螯合剂修复对尾矿土壤性质和紫穗槐生长影响及其相关性分析

景 爽，陈 娜，郝 喆,*，滕 达，王晓明

(1.辽宁大学 环境学院，辽宁 沈阳 110036；2.辽宁有色勘察研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110013)

0 引言

近年来，尾矿库生态修复和治理一直是人们密切关注的重点。尾矿库生态修复后的土壤综合质量主要体现在土壤理化性质和重金属污染指标，这些指标和植物生长状况之间存在着密切的相关性。螯合剂能很好地激发土壤重金属，提升土壤修复效能，具有良好的发展前景。

国内外学者在螯合剂修复土壤方面展开了相关研究。韩少华、崔锐等从不同方面探究了重金属污染土壤螯合诱导植物修复的研究进展[1-2]。李晓宝等[3]将螯合剂单独修复技术与多种联合修复技术进行对比分析，证明联合修复重金属效率要高于螯合剂单独修复重金属效率。杨建伟等[4]在添加不同螯合剂的情况下，探究出能使香樟幼苗吸收土壤Pb的效果最佳的螯合剂是柠檬酸和苹果酸，并且最适宜的质量摩尔浓度为 4 mmoL/kg。邓焱等[5]研究发现尾矿库修复植物对重金属有修复作用，植物能够对尾矿库中的重金属物质进行吸收和再分配，有效治理重金属。Li Di Gao等[6]研究了EDTA和EDDS对芥菜修复Pb和Zn污染土壤的影响，得出结论 EDTA(乙二胺四乙酸)和EDDS(乙二胺二琥珀酸)均显著促进了土壤中铅、锌从根向茎部的迁移，且EDDS对甘蓝生长的抑制作用强于EDTA。用EDTA对受污染土壤进行修复，可增加可溶性重金属的浓度，可能使其更适合植物吸收。Rachna Bhateria等[7]研究了EDTA对重金属吸收和向地上可收获植物部分转移的影响，以及它通过不同植物种类从污染土壤中去除重金属的行为。Bradshaw等[8]针对可降低重金属效能、改良尾矿理化性质、提供植物生长养分的常见有机物展开了阐述。曹明杰等[9]开展了刺槐和紫穗槐盆栽试验，发现在相同处理措施下紫穗槐长势更好，更适合作为铁矿排土场生态修复的植物。

目前，螯合剂修复技术尚未在矿山尾矿土壤修复中开展应用；植物修复土壤重金属盆栽实验多采用草本类植物进行实验，灌木植物盆栽试验相对较少；螯合剂-植物联合修复盆栽实验中螯合剂多采用EDTA、DTPA、NTA等传统螯合剂，在螯合重金属的同时，会产生沉淀造成二次污染，缺少添加绿色螯合剂修复尾矿土重金属的盆栽试验研究。

本研究采用灌木植物紫穗槐和EDTA、绿色螯合剂IDS(亚氨基二琥珀酸)及EDTA与IDS混合溶液联合修复尾矿土重金属，分析不同螯合剂配比改良处理措施对尾矿土壤综合性质、植物生长指标的影响，以及螯合剂-植物联合修复后的尾矿土壤理化性质、土壤重金属含量与紫穗槐生长指标之间的相关性，为土壤基质改良以及植被恢复提供参考。

1 试验与方法

1.1 试验材料

螯合剂-紫穗槐联合修复尾矿土重金属的盆栽试验在直径60 cm，高1 m的围树桶内进行。每个围树桶进行尾矿基质改良土和纯尾矿土两层填筑，上层0～40 cm为基质改良土层(70%尾矿土+30%田土+5%羊粪)，下层40～60 cm为纯尾矿土填充。

盆栽试验选用市场购买的50 cm左右的紫穗槐幼苗，考虑各种环境因素导致死苗影响试验结果，每个围树桶内均栽植3棵紫穗槐。

螯合剂采取EDTA、IDS、EDTA和IDS混合三种螯合剂溶液进行盆栽试验，共设置水、3 mmoL/kgIDS、5 mmoL/kgIDS、3 mmoL/kgEDTA、5 mmoL/kgEDTA、3 mmoL/kg(IDS+EDTA)、5 mmoL/kg(IDS+EDTA)七种不同浓度配比(具体参见表1)，对植物进行根灌，每15天施用一次，共培养3个月。

