螯合劑修復對尾礦土壤性質和紫穗槐生長影響及其相關性分析

景 爽，陳 娜，郝 喆,*，滕 達，王曉明

(1.遼寧大學 環境學院，遼寧 沈陽 110036；2.遼寧有色勘察研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110013)

0 引言

近年來，尾礦庫生態修復和治理一直是人們密切關注的重點。尾礦庫生態修復后的土壤綜合質量主要體現在土壤理化性質和重金屬污染指標，這些指標和植物生長狀況之間存在著密切的相關性。螯合劑能很好地激發土壤重金屬，提升土壤修復效能，具有良好的發展前景。

國內外學者在螯合劑修復土壤方面展開了相關研究。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植物修復的研究進展[1-2]。李曉寶等[3]將螯合劑單獨修復技術與多種聯合修復技術進行對比分析，證明聯合修復重金屬效率要高于螯合劑單獨修復重金屬效率。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，并且最適宜的質量摩爾濃度為 4 mmoL/kg。鄧焱等[5]研究發現尾礦庫修復植物對重金屬有修復作用，植物能夠對尾礦庫中的重金屬物質進行吸收和再分配，有效治理重金屬。Li Di Gao等[6]研究了EDTA和EDDS對芥菜修復Pb和Zn污染土壤的影響，得出結論 EDTA(乙二胺四乙酸)和EDDS(乙二胺二琥珀酸)均顯著促進了土壤中鉛、鋅從根向莖部的遷移，且EDDS對甘藍生長的抑制作用強于EDTA。用EDTA對受污染土壤進行修復，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、提供植物生長養分的常見有機物展開了闡述。曹明杰等[9]開展了刺槐和紫穗槐盆栽試驗，發現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修復的植物。

目前，螯合劑修復技術尚未在礦山尾礦土壤修復中開展應用；植物修復土壤重金屬盆栽實驗多采用草本類植物進行實驗，灌木植物盆栽試驗相對較少；螯合劑-植物聯合修復盆栽實驗中螯合劑多采用EDTA、DTPA、NTA等傳統螯合劑，在螯合重金屬的同時，會產生沉淀造成二次污染，缺少添加綠色螯合劑修復尾礦土重金屬的盆栽試驗研究。

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混合溶液聯合修復尾礦土重金屬，分析不同螯合劑配比改良處理措施對尾礦土壤綜合性質、植物生長指標的影響，以及螯合劑-植物聯合修復后的尾礦土壤理化性質、土壤重金屬含量與紫穗槐生長指標之間的相關性，為土壤基質改良以及植被恢復提供參考。

1 試驗與方法

1.1 試驗材料

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

盆栽試驗選用市場購買的50 cm左右的紫穗槐幼苗，考慮各種環境因素導致死苗影響試驗結果，每個圍樹桶內均栽植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行盆栽試驗，共設置水、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)，對植物進行根灌，每15天施用一次，共培養3個月。

表1 螯合劑配比表

1.2 樣品采集與處理方法

螯合劑-紫穗槐聯合修復尾礦土重金屬盆栽試驗后，對各圍樹板內紫穗槐根、莖、葉及土樣進行取樣和處理，具體內容詳見表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-紫穗槐聯合修復尾礦土重金屬的盆栽試驗現有樣品進行相關的土壤理化性質、土壤重金屬含量、植物生長指標檢測和分析，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 結果與討論

2.1 螯合劑-紫穗槐聯合修復對植物生長指標的影響

螯合劑-植物聯合修復尾礦土實驗旨在既能滿足修復尾礦土重金屬效果，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

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)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添加IDS和EDTA時，株高、主根長、根莖三者都呈現出明顯的下降趨勢，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的抑制作用強于IDS；在IDS和EDTA復合處理措施下紫穗槐的株高、主根長、根莖三者都呈現出明顯的上升趨勢，隨著混合添加濃度的增大，紫穗槐的株高、主根長、根莖數值也越高，說明IDS和EDTA的復合處理對植物生長具有促進作用且混合濃度越大促進作用越強。

