改良劑對鉛鋅尾礦砂改良效果及對雜交狼尾草生長的影響

程志剛+黃凱+張杏鋒

摘要：使用有機肥、泥炭、土壤作為改良劑，與鉛鋅尾礦砂混合，研究改良劑對鉛鋅尾礦砂的改良效果及對雜交狼尾草生長、重金屬累積的影響。結果顯示：供試鉛鋅尾礦砂中除銅外，砷、鋅、鉛的含量較高，對周邊環(huán)境具有極強的生態(tài)風險；改良劑與鉛鋅尾礦砂混合可提高鉛鋅尾礦砂的肥力，其中有機肥能顯著提高鉛鋅尾礦砂中銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀和有機質的含量；重金屬主要累積于雜交狼尾草的根部，有機肥改良劑對雜交狼尾草吸收砷能力的促進作用最佳，10%泥炭對雜交狼尾草地下部分富集鋅的促進作用最優(yōu)，改良劑能明顯降低雜交狼尾草地上部分對鉛的富集，5%泥炭對雜交狼尾草地上部分富集銅的促進作用最強。

關鍵詞：重金屬污染土壤；鉛鋅尾礦砂；雜交狼尾草；改良劑；牧草；植物穩(wěn)定

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0332—04

金屬尾礦廢棄地因具有物理化學上的不良特性而成為寸草不生的裸地，其主要成分為沙粒和粉粒，具有重金屬含量高、養(yǎng)分貧瘠、植物覆蓋率低等特點。世界各國每年排出的尾礦砂量超過50億t，而我國每年產出尾礦砂就約有3億t。由于尾礦砂的水蝕風蝕現(xiàn)象嚴重，尾礦砂顆粒細小，隨著雨水和揚塵擴散，從而污染周邊土壤和水體，嚴重危害生態(tài)環(huán)境，威脅人體健康。有機肥在改善土壤理化性質方面有特殊的作用，可促進植物生長、提高土壤肥力、降低重金屬有效性、提高治理后重金屬污染土壤的可持續(xù)利用性。

本試驗選用重金屬毒性很高的鉛鋅尾礦砂作為研究材料，將鉛鋅尾礦砂與有機肥、泥炭、土壤按一定比例混合，同時配合種植雜交狼尾草（Pennisetum americanum×P purpure-um），為探尋“改良劑+牧草”對鉛鋅尾礦砂的聯(lián)合修復效果提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試鉛鋅尾礦砂：采自廣西河池市環(huán)江某鉛鋅礦尾礦庫，風干后過20、100目篩備用。

供試改良劑：（1）有機肥，按照豬糞與草木灰質量比4：1配制而成，豬糞、草木灰均取自廣西桂林市雁山鎮(zhèn)當?shù)剞r戶。（2）泥炭，購于桂林市花鳥市場。（3）混合用土壤，采自桂林市某高校的校園內，風干后過20、100目篩備用。

供試鉛鋅尾礦砂和混合用土壤的主要重金屬含量見表1。

供試植物：雜交狼尾草（Pennisetum americanum×Ppurpureum），北京鑫農豐牌，購自北京中特聯(lián)農牧發(fā)展有限公司。

1.2試驗方法

本試驗共設8個處理（表2），按質量比加入鉛鋅尾礦砂、有機肥、泥炭和混合用土壤進行混合，每個處理重復3次，共24盆：（1）對照（cK）：只加入鉛鋅尾礦砂；（2）鉛鋅尾礦砂+有機肥+泥炭（A處理）：按質量比將25%有機肥與75%鉛鋅尾礦砂混合（總質量2 000g/盆），再加入5%泥炭；（3）鉛鋅尾礦砂+少量泥炭（B，處理）：泥炭施加量為鉛鋅尾礦砂質量的5%；（4）鉛鋅尾礦砂+大量泥炭（B₂處理）：泥炭施加量為鉛鋅尾礦砂質量的10%；（5）鉛鋅尾礦砂+大量泥炭+少量混合用土壤（C₁處理）：按質量比將25%混合用土壤與75%鉛鋅尾礦砂混合后，再加入10%泥炭；（6）鉛鋅尾礦砂+大量泥炭+中量混合用土壤（C₂處理）：按質量比將50%混合用土壤與50%鉛鋅尾礦砂混合后，再加入10%泥炭；（7）鉛鋅尾礦砂+大量泥炭+大量混合用土壤（C₃處理）：按75%混合用土壤與25%鉛鋅尾礦砂混合后，再加入10%泥炭；（8）混合用土壤（KB處理）：只加入混合用土壤。

