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)過改良修復可以充當客土用于礦山生態(tài)復墾。黑麥草因其生物量大、適應性強,常被用作惡劣環(huán)境下的先鋒植物。為探究不同修復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)調理劑、EM菌劑、改性秸稈、HDS底泥改良處理后的銅尾砂基質作為試驗組,分析不同處理的銅尾砂基質對黑麥草生長發(fā)育、部分生理指標、CAT活性、Cu2+積累及轉運的影響。試驗結果顯示,添加調理劑、EM菌劑和改性秸稈的銅尾砂可促進黑麥草生長發(fā)育;添加調理劑、EM菌劑的銅尾砂可顯著提高黑麥草對Cu2+的轉運能力,降低銅尾砂中的銅含量。
關鍵詞 銅尾砂;黑麥草;生長發(fā)育;Cu2+轉運;銅富集
中圖分類號:X53 文獻標志碼: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?,本研究通過對江西省德興銅礦銅尾砂進行不同混合基質處理,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調理劑。3)處理2為4 000 g銅尾砂+160 g調理劑+500 g EM菌劑+25 g改性秸稈。4)處理3為4 000 g銅尾砂+160 g調理劑+500 g EM菌劑。5)處理4為2 500 g銅尾砂+160 g調理劑+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? 結果與分析
2.1? 不同銅尾砂基質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種植的黑麥草根冠比高達1.33,與在添加其他材料基質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。
2.4? 不同銅尾砂基質處理對黑麥草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? 不同銅尾砂基質處理對黑麥草Cu2+富集及轉運系數(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。不同的栽培基質會影響黑麥草對Cu2+由根部向莖葉的轉移能力,試驗表明,對照組對Cu2+的轉運系數(shù)為0.07,處理2、處理3、處理4對Cu2+的轉運系數(shù)分別為0.11、0.29、0.10,僅添加調理劑的處理1對Cu2+的轉運影響較小,而在此基礎上添加EM菌劑后的處理3轉運系數(shù)較高,表明EM菌劑可促進黑麥草將尾礦中的Cu2+轉移到植物中去。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。
3? 結論
本研究測定了在不同處理的銅尾砂基質下生長的黑麥草生長指標、部分生理指標、Cu2+富集及轉運系數(shù),數(shù)據(jù)顯示,添加調理劑、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+的吸附量和轉運活性。但本試驗僅研究了不同處理銅尾砂基質對黑麥草生長發(fā)育及部分生理特性的影響,未考慮不同植物、不同基質的理化性質對試驗結果的影響,在今后的試驗研究中,將增加對不同基質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。
參考文獻:
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[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[J].草業(yè)科學,2019,36(1):3-10.
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[4] 孔祥生,易現(xiàn)峰.植物生理學實驗技術[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.
(責任編輯:張春雨? 丁志祥)