周文艷，李港花，雷小琦，袁雅玨

（吉首大學(xué)生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 吉首 416000）

隨著鉛鋅工業(yè)的高速發(fā)展，采礦活動及其廢棄物的堆放和排放不僅破壞和占用大量的土地資源，而且也帶來了一系列環(huán)境問題[1]。在礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)中，植物修復(fù)因具有治理效果永久、治理過程原位、治理成本低廉、環(huán)境兼容、后期處理簡易等優(yōu)點(diǎn)近些年來受到了廣大科研工作者的關(guān)注[2]。已有研究表明，一些外源物質(zhì)的加入可以通過提高重金屬生物利用度、促進(jìn)植物生長和緩解植物重金屬毒性等機(jī)制影響植物對某些重金屬的富集[3]。

香根草（VetiveriazizanioidesL.）為禾本科巖蘭草屬的一種多年生草本植物，具有極強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，因其生物量大、根系發(fā)達(dá)、生長迅速、抗逆性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)方面[4]。本文探討四種外源物質(zhì)EDTA、DTPA、MGDA和CA對香根草的光合生理以及植物體和礦渣中的重金屬含量的影響，以期為香根草在鉛鋅尾礦中的修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

鉛鋅尾礦來自湖南省湘西州華林公司長登坡鉛鋅尾礦區(qū)。每個(gè)培養(yǎng)盆含尾礦200 g（干重），分別為添加0.2712g甲基甘氨酸二乙酸+尾礦處理組（MGDA）、添加1.584g二乙基三胺五乙酸+尾礦處理組（DTPA）、添加1.168g乙二胺四乙酸+尾礦處理組（EDTA）、添加7.2g檸檬酸+尾礦處理組（CA）、未添加任何螯合劑的尾礦對照組（CK）。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了15d后，取植物的樣品以及礦渣樣品進(jìn)行測量。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 礦渣pH、EC、重金屬含量的測定

將礦渣風(fēng)干，過60目篩，分別測定pH值和EC值。pH值用pH計(jì)測定，水土比為5∶1（V/W)；EC值用電導(dǎo)率儀測定。

1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

香根草進(jìn)行 1小時(shí)的暗適應(yīng)處理后測量。采用PAM-2500測量初始熒光（Fo）、PSⅡ的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm)、電子傳遞速率（ETRmax)等數(shù)據(jù)。

1.2.3 礦渣及植物重金屬含量的測定

（1）礦渣重金屬總量的測定：樣品風(fēng)干后過60目篩，稱取0.200g放入消化管內(nèi)，加入4ml王水（HNO3:HCl=1:3）消解。（2）礦渣重金屬有效態(tài)含量測定：稱取10g礦渣于 60ml塑料管中，加入 20mlDTPA浸提液（5mM DTPA+10mM CaCl2+100mM TEA，PH=7.3），振蕩 2h（180r/min）后過濾。（3）植物樣品重金屬的測定：將植物樣品烘干至恒重后磨碎，稱取0.500g放入消化管內(nèi)，加入5ml王水（HClO4:HNO3=1:4）消解。以上過濾或消解好的樣品均采用AA-7050型原子吸收分光光度計(jì)測定Pb、Zn含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)，利用origin 2019進(jìn)行繪圖；用SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)差和顯著性（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 四種外源物質(zhì)對鉛鋅尾礦pH、EC的變化

由表1可知尾礦和螯合劑處理組都呈弱堿性，但對照組（CK）呈弱酸性。除MGDA處理組外，其余各處理組添加螯合劑后會增加尾礦的 PH值。添加螯合劑 CA、EDTA、DTPA處理組PH值并無顯著性差異。各添加螯合劑處理組電導(dǎo)率均高于尾礦電導(dǎo)率，其中添加CA處理組電導(dǎo)率最高，為2490us/cm，顯著高于其他各組；添加MGDA處理組電導(dǎo)率最低，且低于對照組，其余3個(gè)處理組均高于對照組。

表1 添加不同螯合劑的尾礦的pH值和電導(dǎo)率（us/cm)

2.2 四種外源物質(zhì)對香根草葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

不同螯合劑處理下香根草的Fo、Fm、Fv/Fm、ETRmax，分別在0.074-0.132、0.156-0.400、0.434-0.680、4.60-15.80的范圍內(nèi)（表2）。當(dāng)尾礦中不添加任何螯合劑處理時(shí)香根草Fo、Fm的最大，但各個(gè)處理組香根草Fo、Fm的差異不是特別顯著。各個(gè)處理組中，添加螯合劑CA處理組中的香根草Fm、Fv/Fm、ETRmax最大，添加螯合劑MGDA處理組中的香根草Fo最大，添加螯合劑DTPA處理組中的香根草Fo、Fm、Fv/Fm最小。