2.2 螯合劑-紫穗槐聯合修復對土壤綜合性質的影響

2.2.1 螯合劑-紫穗槐聯合修復對土壤理化性質的影響

紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的pH值、有機質、電導率見圖2。

圖2 不同螯合劑配比處理下的土壤理化性質指標

在不同的螯合劑配比處理措施下土壤的pH值、有機質、電導率呈現出不同的變化趨勢。不難看出，無論是在單因素處理措施下(分別單獨添加IDS或EDTA)還是在IDS和EDTA復合處理措施下，pH值、有機質兩者都未呈現出明顯的上升或者下降趨勢，說明IDS和EDTA對于pH值、有機質沒有顯著的作用；而單獨加入IDS時電導率呈現出明顯下降趨勢，單獨加入EDTA時電導率呈現出明顯上升趨勢，說明IDS可以抑制電導率而EDTA可以促進電導率，且濃度越增大抑制或者促進效果越顯著；在IDS和EDTA復合處理措施下，電導率呈現出明顯上升趨勢，說明IDS和EDTA的復合處理對電導率具有促進作用且混合濃度越大促進作用越強。

2.2.2 螯合劑-紫穗槐聯合修復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復合處理措施下，Cu、Pb、Zn含量三者呈現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)時具有最大值，在分別單獨添加IDS和EDTA時，Cu含量分別呈現出上升趨勢和下降趨勢，在IDS和EDTA復合處理措施下對比單因素處理呈現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的復合處理對Cu含量具有促進作用且濃度越大促進作用越明顯；對于Pb含量、Zn含量在別單獨添加IDS和EDTA時呈現出下降趨勢，在IDS和EDTA復合處理措施下對比單因素處理呈現出上升趨勢但隨著濃度增大會呈現下降趨勢，說明無論是單因素處理還是IDS和EDTA的復合處理對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 土壤綜合性質與植物生長指標的相關性分析

3.1 土壤理化性質與植物生長指標相關性

植物生長指標與尾礦土壤理化性質相關性分析結果見圖4。

圖4 土壤理化性質與植物生長指標相關性

土壤pH值、土壤有機質含量與植物的株高、根莖、主根長總體都呈現負相關性，且土壤有機質與植物的株高、主根長的負相關性較高，這是由于土壤有機質過高會造成土壤中的碳氮比例失衡而影響植物的生長，進而抑制植物的株高、主根長的生長。電導率與植物生長狀態大體呈正相關，土壤電導率與植物的根莖相關性極高，說明有機質量越大，植物生長越差，電導率越高，植物生長越好。

3.2 土壤重金屬含量與植物生長指標相關性

植物生長指標與尾礦土壤重金屬含量兩者關系見圖5。

圖5 土壤重金屬含量與植物生長指標相關性

大體上看，植物生長指標與土壤重金屬含量呈正相關，植物生長指標與Cu含量、Zn含量有著較高的正相關性，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含量的相關性極低，Pb含量的高低對植物生長指標影響不太明顯。Pb不是植物生長發育所必須的元素，當被動進入植物根、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 結論

添加EDTA和IDS兩種螯合劑不同配比對尾礦土壤進行修復，研究螯合劑對尾礦土壤性質及紫穗槐生長影響及其相關性，主要結論如下：

(1)紫穗槐在不同的螯合劑配比處理措施下的株高、主根長、根莖大體都呈現出先減少后增高的相同變化趨勢。在對照組(只添加水)時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的抑制作用強于IDS；在IDS和EDTA復合處理措施下紫穗槐的株高、主根長、根莖三者都呈現出明顯的上升趨勢，說明IDS和EDTA的復合處理對植物生長具有促進作用且混合濃度越大促進作用越強。所以適當調整IDS和EDTA的復合處理配比可以促進植物生長。

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

(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含量呈現出不同的變化趨勢。單因素處理下即分別單獨加入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)時具有最大值，單因素處理下單獨加入IDS對Cu含量具有促進作用而EDTA對Cu含量具有抑制作用，IDS和EDTA的復合處理對Cu含量具有促進作用且濃度越大促進作用越明顯；無論是單因素處理還是IDS和EDTA的復合處理對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)土壤有機質含量、PH值兩者與植物生長指標大體呈負相關，而電導率與植物生長狀態呈正相關，土壤有機質與植物的株高、主根長有極高的負相關性，土壤電導率與植物的根莖相關性極高，土壤pH值與植物的株高、根莖、主根長呈現負相關性，但相關性不大；說明有機質量越大，植物生長越差，電導率越高，植物生長越好。

(5)植物生長指標與Cu含量、Zn含量有著較高的正相關性，而與Pb含量的相關性極低，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影響不太明顯。