敖 慧，劉 方,，朱 健,，陳祖擁

（1. 貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州喀斯特環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)教育部野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站，貴州 貴陽(yáng) 550025）

金屬錳是一種重要的冶金、化工原材料，生產(chǎn)企業(yè)主要分布在貴州松桃、湖南花垣、重慶秀山等“錳三角”地區(qū)。我國(guó)錳生產(chǎn)主要以電解工藝為主，碳酸錳礦直接利用硫酸與碳酸錳化合反應(yīng)制取硫酸錳溶液，經(jīng)加入添加劑如二氧化硒、亞硫酸銨等后進(jìn)入電解槽進(jìn)行電解，在電解錳生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的浸出渣、除鐵渣、硫化渣等[1]，這些廢渣酸性較強(qiáng)，含有氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)元素，但也含了大量的錳(Mn)、鉻(Cd)、砷(As)、鉻(Cr)等重金屬元素，露天堆放的電解錳渣在降水的作用下，容易造成堆場(chǎng)周?chē)寥兰八w的嚴(yán)重污染[2-3]。

為了降低電解錳渣中有害元素在環(huán)境中的遷移，利用植物對(duì)其吸收、固定是當(dāng)前土壤修復(fù)最常用的方法，針對(duì)性地選擇適應(yīng)能力強(qiáng)的植物類(lèi)型是電解錳渣堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的重要前提。黑麥草(Lolium perenne)是常見(jiàn)的多年生冷季型草坪草，其生長(zhǎng)速度快、生物量大，對(duì)重金屬污染的土壤具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，王加真等[4]的研究結(jié)果表明，黑麥草對(duì)電解錳渣浸出液具有一定的耐性，當(dāng)浸出液濃度低于3%時(shí)，黑麥草均能正常生長(zhǎng)；張永蘭和王友保[5]采用多年生黑麥草對(duì)覆土作用下銅尾礦的修復(fù)，發(fā)現(xiàn)多年生黑麥草在銅尾礦基質(zhì)中能較好生長(zhǎng)。此外，紫花苜蓿(Medicago sativa)是一種產(chǎn)量高、生長(zhǎng)周期較短的豆科牧草，對(duì)銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉛(Pb)也具有較好的吸收能力[6]，朱劍飛等[7]研究了紫花苜蓿、狼尾草(P. americanum)和黑麥草對(duì)Cu和Pb 復(fù)合污染土壤的修復(fù)能力，表明紫花苜蓿和黑麥草對(duì)Pb 均具有較強(qiáng)的富集能力。但是，目前對(duì)Mn 脅迫下紫花苜蓿和黑麥草生長(zhǎng)變化方面的研究還較少，Mn 是植物生長(zhǎng)的必需元素，適量的Mn有利于葉綠素的合成，但是錳過(guò)量會(huì)抑制植物根系對(duì)鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)等元素的吸收，引起活性氧過(guò)量導(dǎo)致植物細(xì)胞氧化損傷，使葉綠體結(jié)構(gòu)破壞、葉綠素含量下降[8]。因此，本研究通過(guò)在土壤中添加不同比例的電解錳渣，探討錳污染土壤上紫花苜蓿和黑麥草生長(zhǎng)的響應(yīng)及其對(duì)Mn 的累積特征，為錳渣堆場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

