增加茶枝干生物质炭对电解锰渣液中香根草生长的影响

1、增加茶枝干生物质炭对电解锰渣液中香根草生长的影响王加真1，胡万明2，黄大灿3，张怀明1，冯 巍1 (1.遵义师范学院 生物与农业科技学院，贵州 遵义 536005； 2.贵州省地质矿产中心实验室，贵州 贵阳 550018；3.贵州四品君茶业有限公司，贵州 湄潭 564100)摘 要：以茶枝干生物质炭为试验材料，探索电解锰渣液中添加茶枝干生物质炭后香根草株高、叶片数、生物量等生长动态。结果表明：电解锰渣会影响香根草的长势，使其生长受到抑制；茶枝干生物质炭能改善电解锰渣对香根草的不良影响，随着生物质炭添加量的增加，对香根草的生长促进作用明显。茶枝干生物质炭在电解锰渣污染场地的植物修复中有重要应用价

2、值。关键词：香根草；电解锰渣；茶枝干生物质炭；生态响应Effect of tea branch biomass carbon on the growth of vetiver grass in electrolytic manganese residue solutionWANG Jia-zhen, HU Wan-ming, HUANG Da-can, ZHANG Huai-ming, FENG WeiAbstract: Ttea branches were chosen as the experimental materials. The effect of tea branch bioma

3、ss carbon on the growth dynamics of vetiver plant height, leaf number, biomass and so on were explored. The results showed that electrolytic manganese slag could affect the growth of vetiver. The tea branch dry biomass carbon could improve the negative effects of electrolytic manganese residue on Ve

4、tiver. The growth of vetiver was obviously promoted with the increase of biomass carbon. Tea branch biomass carbon has important application value in phytoremediation of electrolytic manganese slag contaminated sites. Keywords: Vetiver grass; electrolytic manganese residue; tea branch biomass carbon

5、; ecological response 电解锰渣是生产电解锰过程中产生的废渣，不仅污染环境，同时也占用土地资源，对其进行资源化综合利用很有必要1。我国的锰矿资源主要是碳酸锰矿为主的菱锰矿，以碳酸锰矿粉为原料，与硫酸进行反应而得到硫酸锰溶液，然后通过氧化、中和、净化、电解等处理方法而得到电解金属锰及其酸性滤渣，称之为电解锰渣。电解锰渣中含有大量重金属离子、可溶性盐类及其他固态矿物成分，如硫酸盐、氨氮和水溶性Mn2+、Cu、Zn、Cr、Pb、As和Co等有害物质2，严重污染环境与生态，同时大量堆积的锰渣在长期风化淋溶作用下，对周边的土壤、地表水、地下水体系容易造成污染3，还易危害水体微生物，造

6、成生态失衡。生物质炭是生物质在完全或部分缺氧条件下，通过热化学转化得到的一类难熔的、高度芳香化的固态物质，其大部分具碱性、吸附性强、稳定性高4，因此，被广泛应用于植物修复和保护环境等多个领域。生物质炭不仅含碳量高，植物所需的营养元素也较高，如N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn等，这些微量元素都可为植物提供生命所需的大部分养分，有利于提高植物的生长发育、改良土壤结构5。对于旱地耕作的农田，生物质炭还可固肥保墒、减少有害气体排放、钝化重金属、提高土壤肥力，并可为农业废弃物找到合理、高效利用的途径。研究发现，生物质炭可提高旱地生态系统的生产力，加速氮、磷、钾等微量元素在生态系统中的循环利用及重金属吸

7、附等6。贵州茶产业发展迅猛，大量废弃的茶枝干可以转化成茶枝干生物质炭以实现资源利用。香根草(Vetiveria zizanioioles)的根系发达、生长快、生物量大，对各种恶劣环境均有较强的适应性，具有耐旱、耐盐、耐酸碱和耐重金属等能力7，并且能适应各种土壤环境，在强酸强碱、重金属和干旱、渍水、贫瘠等条件下都能生长。同时，香根草庞大的根系可有效地固定土壤，防止浅层土体的位移8，对污染过的环境有较强的植被修复能力。目前对香根草的研究，主要集中在水土流失、环境治理、降低土壤重金属等方面9，但香根草对电解锰渣和生物质炭的适应策略尚不清楚。鉴于此，以香根草为试验材料，研究水培条件下香根草在电解锰渣液