表2 鉛鋅尾礦不同螯合劑處理下香根草初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETRmax)

2.3 四種外源物質(zhì)對香根草根、葉中鉛鋅含量的影響

由圖1可見，各處理組中，Pb和Zn的含量都是根大于葉。添加螯合劑后，植物中Pb的含量都有明顯增加，其中添加螯合劑EDTA和DTPA處理組植物中鉛含量大幅高于其他各組，尤其是根中，增加的Pb含量比對照組增加了20倍以上。添加螯合劑后，植物中Zn的含量也有一定幅度的增加，其中添加螯合劑EDTA和MGDA的葉中Zn含量增加最大，添加螯合劑EDTA處理組根中Zn含量最多。結(jié)果表明，添加螯合劑后，對香根草富集重金屬（Pb、Zn）具有促進(jìn)作用，螯合劑EDTA的促進(jìn)作用最為明顯，螯合劑DTPA次之；螯合劑MGDA、CA對香根草富集Pb的促進(jìn)作用大于富集Zn的促進(jìn)作用。

圖1 鉛鋅尾礦不同螯合劑處理下香根草的葉、根中Pb和Zn含量

2.4 四種外源物質(zhì)對礦渣中鉛鋅總量和有效態(tài)含量的影響

經(jīng)螯合劑處理后，尾礦中鉛鋅總量和有效態(tài)含量變化見表3。與尾礦礦渣和CK相比，添加EDTA和DTPA后，礦渣中的總Pb含量顯著下降，但添加MGDA和CA組無顯著差異。各試驗(yàn)組總Zn含量也無顯著變化。螯合劑處理組和對照組中有效態(tài)Pb含量較尾礦礦渣均有增加，而添加螯合劑DTPA處理組較對照組有效態(tài)Pb含量有所降低，其中添加螯合劑CA處理組有效態(tài)Pb含量最高，達(dá)618.5mg/kg；與尾礦礦渣比較，除添加螯合劑EDTA處理組有效態(tài)Zn含量增加，其余各處理組和對照組Zn含量均降低，其中添加螯合劑處理組有效態(tài)Zn含量最低，為191.6mg/kg。

表3 鉛鋅尾礦不同螯合劑處理下尾礦中總量和有效態(tài)重金屬含量（mg/kg）

3 討論與結(jié)論

3.1 螯合劑對尾礦pH和EC的影響

添加螯合劑后，尾礦的電導(dǎo)率都出現(xiàn)了較為明顯的上升趨勢，說明螯合劑能夠明顯增加尾礦電導(dǎo)率，這可能是添加物本身或植物分泌物引起的變化。數(shù)據(jù)顯示添加螯合劑后尾礦的pH上升或無顯著差異，說明添加劑并沒有引起尾礦H+濃度的明顯變化，尾礦中有效態(tài)重金屬濃度的增加不是由于酸化作用而導(dǎo)致的。

3.2 添加螯合劑對尾礦及植物重金屬含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

以有效態(tài)形式存在的重金屬更容易被植物吸收，對植物毒性及其大小也取決于有效重金屬的含量[5]。螯合劑可以使吸附態(tài)的金屬氧化物解吸及沉淀復(fù)合物的溶解，使之進(jìn)入溶液中或減少重金屬的沉淀和吸收，從而維持重金屬對植物的有效性[6][7]，產(chǎn)生不同的效果。根據(jù)表3，在不同螯合劑的處理下，尾礦中有效態(tài)Pb含量均呈明顯上升趨勢，香根草葉片和根內(nèi)重金屬（Pb、Zn）含量均呈現(xiàn)增加趨勢。同時(shí)發(fā)現(xiàn) EDTA和 DTPA造成香根草 Fv/Fm和ETRmax明顯下降。這說明DTPA、EDTA增加了香根草中的重金屬含量，加重受害程度。

綜上，添加螯合劑會使尾礦中有效態(tài)重金屬含量增加，從而促進(jìn)香根草對重金屬（Pb、Zn）的吸收，達(dá)到降低尾礦中重金屬含量，修復(fù)尾礦的目的。