施加改良劑并平衡1周后，每盆中移栽2株長勢均勻的雜交狼尾草苗，每天定時澆水，使各處理含水量保持在田間持水量的75%左右。每周調整1次試驗盆的位置，確保每盆的光照度、溫度基本一致。雜交狼尾草生長3個月后收獲，將植物分地上部、地下部分別割取后，用卷尺測量株高，先用自來水沖洗干凈，然后用超純水清洗，再用吸水紙吸干凈后用電子秤稱地上部分、地下部分鮮質量，稱完分別裝入信封中，放入烘箱于105℃下殺青0.5 h后于60℃烘干至恒質量，再用電子秤稱地上部分、地下部分干質量。烘干后用粉碎機粉碎并裝入塑料封口袋中，放人干燥的儲物箱中保存。將各個處理改良劑、鉛鋅尾礦砂混合樣品帶回實驗室自然風干、研磨，分別過20、100目尼龍篩，裝入塑料封口袋中放人干燥的儲物箱中保存待測。

1.3樣品分析

土壤pH值用酸度計測定，固液比1：2.5；有機質含量采用水合熱重鉻酸鉀氧化比色法測定；銨態(tài)氮含量用納氏試劑比色法測定；速效磷含量用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定；速效鉀用乙酸銨提取，用原子吸收分光光度計測定含量。鉛鋅尾礦砂及其與改良劑組合的砷、鋅、鉛、銅全量及植物砷、鋅、鉛、銅含量測定采用硝酸-雙氧水濕式消解法。測試過程加入國家標準土壤樣品GBW07407（GSS-7）磚紅壤、國家標準植物樣品GBW10015（GSB-6）菠菜進行質量控制。

重金屬砷、鋅、鉛、銅的含量用ICP-OES（PE-Optima7000DV，美國）測定，所用容器均用10%HNO₃浸泡1 d后使用，避免重金屬的各種可能性的交叉污染。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計軟件SPSS 19.0、Excel 2007進行方差分析和多重比較。

2結果與分析

2.1不同處理的pH值及肥力情況

由表3可知，鉛鋅尾礦砂和混合用土壤的pH值分別為7.02、6.73，屬于中性；鉛鋅尾礦砂與不同改良劑混合后，B₂處理pH值有所上升，比對照增加了0.19；C₃處理pH值與對照相同；其余處理的pH值都有所降低，但降低幅度不大，pH值在6.59～6.99之間，均屬于中性。

由此可知，鉛鋅尾礦砂與有機肥混合后，能在一定程度上提高銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機質含量，增強了肥力，改善了植物生長環(huán)境，為鉛鋅尾礦砂的治理奠定了一定的基礎。

2.2不同處理對雜交狼尾草生長的影響

表4結果表明，雜交狼尾草無法在鉛鋅尾礦砂（CK）中存活下來，其余處理均能使雜交狼尾草存活；由于各個處理的肥力和所含重金屬含量之間存在差異，導致各個處理中的雜交狼尾草生長情況也各不相同。從雜交狼尾草的葉片數(shù)來看，A處理的雜交狼尾草葉片數(shù)比其他處理都高，達到12.33張/株，A處理的雜交狼尾草葉片數(shù)與其他處理均存在顯著差異，但其余處理之間的差異并不顯著。A處理的雜交狼尾草平均株高均高于其他處理，達到96.87cm；C₃處理次之，達到54.50 cm；B₁、B₂、C₁、C₂處理之間并不存在顯著差異。A處理對雜交狼尾草根部干質量的影響最為明顯，顯著高于其他處理，達到1.00 g/株；C₃處理次之，B₂、C₁、C₂處理之間不存在顯著差異。A處理的雜交狼尾草地上部分干質量最高，達到11.07 g/株，但其余各個處理之間差異并不明顯。A處理的雜交狼尾草總干質量最高，達到12.07 g/株，但是其余各個處理之間差異并不明顯。

總的來說，鉛鋅尾礦砂與不同改良劑混合后能在一定程度上使雜交狼尾草存活，鉛鋅尾礦砂與有機肥混合處理的雜交狼尾草生長狀況相對較好，A處理的雜交狼尾草葉片數(shù)、株高、生物量都顯著高于其他處理，可見有機肥改良劑能明顯提高土壤中有效氮磷鉀的含量，促進雜交狼尾草生長。但汪榕研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸改良劑對土壤中有效態(tài)氮磷鉀的含量影響不明顯，能明顯提高土壤中交換性鈣、鎂含量，促進水稻、油菜的生長。

2.3不同處理對雜交狼尾草吸收和累積重金屬的影響

2.3.1不同處理對雜交狼尾草吸收和累積砷的影響 由表5可知，A處理雜交狼尾草地下部分對砷的累積量最高，達到1.01 mg/kg，與其他處理有顯著差異。A處理雜交狼尾草地上部分砷的含量為0.38 mg/kg，各個處理之間差異不明顯。B₂處理雜交狼尾草對砷的轉運系數(shù)最高，達到0.57，但各個處理之間差異不明顯。綜上所述，有機肥改良劑能明顯促進雜交狼尾草對砷的積累，但土壤、泥炭對雜交狼尾草吸收砷的影響不明顯。試驗結論與趙明等研究結果一致；但趙明等研究發(fā)現(xiàn)，有機肥改良劑能顯著降低桑樹、皇明草、商陸、甘蔗地上部砷含量。

