張 琴，李 鳳，肖祖飛，金志農(nóng)，張北紅，馬一丹，張海娜，魯向暉

(1.南昌工程學(xué)院 江西省樟樹(shù)繁育與開(kāi)發(fā)利用工程研究中心，江西 南昌 330099； 2.江西省科學(xué)院生物資源研究所，江西 南昌 330096)

稀土尾砂為稀土礦開(kāi)采后的殘留礦渣，不僅大量占?jí)和恋刭Y源，而且質(zhì)地疏松，處理不當(dāng)極易引發(fā)水土流失，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。南嶺山區(qū)既是我國(guó)重要的稀土產(chǎn)地，也是長(zhǎng)江流域和珠江流域重要的水源區(qū)，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，防治水土流失和水污染，必須重視對(duì)稀土尾砂的整治。有研究表明，百喜草、狼尾草、彎葉畫(huà)眉草和狗牙根均適應(yīng)南方稀土尾砂分布區(qū)的水熱條件，在水分條件較好的區(qū)域以彎葉畫(huà)眉草為主，水分條件差的區(qū)域以百喜草為主，肥力較差區(qū)域以狗尾草為主[1]。在江西省龍南縣稀土尾砂上種植百喜草，可以有效地降低稀土尾砂水土流失[2]。稀土尾砂區(qū)域種植果樹(shù)芙蓉李能夠提高稀土尾砂含水量，增加稀土尾砂中N、P、K的含量，同時(shí)可以增加果實(shí)維生素C和總糖含量，提高果實(shí)品質(zhì)[3]。也有研究中草藥對(duì)贛南尾砂的治理，結(jié)果表明紫珠草、梔子、果桑和金銀花在生長(zhǎng)力、耐干旱和耐貧瘠等方面表現(xiàn)較好，適用于贛南稀土尾砂的治理[4]。樟樹(shù)(Cinnamomumcamphora)為樟科樟屬常綠高大喬木，高可達(dá)30 m，分布區(qū)域?yàn)楸本?0°～34°,東經(jīng)88°～122°,原產(chǎn)于我國(guó)東南及西南各地。樟樹(shù)作為城市園林綠化美化中利用頻率最高的樹(shù)種，在城鄉(xiāng)綠化、用材、醫(yī)藥原料及生物化工原料中都具有重要作用。樟樹(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗性[5]。

本研究以樟樹(shù)2年生實(shí)生苗為材料，以紅壤土作為對(duì)照栽培基質(zhì)，研究稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)元素吸收的影響，以期為稀土尾砂的治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

稀土尾砂來(lái)自江西省尋烏縣，以來(lái)自南昌工程學(xué)院園林實(shí)訓(xùn)基地的紅壤土作為對(duì)照組，風(fēng)干后碾碎過(guò)3 mm篩待用。稀土尾砂與紅壤土理化性質(zhì)見(jiàn)表1。選用生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的2年生樟樹(shù)實(shí)生苗。栽培選用外口徑29 cm、內(nèi)口徑25 cm、高26 cm的塑料盆。

表1 稀土尾砂與紅壤土理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)在南昌工程學(xué)院園林實(shí)訓(xùn)基地溫室大棚內(nèi)。試驗(yàn)于2016年5月5日開(kāi)始，同年9月5日結(jié)束，共計(jì)120 d。每盆裝基質(zhì)8 kg，每盆栽苗1株，栽前對(duì)每棵苗木株高和地徑進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)盆中水分狀況，進(jìn)行澆水管理，以保證植物正常生長(zhǎng)。每個(gè)處理15盆，3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

2016年8月14日上午9:00—11:30測(cè)定光合指標(biāo)，每個(gè)處理挑選3株具代表性的植株，每株再選出有代表性的當(dāng)年生成熟葉片3片(從枝條頂部開(kāi)始第5～6片葉片)為待測(cè)材料，采用Li-6400XT光合儀進(jìn)行測(cè)定，選取葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度等參數(shù)，光源為儀器的紅藍(lán)光，葉室大小為2 cm×3 cm，光照強(qiáng)度為1000 μmol/(m2·s)，測(cè)定溫度設(shè)為25 ℃，氣源為試驗(yàn)區(qū)3 m以外的空氣。同時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)選取3盆，將植株整體挖出、洗凈，葉片取自從枝條頂部開(kāi)始第5～8片，根系選取二級(jí)側(cè)根，迅速包好放入液氮罐中保存，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素、超氧化物歧化酶(POD)、過(guò)氧化物酶(SOD)、可溶性蛋白和總蛋白，其中POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，SOD活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定，葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量采用丙酮浸提法測(cè)定，可溶性糖采用蒽酮比色法[6]，總蛋白含量采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測(cè)定。

