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

（江西理工大學，江西南昌 330013）

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識日益加深，對尾砂的管理和修復逐漸形成新的發(fā)展趨勢，植被重建成為當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中具有良好的應用前景[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，可用于Cu2+污染土壤的修復治理[2]。

目前對礦區(qū)污染土壤進行改良和耐性植物篩選的研究很多，但有關銅尾砂對植物生長產(chǎn)生的影響少有報道?；诖耍狙芯客ㄟ^對江西省德興銅礦銅尾砂進行不同混合基質(zhì)處理，并用于黑麥草盆栽試驗，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)運系數(shù)等理化指標，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行礦山生態(tài)復墾提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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，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%硫酸銨溶液對其進行改性。

1.2 試驗方法

共設5 個試驗組，每組設置3 個重復。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，每盆播種大小一致、品相飽滿的25粒黑麥草草籽，放于室外。試驗于2020 年11 月5 日開始，2021 年1 月14 日收獲，共計70 d，收獲后對黑麥草進行指標測定。

1.3 指標測定

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

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

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的影響

如表1 所示，收獲時處理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）。單獨以銅尾砂為基質(zhì)種植的黑麥草根冠比高達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）。

表1 不同銅尾砂基質(zhì)處理黑麥草收獲時的株高和根長

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。

表2 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草生物量的影響

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。

圖1 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草葉綠素含量的影響

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。

圖2 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草葉片CAT活性的影響

2.5 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草Cu2+富集及轉(zhuǎn)運系數(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，試驗表明，對照組對Cu2+的轉(zhuǎn)運系數(shù)為0.07，處理2、處理3、處理4 對Cu2+的轉(zhuǎn)運系數(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)運影響較小，而在此基礎上添加EM 菌劑后的處理3 轉(zhuǎn)運系數(shù)較高，表明EM 菌劑可促進黑麥草將尾礦中的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)運效果不如處理3，這可能與植物的“稀釋效應”有關，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。

圖3 不同銅尾砂基質(zhì)處理對黑麥草地上和地下部分Cu2+含量的影響

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、部分生理指標、Cu2+富集及轉(zhuǎn)運系數(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)運活性。但本試驗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)對試驗結(jié)果的影響，在今后的試驗研究中，將增加對不同基質(zhì)和植物配比之間的樣地試驗，為銅尾砂的實際應用與修復提供理論依據(jù)和技術支持。