表1 螯合剂配比表

1.2 样品采集与处理方法

螯合剂-紫穗槐联合修复尾矿土重金属盆栽试验后，对各围树板内紫穗槐根、茎、叶及土样进行取样和处理，具体内容详见表2。

表2 样品采集与处理方法

1.3 样品检测及分析方法

针对螯合剂-紫穗槐联合修复尾矿土重金属的盆栽试验现有样品进行相关的土壤理化性质、土壤重金属含量、植物生长指标检测和分析，具体检测和分析方法见表3。

表3 样品的检测和分析方法

2 结果与讨论

2.1 螯合剂-紫穗槐联合修复对植物生长指标的影响

螯合剂-植物联合修复尾矿土实验旨在既能满足修复尾矿土重金属效果，又能使植物良好生长，螯合剂的种类及施入浓度均影响植物的生长[12-15]。紫穗槐在不同的螯合剂配比处理措施下的株高、主根长、根茎见图1。

图1 不同螯合剂配比处理下的紫穗槐生长指标

紫穗槐在不同的螯合剂配比处理措施下的株高、主根长、根茎大体都呈现出先减少后增高的相同变化趋势。不难看出，在对照组(只添加水时)株高与主根长都具有最大值，但在单因素处理措施下即分别单独添加IDS和EDTA时，株高、主根长、根茎三者都呈现出明显的下降趋势，且浓度越增大下降的就越多，但是同样浓度用量下IDS的株高、主根长、根茎均比添加EDTA的高一些，说明IDS和EDTA对植物生长均具有抑制作用且EDTA的抑制作用强于IDS；在IDS和EDTA复合处理措施下紫穗槐的株高、主根长、根茎三者都呈现出明显的上升趋势，随着混合添加浓度的增大，紫穗槐的株高、主根长、根茎数值也越高，说明IDS和EDTA的复合处理对植物生长具有促进作用且混合浓度越大促进作用越强。

2.2 螯合剂-紫穗槐联合修复对土壤综合性质的影响

2.2.1 螯合剂-紫穗槐联合修复对土壤理化性质的影响

紫穗槐在不同的螯合剂配比处理措施下的pH值、有机质、电导率见图2。

图2 不同螯合剂配比处理下的土壤理化性质指标

在不同的螯合剂配比处理措施下土壤的pH值、有机质、电导率呈现出不同的变化趋势。不难看出，无论是在单因素处理措施下(分别单独添加IDS或EDTA)还是在IDS和EDTA复合处理措施下，pH值、有机质两者都未呈现出明显的上升或者下降趋势，说明IDS和EDTA对于pH值、有机质没有显著的作用；而单独加入IDS时电导率呈现出明显下降趋势，单独加入EDTA时电导率呈现出明显上升趋势，说明IDS可以抑制电导率而EDTA可以促进电导率，且浓度越增大抑制或者促进效果越显著；在IDS和EDTA复合处理措施下，电导率呈现出明显上升趋势，说明IDS和EDTA的复合处理对电导率具有促进作用且混合浓度越大促进作用越强。

2.2.2 螯合剂-紫穗槐联合修复对土壤重金属含量的影响

紫穗槐在不同的螯合剂配比处理措施下的Cu含量、Pb含量、Zn含量见图3。

图3 不同螯合剂配比处理下的土壤重金属含量

在不同的螯合剂配比处理措施下土壤的Cu含量与Pb含量、Zn含量呈现出不同的变化趋势。不难看出，无论是在单因素处理措施下还是在IDS和EDTA复合处理措施下，Cu、Pb、Zn含量三者呈现出的上升或者下降趋势均不明显，说明IDS和EDTA对于Cu、Pb、Zn没有显著的作用；对于Cu含量在对照组(只添加水)时具有最大值，在分别单独添加IDS和EDTA时，Cu含量分别呈现出上升趋势和下降趋势，在IDS和EDTA复合处理措施下对比单因素处理呈现出上升趋势且浓度越大增加越多，说明IDS可以增加Cu含量而EDTA对Cu含量有抑制作用，IDS和EDTA的复合处理对Cu含量具有促进作用且浓度越大促进作用越明显；对于Pb含量、Zn含量在别单独添加IDS和EDTA时呈现出下降趋势，在IDS和EDTA复合处理措施下对比单因素处理呈现出上升趋势但随着浓度增大会呈现下降趋势，说明无论是单因素处理还是IDS和EDTA的复合处理对Pb含量、Zn含量均具有抑制作用且浓度越大抑制作用越明显。

