全 文 ：铜尾矿对 5 种豆科植物种子萌发和幼苗生长
影响的初步研究 3
刘登义1 3 3 　田胜尼2 　杨世勇1 　谢建春1
(1 安徽师范大学生物多样性研究中心 , 芜湖 241000 ;2 安徽农业大学生物工程系 ,合肥 230036)
【摘要】　通过水培实验和土培实验 ,研究了铜陵铜尾矿对 5 种豆科植物种子萌发和幼苗生长的影响. 结果
表明 ,五种豆科植物种子在尾矿浸提液中均能萌发 ,但萌发率比对照组低 ,而且浸提液对种子萌发产生一
定的阻滞作用 ,酸化尾矿浸提液对种子萌发初期的吸胀吸水有促进作用. 尾矿与土壤 5 种不同改良方式的
基质试验也发现铜尾矿对种子萌发存在着阻滞作用. 其中大豆、赤豆、赤小豆在 70d 内未发现死苗现象.
关键词 　铜尾矿 　豆科植物 　种子萌发 　幼苗生长 　阻滞
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 05 - 0596 - 05 　中图分类号 　X17115 　文献标识码 　A
Effects of copper mine tailings on seed germination and seedling growth of f ive legumes species. L IU Dengyi1 ,
TIAN Shengni2 , YAN G Shiyong1 , XIE Jianchun1 (1 Biodiversity Research Center , A nhui Norm al U niversity ,
W uhu 241000 ; 2 Depart ment of Bioengineering , A nhui A gricultural U niversity , Hef ei 230036) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (5) :596～600.
Through solution culture and soil culture experiments ,effects of Tongling copper mine tailings on seed germina2
tion and seeding growth of five legumes species were studied in this paper. The results showed that the seeds of
five legumes species could germinate in the normal and acidified tailings extracted solution ,but germination per2
centage was lower than that under control. It indicated that tailings extracted solution had inhibition effect on
seed germination , however ,acidified tailings extracted solution promoted absorbing water of the seeds in early
stage. In five amelioration substrates between tailings and soils ,the tailings also inhibited seed germination of the
five species. No dead seedlings of Glycine m ax , Phaseolus angularis , P. calacaratus were found within 70
days.
Key words 　Copper mine tailings , Legumes , Seed germination , Seedling growth , Inhibition.3 教育部优秀青年教师基金、安徽省教育厅自然科学基金重点资助
项目 (2000JL094ZD) .3 3 通讯联系人.
2001 - 07 - 16 收稿 ,2001 - 10 - 26 接受.
1 　引 　　言
尾矿又称尾沙 ,它是矿石经粉碎 ,浮选中矿、精
矿后余下的微粒状固体粉未[3 ] . 尾矿常常筑坝堆
放 ,覆盖了原有的植被 ,使该地区的生态系统遭到破
坏.这些尾矿因其特殊的理化性质及严重的风蚀水
蚀 ,对周围的环境和景观产生直接或间接的影响 ,并
在一定程度上影响周边地区的人畜健康和社会经济
发展[5 ] . 对尾矿进行生物修复和植被重建 ,是治理
其污染和危害的最有效途经. 尾矿植被重建的关键
是基质的改良和耐性植物种的选择 ,尤其是耐性植
物种的选择[1 ] . 安徽铜陵市铜矿开采已有近百年的
历史 ,铜尾矿 (场) 达十几处 ,其中大型的尾矿场有 :
铜官山尾矿库、五公里尾矿库、狮子山尾矿库、凤凰
山尾矿库 , 累计占地达 578. 8hm2 ,已对当地及周边
环境造成严重污染. 鉴于豆科植物具有较强的耐金
属和耐干旱的特性[9 ,13 ] ,且具有天然的固 N 能力 ,
被作为铜尾矿复垦的优先植物种选择对象加以研
究.本文报道铜尾矿及其不同改良方式对几种豆科
植物种子萌发影响和幼苗生长的研究结果.
2 　材料与方法
211 　供试材料
本试验采用的种子为大豆 ( Glycine m ax) 、赤豆 ( Phaseo2
l us angularis) 、赤小豆 ( P. calcaratus) 、绿豆 ( P. radiatus ) 、
山绿豆 ( P. mininus) . 大豆、赤豆、绿豆种子购买于芜湖市种
子公司. 赤小豆、山绿豆于 1998 年 10 月份采集于芜湖市范
罗山铁矿废弃地.