電解錳渣(electrolytic manganese residue, EMR)：采自貴州銅仁松桃縣某電解錳廠(chǎng)；供試土壤，為碳酸巖發(fā)育的石灰性土壤。將采集的樣品在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干過(guò)篩后保存?zhèn)溆?。供試草種，分別為多年生黑麥草和紫花苜蓿。電解錳渣是電解錳過(guò)程產(chǎn)生的酸性廢渣，其pH 為4.89，含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，有效磷含量49.24 mg·kg-1，速效鉀含量269.85 mg·kg-1，堿解氮含量1 876 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量70.50 g·kg-1，NH3-N 含量為119.20 mg·kg-1。但也含有大量的有毒有害重金屬，其中，Mn、Cu、Zn、Cr、鎳(Ni)、As、Cd、Pb 含量分別為19 555、75.6、197.3、197.3、58.8、46.8、1.65 和71.7 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年7 月8 日-9 月8 日在貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)。即電解錳渣添加量依次為7%、14%、21%、28% 和35%，以不添加錳渣為對(duì)照，每個(gè)盆栽錳渣-土壤混合基質(zhì)為1 000 g，用精確度為0.1 g 的天平按照比例稱(chēng)取供試土壤和錳渣，渣-土混合基質(zhì)的理化性質(zhì)如表1 所列，混合均勻后裝入直徑15 cm、高10 cm 的盆內(nèi)。挑選飽滿(mǎn)、大小均一的草種，清洗過(guò)后用吸水紙吸干表面的水分，每盆播種150 粒，7 月8 日到7 月15 日記錄每天的發(fā)芽情況。

表 1 錳渣-土壤混合基質(zhì)的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of the mixed soil matrix of electrolytic manganese residue

1.3 指標(biāo)測(cè)定

pH：按照水土比25 ∶ 10，即稱(chēng)取10 g 基質(zhì)，加入25 mL 蒸餾水，攪拌10 min，并靜置30 min，浸提液經(jīng)平衡后用pH 計(jì)測(cè)定。發(fā)芽指標(biāo)：以幼芽露出土壤表面為準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)前7 d 種子的發(fā)芽情況。然后計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)。株高與生物量(地上部)：盆栽培養(yǎng)周期為2 個(gè)月，生長(zhǎng)結(jié)束后，隨機(jī)挑選20 株測(cè)量其從地面到植株頂點(diǎn)的拉伸后的株高，取平均值代表植物的株高，用萬(wàn)分之一的天平稱(chēng)量每個(gè)盆栽的總生物量。光合色素采用95% 乙醇提取，然后分別在波長(zhǎng)665、649、470 nm 下測(cè)定吸光度，葉綠素a (Ca) = 13.95 A665- 6.88 A649，葉綠素b(Cb) = 24.96 A649- 7.32 A665，類(lèi)胡蘿卜素含量 = (1 000 A470- 2.05 Ca- 114.8 Cb)/245。丙二醛(malonaldehyde，MDA)采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定；超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT) 采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD) 采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定[9-10]。土壤和植物Mn 全量：土壤采用HNO3-HF-HClO4高壓消解，植物采用HNO3-HClO4消煮，然后用原子吸收光譜儀進(jìn)行Mn 含量測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)并計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，發(fā)芽率 = 第7 天發(fā)芽粒數(shù)/供試種子總數(shù) × 100%；發(fā)芽勢(shì) ∑= 第4 天發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù) × 100%；發(fā)芽指數(shù) = (Gt/Dt)，Gt為第t 天的發(fā)芽粒數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。生物富集系數(shù)(biological concentration factor, BCF)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factor, TF)通常用來(lái)評(píng)估植物對(duì)重金屬的富集能力，BCF = 植物中重金屬含量/土壤中重金屬含量，TF = 植物地上部分重金屬含量/植物根系重金屬含量。然后采用SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性分析，用Origin 進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 錳渣添加量對(duì)紫花苜蓿、黑麥草發(fā)芽及生長(zhǎng)情況的影響

隨著錳渣添加量的增加，紫花苜蓿、黑麥草的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)明顯的下降(表2)，與對(duì)照相比，紫花苜蓿發(fā)芽勢(shì)依次下降了7.9%、49.2%、73.2%、91.6%和98.9%，發(fā)芽率依次下降了2.0%、7.1%、39.3%、64.3% 和73.0%，發(fā)芽指數(shù)依次下降了6.5%、28.4%、59.7%、80.3%和86.4%；而黑麥草的發(fā)芽勢(shì)依次下降了34.9%、39.5%、70.3%、79.1%和93.0%，發(fā)芽率依次下降了6.9%、17.6%、25.2%、28.2%和45.0%，發(fā)芽指數(shù)依次下降了18.0%、27.5%、43.5%、46.1%和62.5%，這表明電解錳渣對(duì)黑麥草、紫花苜蓿種子的萌發(fā)產(chǎn)生了抑制作用，特別是錳渣添加量大于14%時(shí)，兩種植物的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)顯著性降低(P ＜ 0.05)。

