螯合劑修復(fù)對尾礦土壤性質(zhì)和紫穗槐生長影響及其相關(guān)性分析

景 爽，陳 娜，郝 喆,*，滕 達(dá)，王曉明

(1.遼寧大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110036；2.遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110013)

0 引言

近年來，尾礦庫生態(tài)修復(fù)和治理一直是人們密切關(guān)注的重點(diǎn)。尾礦庫生態(tài)修復(fù)后的土壤綜合質(zhì)量主要體現(xiàn)在土壤理化性質(zhì)和重金屬污染指標(biāo)，這些指標(biāo)和植物生長狀況之間存在著密切的相關(guān)性。螯合劑能很好地激發(fā)土壤重金屬，提升土壤修復(fù)效能，具有良好的發(fā)展前景。

國內(nèi)外學(xué)者在螯合劑修復(fù)土壤方面展開了相關(guān)研究。韓少華、崔銳等從不同方面探究了重金屬污染土壤螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)的研究進(jìn)展[1-2]。李曉寶等[3]將螯合劑單獨(dú)修復(fù)技術(shù)與多種聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行對比分析，證明聯(lián)合修復(fù)重金屬效率要高于螯合劑單獨(dú)修復(fù)重金屬效率。楊建偉等[4]在添加不同螯合劑的情況下，探究出能使香樟幼苗吸收土壤Pb的效果最佳的螯合劑是檸檬酸和蘋果酸，并且最適宜的質(zhì)量摩爾濃度為 4 mmoL/kg。鄧焱等[5]研究發(fā)現(xiàn)尾礦庫修復(fù)植物對重金屬有修復(fù)作用，植物能夠?qū)ξ驳V庫中的重金屬物質(zhì)進(jìn)行吸收和再分配，有效治理重金屬。Li Di Gao等[6]研究了EDTA和EDDS對芥菜修復(fù)Pb和Zn污染土壤的影響，得出結(jié)論 EDTA(乙二胺四乙酸)和EDDS(乙二胺二琥珀酸)均顯著促進(jìn)了土壤中鉛、鋅從根向莖部的遷移，且EDDS對甘藍(lán)生長的抑制作用強(qiáng)于EDTA。用EDTA對受污染土壤進(jìn)行修復(fù)，可增加可溶性重金屬的濃度，可能使其更適合植物吸收。Rachna Bhateria等[7]研究了EDTA對重金屬吸收和向地上可收獲植物部分轉(zhuǎn)移的影響，以及它通過不同植物種類從污染土壤中去除重金屬的行為。Bradshaw等[8]針對可降低重金屬效能、改良尾礦理化性質(zhì)、提供植物生長養(yǎng)分的常見有機(jī)物展開了闡述。曹明杰等[9]開展了刺槐和紫穗槐盆栽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同處理措施下紫穗槐長勢更好，更適合作為鐵礦排土場生態(tài)修復(fù)的植物。

目前，螯合劑修復(fù)技術(shù)尚未在礦山尾礦土壤修復(fù)中開展應(yīng)用；植物修復(fù)土壤重金屬盆栽實(shí)驗(yàn)多采用草本類植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，灌木植物盆栽試驗(yàn)相對較少；螯合劑-植物聯(lián)合修復(fù)盆栽實(shí)驗(yàn)中螯合劑多采用EDTA、DTPA、NTA等傳統(tǒng)螯合劑，在螯合重金屬的同時(shí)，會產(chǎn)生沉淀造成二次污染，缺少添加綠色螯合劑修復(fù)尾礦土重金屬的盆栽試驗(yàn)研究。

本研究采用灌木植物紫穗槐和EDTA、綠色螯合劑IDS(亞氨基二琥珀酸)及EDTA與IDS混合溶液聯(lián)合修復(fù)尾礦土重金屬，分析不同螯合劑配比改良處理措施對尾礦土壤綜合性質(zhì)、植物生長指標(biāo)的影響，以及螯合劑-植物聯(lián)合修復(fù)后的尾礦土壤理化性質(zhì)、土壤重金屬含量與紫穗槐生長指標(biāo)之間的相關(guān)性，為土壤基質(zhì)改良以及植被恢復(fù)提供參考。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 試驗(yàn)材料

螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)尾礦土重金屬的盆栽試驗(yàn)在直徑60 cm，高1 m的圍樹桶內(nèi)進(jìn)行。每個(gè)圍樹桶進(jìn)行尾礦基質(zhì)改良土和純尾礦土兩層填筑，上層0～40 cm為基質(zhì)改良土層(70%尾礦土+30%田土+5%羊糞)，下層40～60 cm為純尾礦土填充。

盆栽試驗(yàn)選用市場購買的50 cm左右的紫穗槐幼苗，考慮各種環(huán)境因素導(dǎo)致死苗影響試驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)圍樹桶內(nèi)均栽植3棵紫穗槐。

