稀土尾砂对任豆幼苗生长及营养元素吸收的影响

肖祖飞 张北红 李凤 金志农 张海燕 吕雄伟 张琴 马一丹

摘 要：采用盆栽控制试验，研究稀土尾砂对任豆幼苗生长及营养元素吸收的影响。结果表明，稀土尾砂中生长的任豆株高、总根长、总根面积、根体积和生物量显著低于红壤土中生长的任豆，地径和细根直径二者差异不明显。稀土尾砂中生长的任豆叶片叶绿素b、总叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率均显著低于红壤土中生长的任豆。稀土尾砂中生长的任豆根中可溶性糖、总蛋白含量和叶片、根中POD、SOD活性高于红壤土中生长的任豆。稀土尾砂中生长的任豆根、茎、叶中N和P的含量显著低于红壤土中生长的任豆，叶和根中K的含量与红壤土中生长的任豆没有差异，而茎中K的含量显著高于红壤土中生长的任豆，稀土尾砂抑制任豆对N、P和K的吸收。因此，任豆幼苗可以在稀土尾砂上生长，但稀土尾砂对任豆生长、生理生化和营养物质的吸收有一定的抑制作用。

关键词：任豆 稀土尾砂 生长 营养元素吸收

中图分类号：X53   文献标志码：A

Abstract： The effects of rare earth tailings on the growth and nutrients absorption of Zenia insignis were studied by pot experiment. Results showed that the height， root length， root area， root volume and biomass of Zenia insignis growing in rare earth tailings were significantly lower than that in red soil， but the ground diameter and root diameter in the two soils had no obvious difference. Chlorophyll b， total chlorophyll content， net photosynthetic rate， stomatal conductivity， intercellular CO2 concentration and transpiration rate in rare earth tailings were all significantly lower than that in red soil. But the content of soluble sugar and total protein in roots， POD and SOD activity in leaves and roots in rare earth tailings were higher than that in red soil. The contents of N and P in roots， stems and leaves in rare earth tailings were significantly lower than that in red soil. The contents of K in leaves and roots had no difference in rare earth tailings and red soil， and the content of K in stem was significantly higher than that in red soil. Rare earth tailings inhibited the absorption of N， P and K of Zenia insignis. Therefore， Zenia insignis can grow in rare earth tailings， but rare earth tailings has a certain inhibitory effect on the growth， physiology， biochemistry， and nutrients absorption.

Key words： Rare earth tailings; Zenia insignis; growth; nutrients uptake

江西省尋乌县有丰富的稀土资源，素有“稀土王国”之称[1]。稀土作为我国重要的有色金属资源，广泛分布于南方的赣南、粤北、闽西等地。20世纪80年代以来，稀土资源被大规模开发，但其废弃资源却鲜少有人治理，造成大量的稀土矿废弃地，水土流失极为严重，迫切需要加强治理[2，3]。李正强等[4]研究铅锌矿尾砂对银合欢的生长影响，发现银合欢幼苗虽然可以在尾砂中生长，但是银合欢的生长会被抑制。汪政科等[5]通过研究铅锌尾砂对杉木生长的影响，同样发现铅锌尾砂会抑制杉木的生长。同时也有学者研究种植不同植物对稀土尾砂地的修复，取得较好效果[6-9]。任豆（Zenia insignis ）是豆科、任豆属落叶乔木，国家二级重点保护植物，主要分布于中亚热带与南亚热带之间的广西、广东、云南、湖南和贵州等地[10-11]。任豆的适应能力较强，生长迅速，根系发达，能耐干旱瘠薄，是优良的速生树种，也是主要的用材树种[12-13]。本文以1年生任豆实生苗为材料，研究稀土尾砂对任豆生长及营养元素吸收的影响，以期为稀土尾砂的治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

稀土尾砂来自江西省寻乌县，以来自南昌工程学院园林实训基地的红壤土作为对照组，稀土尾砂和红壤土风干后碾碎过3 mm筛待用。稀土尾砂与红壤土理化性质见表1。任豆选取生长健壮、长势一致的1年生实生苗。栽培盆选用外口径29 cm、内口径25 cm、高26 cm的塑料盆。

1.2 试验方法

试验场地设置在南昌工程学院园林实训基地温室大棚。2016年4月5日对任豆进行上盆，之后进行缓苗。试验于2016年5月5日开始，同年9月5日结束试验。试验采用盆栽控制试验，每盆装基质8 kg，每盆栽苗1株，栽前对每株苗木株高和地径进行测定。稀土尾砂处理30盆，对照30盆。根据盆中水分状况，进行浇水管理，以保证植物正常生长。