表 2 不同錳渣-土壤混合基質(zhì)上紫花苜蓿、黑麥草的生長(zhǎng)情況Table 2 Growth of Medicago sativa and Lolium perenne in different EMR-soil mixed matrices

紫花苜蓿、黑麥草的株高均隨著錳渣添加出現(xiàn)不同程度的增加(表2)，但是總生物量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。土壤添加錳渣后紫花苜蓿的株高明顯的大于對(duì)照，當(dāng)錳渣添加量為21%時(shí)，紫花苜蓿的株高達(dá)到最大，比對(duì)照顯著增加了58.5%；在錳渣添加量為14%時(shí)，紫花苜蓿的總生物量達(dá)到最大值，比對(duì)照顯著提高了198%，在錳渣添加量大于28%時(shí)，紫花苜蓿的總生物量顯著低于對(duì)照，較對(duì)照分別減少了30.1%和63.2%。對(duì)黑麥草來(lái)說(shuō)，添加錳渣能明顯促進(jìn)黑麥草的生長(zhǎng)，黑麥草的株高與對(duì)照相比依次增加了45.0%、53.9%、88.2%、124.3%和100%，與對(duì)照差異顯著(P ＜ 0.05)；在錳渣添加量為21%時(shí)，黑麥草的總生物量達(dá)到最大值，比對(duì)照顯著增加了150.5%，在錳渣添加量為35%時(shí)，黑麥草的總生物量達(dá)到最小，比對(duì)照顯著降低了29.2%?？梢?jiàn)，錳渣添加后為植物提供了養(yǎng)分，從而促進(jìn)紫花苜蓿、黑麥草的生長(zhǎng)，特別是黑麥草，但是高量的錳渣會(huì)顯著降低植物的總生物量。

2.2 錳渣添加量對(duì)紫花苜蓿、黑麥草光合色素的影響

高等植物中光合色素可分為葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素，隨著錳渣添加量的增加紫花苜蓿的葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)(圖1)，在錳渣添加量為7%和14%的處理中紫花苜蓿的葉綠素含量顯著高于除錳添加量為21%外的其他處理(P ＜ 0.05)，當(dāng)錳渣添加量在14%時(shí)紫花苜蓿的葉綠素含量達(dá)到最大值，比對(duì)照高出59.67%；錳渣添加量增加到28%和35%時(shí)，紫花苜蓿的葉綠素含量降低，相比對(duì)照依次下降1.50%和5.70%。在錳渣添加量為14%時(shí)紫花苜蓿的類(lèi)胡蘿卜素含量達(dá)到最大，比對(duì)照高出28.0%；隨著錳渣量繼續(xù)增加，紫花苜蓿的類(lèi)胡蘿卜素逐漸降低，但各處理與對(duì)照的差異未達(dá)到顯著性水平。由此可知，低添加量錳渣促進(jìn)了紫花苜蓿光合色素合成，但是錳渣添加量過(guò)高時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用。

圖 1 不同錳渣添加量對(duì)紫花苜蓿、黑麥草光合色素的影響Figure 1 Effects of different EMR additions on photosynthetic pigments of Medicago sativa and Lolium perenne