8、和茶枝干生物质炭混合液中的生长策略情况，以期为锰矿废弃地及电解锰渣堆放地的场地修复提供科学依据。1 材料与方法1.1 试验材料电解锰渣采集自遵义天赐锰业公司电解锰渣废弃场；茶树枝干收集自湄潭茶园，在500高温厌氧下燃烧3 h后剩下的木炭残渣为茶枝干生物质炭；香根草购自江西省香根草工程中心。1.2 试验设计将电解锰渣和茶枝干生物质炭粉碎、磨细、过80目筛。锰渣、生物质炭置于泡沫箱中(30 cm×60 cm×15 cm)中，加水至15 L。配置5种不同浓度的电解锰渣与茶枝干生物质炭的混合液(见表1)。表1 5种不同浓度的电解锰渣与生物质炭的混合液处理 纯水(kg) 电解锰渣(k

9、g) 生物质炭(g)1 15 0 02 15 1 03 15 1 2004 15 1 5005 15 1 1 000选取生长健壮、长势基本一致的香根草，修剪成相同高度(留茬10 cm，留根3 cm)，分别放置于5种不同的溶液中，每种溶液栽种15株。每个处理设3个重复。用通气泵进行通气处理，以防止香根草根部缺氧。每10 d测量1次香根草的株高，50 d后评价枯黄程度，用叶绿素测定仪测叶片SPAD值，统计新生叶片数以及生物量。1.3 数据处理数据采用Microsoft Excel 2010软件以及SPSS 19.0软件进行统计分析。2 结果与分析2.1 添加茶枝干生物质炭后对电解锰渣液中香根草存活

10、率的影响如表2所示，香根草在电解锰渣溶液中的枯黄程度最高，存活率只有80%。原因可能是由于电解锰渣的强酸性质，导致香根草的生长受阻。加入生物质炭的电解锰渣液与纯水组相比，由于生物质炭给香根草提供生长所需的部分营养，如N、P、K等，所以香根草在添加生物质炭的电解锰渣液中的枯黄程度要比纯水中低一些。据此可知，香根草能在含有生物质炭电解锰渣液中生存良好，说明可以通过添加生物质炭的方式来促进香根草在电解锰渣中的生长。表2 香根草叶片枯黄指数及存活率 1级 2级 3级 4级 存活率（%）纯水组 11 3 1 0 100电解锰渣1 kg 6 2 3 4 80电解锰渣1 kg+生物质炭200 g 9 5 1

11、 0 100电解锰渣1 kg+生物质炭500 g 10 5 0 0 100电解锰渣1 kg+生物质炭1 000 g 12 3 0 0 100注：1级：老叶部分枯黄，新叶部分枯黄，且新叶叶尖枯黄长度不及5 cm；2级：老叶部分枯黄，且新叶叶尖枯黄长度超过5 cm；3级：老叶全部枯黄，新叶叶尖枯黄长度超过5 cm；4级：全株枯死。2.2 添加茶枝干生物质炭后对电解锰渣液中香根草生长的影响2.2.1 香根草株高的变化趋势 从附图可以看出，所有的试验组中，香根草株高都呈现上升的趋势，在加入生物质炭的电解锰渣液中生长最好，生长趋势随着生物质炭添加量的增加而变大。说明加入高浓度的生物质炭缓解了电解锰渣对香

12、根草的毒害程度。附图 不同处理下香根草株高变化趋势2.2.2 香根草的新叶生长情况及叶绿素指数 从表3可以看出，在5个处理中，50 d后添加茶枝干生物质炭的电解锰渣液中的新生叶数最多，电解锰渣组的新生叶数最少，总体规律为：生物质炭+电解锰渣纯水电解锰渣。叶片叶绿素指数能直观反映出香根草的生长情况，不同处理对香根草叶片叶绿素指数有影响，生长50 d后的香根草叶片叶绿素指数为生物质炭1 000 g生物质炭500 g生物质炭200 g纯水组电解锰渣，但不同添加量的茶枝干生物质炭间并无显著性差异。电解锰渣中的重金属阻碍了叶绿素的合成，并使香根草叶片中的叶绿素加快分解，降低了细胞内的叶绿素含量，对香根草