1.3 测定指标

2016年8月14日，上午9：00-11：30测定光合，每个处理挑选3株具代表性的植株，每株再选出有代表性的当年生成熟叶片3片（枝条顶部开始第5-6片叶片）为待测材料，采用Li-6400XT光合仪进行测定叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度等参数，光源为仪器的红蓝光，叶室大小为2 cm×3 cm，光照强度为1000 μmol·m-2·s-1，测定温度设为25℃，气源为试验区3 m 以外的空气。同时，每个处理随机挑取6盆，将植株整体挖出，洗净，叶片取自从枝条顶部开始第5-8片，根系选取二级侧根，迅速包好放入液氮罐保存，带回实验室测定叶绿素和类胡萝卜素、POD、SOD、可溶性糖和总蛋白，其中POD活性采用愈创木酚法测定，SOD活性采用氮蓝四唑法测定，叶绿素和类胡萝卜素含量采用丙酮浸提法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法[14-15]，总蛋白含量采用南京建成生物工程研究所的试剂盒测定。

2016年9月5日试验结束，将剩下试验苗整体挖出，先用自来水洗净，再用去离子水冲洗，晾干表面冲洗水分，测量树高、地径和鲜重，之后将地上部分与地下部分分开，分别测定鲜重，用根系分析仪WinRHIZO扫描根系，再105℃下杀青0.5 h，80℃下烘至恒量，烘干样品用于营养元素的测定。将植物烘干样品磨碎过0.25 mm筛，先用浓H2SO4-H2O2消煮植物样品，获得待测液，N含量用凯氏法，P含量用钼锑抗比色法，K含量用火焰分光光度计测定。

栽培基质各指标测定方法如下[16]：pH采用pH计法（水土比为 2.5∶1），有机质采用重铬酸钾容量法，全N、碱解N采用碱解扩散法，全P采用NaOH熔融-钼锑抗比色法，速效P采用HCl和H2SO4溶液浸提-钼锑抗比色法，全K采用NaOH熔融-火焰分光光度计法，速效K采用NH4OAc浸提-火焰分光光度计法，重金属采用HF-HNO3-HClO4消煮-原子吸收分光光度法测定。

1.4 数据处理

所有实验数据先用Excel 2010计算、整理，再用SPSS 19.0 对不同处理的任豆株高、生物量、营养元素含量等分别进行单因素方差分析，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 稀土尾砂对任豆生长的影响

2.1.1 稀土尾砂对任豆株高、地径的影响

由表2可知，稀土尾砂中生长的任豆株高净生长显著低于红壤土中生长的任豆，红壤土中生长的任豆地径大于稀土尾砂，但二者之间差异不显著。稀土尾砂抑制任豆株高和地径生长，特别是对株高生长抑制明显。

2.1.2 稀土尾砂对任豆根系生长的影响

由表3可知，稀土尾砂中生长的任豆单株总根长、根面积、根体积显著低于红壤土中生长的任豆，细根直径二者差异不明显，说明稀土尾砂对任豆根系的生长有明显的抑制作用。

2.1.3 稀土尾砂对任豆生物量的影响

由图1可知，在红壤土中生长的任豆地上部分鲜重、地下部分鲜重、地上部分鲜重/地下部分鲜重、总生物量显著高于稀土尾砂中生长的任豆。在红壤土中生长的任豆地上、地下部分鲜重分别是稀土尾砂中生長的任豆的1.8和1.5倍。在红壤土中生长的任豆总生物量比稀土尾砂中生长的任豆的总生物量大3.56 g。因此，稀土尾砂对任豆的生长有抑制作用。

2.2 稀土尾砂对任豆生理生化的影响

2.2.1 稀土尾砂对任豆叶片叶绿素和类胡萝卜素的影响

由图2可知，稀土尾砂中生长的任豆叶片叶绿素a、类胡萝卜素以及叶绿素a/叶绿素b与红壤土中生长的任豆差异不显著，而叶绿素b、叶绿素显著低于红壤土中生长的任豆。稀土尾砂对任豆叶片中的叶绿素有一定的影响，稀土尾砂中任豆叶片叶绿素含量比红壤土中生长的任豆低了0.18 mg/kg，而对类胡萝卜素的影响不大。