黑麥草的葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量隨著錳渣添加量的增加均出現(xiàn)不同程度的增加，添加錳渣后，黑麥草的葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量均高于對(duì)照，在錳渣添加量為14%和21%時(shí)，黑麥草的葉綠素含量和類(lèi)胡蘿卜素含量均顯著高于對(duì)照(P ＜ 0.05)。葉綠素含量在14%時(shí)達(dá)到最大，相比對(duì)照高出34.8%；類(lèi)胡蘿卜素含量在21%時(shí)達(dá)到最高，相比對(duì)照高出48.0%，說(shuō)明添加錳渣對(duì)黑麥草光合色素的合成起到明顯的促進(jìn)作用。

2.3 錳渣添加量對(duì)紫花苜蓿、黑麥草丙二醛和抗氧化酶的影響

隨著錳渣添加量的增加，紫花苜蓿的MDA 含量表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)(圖2)。紫花苜蓿在錳渣添加量為7% 和14% 的處理中，其MDA 含量均顯著低于對(duì)照(P ＜ 0.05)，依次比對(duì)照低27.8%和35.0%；當(dāng)錳渣添加量增加到21%、28%和35%后，紫花苜蓿的MDA 含量顯著增加(P ＜ 0.05)，低添加量錳渣降低了紫花苜蓿的MDA 含量，高含量的錳渣反之，這表明少量的錳渣對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)沒(méi)有產(chǎn)生脅迫，而大量的錳渣則會(huì)導(dǎo)致植物中活性氧過(guò)量，使得MDA 含量顯著增加。但是，土壤添加7%、14%、21%、28%和35% 的錳渣后黑麥草MDA 含量均出現(xiàn)下降，依次比對(duì)照降低39.76%、28.72%、47.98%、50.03%和34.03%，尤其是在錳渣量為21% 和28% 時(shí)顯著低于對(duì)照(P ＜ 0.05)，表明錳渣添加后沒(méi)有對(duì)黑麥草產(chǎn)生氧化脅迫，反而降低了體內(nèi)的活性氧，緩解植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化。由此可知，同一處理下紫花苜蓿的MDA 含量高于黑麥草，說(shuō)明紫花苜蓿受到的氧化脅迫程度比黑麥草高。

添加錳渣后，紫花苜蓿的SOD 活性均高于對(duì)照(圖2)，在錳渣量為28%時(shí)達(dá)到最高，顯著高于對(duì)照(P ＜ 0.05)。紫花苜蓿的CAT 活性在錳渣添加量為7%時(shí)最低；在錳渣量為28%時(shí)達(dá)到最高，顯著高于對(duì)照(P ＜ 0.05)。當(dāng)錳渣添加量為7%、14%時(shí)，紫花苜蓿的POD 活性低于對(duì)照，依次較對(duì)照降低11.0%和8.0%，但錳渣添加量為35%時(shí)紫花苜蓿的POD 活性達(dá)到最大值，顯著高于對(duì)照(P ＜ 0.05)；可見(jiàn)，添加少量的錳渣能夠降低紫花苜蓿的CAT、POD活性，而過(guò)量的錳渣會(huì)刺激抗氧化酶系統(tǒng)，使得CAT、POD 活性增加。對(duì)黑麥草來(lái)說(shuō)，隨著錳渣添加量的增加黑麥草的SOD、POD 活性先增加后降低，但是變化幅度均比較小，在錳渣添加量為7%時(shí)，黑麥草的SOD 活性最低，較對(duì)照顯著降低29.53%，而POD活性在錳渣添加量為28%的處理時(shí)達(dá)到最低，較對(duì)照降低50.25%。錳渣添加后黑麥草的CAT 活性隨著錳渣添加逐漸升高，但均低于對(duì)照，添加錳渣后，黑麥草的SOD、POD、CAT活性比對(duì)照均出現(xiàn)不同程度降低?？梢?jiàn)，土壤添加錳渣后反而降低了黑麥草的抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性，這說(shuō)明錳渣添加沒(méi)有對(duì)黑麥草產(chǎn)生氧化脅迫，但當(dāng)錳渣添加量大于14%時(shí)開(kāi)始對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)生脅迫，說(shuō)明在錳渣-土壤混合基質(zhì)上黑麥草的耐受性比紫花苜蓿強(qiáng)。