13、叶片叶绿素含量降低的影响最大，而生物质炭的加入能有效促进香根草的生长发育。表3 不同处理香根草叶片叶绿素含量和叶片数叶绿素指数(SPAD) 新生叶片数纯水组 30.3±6.19 b 5 b电解锰渣1 kg组 27.3±6.80 c 3 c 电解锰渣1 kg+生物质炭200 g组 31.3±5.67 a 7 a电解锰渣1 kg+生物质炭500 g组 31.5±5.19 a 7 a电解锰渣1 kg+生物质炭1 000 g组 32.7±4.59 a 8 a注：不同字母表示土层内不同处理在0.05水平上差异显著(P0.05)。下同。2.3 不同处理下香

14、根草的生物量变化从表4可以看出，加入生物质炭的香根草生物量最大，其次是纯水组的香根草；电解锰渣组最小。这一趋势说明在电解锰渣的溶液中，香根草尽管可以吸收利用一部分营养元素，但因为锰渣溶液呈强酸性，不利于香根草的生长，受电解锰渣的胁迫程度最严重；在纯水中，香根草所需的营养不足；只有在含有生物质炭的电解锰渣液中，香根草不但能利用其中的营养元素，还能获得最大的生物量。 表4 不同处理香根草的生物量变化鲜重(g) 干重(g) 鲜/干(%) 根重(g) 叶重(g)纯水组 7.29±2.65 a 4.93±3.68 a 68 1.36±0.72 a 3.18±0.2

15、6 a 电解锰渣组 6.88±1.96 b 3.88±8.58 b 561.04±0.93 b 2.78±0.88 b 生物质炭200 g 7.37±2.53 a 5.50±5.02 a 75 1.60±1.22 a 3.30±0.13 a 生物质炭500 g 7.46±2.05 a 5.85±6.38 a 74 1.79±1.32 a 3.49±0.96 a 生物质炭1 000 g 8.66±3.75 a 6.53±6.36 a 75 2.71±

16、;1.16 a 3.62±1.06 a 注：数据为10株香根草的总生物量，重复3次。3 讨论目前我国重金属污染问题越来越严重，对环境造成污染，严重威胁着人们的健康，引起国家和人民的高度重视10。在胁迫条件下，植物能通过株高、叶片数、根系长度等形态指标来维持生存11。在环境污染中，发现香根草在电解锰渣液中的存活率不高且枯黄指数较高，说明将香根草直接利用在电解锰渣废弃地进行场地修复效果并不理想，需要研究改良电解锰渣理化性质的方法来降低锰渣的酸度，吸附过量的有害重金属等；香根草能在添加茶枝干生物质炭的电解锰渣液中良好生存，说明茶枝干生物质炭对电解锰渣液有一定的改良性能，通过调节pH值、吸附

17、锰离子等方式，促进香根草的生长。本文研究目的是将茶枝干生物质炭应用到电解锰渣废弃地的植物环境修复中，符合废弃资源利用及重金属污染场地的修复需求，具有广泛的应用前景。参考文献：1 彭铁锋,徐龙君,李礼等.施用电解锰渣对小麦叶绿素含量和经济性状的影响J.河南农业科学,2010,(5):55-57.2 赵虎腾,李远霞,谭德斌等.电解锰渣的理化特性与物相转变研究J.广东化工,2017,44(7):64-66.3 刘唐猛,钟宏,尹兴荣等.电解金属锰渣的资源化利用研究进展J.中国锰业,2012,30(1):1-6.4 吴佳美,郭实荣,周垂帆.生物质炭对土壤重金属修复应用研究进展J.内蒙古林业调查设计,20

18、17,40(1):86-88.5 孙贇,Muhammad Shaaban,何志龙等.生物质炭对茶园土壤改良及茶叶品质的影响J.中国土壤与肥料,2017,(6):9-14.6 杨翔宇,董炜华,陆娟等.生物质炭对黄花鸢尾湿地浮游植物群落的影响J.吉林大学学报(理学版),2018,56(1):184-189.7 周强,胡淑宝,王青青等.6种生态型香根草光合光响应特征及光合参数日变化的比较J.生态与农村环境学报,2015,31(5):690-696.8 陈超,赵丽丽,任登鸿等.不同营养液对香根草生长的影响J.贵州农业科学,2014,42(5):86-88.9 张广伦,肖正春,张卫明等.香根草的研究与利用J.中国野生植物资源,2015,34(2):70-