2016年9月14日試驗(yàn)結(jié)束，將剩下的試驗(yàn)苗整體挖出，先用自來(lái)水洗凈，再用去離子水沖洗晾干，測(cè)量株高、地徑和鮮質(zhì)量，之后將地上部分與地下部分分開(kāi)，分別測(cè)定鮮質(zhì)量，用根系分析儀WinRHIZO掃描根系，再在105 ℃溫度下殺青0.5 h，70 ℃下烘至恒質(zhì)量，稱(chēng)干質(zhì)量。將植物樣品磨碎過(guò)0.25 mm篩，用于測(cè)定N、P、K的含量。先用濃H2SO4-H2O2消煮植物樣品，獲得待測(cè)液，N含量用凱氏法，P含量用鉬銻抗比色法，K含量用火焰分光光度計(jì)法測(cè)定。

栽培基質(zhì)各指標(biāo)測(cè)定方法如下：pH值采用pH計(jì)法[7](水土比為2.5∶1)，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全N、堿解N采用堿解擴(kuò)散法，全P采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，速效P采用HCl和H2SO4溶液浸提-鉬銻抗比色法，全K采用NaOH熔融-火焰分光光度計(jì)法，速效K采用NH4OAc浸提-火焰分光光度計(jì)法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)先用Excel2010計(jì)算、整理，再用SPSS19.0對(duì)不同處理的株高、地徑、生物量、重金屬含量等分別進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)生長(zhǎng)的影響

2.1.1 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)株高、地徑的影響

從表2可以看出，稀土尾砂上生長(zhǎng)的樟樹(shù)株高凈生長(zhǎng)顯著低于紅壤土上的，地徑也小于紅壤土上的，但二者之間差異不顯著，說(shuō)明稀土尾砂抑制樟樹(shù)株高和地徑生長(zhǎng)，特別是對(duì)株高生長(zhǎng)抑制明顯。

表2 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)株高、地徑的影響

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同一列字母依據(jù)鄧肯新復(fù)極差P<0.05檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，下同。

2.1.2 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)根系生長(zhǎng)的影響

從表3可以看出，稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)幼苗的根系生長(zhǎng)具有抑制作用，稀土尾砂處理下樟樹(shù)的根長(zhǎng)、總根面積、總根體積以及細(xì)根直徑均低于紅壤土，稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)幼苗根長(zhǎng)的影響較為顯著，總根長(zhǎng)較紅壤土下降了49.85%，樟樹(shù)幼苗根系系統(tǒng)發(fā)育不正常，受到了稀土尾砂的干擾，抑制了樟樹(shù)幼苗根系的生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是抑制側(cè)根的形成，說(shuō)明根部是樟樹(shù)生長(zhǎng)最直接的受害區(qū)域。

表3 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)根系生長(zhǎng)的影響

2.1.3 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)生物量的影響

從表4可以看出，稀土尾砂處理下，樟樹(shù)的生物量有明顯的下降。與紅壤土相比，地上、地下部分的生物量分別下降了50.83%、25.06%，總生物量下降了38.57%，紅壤土上生長(zhǎng)的樟樹(shù)總生物量是稀土尾砂上的1.63倍。

表4 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)生物量的影響

2.2 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)生理生化的影響

2.2.1 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉片葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的影響

葉綠素是一類(lèi)與植物的光合作用密切相關(guān)的非常重要的色素，主要包括葉綠素a、葉綠素b等。環(huán)境因子的改變能影響植物葉片中葉綠素的合成，進(jìn)而影響到植物的光合作用。由表5可知，稀土尾砂上生長(zhǎng)的樟樹(shù)葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素/類(lèi)胡蘿卜素均較紅壤土上的低，說(shuō)明稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉片葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的合成均有阻滯作用。

表5 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉片葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的影響

2.2.2 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)光合作用的影響

凈光合速率反映了植物有機(jī)物的積累速率，細(xì)胞間CO2濃度能反映植物的光合速率；蒸騰速率是單位時(shí)間葉片通過(guò)蒸騰作用散失的水量，能反映蒸騰作用的強(qiáng)弱；氣孔導(dǎo)度表示氣孔張開(kāi)的程度，影響蒸騰作用、光合作用以及呼吸作用。由表6可知，與紅壤土相比，稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度及蒸騰速率的影響都達(dá)到了顯著水平，稀土尾砂能夠降低樟樹(shù)的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度及蒸騰速率，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度與蒸騰速率分別都低了17.91%、31.37%、15.04%、27.92%，其中氣孔導(dǎo)度受到的影響較為顯著。

表6 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)光合作用的影響

2.2.3 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉和根中可溶性糖和總蛋白含量的影響

可溶性糖是逆境條件下植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，也是合成其他有機(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來(lái)源[8]。由表7可以看出，稀土尾砂下樟樹(shù)葉片中的可溶性糖含量與總蛋白含量與紅壤土差異不顯著，根系中的可溶性糖含量與總蛋白含量顯著高于紅壤土，根系的可溶性糖含量高了53.26%，總蛋白含量高了34.10%。