螯合劑采取EDTA、IDS、EDTA和IDS混合三種螯合劑溶液進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置水、3 mmoL/kgIDS、5 mmoL/kgIDS、3 mmoL/kgEDTA、5 mmoL/kgEDTA、3 mmoL/kg(IDS+EDTA)、5 mmoL/kg(IDS+EDTA)七種不同濃度配比(具體參見表1)，對植物進(jìn)行根灌，每15天施用一次，共培養(yǎng)3個(gè)月。

表1 螯合劑配比表

1.2 樣品采集與處理方法

螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)尾礦土重金屬盆栽試驗(yàn)后，對各圍樹板內(nèi)紫穗槐根、莖、葉及土樣進(jìn)行取樣和處理，具體內(nèi)容詳見表2。

表2 樣品采集與處理方法

1.3 樣品檢測及分析方法

針對螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)尾礦土重金屬的盆栽試驗(yàn)現(xiàn)有樣品進(jìn)行相關(guān)的土壤理化性質(zhì)、土壤重金屬含量、植物生長指標(biāo)檢測和分析，具體檢測和分析方法見表3。

表3 樣品的檢測和分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)對植物生長指標(biāo)的影響

螯合劑-植物聯(lián)合修復(fù)尾礦土實(shí)驗(yàn)旨在既能滿足修復(fù)尾礦土重金屬效果，又能使植物良好生長，螯合劑的種類及施入濃度均影響植物的生長[12-15]。紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的株高、主根長、根莖見圖1。

圖1 不同螯合劑配比處理下的紫穗槐生長指標(biāo)

紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的株高、主根長、根莖大體都呈現(xiàn)出先減少后增高的相同變化趨勢。不難看出，在對照組(只添加水時(shí))株高與主根長都具有最大值，但在單因素處理措施下即分別單獨(dú)添加IDS和EDTA時(shí)，株高、主根長、根莖三者都呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，且濃度越增大下降的就越多，但是同樣濃度用量下IDS的株高、主根長、根莖均比添加EDTA的高一些，說明IDS和EDTA對植物生長均具有抑制作用且EDTA的抑制作用強(qiáng)于IDS；在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下紫穗槐的株高、主根長、根莖三者都呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，隨著混合添加濃度的增大，紫穗槐的株高、主根長、根莖數(shù)值也越高，說明IDS和EDTA的復(fù)合處理對植物生長具有促進(jìn)作用且混合濃度越大促進(jìn)作用越強(qiáng)。

2.2 螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)對土壤綜合性質(zhì)的影響

2.2.1 螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)對土壤理化性質(zhì)的影響

紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的pH值、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率見圖2。

圖2 不同螯合劑配比處理下的土壤理化性質(zhì)指標(biāo)

在不同的螯合劑配比處理措施下土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。不難看出，無論是在單因素處理措施下(分別單獨(dú)添加IDS或EDTA)還是在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下，pH值、有機(jī)質(zhì)兩者都未呈現(xiàn)出明顯的上升或者下降趨勢，說明IDS和EDTA對于pH值、有機(jī)質(zhì)沒有顯著的作用；而單獨(dú)加入IDS時(shí)電導(dǎo)率呈現(xiàn)出明顯下降趨勢，單獨(dú)加入EDTA時(shí)電導(dǎo)率呈現(xiàn)出明顯上升趨勢，說明IDS可以抑制電導(dǎo)率而EDTA可以促進(jìn)電導(dǎo)率，且濃度越增大抑制或者促進(jìn)效果越顯著；在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下，電導(dǎo)率呈現(xiàn)出明顯上升趨勢，說明IDS和EDTA的復(fù)合處理對電導(dǎo)率具有促進(jìn)作用且混合濃度越大促進(jìn)作用越強(qiáng)。

2.2.2 螯合劑-紫穗槐聯(lián)合修復(fù)對土壤重金屬含量的影響

紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的Cu含量、Pb含量、Zn含量見圖3。

圖3 不同螯合劑配比處理下的土壤重金屬含量

在不同的螯合劑配比處理措施下土壤的Cu含量與Pb含量、Zn含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。不難看出，無論是在單因素處理措施下還是在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下，Cu、Pb、Zn含量三者呈現(xiàn)出的上升或者下降趨勢均不明顯，說明IDS和EDTA對于Cu、Pb、Zn沒有顯著的作用；對于Cu含量在對照組(只添加水)時(shí)具有最大值，在分別單獨(dú)添加IDS和EDTA時(shí)，Cu含量分別呈現(xiàn)出上升趨勢和下降趨勢，在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下對比單因素處理呈現(xiàn)出上升趨勢且濃度越大增加越多，說明IDS可以增加Cu含量而EDTA對Cu含量有抑制作用，IDS和EDTA的復(fù)合處理對Cu含量具有促進(jìn)作用且濃度越大促進(jìn)作用越明顯；對于Pb含量、Zn含量在別單獨(dú)添加IDS和EDTA時(shí)呈現(xiàn)出下降趨勢，在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下對比單因素處理呈現(xiàn)出上升趨勢但隨著濃度增大會呈現(xiàn)下降趨勢，說明無論是單因素處理還是IDS和EDTA的復(fù)合處理對Pb含量、Zn含量均具有抑制作用且濃度越大抑制作用越明顯。

