改良劑對錳脅迫雜交狼尾草生長及錳離子吸收量的影響

楊 雨， 鄒凱凱， 劉保念， 羅 洋

(貴州師范學院 地理與資源學院, 貴州 貴陽 550018)

金屬錳是一種重要的冶金及化工原材料，在國民經濟中占據重要地位[1]。電解錳渣是錳礦石經酸浸出、中和及壓濾后產生的酸性固體廢渣[2]。目前，我國錳礦石品位較低，單位產渣量大，每生產1 t電解金屬錳平均產生9～11 t廢渣，每年新增錳渣約2 000萬t，多年電解錳渣累積已超過5 000萬t[3]。錳是電解錳渣中的主要污染物質，若處理不當對環境具有一定危害性。陳江博等[4]研究表明，當錳含量較高時即會影響植物的正常生長；人體吸收過量的錳會導致中毒，還具有生殖毒性，提高早產率及流產率。露天堆放是目前電解錳渣的主要處理方式，易受降雨或管理不善等因素影響造成滲漏，進入周圍的土壤及水體，造成環境污染，威脅人體健康[5]。生長在礦區廢棄地上的植物具有耐瘠特性，還可吸收和固定重金屬元素，降低其遷移轉化能力，并恢復當地景觀[6]。雜交狼尾草(PennisetumAmericanum×Pennisetumpurpureum)為多年生禾本科植物，其萌發分蘗力強，根系發達，水土保持能力強，可適應復雜的環境條件，具有成為礦區廢棄地復墾先鋒植物的潛力[7-8]。目前，雜交狼尾草在污染環境中的應用研究主要包括電子廢物污染土壤、鹽堿地及油頁巖礦渣土等[9-11]，少見將其種植在電解錳渣上生長狀況的研究報道。為此，以不施用改良劑為對照，研究施用木炭、硅藻土及木炭+硅藻土對錳脅迫雜交狼尾草生長及其吸收量的影響，以期為雜交狼尾草對電解錳渣堆放場的生態修復提供依據。

1材料與方法

1.1材料

供試植物：雜交狼尾草種子，市購。

電解錳渣：采自貴州省遵義市某電解錳渣堆放場，挑出石頭后置于室內自然風干，研缽研磨后過5 mm尼龍篩，放置于密封袋中備用。

供試改良劑：硅藻土，市購；木炭，市購，為木質碎料擠壓加工成的炭質棒狀物。

1.2試驗設計

試驗于2019年5月在貴州師范學院溫室大棚進行。共設4個處理：對照(CK)，不添加改良劑；處理1，添加5%硅藻土；處理2，添加5%木炭；處理3，添加2.5%硅藻土+2.5%木炭；3次重復。將電解錳渣盛于直徑為16 cm、高12 cm的塑料盆，每盆廢渣基質用量1 kg。

1.3種子消毒與播種

選取顆粒飽滿、成熟度一致的雜交狼尾草種子，用1%的H2O2溶液中浸泡10 min，消毒后用自來水沖洗，然后再用蒸餾水沖洗3次，再用濾紙吸干種子表皮水分，播種于盆中，20粒/盆。

1.4指標觀察記錄與測定

盆栽60 d內定期觀察雜交狼尾草的生長狀況并作相關記錄，觀察記錄與測定指標主要有發芽率、發芽勢(以第1天發芽種子數計算)、發芽指數、株高和植株錳含量。

發芽率=(第5天發芽粒數/供試種子數)×100%

發芽勢=(發芽初期發芽粒數/供試種子數)×100%

發芽指數=∑(Gt/Dt)

式中，Gt為t時間的發芽數(粒)，Dt為相應的發芽時間(d)[12]。

株高及植株鮮重：株高采用直尺測量，植株鮮重采用萬分之一天平測量。

植株地上部錳含量：植株收割后用自來水沖洗，再用去離子水沖洗，擦干，105℃下殺青20 min，85℃下將其烘干，充分研磨過篩。稱取0.1～0.3 g于消解管中，分別加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，靜置過夜。微波消解儀的消解程序：升溫至120℃，保持20 min；升溫至160℃，保持20 min；升溫190℃，保持40 min至液體透明澄清，于紅外消煮爐上將剩余酸揮發至1 mL左右，轉移定容至50 mL容量瓶，過濾，利用原子吸收光譜儀測定其錳含量。

1.5數據統計與分析

采用Excel 2016和SPSS 22.0對數據進行處理與分析，相關指標數據以平均值±標準差表示，顯著水平(P<0.05)，采用LSD法進行多重比較。

2結果與分析

2.1不同處理錳脅迫雜交狼尾草種子的萌發狀況

從表1可知，不同處理雜交狼尾草種子發芽率、發芽勢和發芽指數的變化。發芽率：處理2最高，為88.00%；處理1其次，為85.00%；處理3與CK最低，均為83.00%；處理1和處理2較CK分別提高2.41%和6.02%，各處理間差異均不顯著。發芽勢：處理1最高，為75.00%；CK其次，為63.00%；處理2最低，為30.00%；處理1較CK提高19.05%，處理2和處理3較CK分別降低52.38%和4.76%，處理2顯著低于CK、處理1和處理3，CK、處理1和處理3間差異不顯著。發芽指數：處理1最高，為17.75；CK其次，為16.14；處理2最低，為14.15；各處理間差異不顯著。