2.4 錳渣添加量對(duì)紫花苜蓿、黑麥草植株累積錳的影響

圖 2 不同錳渣添加量對(duì)植物MDA 含量、POD、SOD、CAT 活性的影響Figure 2 Effects of different EMR additions on MDA content and POD, SOD, and CAT activities in plants

紫花苜蓿、黑麥草中錳的含量均隨著錳渣添加量的增加而增加(表3)。與對(duì)照相比，紫花苜蓿地上部分的錳含量依次增加了42.2%、92.1%、220.1%、1 404.4%和3 810.1%，根系的錳含量依次增加了63.4%、89.1%、384.5%、2 823.5%和8 583.4%，在錳渣添加量為35%時(shí)，地上部分錳含量和根系錳含量均達(dá)到最大，與對(duì)照差異顯著(P ＜ 0.05)；黑麥草地上部分的錳含量依次增加了79.2%、111.2%、305.2%、897.1%和1 377.4%，根系的錳含量依次增加了211.5%、347.2%、1 306.8%、8 174.0%和10 606.0%，均在錳渣添加量為35%時(shí)最大?？傮w來(lái)說(shuō)，黑麥草中錳含量大于紫花苜蓿，兩種植物根系的錳含量均大于地上部分，由此可見(jiàn)，紫花苜蓿和黑麥草都主要是通過(guò)根系累積錳，且黑麥草的累積量大于紫花苜蓿。

紫花苜蓿和黑麥草的富集系數(shù)隨著錳渣添加量的增加而增加(表3)，且根系的富集系數(shù)大于地上部分的富集系數(shù)，說(shuō)明根系的富集能力比地上部分強(qiáng)。在錳渣添加量為35%時(shí)，紫花苜蓿和黑麥草地上部分和根系的富集系數(shù)均最大，紫花苜蓿的地上部分和根系的富集系數(shù)分別為0.29 和1.02，分別比對(duì)照高314.3% 和827.3%；黑麥草地上部分和根系的富集系數(shù)分別為0.23 和1.75，分別比對(duì)照高96.7%和1 358.3%，黑麥草根系的富集系數(shù)明顯大于紫花苜蓿，說(shuō)明黑麥草根系對(duì)錳的累積能力比紫花苜蓿強(qiáng)，而地上部分的富集系數(shù)在錳渣添加量為35%時(shí)是紫花苜蓿大于黑麥草，說(shuō)明在高錳含量的基質(zhì)中，紫花苜蓿地上部分的錳富集能力大于黑麥草。同一處理中紫花苜蓿的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.29～0.65，黑麥草的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.12～0.95，說(shuō)明紫花苜蓿對(duì)錳的轉(zhuǎn)移能力比黑麥草強(qiáng)。紫花苜蓿和黑麥草的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著錳渣添加均呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，說(shuō)明錳渣添加量越高，植物對(duì)錳的轉(zhuǎn)移能力越弱。

