菌棒生物炭对电解锰渣上甜象草生长及Mn吸收的影响_曹俪壤.pdf

安徽农学通报2023年02期动植物 微生物 食用菌 中药材菌棒生物炭对电解锰渣上甜象草生长及 Mn 吸收的影响曹俪壤罗洋*何龙丽段紫嫣高丽文（贵州师范学院地理与资源学院，贵州贵阳 550018）摘要以电解锰渣为供试基质，以甜象草为供试植物，采用盆栽试验，探讨添加不同用量菌棒生物炭对电解锰渣上甜象草生长及Mn吸收的影响。结果表明，添加菌棒生物炭促进了甜象草的萌发，其出苗率从大到小依次为T2（生物炭添加量为5%）T3（生物炭添加量为7.50%）T1（生物炭添加量为2.50%）CK（不添加生物炭）。添加菌棒生物炭还使甜象草的株高和鲜重分别较对照增加了4.06%30.14%和15.38%74.73%，其中以施用量为5.00%处理组的增幅最大。同时，施用菌棒生物炭还增加了甜象草的叶绿素含量，降低了其叶片丙二醛含量。添加2.50%、5.00%和7.50%的菌棒生物炭还使甜象草地上部Mn含量较对照分别降低了23.41%、32.23%和40.36%。研究成果可为废弃菌棒和电解锰渣的资源化利用以及电解锰渣堆放区的生态恢复提供参考。关键词菌棒生物炭；甜象草；电解锰渣中图分类号X53文献标识码A文章编号1007-7731（2023）02-0029-05Effects of Bacterial Rod Biochar on the Growth and Mn Absorption ofPennisetum purpureum on Electrolytic Manganese ResidueCAO Lirang LUO Yang*HE Longli DUAN Ziyan GAO Liwen（School of Geography and Resources,Guizhou Education University,Guiyang Guizhou 550018）AbstractUsing electrolytic manganese residue as the test substrate and Pennisetum purpureum as the test plant,a pot experiment was conducted to explore the effects of adding different amounts of bacterial rod biochar on the growthand Mn absorption of Pennisetum purpureum on electrolytic manganese residue.The results showed that the addition ofbacterial rod biochar promoted the germination of sweet weevil,and the order of seedling emergence rate was T2(biocharaddition was 5%)T3(biochar addition was 7.5%)T1(biochar addition was 2.5%)CK(no biochar addition).The plantheight and fresh weight of Pennisetum purpureum increased by 4.06%30.14%and 15.38%74.73%respectivelycompared with the control,and the increase was the largest in the treatment group with the application rate of 5%.At thesame time,the application of bacterial stick biochar also increased the chlorophyll content of Pennisetum purpureum anddecreased the malondialdehyde content of its leaves.In addition,the Mn content in the upper part of Pennisetumpurpureum decreased by 23.41%,32.23%and 40.36%respectively compared with the control.The research results canprovide a reference for the resource utilization of waste bacteria rods and electrolytic manganese slag and the ecologicalrestoration of electrolytic manganese slag stacking area.Keywordsfungus stick biochar;Pennisetum purpureum;electrolytic manganese residue电解锰渣是将锰矿石经酸浸出获得锰盐，再送电解槽电解析出单质金属锰的过程中所产生的酸浸渣、阳极泥、硫化渣和含铬废渣等，其中仍残留一定数量的锰1。植物体内锰含量过高会影响酶的正常活性，导致大量的 H2O2和多酚物质产生，进而对植物体造成损伤。此外，过量的 Mn2+会使叶绿素减少、光合速率降低，从而抑制Fe2+和Mg2+等元素的吸收，造成植物生长异常2。锰是人体所必需的微量元素之一，但摄入过量则会对机体基金项目贵州师范学院大学生创新创业训练计划项目（202014223017）。作者简介曹俪壤（2001），女，贵州安顺人。研究方向：农业资源与环境。*通信作者收稿日期2022-03-31-29DOI:10.16377/ki.issn1007-7731.2023.02.033安徽农学通报2023年02期动植物 微生物 食用菌 中药材产生不良影响。