3 土壤綜合性質(zhì)與植物生長指標(biāo)的相關(guān)性分析

3.1 土壤理化性質(zhì)與植物生長指標(biāo)相關(guān)性

植物生長指標(biāo)與尾礦土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析結(jié)果見圖4。

圖4 土壤理化性質(zhì)與植物生長指標(biāo)相關(guān)性

土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)含量與植物的株高、根莖、主根長總體都呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，且土壤有機(jī)質(zhì)與植物的株高、主根長的負(fù)相關(guān)性較高，這是由于土壤有機(jī)質(zhì)過高會造成土壤中的碳氮比例失衡而影響植物的生長，進(jìn)而抑制植物的株高、主根長的生長。電導(dǎo)率與植物生長狀態(tài)大體呈正相關(guān)，土壤電導(dǎo)率與植物的根莖相關(guān)性極高，說明有機(jī)質(zhì)量越大，植物生長越差，電導(dǎo)率越高，植物生長越好。

3.2 土壤重金屬含量與植物生長指標(biāo)相關(guān)性

植物生長指標(biāo)與尾礦土壤重金屬含量兩者關(guān)系見圖5。

圖5 土壤重金屬含量與植物生長指標(biāo)相關(guān)性

大體上看，植物生長指標(biāo)與土壤重金屬含量呈正相關(guān)，植物生長指標(biāo)與Cu含量、Zn含量有著較高的正相關(guān)性，這是由于Cu、Zn是植物生長所必須的微量元素，對植物生長起到促進(jìn)作用，說明Cu含量、Zn含量越高，植物生長越好，而與Pb含量的相關(guān)性極低，Pb含量的高低對植物生長指標(biāo)影響不太明顯。Pb不是植物生長發(fā)育所必須的元素，當(dāng)被動進(jìn)入植物根、葉片后會積累在植物根、莖影響植物有絲分裂速度，使植物生長緩慢。

4 結(jié)論

添加EDTA和IDS兩種螯合劑不同配比對尾礦土壤進(jìn)行修復(fù)，研究螯合劑對尾礦土壤性質(zhì)及紫穗槐生長影響及其相關(guān)性，主要結(jié)論如下：

(1)紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的株高、主根長、根莖大體都呈現(xiàn)出先減少后增高的相同變化趨勢。在對照組(只添加水)時(shí)株高與主根長都具有最大值，單因素處理措施下即分別單獨(dú)加入IDS和EDTA對植物生長均具有抑制作用且EDTA的抑制作用強(qiáng)于IDS；在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下紫穗槐的株高、主根長、根莖三者都呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，說明IDS和EDTA的復(fù)合處理對植物生長具有促進(jìn)作用且混合濃度越大促進(jìn)作用越強(qiáng)。所以適當(dāng)調(diào)整IDS和EDTA的復(fù)合處理配比可以促進(jìn)植物生長。

(2)在不同的螯合劑配比處理措施下土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。無論是在單因素處理措施下還是在IDS和EDTA復(fù)合處理措施下，IDS和EDTA對于pH值、有機(jī)質(zhì)沒有顯著的作用；單因素處理下單獨(dú)加入IDS對電導(dǎo)率具有抑制作用而單因素處理下單獨(dú)加入EDTA對電導(dǎo)率具有促進(jìn)作用，IDS和EDTA的復(fù)合處理對電導(dǎo)率具有促進(jìn)作用且混合濃度越大促進(jìn)作用越強(qiáng)。

(3)在不同的螯合劑配比處理措施下土壤的Cu含量與Pb含量、Zn含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。單因素處理下即分別單獨(dú)加入IDS和EDTA對于Cu含量、Pb含量、Zn含量沒有特別顯著的作用；對于Cu含量在對照組(只添加水)時(shí)具有最大值，單因素處理下單獨(dú)加入IDS對Cu含量具有促進(jìn)作用而EDTA對Cu含量具有抑制作用，IDS和EDTA的復(fù)合處理對Cu含量具有促進(jìn)作用且濃度越大促進(jìn)作用越明顯；無論是單因素處理還是IDS和EDTA的復(fù)合處理對Pb含量、Zn含量均具有抑制作用且濃度越大抑制作用越明顯。

(4)土壤有機(jī)質(zhì)含量、PH值兩者與植物生長指標(biāo)大體呈負(fù)相關(guān)，而電導(dǎo)率與植物生長狀態(tài)呈正相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)與植物的株高、主根長有極高的負(fù)相關(guān)性，土壤電導(dǎo)率與植物的根莖相關(guān)性極高，土壤pH值與植物的株高、根莖、主根長呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)性不大；說明有機(jī)質(zhì)量越大，植物生長越差，電導(dǎo)率越高，植物生長越好。

(5)植物生長指標(biāo)與Cu含量、Zn含量有著較高的正相關(guān)性，而與Pb含量的相關(guān)性極低，說明Cu含量、Zn含量越高，植物生長越好，而Pb含量的高低對植物生長指標(biāo)影響不太明顯。