4種外源物質對香根草修復鉛鋅尾礦的影響

周文艷，李港花，雷小琦，袁雅玨

（吉首大學生物資源與環境科學學院，湖南 吉首 416000）

隨著鉛鋅工業的高速發展，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境問題[1]。在礦區土壤重金屬污染修復中，植物修復因具有治理效果永久、治理過程原位、治理成本低廉、環境兼容、后期處理簡易等優點近些年來受到了廣大科研工作者的關注[2]。已有研究表明，一些外源物質的加入可以通過提高重金屬生物利用度、促進植物生長和緩解植物重金屬毒性等機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，具有極強的生態適應性，因其生物量大、根系發達、生長迅速、抗逆性強，被廣泛應用于土壤重金屬污染修復方面[4]。本文探討四種外源物質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提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

鉛鋅尾礦來自湖南省湘西州華林公司長登坡鉛鋅尾礦區。每個培養盆含尾礦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）。在實驗進行了15d后，取植物的樣品以及礦渣樣品進行測量。

1.2 實驗方法

1.2.1 礦渣pH、EC、重金屬含量的測定

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

1.2.2 葉綠素熒光參數的測定

香根草進行 1小時的暗適應處理后測量。采用PAM-2500測量初始熒光（Fo）、PSⅡ的最大光化學效率（Fv/Fm)、電子傳遞速率（ETRmax)等數據。

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：樣品風干后過60目篩，稱取0.200g放入消化管內，加入4ml王水（HNO3:HCl=1:3）消解。（2）礦渣重金屬有效態含量測定：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，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測定Pb、Zn含量。

1.3 數據分析

實驗設置3次重復，利用origin 2019進行繪圖；用SPSS 20.0數據分析標準差和顯著性（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 四種外源物質對鉛鋅尾礦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率均高于尾礦電導率，其中添加CA處理組電導率最高，為2490us/cm，顯著高于其他各組；添加MGDA處理組電導率最低，且低于對照組，其余3個處理組均高于對照組。

表1 添加不同螯合劑的尾礦的pH值和電導率（us/cm)

2.2 四種外源物質對香根草葉綠素熒光參數的影響

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（表2）。當尾礦中不添加任何螯合劑處理時香根草Fo、Fm的最大，但各個處理組香根草Fo、Fm的差異不是特別顯著。各個處理組中，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原初光能轉化效率（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETRmax)

2.3 四種外源物質對香根草根、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。結果表明，添加螯合劑后，對香根草富集重金屬（Pb、Zn）具有促進作用，螯合劑EDTA的促進作用最為明顯，螯合劑DTPA次之；螯合劑MGDA、CA對香根草富集Pb的促進作用大于富集Zn的促進作用。

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 四種外源物質對礦渣中鉛鋅總量和有效態含量的影響

經螯合劑處理后，尾礦中鉛鋅總量和有效態含量變化見表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Pb含量有所降低，其中添加螯合劑CA處理組有效態Pb含量最高，達618.5mg/kg；與尾礦礦渣比較，除添加螯合劑EDTA處理組有效態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重金屬含量（mg/kg）

3 討論與結論

3.1 螯合劑對尾礦pH和EC的影響

添加螯合劑后，尾礦的電導率都出現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率，這可能是添加物本身或植物分泌物引起的變化。數據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，尾礦中有效態重金屬濃度的增加不是由于酸化作用而導致的。

3.2 添加螯合劑對尾礦及植物重金屬含量和葉綠素熒光參數的影響

以有效態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的金屬氧化物解吸及沉淀復合物的溶解，使之進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]，產生不同的效果。根據表3，在不同螯合劑的處理下，尾礦中有效態Pb含量均呈明顯上升趨勢，香根草葉片和根內重金屬（Pb、Zn）含量均呈現增加趨勢。同時發現 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重金屬含量增加，從而促進香根草對重金屬（Pb、Zn）的吸收，達到降低尾礦中重金屬含量，修復尾礦的目的。