4种外源物质对香根草修复铅锌尾矿的影响

周文艳，李港花，雷小琦，袁雅珏

（吉首大学生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000）

随着铅锌工业的高速发展，采矿活动及其废弃物的堆放和排放不仅破坏和占用大量的土地资源，而且也带来了一系列环境问题[1]。在矿区土壤重金属污染修复中，植物修复因具有治理效果永久、治理过程原位、治理成本低廉、环境兼容、后期处理简易等优点近些年来受到了广大科研工作者的关注[2]。已有研究表明，一些外源物质的加入可以通过提高重金属生物利用度、促进植物生长和缓解植物重金属毒性等机制影响植物对某些重金属的富集[3]。

香根草（VetiveriazizanioidesL.）为禾本科岩兰草属的一种多年生草本植物，具有极强的生态适应性，因其生物量大、根系发达、生长迅速、抗逆性强，被广泛应用于土壤重金属污染修复方面[4]。本文探讨四种外源物质EDTA、DTPA、MGDA和CA对香根草的光合生理以及植物体和矿渣中的重金属含量的影响，以期为香根草在铅锌尾矿中的修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

铅锌尾矿来自湖南省湘西州华林公司长登坡铅锌尾矿区。每个培养盆含尾矿200 g（干重），分别为添加0.2712g甲基甘氨酸二乙酸+尾矿处理组（MGDA）、添加1.584g二乙基三胺五乙酸+尾矿处理组（DTPA）、添加1.168g乙二胺四乙酸+尾矿处理组（EDTA）、添加7.2g柠檬酸+尾矿处理组（CA）、未添加任何螯合剂的尾矿对照组（CK）。在实验进行了15d后，取植物的样品以及矿渣样品进行测量。

1.2 实验方法

1.2.1 矿渣pH、EC、重金属含量的测定

将矿渣风干，过60目筛，分别测定pH值和EC值。pH值用pH计测定，水土比为5∶1（V/W)；EC值用电导率仪测定。

1.2.2 叶绿素荧光参数的测定

香根草进行 1小时的暗适应处理后测量。采用PAM-2500测量初始荧光（Fo）、PSⅡ的最大光化学效率（Fv/Fm)、电子传递速率（ETRmax)等数据。

1.2.3 矿渣及植物重金属含量的测定

（1）矿渣重金属总量的测定：样品风干后过60目筛，称取0.200g放入消化管内，加入4ml王水（HNO3:HCl=1:3）消解。（2）矿渣重金属有效态含量测定：称取10g矿渣于 60ml塑料管中，加入 20mlDTPA浸提液（5mM DTPA+10mM CaCl2+100mM TEA，PH=7.3），振荡 2h（180r/min）后过滤。（3）植物样品重金属的测定：将植物样品烘干至恒重后磨碎，称取0.500g放入消化管内，加入5ml王水（HClO4:HNO3=1:4）消解。以上过滤或消解好的样品均采用AA-7050型原子吸收分光光度计测定Pb、Zn含量。

1.3 数据分析

实验设置3次重复，利用origin 2019进行绘图；用SPSS 20.0数据分析标准差和显著性（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 四种外源物质对铅锌尾矿pH、EC的变化

由表1可知尾矿和螯合剂处理组都呈弱碱性，但对照组（CK）呈弱酸性。除MGDA处理组外，其余各处理组添加螯合剂后会增加尾矿的 PH值。添加螯合剂 CA、EDTA、DTPA处理组PH值并无显著性差异。各添加螯合剂处理组电导率均高于尾矿电导率，其中添加CA处理组电导率最高，为2490us/cm，显著高于其他各组；添加MGDA处理组电导率最低，且低于对照组，其余3个处理组均高于对照组。

表1 添加不同螯合剂的尾矿的pH值和电导率（us/cm)

