改良劑對(duì)鉛鋅尾礦砂改良效果及對(duì)雜交狼尾草生長(zhǎng)的影響

程志剛+黃凱+張杏鋒

摘要：使用有機(jī)肥、泥炭、土壤作為改良劑，與鉛鋅尾礦砂混合，研究改良劑對(duì)鉛鋅尾礦砂的改良效果及對(duì)雜交狼尾草生長(zhǎng)、重金屬累積的影響。結(jié)果顯示：供試鉛鋅尾礦砂中除銅外，砷、鋅、鉛的含量較高，對(duì)周邊環(huán)境具有極強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；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(jī)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(jī)質(zhì)的含量；重金屬主要累積于雜交狼尾草的根部，有機(jī)肥改良劑對(duì)雜交狼尾草吸收砷能力的促進(jìn)作用最佳，10%泥炭對(duì)雜交狼尾草地下部分富集鋅的促進(jìn)作用最優(yōu)，改良劑能明顯降低雜交狼尾草地上部分對(duì)鉛的富集，5%泥炭對(duì)雜交狼尾草地上部分富集銅的促進(jìn)作用最強(qiáng)。

關(guān)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(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002—1302（2016）01—0332—04

金屬尾礦廢棄地因具有物理化學(xué)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(diǎn)。世界各國(guó)每年排出的尾礦砂量超過(guò)50億t，而我國(guó)每年產(chǎn)出尾礦砂就約有3億t。由于尾礦砂的水蝕風(fēng)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，尾礦砂顆粒細(xì)小，隨著雨水和揚(yáng)塵擴(kuò)散，從而污染周邊土壤和水體，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境，威脅人體健康。有機(jī)肥在改善土壤理化性質(zhì)方面有特殊的作用，可促進(jìn)植物生長(zhǎng)、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(yàn)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(jī)肥、泥炭、土壤按一定比例混合，同時(shí)配合種植雜交狼尾草（Pennisetum americanum×P purpure-um），為探尋“改良劑+牧草”對(duì)鉛鋅尾礦砂的聯(lián)合修復(fù)效果提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)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(kù)，風(fēng)干后過(guò)20、100目篩備用。

供試改良劑：（1）有機(jī)肥，按照豬糞與草木灰質(zhì)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(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。（2）泥炭，購(gòu)于桂林市花鳥(niǎo)市場(chǎng)。（3）混合用土壤，采自桂林市某高校的校園內(nèi)，風(fēng)干后過(guò)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(jiàn)表1。

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

1.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理（表2），按質(zhì)量比加入鉛鋅尾礦砂、有機(jī)肥、泥炭和混合用土壤進(jìn)行混合，每個(gè)處理重復(fù)3次，共24盆：（1）對(duì)照（cK）：只加入鉛鋅尾礦砂；（2）鉛鋅尾礦砂+有機(jī)肥+泥炭（A處理）：按質(zhì)量比將25%有機(jī)肥與75%鉛鋅尾礦砂混合（總質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhǎng)勢(shì)均勻的雜交狼尾草苗，每天定時(shí)澆水，使各處理含水量保持在田間持水量的75%左右。每周調(diào)整1次試驗(yàn)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(zhǎng)3個(gè)月后收獲，將植物分地上部、地下部分別割取后，用卷尺測(cè)量株高，先用自來(lái)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(zhì)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(zhì)量，再用電子秤稱地上部分、地下部分干質(zhì)量。烘干后用粉碎機(jī)粉碎并裝入塑料封口袋中，放人干燥的儲(chǔ)物箱中保存。將各個(gè)處理改良劑、鉛鋅尾礦砂混合樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干、研磨，分別過(guò)20、100目尼龍篩，裝入塑料封口袋中放人干燥的儲(chǔ)物箱中保存待測(cè)。

1.3樣品分析

土壤pH值用酸度計(jì)測(cè)定，固液比1：2.5；有機(jī)質(zhì)含量采用水合熱重鉻酸鉀氧化比色法測(cè)定；銨態(tài)氮含量用納氏試劑比色法測(cè)定；速效磷含量用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用乙酸銨提取，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)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(cè)定采用硝酸-雙氧水濕式消解法。測(cè)試過(guò)程加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品GBW07407（GSS-7）磚紅壤、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)植物樣品GBW10015（GSB-6）菠菜進(jìn)行質(zhì)量控制。

重金屬砷、鋅、鉛、銅的含量用ICP-OES（PE-Optima7000DV，美國(guó)）測(cè)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(jì)軟件SPSS 19.0、Excel 2007進(jìn)行方差分析和多重比較。

2結(jié)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(duì)照增加了0.19；C₃處理pH值與對(duì)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(jī)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(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)了肥力，改善了植物生長(zhǎng)環(huán)境，為鉛鋅尾礦砂的治理奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.2不同處理對(duì)雜交狼尾草生長(zhǎng)的影響