2.2.2 稀土尾砂对任豆光合的影响

由表4可知，稀土尾砂中生长的任豆光合作用各项指标均与红壤土中生长的任豆差异显著。在稀土尾砂中生长的任豆净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率均显著低于红壤土中生长的任豆，表明稀土尾砂对任豆光合作用有抑制作用，这与叶绿素含量、生物量等指标变化趋势相一致。

2.2.3 稀土尾砂对任豆叶和根可溶性糖和蛋白的影响

由表5可知，稀土尾砂对任豆叶片中的可溶性糖和总蛋白含量的影响不大，与红壤土中生长的任豆叶片的可溶性糖、总蛋白含量的差异不显著;任豆根中的可溶性糖和总蛋白含量受稀土尾砂的影响较大，稀土尾砂中生长的任豆根中可溶性糖和总蛋白含量显著高于红壤土中生长的任豆。

2.2.4 稀土尾砂对任豆叶和根中SOD和POD的影响

由表6可知，稀土尾砂中生长的任豆叶片、根中的POD和SOD活性显著高于红壤土中任豆，稀土尾砂可能对任豆产生了一定伤害，这与稀土尾砂抑制任豆生长一致。

2.3 稀土尾砂下任豆对N、P和K的吸收影响

由表7可知，稀土尾砂中生长的任豆根、茎、叶中N和P的含量显著低于红壤土中任豆N和P的含量;稀土尾砂中生长的任豆叶和根中K的含量与红壤土没有差异，而茎中K的含量显著高于红壤土。表明稀土尾砂会抑制任豆N、P和K的吸收，进而抑制任豆幼苗的生长，这与生长形态指标测定结果相一致。

3 结论与讨论

我国拥有丰富的稀土资源，但是在稀土开采过程中不仅会破坏当地的植被，而且尾砂的堆放使大片土地沦为荒芜地带，造成生态危害。任豆适应能力较强，生长迅速，根系发达，能耐干旱瘠薄，是优良的生态保护树种。该文以任豆幼苗为材料，以红壤土为对照栽培基质，研究稀土尾砂对任豆生长及营养元素吸收的影响，结果表明，任豆可以生长在稀土尾砂上，但稀土尾砂对任豆生长、生理生化和营养物质的吸收有一定的抑制作用。

与红壤土相比较，稀土尾砂对任豆株高、地径、根系等的生长有抑制作用，特别是对株高、根系和生物量生长抑制明显，生物产量达到1.5倍以上的差距。这可能与在稀有金属提取过程中大量使用硫铵、碳铵、硝铵等化学物质，致使尾砂原有理化性质改变，保水、保肥、固土等能力下降有关[17，18]。

植物叶片中的叶绿素、类胡萝卜素的含量会对植物的光合作用产生影响，因此植物的叶绿素含量也是衡量植物光合作用能力的重要指标[19]。光合作用作为植物生长所必须的重要过程，对植物的生长有着重要的意义[20]。本试验研究表明，稀土尾砂对任豆叶片中的叶绿素含量造成了影响，使得叶绿素b和叶绿素含量降低，但类胡萝卜素的含量与对照并没有显著的差异;同时任豆光合作用能力下降，净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率均低于在红壤土中生长的任豆指标，这与任豆在稀土尾砂上生长受到抑制的结果一致。

在植物受到胁迫时，植物体内的.O2-、.OH、H2O2等活性氧自由基产生加快，过于强烈的活性会对植物造成伤害，这时植物通过产生超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等对植物进行保护，组成一个有效的活性氧清除系统[21]。生长在稀土尾砂上的任豆叶片中可溶性糖、总蛋白含量与红壤土中生长的任豆差异不明显，根中可溶性糖、总蛋白含量显著高于红壤土中生长的任豆;生长在稀土尾砂上的任豆叶和根中POD、SOD含量也显著高于红壤土中生长的任豆，表明稀土尾砂对任豆产生了一定伤害，进而抑制任豆的生长。

氮、磷和钾是植物生长的重要营养元素，在植物的生长过程中发挥重要作用。生长在稀土尾砂上的任豆根、茎、叶中的N、P均低于生长在红壤土中的任豆，而稀土尾砂中碱解氮高于红壤土，说明稀土尾砂抑制任豆对N和P的吸收，这与株高、地径、根系、生物量等生长指标受到抑制结果相符合。K的含量在叶和根中差异不明显，这可能与稀土尾砂有效钾含量显著高于红壤土有关。

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