表1不同改良劑處理錳脅迫雜交狼尾草種子的萌發狀況

2.2不同處理對錳脅迫雜交狼尾草的生長狀況

從表2看出，不同處理株高為25.66～29.58 cm，處理2最高，為29.58 cm；CK最低，為25.66 cm；處理1、處理2和處理3較CK分別提高6.43%、15.28%和9.55%，CK顯著低于除處理2和處理3，CK與處理1間差異不顯著。不同處理地上部鮮重為0.20～0.38 g/株，處理2最重，為0.38 g/株；CK最輕，0.20 g/株；處理2顯著高于除處理3外的其余處理，CK顯著低于除處理1外的其余處理，CK與處理1間、處理1與處理3間和處理2與處理3間差異均不顯著。

表2不同改良劑處理錳脅迫雜交狼尾草的生長狀況

2.3不同處理錳脅迫雜交狼尾草地上部的錳吸收量

從圖1看出，不同處理雜交狼尾草地上部錳含量依次為CK>處理1>處理3>處理2，處理1、處理2和處理3分別較CK降低74.56百分點、28.52百分點和56.59百分點，CK顯著高于處理1、處理2和處理3，處理2與處理3間差異不顯著，二者顯著低于處理1。

圖1不同改良劑處理錳脅迫雜交狼尾草地上部的錳吸收量

3討論

種子萌發是植株生長的前提條件[13]。當電解錳渣的錳含量較高時可能會抑制植物種子的萌發[12]。改良劑具有固定重金屬、提高土壤持水性和增加基質肥力等特點，可促進種子萌發和幼苗生長[14]。發芽率是反應種子萌發的最常用指標之一[15]。研究結果表明，添加5%硅藻土和5%木炭雜交狼尾草的發芽率分別為85.00%和88.00%，較不施用改良劑(CK)分別提高2.41%和6.02%；2.5%硅藻土+2.5%木炭較不施用改良劑雜交狼尾草的發芽率相同，均為85.00%；各處理間差異均不顯著。可能原因：木炭具有多孔結構，有固碳作用，能增加土壤肥力[16]，硅藻土具有多孔性、比表面積大等特點，能吸附錳離子[17]；2.5%硅藻土+2.5%木炭較不施用改良劑雜交狼尾草發芽率未明顯改變，可能是兩者混合后，硅藻土抑制木炭中養分的釋放，因此對發芽率的影響不明顯。發芽勢越大，表明整齊度越高[18]。研究結果表明，雜交狼尾草的發芽勢以添加5%硅藻土最高，為75.00%；不施用改良劑其次，為63.00%；添加5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭分別為30.00%和60.00%。添加5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭雜交狼尾草的發芽勢較對照呈降低趨勢，可能是添加木炭后能增加電解錳渣持水力，減緩水分散發的速度，從而對種子的萌發速度有一定的抑制作用[19-20]。發芽指數是反映種子活力的綜合指標，種子的活力越低則抗逆能力越低，且出苗率越低[15]。研究結果表明，各處理發芽指數為14.14～17.75，處理間差異不顯著，說明種子本身質量對發芽指數的影響大于添加改良劑[21-22]。

株高是衡量植株長勢的重要指標之一，在一定程度上可以反映幼苗的生長狀況，鮮重在一定程度上能衡量植株生長狀況及生理代謝強弱程度[23]。研究結果表明，添加5%硅藻土、5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭較對照分別提高6.43%、15.28%和9.55%；不同處理地上部鮮重為0.20～0.38 g/株，添加5%木炭最重，為0.38 g/株；CK最輕，0.20 g/株；添加5%木炭顯著高于除2.5%硅藻土+2.5%木炭外的其余處理，CK顯著低于除添加5%硅藻土外的其余處理，CK與添加5%硅藻土間、添加5%硅藻土與2.5%硅藻土+2.5%木炭間、添加5%木炭與2.5%硅藻土+2.5%木炭間差異均不顯著。可能原因：一方面，是因為木炭具有比表面積大、吸附能力強和官能團豐富等特點，在電解錳渣基質中能抑制錳離子向植株中遷移[24-25]，另一方面，是因為施加木炭可以改善土壤理化性質，能增加土壤有機質和速效氮磷鉀的含量，有利于促進植物生長[26-27]。

研究結果表明，不同處理雜交狼尾草植株體錳含量依次為CK>添加5%硅藻土>添加2.5%硅藻土+2.5%木炭>添加5%木炭，添加5%硅藻土、添加5%木炭和添加2.5%硅藻土+2.5%木炭分別較CK降低74.56百分點、28.52百分點和56.59百分點，CK顯著高于其余處理。可能原因：木炭作為有機改良劑，具有降低錳離子生物有效性的特點[28]；硅藻土作為無機改良劑，也能促進重金屬交換態轉化為殘渣態，從而抑制植物的吸收[29]。然而，在實際野外條件下，種子萌發、植株生長及錳離子吸收受光、溫、水和地形等因素的影響，其施用效果還有待進一步深入研究。

4結論

添加改良劑能促進電解錳渣上雜交狼尾草種子的萌發，各處理發芽率依次為添加5%木炭>添加5%硅藻土>添加2.5%硅藻土+2.5%木炭；其中，硅藻土能提高雜交狼尾草的發芽勢；各處理發芽指數為14.14～17.75，處理間差異不顯著；添加改良劑能促進電解錳渣上雜交狼尾草的生長，添加5%木炭植株株高和鮮重較不施用改良劑分別提高15.28%和88.98%；添加改良劑能抑制雜交狼尾草對錳離子的吸收，各處理植株體錳含量依次為CK>添加5%硅藻土>添加2.5%硅藻土+2.5%木炭>添加5%木炭。