表4結(jié)果表明，雜交狼尾草無(wú)法在鉛鋅尾礦砂（CK）中存活下來(lái)，其余處理均能使雜交狼尾草存活；由于各個(gè)處理的肥力和所含重金屬含量之間存在差異，導(dǎo)致各個(gè)處理中的雜交狼尾草生長(zhǎng)情況也各不相同。從雜交狼尾草的葉片數(shù)來(lái)看，A處理的雜交狼尾草葉片數(shù)比其他處理都高，達(dá)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(dá)到96.87cm；C₃處理次之，達(dá)到54.50 cm；B₁、B₂、C₁、C₂處理之間并不存在顯著差異。A處理對(duì)雜交狼尾草根部干質(zhì)量的影響最為明顯，顯著高于其他處理，達(dá)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(zhì)量最高，達(dá)到11.07 g/株，但其余各個(gè)處理之間差異并不明顯。A處理的雜交狼尾草總干質(zhì)量最高，達(dá)到12.07 g/株，但是其余各個(gè)處理之間差異并不明顯。

總的來(lái)說(shuō)，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(jī)肥混合處理的雜交狼尾草生長(zhǎng)狀況相對(duì)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(jiàn)有機(jī)肥改良劑能明顯提高土壤中有效氮磷鉀的含量，促進(jìn)雜交狼尾草生長(zhǎng)。但汪榕研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸改良劑對(duì)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(jìn)水稻、油菜的生長(zhǎng)。

2.3不同處理對(duì)雜交狼尾草吸收和累積重金屬的影響

2.3.1不同處理對(duì)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(duì)砷的累積量最高，達(dá)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(gè)處理之間差異不明顯。B₂處理雜交狼尾草對(duì)砷的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，達(dá)到0.57，但各個(gè)處理之間差異不明顯。綜上所述，有機(jī)肥改良劑能明顯促進(jìn)雜交狼尾草對(duì)砷的積累，但土壤、泥炭對(duì)雜交狼尾草吸收砷的影響不明顯。試驗(yàn)結(jié)論與趙明等研究結(jié)果一致；但趙明等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥改良劑能顯著降低桑樹(shù)、皇明草、商陸、甘蔗地上部砷含量。

2.3.2不同處理對(duì)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(duì)雜交狼尾草吸收和積累鋅的影響情況見(jiàn)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(zhuǎn)運(yùn)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(shì)，雜交狼尾草地上部鋅含量沒(méi)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(shì)，但轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)隨土壤添加量的增大而在部分處理間呈增大趨勢(shì)。有機(jī)肥改良劑能明顯提高雜交狼尾草對(duì)鋅的吸收，并且促進(jìn)鋅從地下部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.3.3不同處理對(duì)雜交狼尾草吸收和累積鉛的影響 由表7可見(jiàn)，各個(gè)處理的雜交狼尾草對(duì)鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)普遍很低，說(shuō)明雜交狼尾草地下部分鉛含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)鉛的吸收量也隨之下降，轉(zhuǎn)運(yùn)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(duì)雜交狼尾草地上部分鉛含量、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)沒(méi)有影響。與其他處理相比，在有機(jī)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(duì)雜交狼尾草吸收、累積銅的影響 由表8可見(jiàn)，C₂處理雜交狼尾草地下部分銅含量最高，達(dá)36.58 mg/kg；B₁處理雜交狼尾草地上部分銅含量和銅轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，分別達(dá)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(guān)系，與雜交狼尾草地上部分銅累積量、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)成反比。但劉慶研究發(fā)現(xiàn)，泥炭改良劑對(duì)鉛鋅廢礦渣培養(yǎng)下的黃連木、構(gòu)樹(shù)對(duì)銅的富集沒(méi)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(guān)系表現(xiàn)為先增加后降低，地上部分銅累積量、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與土壤添加量的關(guān)系不明顯。

3討論與結(jié)論

試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理，除CK處理外，雜交狼尾草均能在其余處理中存活。試驗(yàn)結(jié)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的8.51、37.78、4.32倍，對(duì)周邊環(huán)境具有極強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

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(jī)質(zhì)含量都受到影響。各個(gè)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(jī)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(jī)質(zhì)含量均有所增加，且差異顯著，分別比對(duì)照上升了0.54 mg/kg、21.53 mg/kg、829.97 mg/kg、3.27百分點(diǎn)，為雜交狼尾草生長(zhǎng)提供了有利條件，也為開(kāi)展鉛鋅尾礦砂的治理奠定了基礎(chǔ)。

除對(duì)照處理外，其余處理均能使雜交狼尾草生長(zhǎng)，其中A處理的雜交狼尾草長(zhǎng)勢(shì)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(zhǎng)狀況差異不大。

泥炭、土壤的添加量對(duì)雜交狼尾草吸收和累積砷的能力影響差異不大，有機(jī)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(shì)；土壤改良劑的添加促進(jìn)鋅在雜交狼尾草體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)；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(shì)。隨著泥炭用量的增加，雜交狼尾草各部分對(duì)鉛的吸收也隨之下降，轉(zhuǎn)運(yùn)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(guān)系，但對(duì)雜交狼尾草地上部分鉛含量、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)沒(méi)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(guān)系，與雜交狼尾草地上部分銅累積量、轉(zhuǎn)運(yùn)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(guān)系表現(xiàn)為隨著土壤添加量的增加先增加后降低。