu2+富集及轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，數(shù)據(jù)顯示，添加調(diào)理劑、EM菌劑、改性秸稈可促進(jìn)黑麥草生長發(fā)育；向銅尾砂中添加調(diào)理劑和EM菌劑能有效提升黑麥草對重金屬Cu2+的吸附量和轉(zhuǎn)運(yùn)活性。但本試驗(yàn)僅研究了不同處理銅尾砂基質(zhì)對黑麥草生長發(fā)育及部分生理特性的影響，未考慮不同植物、不同基質(zhì)的理化性質(zhì)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，在今后的試驗(yàn)研究中，將增加對不同基質(zhì)和植物配比之間的樣地試驗(yàn)，為銅尾砂的實(shí)際應(yīng)用與修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田勝尼，劉登義，彭少麟，等.5種豆科植物對銅尾礦的適應(yīng)性研究[J].環(huán)境科學(xué)，2004（3）：138-143.

[2] 張永蘭，王友保.多年生黑麥草對覆土作用下銅尾礦的修復(fù)[J].草業(yè)科學(xué)，2019，36（1）：3-10.

[3] 中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1978.

[4] 孔祥生，易現(xiàn)峰.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[5] 李東玉.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定銅等元素分析探討[J].世界有色金屬，2021（18）：130-131.

（責(zé)任編輯：張春雨? 丁志祥）