3 討論

3.1 土壤中電解錳渣對(duì)黑麥草和紫花苜蓿的生長(zhǎng)的影響

由于電解錳渣酸性較強(qiáng)、重金屬全量及有效態(tài)含量高，會(huì)對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用[11]，錳渣添加后導(dǎo)致基質(zhì)的pH 下降，使得紫花苜蓿、黑麥草的發(fā)芽率都出現(xiàn)明顯降低，并且錳脅迫環(huán)境下種子內(nèi)部?jī)?chǔ)存物質(zhì)的分解及轉(zhuǎn)化受到抑制，進(jìn)而影響種子萌發(fā)[12]。但是添加少量錳渣可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，通過(guò)本研究可以知道，添加錳渣后，黑麥草和紫花苜蓿的株高都高于對(duì)照，但是錳渣添加量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致植物總生物量降低，當(dāng)錳渣添加量大于28%時(shí)，紫花苜蓿的總生物量顯著低于對(duì)照(P ＜ 0.05)，35%的錳渣添加量下，黑麥草的總生物量也顯著低于對(duì)照(P ＜0.05)。說(shuō)明添加適量的錳渣可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，尤其是黑麥草。這是因?yàn)殡娊忮i渣中含有大量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，并含有大量可溶性的礦質(zhì)元素，這為植物生長(zhǎng)提供了一定的養(yǎng)分，并且錳元素本身也是植物正常生命活動(dòng)中所必需微量礦質(zhì)元素，適量的錳能夠刺激一些酶的活性，促進(jìn)植物生理代謝及生長(zhǎng)[13]，但是錳渣添加量過(guò)高會(huì)起抑制作用。本研究中黑麥草的光合色素含量隨著錳渣添加量的增加均出現(xiàn)不同程度的增加，說(shuō)明錳渣添加后促進(jìn)了黑麥草光合色素的合成，而紫花苜蓿的光合色素含量都隨著錳渣添加量的增加先上升后下降，這與朱園芳等[14]的研究結(jié)果一致，這是因?yàn)楦吡刻砑渝i渣使得土壤中錳過(guò)量，導(dǎo)致葉綠素的合成受到抑制，葉綠素含量下降。錳作為植物生長(zhǎng)的必需元素，不僅是葉綠體結(jié)構(gòu)的必要組成成分，還參與了植物光合作用中電子傳遞系統(tǒng)的氧化還原過(guò)程及水的光解，對(duì)維持葉綠體膜正常的結(jié)構(gòu)有重要的作用[15]，但是當(dāng)達(dá)到一定閾值后，高濃度的錳會(huì)抑制鎂和鐵等元素的吸收及活性，并導(dǎo)致葉綠體中相關(guān)酶活性降低、葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞，致使葉綠素合成降低[16-18]。

表 3 不同錳渣添加量紫花苜蓿和黑麥草對(duì)Mn 的富集、轉(zhuǎn)移情況Table 3 Accumulation and transfer of Mn in Medicago sativa and Lolium perenne with different EMR additions

3.2 土壤添加電解錳渣后黑麥草的耐受性及其對(duì)錳的累積能力明顯高于紫花苜蓿

MDA 是植物器官在受到外界環(huán)境脅迫時(shí)細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物之一，其含量的高低表示膜脂過(guò)氧化程度及植物受損程度[19]，重金屬脅迫下，植物體內(nèi)一系列生化反應(yīng)會(huì)引起活性氧過(guò)量，導(dǎo)致植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化、膜系統(tǒng)受損、生理代謝受阻[18]?？寡趸?SOD、CAT、POD)能夠清除細(xì)胞內(nèi)的過(guò)量活性氧，保護(hù)細(xì)胞免受氧化脅迫的傷害。本研究中，錳渣添加量為7% 時(shí)，紫花苜蓿MDA 含量和POD 活性均顯著低于對(duì)照(P ＜ 0.05)，當(dāng)錳渣添加量大于28%時(shí)，MDA 含量、POD 活性均顯著增加(P ＜ 0.05)。錳渣添加后，黑麥草的SOD、POD、CAT 活性相比對(duì)照均出現(xiàn)不同程度降低，說(shuō)明添加錳渣后沒(méi)有對(duì)黑麥草產(chǎn)生氧化脅迫。徐衛(wèi)紅等[20]的研究中也表明黑麥草對(duì)重金屬Zn 有很強(qiáng)的抗性和耐性，即使在高濃度下，黑麥草生長(zhǎng)也未受到抑制，還有研究證明黑麥草對(duì)Cd、Pb 也有很強(qiáng)的耐性[21]。紫花苜蓿MDA 含量以及抗氧化酶活性均隨著錳渣添加量的增加呈現(xiàn)出不同程度的增加，這與前人研究結(jié)果一致[22-23]。添加錳渣后能夠刺激紫花苜蓿的POD 和SOD 活性，有研究表明錳是SOD 的一種輔酶基同時(shí)也是許多抗氧化酶的激活劑，因此，高濃度錳使得紫花苜蓿體內(nèi)的POD 和SOD 活性升高[24-25]，并且明顯增加了紫花苜蓿的MDA 含量，這說(shuō)明高含量錳對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)生氧化脅迫，進(jìn)而使得植物生長(zhǎng)受到抑制，Smith 等[26]研究也得出，高含量錳會(huì)抑制苜蓿的生長(zhǎng)，而對(duì)黑麥草無(wú)影響。由此可知，黑麥草的耐受性大于紫花苜蓿。