2.2.4 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉和根中SOD和POD的影響

在遭受逆境脅迫時(shí)，植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)

表7 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉片和根中可溶性糖和總蛋白含量的影響

會(huì)有一定程度的增多，它們能破壞植物的細(xì)胞膜透性，導(dǎo)致其生長(zhǎng)代謝紊亂。而SOD活性能夠與植物體內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基反應(yīng)生成H2O2，從而減少活性氧自由基對(duì)植物造成的傷害。POD能催化H2O2與其他底物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還能夠清除由于SOD產(chǎn)生的過(guò)量的H2O2，同POD和過(guò)氧化氫酶(CAT)一起構(gòu)成保護(hù)酶系統(tǒng)，協(xié)同清除由逆境產(chǎn)生的活性氧對(duì)膜質(zhì)過(guò)氧化造成的傷害[9]。由表8可知，稀土尾砂處理下，樟樹(shù)葉片的POD、SOD活性顯著高于紅壤土，可能稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)產(chǎn)生了一定的脅迫作用。

表8 稀土尾砂對(duì)樟樹(shù)葉片和根中POD和SOD的影響

2.3 稀土尾砂下樟樹(shù)對(duì)N、P和K的吸收

N是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)物質(zhì)氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸的重要組成成分，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。從表9可以看出，稀土尾砂處理下的樟樹(shù)葉、根、莖中N的含量明顯比紅壤土中的低，相比低了38.22%、52.97%、50.17%；樟樹(shù)葉、根、莖中P含量與紅壤土中的相比，葉片中P含量比對(duì)照高了22.54%，莖中P含量低了4.21%，根中P含量高了10.74%；樟樹(shù)葉、根、莖中的K含量與N含量呈現(xiàn)同樣的規(guī)律，稀土尾砂處理下的樟樹(shù)葉、根、莖中的K含量與紅壤土中的相比分別低了42.33%、47.62%、30.83%。

3 結(jié)論與討論

我國(guó)稀土資源豐富，但因我國(guó)開(kāi)采技術(shù)較低，在開(kāi)采過(guò)程中導(dǎo)致植被被破壞，大量尾砂堆置使土地淪為荒蕪之地，造成水土流失和環(huán)境污染，稀土尾砂的治理迫在眉睫。高志強(qiáng)等[10-11]的調(diào)查結(jié)果表明，稀土礦尾砂地理化性質(zhì)差、黏粒含量低、容重大、土壤養(yǎng)分匱乏、保水保肥能力弱。本研究結(jié)果表明，樟樹(shù)的株高、地徑、地上部分、地下部分、根長(zhǎng)、生物量等均低于紅壤土，說(shuō)明稀土尾砂條件下樟樹(shù)幼苗生長(zhǎng)受到了抑制，這可能與稀土尾砂不保水，肥力差有關(guān)。

表9 稀土尾砂下樟樹(shù)葉、莖和根對(duì)N、P、K的吸收 g/kg

葉綠體作為光合作用的部位，能反映植株進(jìn)行光合作用的情況，葉綠素作為光合作用的主要物質(zhì)直接反映植株葉片光合作用的強(qiáng)弱[12]。通過(guò)樟樹(shù)幼苗葉片的光合結(jié)果以及葉綠素含量的測(cè)定，結(jié)果顯示在稀土尾砂上生長(zhǎng)的樟樹(shù)幼苗，其葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度及蒸騰速率均低于紅壤土上生長(zhǎng)的。有研究表明植物在逆境下會(huì)使植物色素降低，影響葉綠素的合成，導(dǎo)致葉綠素含量及光合作用下降[13]，這與本研究結(jié)果相符。而可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、SOD和POD活性高于紅壤土，可溶性糖與蛋白質(zhì)含量高的原因可能是逆境下樟樹(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)自身蛋白質(zhì)含量用以降低細(xì)胞的滲透性，以抵抗逆境帶來(lái)的傷害；SOD和POD酶活性高可能是樟樹(shù)在稀土尾砂條件下遭受到一定脅迫造成的。有研究表明，植物在受到輕度脅迫時(shí)會(huì)激發(fā)體內(nèi)的酶活性升高，若脅迫強(qiáng)度過(guò)大或脅迫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致植株無(wú)法承受，從而使體內(nèi)酶活性遭受抑制而下降[14]。

N、P、K是植物生長(zhǎng)的主要元素，在植株體內(nèi)不同部位進(jìn)行生物循環(huán)用以適應(yīng)不同生長(zhǎng)環(huán)境，三種營(yíng)養(yǎng)元素在植株體內(nèi)的積累與分布可以反映植株對(duì)環(huán)境的響應(yīng)情況。本研究結(jié)果表明稀土尾砂下樟樹(shù)的N、K元素的吸收受到抑制，P元素的吸收與對(duì)照差異不顯著，這與株高、地徑、根系、生物量等生長(zhǎng)指標(biāo)受到抑制的結(jié)果相符合。