2.3.2不同處理對雜交狼尾草吸收和累積鋅的影響 鉛鋅尾礦砂與不同改良劑混合對雜交狼尾草吸收和積累鋅的影響情況見表6?？梢钥闯?，B₂處理雜交狼尾草地下部分鋅含量最高，為1732.48 mg/kg；B₁、C₁處理次之，A、C₂處理間不存在顯著性差異。雜交狼尾草地上部分鋅含量和鋅轉運系數(shù)最高的為A處理，分別為716.56 mg/kg、0.48，B₁、B₂處理次之；隨著泥炭添加量的增大，雜交狼尾草地下部分鋅含量呈增加趨勢，雜交狼尾草地上部鋅含量沒有明顯變化；雜交狼尾草地下部分鋅含量隨著土壤添加量的增大而呈降低趨勢，但轉運系數(shù)隨土壤添加量的增大而在部分處理間呈增大趨勢。有機肥改良劑能明顯提高雜交狼尾草對鋅的吸收，并且促進鋅從地下部向地上部轉運。

2.3.3不同處理對雜交狼尾草吸收和累積鉛的影響 由表7可見，各個處理的雜交狼尾草對鉛的轉運系數(shù)普遍很低，說明雜交狼尾草地下部分鉛含量遠遠高于其地上部分，鉛主要富集于雜交狼尾草根部；隨著泥炭用量的增加，雜交狼尾草各部分對鉛的吸收量也隨之下降，轉運系數(shù)降低；土壤添加量則與雜交狼尾草地下部分鉛含量成反比，但對雜交狼尾草地上部分鉛含量、轉運系數(shù)沒有影響。與其他處理相比，在有機肥改良劑處理下的雜交狼尾草地上部、地下部鉛含量有顯著差異。段德超等也研究發(fā)現(xiàn)，鉛主要積累于非超富集植物的地下部。

2.3.4不同處理對雜交狼尾草吸收、累積銅的影響 由表8可見，C₂處理雜交狼尾草地下部分銅含量最高，達36.58 mg/kg；B₁處理雜交狼尾草地上部分銅含量和銅轉運系數(shù)最高，分別達到9.83 mg/kg、0.52。泥炭添加量與雜交狼尾草地下部分銅累積量成正比關系，與雜交狼尾草地上部分銅累積量、轉運系數(shù)成反比。但劉慶研究發(fā)現(xiàn)，泥炭改良劑對鉛鋅廢礦渣培養(yǎng)下的黃連木、構樹對銅的富集沒有明顯影響。雜交狼尾草地下部分銅累積量與土壤添加量的關系表現(xiàn)為先增加后降低，地上部分銅累積量、轉運系數(shù)與土壤添加量的關系不明顯。

3討論與結論

試驗共設置8個處理，除CK處理外，雜交狼尾草均能在其余處理中存活。試驗結果顯示，供試鉛鋅尾礦砂中除銅外，砷、鋅、鉛的含量較高，分別是GB 15618—1995《土壤環(huán)境質量標準》中二級土壤標準規(guī)定值的8.51、37.78、4.32倍，對周邊環(huán)境具有極強的生態(tài)風險。

不同改良劑與鉛鋅尾礦砂混合后，鉛鋅尾礦砂的pH值，銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機質含量都受到影響。各個處理的pH值范圍在6.59～7.21之間，變化不大，均屬于中性。其中有機肥與鉛鋅尾礦砂混合（A處理）后的銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機質含量均有所增加，且差異顯著，分別比對照上升了0.54 mg/kg、21.53 mg/kg、829.97 mg/kg、3.27百分點，為雜交狼尾草生長提供了有利條件，也為開展鉛鋅尾礦砂的治理奠定了基礎。

除對照處理外，其余處理均能使雜交狼尾草生長，其中A處理的雜交狼尾草長勢最佳。A處理的雜交狼尾草葉片數(shù)、株高、生物量均明顯高于其他處理，其余處理之間雜交狼尾草生長狀況差異不大。

泥炭、土壤的添加量對雜交狼尾草吸收和累積砷的能力影響差異不大，有機肥的添加能明顯提高雜交狼尾草富集砷的能力。雜交狼尾草地下部分鋅含量隨泥炭添加量的增大呈增加趨勢；土壤改良劑的添加促進鋅在雜交狼尾草體內的轉運；隨著土壤添加量的增大，雜交狼尾草地下部鋅含量呈降低趨勢。隨著泥炭用量的增加，雜交狼尾草各部分對鉛的吸收也隨之下降，轉運系數(shù)降低；土壤添加量則與雜交狼尾草地下部分鉛含量成反比關系，但對雜交狼尾草地上部分鉛含量、轉運系數(shù)沒有影響。泥炭添加量與雜交狼尾草地下部分銅累積量成正比關系，與雜交狼尾草地上部分銅累積量、轉運系數(shù)成反比；雜交狼尾草地下部分銅累積量與土壤添加量的關系表現(xiàn)為隨著土壤添加量的增加先增加后降低。