改良剂对锰胁迫杂交狼尾草生长及锰离子吸收量的影响

杨 雨， 邹凯凯， 刘保念， 罗 洋

(贵州师范学院 地理与资源学院, 贵州 贵阳 550018)

金属锰是一种重要的冶金及化工原材料，在国民经济中占据重要地位[1]。电解锰渣是锰矿石经酸浸出、中和及压滤后产生的酸性固体废渣[2]。目前，我国锰矿石品位较低，单位产渣量大，每生产1 t电解金属锰平均产生9～11 t废渣，每年新增锰渣约2 000万t，多年电解锰渣累积已超过5 000万t[3]。锰是电解锰渣中的主要污染物质，若处理不当对环境具有一定危害性。陈江博等[4]研究表明，当锰含量较高时即会影响植物的正常生长；人体吸收过量的锰会导致中毒，还具有生殖毒性，提高早产率及流产率。露天堆放是目前电解锰渣的主要处理方式，易受降雨或管理不善等因素影响造成渗漏，进入周围的土壤及水体，造成环境污染，威胁人体健康[5]。生长在矿区废弃地上的植物具有耐瘠特性，还可吸收和固定重金属元素，降低其迁移转化能力，并恢复当地景观[6]。杂交狼尾草(PennisetumAmericanum×Pennisetumpurpureum)为多年生禾本科植物，其萌发分蘖力强，根系发达，水土保持能力强，可适应复杂的环境条件，具有成为矿区废弃地复垦先锋植物的潜力[7-8]。目前，杂交狼尾草在污染环境中的应用研究主要包括电子废物污染土壤、盐碱地及油页岩矿渣土等[9-11]，少见将其种植在电解锰渣上生长状况的研究报道。为此，以不施用改良剂为对照，研究施用木炭、硅藻土及木炭+硅藻土对锰胁迫杂交狼尾草生长及其吸收量的影响，以期为杂交狼尾草对电解锰渣堆放场的生态修复提供依据。

1材料与方法

1.1材料

供试植物：杂交狼尾草种子，市购。

电解锰渣：采自贵州省遵义市某电解锰渣堆放场，挑出石头后置于室内自然风干，研钵研磨后过5 mm尼龙筛，放置于密封袋中备用。

供试改良剂：硅藻土，市购；木炭，市购，为木质碎料挤压加工成的炭质棒状物。

1.2试验设计

试验于2019年5月在贵州师范学院温室大棚进行。共设4个处理：对照(CK)，不添加改良剂；处理1，添加5%硅藻土；处理2，添加5%木炭；处理3，添加2.5%硅藻土+2.5%木炭；3次重复。将电解锰渣盛于直径为16 cm、高12 cm的塑料盆，每盆废渣基质用量1 kg。

1.3种子消毒与播种

选取颗粒饱满、成熟度一致的杂交狼尾草种子，用1%的H2O2溶液中浸泡10 min，消毒后用自来水冲洗，然后再用蒸馏水冲洗3次，再用滤纸吸干种子表皮水分，播种于盆中，20粒/盆。

1.4指标观察记录与测定

盆栽60 d内定期观察杂交狼尾草的生长状况并作相关记录，观察记录与测定指标主要有发芽率、发芽势(以第1天发芽种子数计算)、发芽指数、株高和植株锰含量。

发芽率=(第5天发芽粒数/供试种子数)×100%

发芽势=(发芽初期发芽粒数/供试种子数)×100%

发芽指数=∑(Gt/Dt)

式中，Gt为t时间的发芽数(粒)，Dt为相应的发芽时间(d)[12]。

株高及植株鲜重：株高采用直尺测量，植株鲜重采用万分之一天平测量。

植株地上部锰含量：植株收割后用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，擦干，105℃下杀青20 min，85℃下将其烘干，充分研磨过筛。称取0.1～0.3 g于消解管中，分别加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，静置过夜。微波消解仪的消解程序：升温至120℃，保持20 min；升温至160℃，保持20 min；升温190℃，保持40 min至液体透明澄清，于红外消煮炉上将剩余酸挥发至1 mL左右，转移定容至50 mL容量瓶，过滤，利用原子吸收光谱仪测定其锰含量。

1.5数据统计与分析

采用Excel 2016和SPSS 22.0对数据进行处理与分析，相关指标数据以平均值±标准差表示，显著水平(P<0.05)，采用LSD法进行多重比较。

2结果与分析

2.1不同处理锰胁迫杂交狼尾草种子的萌发状况

从表1可知，不同处理杂交狼尾草种子发芽率、发芽势和发芽指数的变化。发芽率：处理2最高，为88.00%；处理1其次，为85.00%；处理3与CK最低，均为83.00%；处理1和处理2较CK分别提高2.41%和6.02%，各处理间差异均不显著。发芽势：处理1最高，为75.00%；CK其次，为63.00%；处理2最低，为30.00%；处理1较CK提高19.05%，处理2和处理3较CK分别降低52.38%和4.76%，处理2显著低于CK、处理1和处理3，CK、处理1和处理3间差异不显著。发芽指数：处理1最高，为17.75；CK其次，为16.14；处理2最低，为14.15；各处理间差异不显著。