此外，本研究中，黑麥草和紫花苜蓿的富集系數(shù)均為根系大于地上部分，這與Inostroza-Blancheteau等[27]的研究結(jié)果一致，這可能與植物的耐性機(jī)制有關(guān)，通過(guò)減少向地上部分轉(zhuǎn)移，從而降低對(duì)器官的損傷。黑麥草根系錳含量和富集系數(shù)都大于紫花苜蓿，表明黑麥草的根系富集能力比紫花苜蓿強(qiáng)，這是因?yàn)楹邴湶菥哂蟹浅０l(fā)達(dá)的側(cè)根，植物通過(guò)根系分泌有機(jī)酸活化土壤中的錳，然后形成較為穩(wěn)定的螯合物，不僅促進(jìn)了植物對(duì)錳的吸收[8,26]，還降低重金屬的脅迫。并且禾本科草對(duì)錳的吸收能力一般超過(guò)苜蓿草。黑麥草屬于耐性較強(qiáng)的禾本科草，大部分研究表明，黑麥草對(duì)Cd、Cu、Pb、Zn 等重金屬也有較強(qiáng)的累積能力[28-31]。生物富集系可用于評(píng)估植物吸收和累積重金屬的能力，其值越大，富集能力越強(qiáng)。紫花苜蓿的轉(zhuǎn)移系數(shù)大于黑麥草，袁敏等[32]研究也得出，紫花苜蓿對(duì)Pb、Zn、Cd 也具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)移能力，這可能與紫花苜蓿本身水分含量高、蒸騰量大、新陳代謝旺盛等生長(zhǎng)特性有關(guān)[33]，隨著錳渣添加兩種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)逐漸減小，對(duì)照中兩種植物的轉(zhuǎn)移系數(shù)均為最大，這可能是因?yàn)閷?duì)照的基質(zhì)中錳含量較低，植物為了維持正常的代謝活動(dòng)將大部分的錳運(yùn)輸?shù)角o和葉中。總體來(lái)說(shuō)，黑麥草的耐受性及其對(duì)Mn 的富集能力明顯高于紫花苜蓿，更適合作為錳渣堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的先鋒植物。但對(duì)于兩種植物對(duì)錳的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力有所差異性還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1)電解錳渣的添加會(huì)抑制種子萌發(fā)，但能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，特別是黑麥草。過(guò)高的錳對(duì)紫花苜蓿的葉綠素起到抑制作用，但促進(jìn)了黑麥草的光合色素的合成。添加錳渣后，紫花苜蓿中MDA 含量、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性出現(xiàn)明顯的提高，而黑麥草中MDA 含量和抗氧化酶活性都低于對(duì)照，這兩種植物對(duì)高錳環(huán)境都具有一定的耐受性，但黑麥草的耐受性明顯大于紫花苜蓿。

2)總體上，黑麥草對(duì)錳的累積能力強(qiáng)于紫花苜蓿，但是紫花苜蓿對(duì)錳具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，兩種植物都可作為錳渣堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的備選植物，但錳渣對(duì)紫花苜蓿的抑制作用大于黑麥草，黑麥草更適合作為錳渣堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的先鋒植物。