正常尾矿采集于铜陵市五公里铜尾矿库未复垦区表层
0～20cm ,酸化尾矿采集于铜陵市铜官山尾矿库酸化区 ,对
照土壤采自安徽师范大学生命科学学院植物园 ,土壤类型为
黄棕壤. 三者均自然风干 ,过 2mm 筛.
应 用 生 态 学 报 　2002 年 5 月 　第 13 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2002 ,13 (5)∶596～600
212 　试验方法
21211 尾矿浸提液的制备[6 , ,8 ] 　分别将正常尾矿和酸化尾
矿与蒸馏水按 1∶5 (质量比) 混合 ,于水平振荡机上振荡约
3min ,过滤后备用. 用此浸提液测定 p H 值、电导率和有效 Cu
的含量[6 , ,11 ] (表 1)
表 1 　供试溶液的基本理化性质
Table 1 Physio2chemical properties of tested solution
组 　别
Group
p H 电导率
EC( ×102μs·
cm - 1)
有效 Cu
Available Cu
(mg·kg - 1)
对照组 7. 2 0. 1 0
Control
正常尾矿浸提液 7. 8 3. 6 8. 8
Normal tailings extracted solution
酸化尾矿浸提液 2. 4 16. 8 9. 6
Acidified tailings extracted solution
21212 室内种子萌发试验 　将 5 种供试种子铺在白纸上 ,选
出杂质和有虫蚀及成熟度较低的种子 ,用 5 %的次氯酸钠溶
液浸泡 10min ,先用自来水冲洗数次 ,再用蒸馏水冲洗 3
次[10 ] ,用滤纸将水吸干. 每皿 50 粒种子 ,用 FA1104 电子天
平称其重量后 ,置于分别盛有正常尾矿和酸化尾矿浸提液的
培养皿中吸水萌发 ,以蒸馏水作对照 ,各 3 个重复. 定期称量
每皿 50 粒种子的吸水量 ,记录种子的萌发数 (按胚根与种子
等长、胚芽长度达到种子一半 ,就认为种子已经发芽[10 ] ) .
GZ2025 型全自动光照培养箱中温度为 20 ±1 ℃,光照时间为
16D/ 8N.
21213 盆栽改良实验 　将尾矿和土壤按 100/ 00 ,75/ 25 ,50/
50 ,25/ 75 ,00/ 100 (体积比) 5 种改良比例方式充分混合装入
直径为 15cm、深为 15cm 的盆钵中 ,每盆约 2kg[7 ,11 ] . 每种改
良方式各 15 盆 ,共计 75 盆.
1999 年 4 月 23 日 ,将 5 种供试植物种子按上述方法精
选冲洗后 , 播种于盆钵中 ,每盆 15 粒种子 , 每种改良设置 3
个重复. 实验地点在安徽师范大学生命科学学院植物园. 定
期浇水 ,记录 4 月 30 日 (7d) 、5 月 3 日 ( 10d) 、5 月 6 日
(13d) 、5 月 13 日 (20d) 的种子萌发数. 20d 时 ,进行随机间
苗.超过 10 株则每盆保留 10 株 ,不足 10 株的则不间苗[7 ] . 7
月 2 日 (70d)统计实验结束时成活植株数.
3 　结果与讨论
311 　尾矿浸提液对 5 种豆科植物种子萌发的影响
表 2 为各试验种在蒸馏水、正常尾矿浸提液、酸
化尾矿浸提液中的萌发情况. 由表 2 中可看出 : 1)
种子开始萌发时间及所需萌发时间因物种不同而
异 ,绿豆在 12h 种子开始萌发 ,大豆、山绿豆在 24h
有种子萌发 ,而赤小豆到 48h 才开始萌发. 赤豆在
60h 种子完全萌发 ,而赤小豆到 144h 才完全萌发 ,
这可能与种子本身的特性有关 ; 2) 对同一种子在 3
种不同的培养液中 ,对照组比正常尾矿浸提液或酸
化尾矿浸提液萌发开始早或发芽率高. 如大豆 24h
在对照组有 36 %的种子萌发 ,在正常尾矿浸提液有
20. 0 %的种子萌发 ,而在酸化尾矿浸提液种子还没
有萌发. 赤豆、绿豆在蒸馏水中萌发比在正常尾矿浸
提液和酸化尾矿浸提液中萌发提前 12h. 赤小豆和
山绿豆在蒸馏水中的萌发率比 2 种浸提液中略高 ,
说明尾矿浸提液在开始萌发时对种子有一定抑制作
用 ;3) 种子完全萌发所需时间与培养液有关. 如大
豆在对照组 60h 达到最大值 88. 2 % ,而在浸提液中
到 72h 才达到最大值 ,分别为 86. 6 %和 80. 6 % ;赤
豆在对照组 48h 达到 100 % ,而在 2 种浸提液中 ,到
60h 才达到最高值 ;赤小豆、绿豆、山绿豆也得到类
似的结果.