表1不同改良剂处理锰胁迫杂交狼尾草种子的萌发状况

2.2不同处理对锰胁迫杂交狼尾草的生长状况

从表2看出，不同处理株高为25.66～29.58 cm，处理2最高，为29.58 cm；CK最低，为25.66 cm；处理1、处理2和处理3较CK分别提高6.43%、15.28%和9.55%，CK显著低于除处理2和处理3，CK与处理1间差异不显著。不同处理地上部鲜重为0.20～0.38 g/株，处理2最重，为0.38 g/株；CK最轻，0.20 g/株；处理2显著高于除处理3外的其余处理，CK显著低于除处理1外的其余处理，CK与处理1间、处理1与处理3间和处理2与处理3间差异均不显著。

表2不同改良剂处理锰胁迫杂交狼尾草的生长状况

2.3不同处理锰胁迫杂交狼尾草地上部的锰吸收量

从图1看出，不同处理杂交狼尾草地上部锰含量依次为CK>处理1>处理3>处理2，处理1、处理2和处理3分别较CK降低74.56百分点、28.52百分点和56.59百分点，CK显著高于处理1、处理2和处理3，处理2与处理3间差异不显著，二者显著低于处理1。

图1不同改良剂处理锰胁迫杂交狼尾草地上部的锰吸收量

3讨论

种子萌发是植株生长的前提条件[13]。当电解锰渣的锰含量较高时可能会抑制植物种子的萌发[12]。改良剂具有固定重金属、提高土壤持水性和增加基质肥力等特点，可促进种子萌发和幼苗生长[14]。发芽率是反应种子萌发的最常用指标之一[15]。研究结果表明，添加5%硅藻土和5%木炭杂交狼尾草的发芽率分别为85.00%和88.00%，较不施用改良剂(CK)分别提高2.41%和6.02%；2.5%硅藻土+2.5%木炭较不施用改良剂杂交狼尾草的发芽率相同，均为85.00%；各处理间差异均不显著。可能原因：木炭具有多孔结构，有固碳作用，能增加土壤肥力[16]，硅藻土具有多孔性、比表面积大等特点，能吸附锰离子[17]；2.5%硅藻土+2.5%木炭较不施用改良剂杂交狼尾草发芽率未明显改变，可能是两者混合后，硅藻土抑制木炭中养分的释放，因此对发芽率的影响不明显。发芽势越大，表明整齐度越高[18]。研究结果表明，杂交狼尾草的发芽势以添加5%硅藻土最高，为75.00%；不施用改良剂其次，为63.00%；添加5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭分别为30.00%和60.00%。添加5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭杂交狼尾草的发芽势较对照呈降低趋势，可能是添加木炭后能增加电解锰渣持水力，减缓水分散发的速度，从而对种子的萌发速度有一定的抑制作用[19-20]。发芽指数是反映种子活力的综合指标，种子的活力越低则抗逆能力越低，且出苗率越低[15]。研究结果表明，各处理发芽指数为14.14～17.75，处理间差异不显著，说明种子本身质量对发芽指数的影响大于添加改良剂[21-22]。

株高是衡量植株长势的重要指标之一，在一定程度上可以反映幼苗的生长状况，鲜重在一定程度上能衡量植株生长状况及生理代谢强弱程度[23]。研究结果表明，添加5%硅藻土、5%木炭和2.5%硅藻土+2.5%木炭较对照分别提高6.43%、15.28%和9.55%；不同处理地上部鲜重为0.20～0.38 g/株，添加5%木炭最重，为0.38 g/株；CK最轻，0.20 g/株；添加5%木炭显著高于除2.5%硅藻土+2.5%木炭外的其余处理，CK显著低于除添加5%硅藻土外的其余处理，CK与添加5%硅藻土间、添加5%硅藻土与2.5%硅藻土+2.5%木炭间、添加5%木炭与2.5%硅藻土+2.5%木炭间差异均不显著。可能原因：一方面，是因为木炭具有比表面积大、吸附能力强和官能团丰富等特点，在电解锰渣基质中能抑制锰离子向植株中迁移[24-25]，另一方面，是因为施加木炭可以改善土壤理化性质，能增加土壤有机质和速效氮磷钾的含量，有利于促进植物生长[26-27]。

研究结果表明，不同处理杂交狼尾草植株体锰含量依次为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%木炭分别较CK降低74.56百分点、28.52百分点和56.59百分点，CK显著高于其余处理。可能原因：木炭作为有机改良剂，具有降低锰离子生物有效性的特点[28]；硅藻土作为无机改良剂，也能促进重金属交换态转化为残渣态，从而抑制植物的吸收[29]。然而，在实际野外条件下，种子萌发、植株生长及锰离子吸收受光、温、水和地形等因素的影响，其施用效果还有待进一步深入研究。

4结论

添加改良剂能促进电解锰渣上杂交狼尾草种子的萌发，各处理发芽率依次为添加5%木炭>添加5%硅藻土>添加2.5%硅藻土+2.5%木炭；其中，硅藻土能提高杂交狼尾草的发芽势；各处理发芽指数为14.14～17.75，处理间差异不显著；添加改良剂能促进电解锰渣上杂交狼尾草的生长，添加5%木炭植株株高和鲜重较不施用改良剂分别提高15.28%和88.98%；添加改良剂能抑制杂交狼尾草对锰离子的吸收，各处理植株体锰含量依次为CK>添加5%硅藻土>添加2.5%硅藻土+2.5%木炭>添加5%木炭。