2.2 四种外源物质对香根草叶绿素荧光参数的影响

不同螯合剂处理下香根草的Fo、Fm、Fv/Fm、ETRmax，分别在0.074-0.132、0.156-0.400、0.434-0.680、4.60-15.80的范围内（表2）。当尾矿中不添加任何螯合剂处理时香根草Fo、Fm的最大，但各个处理组香根草Fo、Fm的差异不是特别显著。各个处理组中，添加螯合剂CA处理组中的香根草Fm、Fv/Fm、ETRmax最大，添加螯合剂MGDA处理组中的香根草Fo最大，添加螯合剂DTPA处理组中的香根草Fo、Fm、Fv/Fm最小。

表2 铅锌尾矿不同螯合剂处理下香根草初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、PSII原初光能转化效率（Fv/Fm）、电子传递速率（ETRmax)

2.3 四种外源物质对香根草根、叶中铅锌含量的影响

由图1可见，各处理组中，Pb和Zn的含量都是根大于叶。添加螯合剂后，植物中Pb的含量都有明显增加，其中添加螯合剂EDTA和DTPA处理组植物中铅含量大幅高于其他各组，尤其是根中，增加的Pb含量比对照组增加了20倍以上。添加螯合剂后，植物中Zn的含量也有一定幅度的增加，其中添加螯合剂EDTA和MGDA的叶中Zn含量增加最大，添加螯合剂EDTA处理组根中Zn含量最多。结果表明，添加螯合剂后，对香根草富集重金属（Pb、Zn）具有促进作用，螯合剂EDTA的促进作用最为明显，螯合剂DTPA次之；螯合剂MGDA、CA对香根草富集Pb的促进作用大于富集Zn的促进作用。

图1 铅锌尾矿不同螯合剂处理下香根草的叶、根中Pb和Zn含量

2.4 四种外源物质对矿渣中铅锌总量和有效态含量的影响

经螯合剂处理后，尾矿中铅锌总量和有效态含量变化见表3。与尾矿矿渣和CK相比，添加EDTA和DTPA后，矿渣中的总Pb含量显著下降，但添加MGDA和CA组无显著差异。各试验组总Zn含量也无显著变化。螯合剂处理组和对照组中有效态Pb含量较尾矿矿渣均有增加，而添加螯合剂DTPA处理组较对照组有效态Pb含量有所降低，其中添加螯合剂CA处理组有效态Pb含量最高，达618.5mg/kg；与尾矿矿渣比较，除添加螯合剂EDTA处理组有效态Zn含量增加，其余各处理组和对照组Zn含量均降低，其中添加螯合剂处理组有效态Zn含量最低，为191.6mg/kg。

表3 铅锌尾矿不同螯合剂处理下尾矿中总量和有效态重金属含量（mg/kg）

3 讨论与结论

3.1 螯合剂对尾矿pH和EC的影响

添加螯合剂后，尾矿的电导率都出现了较为明显的上升趋势，说明螯合剂能够明显增加尾矿电导率，这可能是添加物本身或植物分泌物引起的变化。数据显示添加螯合剂后尾矿的pH上升或无显著差异，说明添加剂并没有引起尾矿H+浓度的明显变化，尾矿中有效态重金属浓度的增加不是由于酸化作用而导致的。

3.2 添加螯合剂对尾矿及植物重金属含量和叶绿素荧光参数的影响

以有效态形式存在的重金属更容易被植物吸收，对植物毒性及其大小也取决于有效重金属的含量[5]。螯合剂可以使吸附态的金属氧化物解吸及沉淀复合物的溶解，使之进入溶液中或减少重金属的沉淀和吸收，从而维持重金属对植物的有效性[6][7]，产生不同的效果。根据表3，在不同螯合剂的处理下，尾矿中有效态Pb含量均呈明显上升趋势，香根草叶片和根内重金属（Pb、Zn）含量均呈现增加趋势。同时发现 EDTA和 DTPA造成香根草 Fv/Fm和ETRmax明显下降。这说明DTPA、EDTA增加了香根草中的重金属含量，加重受害程度。

综上，添加螯合剂会使尾矿中有效态重金属含量增加，从而促进香根草对重金属（Pb、Zn）的吸收，达到降低尾矿中重金属含量，修复尾矿的目的。