3 土壤综合性质与植物生长指标的相关性分析

3.1 土壤理化性质与植物生长指标相关性

植物生长指标与尾矿土壤理化性质相关性分析结果见图4。

图4 土壤理化性质与植物生长指标相关性

土壤pH值、土壤有机质含量与植物的株高、根茎、主根长总体都呈现负相关性，且土壤有机质与植物的株高、主根长的负相关性较高，这是由于土壤有机质过高会造成土壤中的碳氮比例失衡而影响植物的生长，进而抑制植物的株高、主根长的生长。电导率与植物生长状态大体呈正相关，土壤电导率与植物的根茎相关性极高，说明有机质量越大，植物生长越差，电导率越高，植物生长越好。

3.2 土壤重金属含量与植物生长指标相关性

植物生长指标与尾矿土壤重金属含量两者关系见图5。

图5 土壤重金属含量与植物生长指标相关性

大体上看，植物生长指标与土壤重金属含量呈正相关，植物生长指标与Cu含量、Zn含量有着较高的正相关性，这是由于Cu、Zn是植物生长所必须的微量元素，对植物生长起到促进作用，说明Cu含量、Zn含量越高，植物生长越好，而与Pb含量的相关性极低，Pb含量的高低对植物生长指标影响不太明显。Pb不是植物生长发育所必须的元素，当被动进入植物根、叶片后会积累在植物根、茎影响植物有丝分裂速度，使植物生长缓慢。

4 结论

添加EDTA和IDS两种螯合剂不同配比对尾矿土壤进行修复，研究螯合剂对尾矿土壤性质及紫穗槐生长影响及其相关性，主要结论如下：

(1)紫穗槐在不同的螯合剂配比处理措施下的株高、主根长、根茎大体都呈现出先减少后增高的相同变化趋势。在对照组(只添加水)时株高与主根长都具有最大值，单因素处理措施下即分别单独加入IDS和EDTA对植物生长均具有抑制作用且EDTA的抑制作用强于IDS；在IDS和EDTA复合处理措施下紫穗槐的株高、主根长、根茎三者都呈现出明显的上升趋势，说明IDS和EDTA的复合处理对植物生长具有促进作用且混合浓度越大促进作用越强。所以适当调整IDS和EDTA的复合处理配比可以促进植物生长。

(2)在不同的螯合剂配比处理措施下土壤的pH值、有机质、电导率呈现出不同的变化趋势。无论是在单因素处理措施下还是在IDS和EDTA复合处理措施下，IDS和EDTA对于pH值、有机质没有显著的作用；单因素处理下单独加入IDS对电导率具有抑制作用而单因素处理下单独加入EDTA对电导率具有促进作用，IDS和EDTA的复合处理对电导率具有促进作用且混合浓度越大促进作用越强。

(3)在不同的螯合剂配比处理措施下土壤的Cu含量与Pb含量、Zn含量呈现出不同的变化趋势。单因素处理下即分别单独加入IDS和EDTA对于Cu含量、Pb含量、Zn含量没有特别显著的作用；对于Cu含量在对照组(只添加水)时具有最大值，单因素处理下单独加入IDS对Cu含量具有促进作用而EDTA对Cu含量具有抑制作用，IDS和EDTA的复合处理对Cu含量具有促进作用且浓度越大促进作用越明显；无论是单因素处理还是IDS和EDTA的复合处理对Pb含量、Zn含量均具有抑制作用且浓度越大抑制作用越明显。

(4)土壤有机质含量、PH值两者与植物生长指标大体呈负相关，而电导率与植物生长状态呈正相关，土壤有机质与植物的株高、主根长有极高的负相关性，土壤电导率与植物的根茎相关性极高，土壤pH值与植物的株高、根茎、主根长呈现负相关性，但相关性不大；说明有机质量越大，植物生长越差，电导率越高，植物生长越好。

(5)植物生长指标与Cu含量、Zn含量有着较高的正相关性，而与Pb含量的相关性极低，说明Cu含量、Zn含量越高，植物生长越好，而Pb含量的高低对植物生长指标影响不太明显。