锰主要通过呼吸道进入机体，并对人的神经、生殖、呼吸等系统产生不同程度的损害3。电解锰渣在长期的露天堆存过程中，其中的 Mn 容易通过雨水的冲刷而渗入土壤、江河湖泊及地下水中，造成污染，并通过食物链威胁人类健康4。生物炭具有发达的孔隙结构，其表面含有大量的官能团和负电荷，对重金属离子有较强的吸附和固定能力5，还能够通过改变基质理化性质和微生态环境来降低其中的重金属活性，在阻控废渣或污染土壤中重金属的迁移扩散方面有着较大的应用潜力6-7。目前的研究中，制备生物炭的原料主要为各种植物秸秆和畜禽粪便8-9。中国是食用菌生产大国，食用菌产量逐年增加，据中国食用菌协会发布的调查结果显示，2020 年全国食用菌（鲜品）总产量达4 061.43 万t，产值达3 465.65 亿元。相应地，食用菌产业的副产品废菌棒的产量极大且不断增加。废菌棒的主要成分为木屑、秸秆、麦麸、稻壳等农林废弃物10。目前，我国废菌棒生物质资源综合利用率偏低，除少部分被应用于土壤肥料和育苗基质等方面，大部分被随意废弃、就地掩埋或者直接焚烧处理，一方面造成了土壤、水体和大气环境污染，破坏了生态环境；另一方面废菌棒中剩余养分没有得到有效利用，造成生物质资源浪费11。甜象草（Pennisetum purpureum）属禾本科狼尾草属，广泛种植于热带和亚热带地区，具有适应性强、繁殖快、产量高和利用周期长等特点12。作为一种能源植物，甜象草极具产乙醇潜力，有研究表明蒸汽爆破预处理后的甜象草经过分步糖化发酵得到的乙醇产率达89.11 mL/kg13。此外，甜象草可以在边际土地上开展规模化种植与应用14-15。在矿区种植甜象草，一方面能够改善当地土壤的物理条件和营养状况，有利于生态环境的恢复；另一方面可充分利用矿区土地资源，做到其生产“不与人争粮、不与粮争地”16。综上，该研究以电解锰渣为供试基质，利用盆栽试验，通过添加不同用量的菌棒生物炭并种植甜象草，结合室内测定分析，研究菌棒生物炭对电解锰渣上甜象草出苗率、株高、鲜重、叶绿素、丙二醛及锰含量、锰渣中有效态锰含量的影响，从基质-植物系统的角度探讨菌棒生物炭作为改良剂在锰污染治理中的潜力，以期为废弃菌棒和电解锰产业废渣的资源化利用以及电解锰渣堆放区的生态恢复提供参考。1材料与方法1.1试验材料供试电解锰渣：采自贵州省遵义市长沟锰矿废弃地，电解锰渣堆存时间为20 年左右，经过长时期的风化淋溶作用，已具备一定肥力特征。将电解锰渣在室内风干后，挑出杂物磨碎过2 mm尼龙筛，充分混匀后置于直径为21 cm、高15 cm的花盆中，每盆装电解锰渣基质1.5 kg。供试甜象草（Pennisetum purpureum）种子购于乌当区振华农贸市场，分别挑选粒大饱满、成熟度一致的植物种子，置于1%的H2O2溶液浸种10 min进行消毒，用自来水流水清洗，再用去离子水冲洗3 次后，用滤纸吸干种子表面水分17。供试菌棒生物炭：将采自贵州欧波农商贸有限责任公司的废弃菌棒自然晾干后用粉碎机粉碎，密封后放置于马弗炉中，400 烧制 2 h 进行制炭。将制好的菌棒生物炭过 100 目尼龙筛，装袋备用。1.2试验设计试验在贵州师范学院盆栽基地进行，共4个处理，分别为：CK，以不添加菌棒生物炭为对照；T1，添加质量比为2.50%的菌棒生物炭；T2，添加质量比为5.00%的菌棒生物炭；T3，添加质量比为7.50%的菌棒生物炭。每个处理3次重复。取经过研磨过筛的锰渣与生物炭按比例混匀置于花盆中，用称重法保持基质含水量为田间持水量的60%左右，在室温下平衡7 d后，每盆播种甜象草种子15 粒。植物生长期内每日观察并浇水，保持土壤含水量为最大田间持水量的 60%左右。在室外生长 60 d 后，收获植株，先用自来水洗净，再用去离子水冲洗，擦干，测量株高和鲜重。一部分鲜样立即用于叶绿素和丙二醛-30含量的测定。另一部分样品置于105 下杀青20min，80 下烘干至恒重后粉碎备用，供Mn含量测定。锰渣样品自然风干后磨碎，分别过10 目和100目尼龙筛，装袋备用。1.3测定项目及方法出苗率：规定时间出苗种子数/供试种子数100%；甜象草的株高和根长采用尺子测量，地上部鲜重采用万分之一天平称量。甜象草叶片叶绿素含量采用95%乙醇提取后，分别于470、665和649 nm波长下测定吸光度，计算叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量；丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法（TBA）测定18。甜象草 Mn含量采用HNO3-HClO4体系消解，原子吸收光谱仪（德国耶拿novAA350）测定。锰渣有效态Mn含量采用0.1 mol/L HCl提取，原子吸收光谱仪（德国耶拿 novAA350）测定。测试过程通过设置空白和重复样进行分析质量控制，所用试剂均为优级纯。1.4数据分析应用IBM SPSS Statistics 25.0和Microsoft Excel2010软件对试验所得的各种数据进行处理和分析，用最小显著性差异法（LSD）进行显著差异检验分析，显著性水平设置为P0.05。2结果与分析2.1菌棒生物炭对电解锰渣上甜象草生长的影响同处理条件下甜象草的生长情况相关指标见表 1。对照组出苗率为 31.11%，添加不同质量比的生物炭后显著增加至 48.89%（T1）、95.56%（T2）和82.22%（T3），其中T2和T3处理组甜象草出苗率还显著高于 T1处理组（P0.05），但两者之间差异不显著。对照组和2.50%生物炭处理组甜象草的株高接近，当菌棒炭添加量增至 5.00%和 7.50%以后，则较对照分别显著增加了30.14%和24.72%（P0.05）。甜象草在添加生物炭的电解锰渣中生长 60 d 后，T2处理组的地上部鲜重达 3.18 g/株，显著高于其余处理（P0.05），较对照（1.82 g/株）显著增加了74.73%。其次是T3处理组，其鲜重较对照显著增加了50.00%，而T1处理组与对照无