楊 雨， 鄒凱凱， 劉保念， 羅 洋

(貴州師范學(xué)院 地理與資源學(xué)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(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位[1]。電解錳渣是錳礦石經(jīng)酸浸出、中和及壓濾后產(chǎn)生的酸性固體廢渣[2]。目前，我國錳礦石品位較低，單位產(chǎn)渣量大，每生產(chǎn)1 t電解金屬錳平均產(chǎn)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(zhì)，若處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境具有一定危害性。陳江博等[4]研究表明，當(dāng)錳含量較高時(shí)即會(huì)影響植物的正常生長；人體吸收過量的錳會(huì)導(dǎo)致中毒，還具有生殖毒性，提高早產(chǎn)率及流產(chǎn)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(jìn)入周圍的土壤及水體，造成環(huán)境污染，威脅人體健康[5]。生長在礦區(qū)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(zhuǎn)化能力，并恢復(fù)當(dāng)?shù)鼐坝^[6]。雜交狼尾草(PennisetumAmericanum×Pennisetumpurpureum)為多年生禾本科植物，其萌發(fā)分蘗力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，水土保持能力強(qiáng)，可適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境條件，具有成為礦區(qū)廢棄地復(fù)墾先鋒植物的潛力[7-8]。目前，雜交狼尾草在污染環(huán)境中的應(yīng)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(bào)道。為此，以不施用改良劑為對(duì)照，研究施用木炭、硅藻土及木炭+硅藻土對(duì)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(duì)電解錳渣堆放場的生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

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(nèi)自然風(fēng)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(zhì)碎料擠壓加工成的炭質(zhì)棒狀物。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年5月在貴州師范學(xué)院溫室大棚進(jìn)行。共設(shè)4個(gè)處理：對(duì)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(fù)。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(zhì)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(biāo)觀察記錄與測定

盆栽60 d內(nèi)定期觀察雜交狼尾草的生長狀況并作相關(guān)記錄，觀察記錄與測定指標(biāo)主要有發(fā)芽率、發(fā)芽勢(以第1天發(fā)芽種子數(shù)計(jì)算)、發(fā)芽指數(shù)、株高和植株錳含量。

發(fā)芽率=(第5天發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽勢=(發(fā)芽初期發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt為t時(shí)間的發(fā)芽數(shù)(粒)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)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(fā)至1 mL左右，轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016和SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，顯著水平(P<0.05)，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理錳脅迫雜交狼尾草種子的萌發(fā)狀況

從表1可知，不同處理雜交狼尾草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的變化。發(fā)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(fā)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(fā)芽指數(shù)：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(fā)狀況

2.2不同處理對(duì)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(diǎn)、28.52百分點(diǎn)和56.59百分點(diǎn)，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(fā)是植株生長的前提條件[13]。當(dāng)電解錳渣的錳含量較高時(shí)可能會(huì)抑制植物種子的萌發(fā)[12]。改良劑具有固定重金屬、提高土壤持水性和增加基質(zhì)肥力等特點(diǎn)，可促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長[14]。發(fā)芽率是反應(yīng)種子萌發(fā)的最常用指標(biāo)之一[15]。研究結(jié)果表明，添加5%硅藻土和5%木炭雜交狼尾草的發(fā)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(fā)芽率相同，均為85.00%；各處理間差異均不顯著?？赡茉颍耗咎烤哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)，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(diǎn)，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(fā)芽率未明顯改變，可能是兩者混合后，硅藻土抑制木炭中養(yǎng)分的釋放，因此對(duì)發(fā)芽率的影響不明顯。發(fā)芽勢越大，表明整齊度越高[18]。研究結(jié)果表明，雜交狼尾草的發(fā)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(fā)芽勢較對(duì)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(fā)的速度，從而對(duì)種子的萌發(fā)速度有一定的抑制作用[19-20]。發(fā)芽指數(shù)是反映種子活力的綜合指標(biāo)，種子的活力越低則抗逆能力越低，且出苗率越低[15]。研究結(jié)果表明，各處理發(fā)芽指數(shù)為14.14～17.75，處理間差異不顯著，說明種子本身質(zhì)量對(duì)發(fā)芽指數(shù)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(biāo)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(qiáng)弱程度[23]。研究結(jié)果表明，添加5%硅藻土、5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭較對(duì)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?yàn)槟咎烤哂斜缺砻娣e大、吸附能力強(qiáng)和官能團(tuán)豐富等特點(diǎn)，在電解錳渣基質(zhì)中能抑制錳離子向植株中遷移[24-25]，另一方面，是因?yàn)槭┘幽咎靠梢愿纳仆寥览砘再|(zhì)，能增加土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的含量，有利于促進(jìn)植物生長[26-27]。

研究結(jié)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(diǎn)、28.52百分點(diǎn)和56.59百分點(diǎn)，CK顯著高于其余處理?？赡茉颍耗咎孔鳛橛袡C(jī)改良劑，具有降低錳離子生物有效性的特點(diǎn)[28]；硅藻土作為無機(jī)改良劑，也能促進(jìn)重金屬交換態(tài)轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，從而抑制植物的吸收[29]。然而，在實(shí)際野外條件下，種子萌發(fā)、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(jìn)一步深入研究。

4結(jié)論

添加改良劑能促進(jìn)電解錳渣上雜交狼尾草種子的萌發(fā)，各處理發(fā)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(fā)芽勢；各處理發(fā)芽指數(shù)為14.14～17.75，處理間差異不顯著；添加改良劑能促進(jìn)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(duì)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。