　　对于种子萌发率而言 (表 1 中每一物种的最后
数值) ,除赤豆 (对照组与2种浸提液萌发率相等)
表 2 　尾矿浸提液对 5 种豆科植物种子萌发的影响
Table 2 Effect of tailings extracted solution on seed germination of f ive legumes species ( %)
作物
Crop
时　　间　Time 　(h)
0 12 24 36 48 60 72 96 120 144
大豆 C 0 0 36. 0 66. 2 68. 6 88. 2 88. 2
G. max T 0 0 20. 2 52. 6 52. 2 84. 6 86. 6
S 0 0 0 53. 2 57. 6 78. 2 80. 6
赤豆 C 0 0 0 32. 6 100 100
P. angularis T 0 0 0 0 98. 6 100
S 0 0 0 0 97. 2 100
赤小豆 C 0 0 0 0 21. 2 30. 6 42. 0 64. 0 88. 0 88. 0
P. calcarat us T 0 0 0 0 10. 6 11. 2 33. 6 63. 6 76. 2 77. 6
S 0 0 0 0 10. 0 28. 0 32. 6 62. 6 82. 6 82. 6
绿豆 C 0 56. 0 76. 0 77. 6 90. 0 90. 0 90. 0
P. radiat us T 0 55. 6 76. 0 79. 6 79. 6 79. 6 80. 0
S 0 0 76. 0 80. 0 80. 6 88. 6 88. 6
山绿豆 C 0 0 58. 0 76. 6 76. 6 88. 6 89. 2 100 100
P. mininus T 0 0 57. 6 73. 2 73. 2 76. 0 78. 6 86. 0 90 . 6
S 0 0 56. 0 68. 6 78. 0 88. 6 89. 2 100 100
C :对照组 Control ; T :正常尾矿浸提液 Normal tailings extracted solution ;S :酸化尾矿浸提液 Acidified tailings extracted solution ;表中的数据均为 3
个重复的算术平均值 Average of 3 replicate samples.
7955 期 　　　　　　　　　　刘登义等 :铜尾矿对 5 种豆科植物种子萌发和幼苗生长影响的初步研究 　　　　　　　　
外 ,其它供试种子对照组 (C 组) 的萌发率比其它 2
种浸提液组高 ,总体表现为 C 组 > S 组 > T 组. 酸化
尾矿浸提液高于正常尾矿浸提液 ,可能与酸化尾矿
浸提液的 p H 值较低 ,可溶性的盐的含量高 (表 1) ,
增加了细胞膜的透性有关. 酸化尾矿因发生酸化 ,有
一定量的单质 S 析出 ,其浸提液中 S 的含量较高 ,种
子吸收酸化尾矿浸提液后 ,激活了体内一些酶的活
性 ,致使其种子的萌发率高于正常尾矿浸提液[2 ] .
从整个萌发实验结果来看 ,5 种豆科植物种子在尾
矿浸提液中是可以萌发的 ,但受到一定的阻滞作用.
312 　5 种豆科植物种子萌发过程中吸水量的变化
图 1 分别表示大豆、赤豆、赤小豆、绿豆和山绿
豆在蒸馏水、正常尾矿浸提液和酸化尾矿浸提液中
的吸水变化. 吸水是种子萌发的第一步 ,种子吸收水
分后 ,其生理活动开始 ,酶的活性加强 ,子叶吸水后
贮藏物质逐渐转化为可溶态 ,供种子萌发的需要.
从图 1 可以看出 :1)在种子萌发期内 ,5 种豆科
植物种子吸水曲线都表现上升趋势 ; 2) 在 0～12h
内 ,除山绿豆外 ,其它 4 种种子吸水曲线急剧上升 ,
而在此之后 ,曲线上升较为平缓 ,这说明种子萌发在
前 12h 为种子萌发的急剧吸胀吸水的物理阶段 ,此
时细胞内的原生质胶体由凝胶变成溶胶状态[2 ,12 ] ;
3)在前 12h 内 ,5 种种子在酸化尾矿浸提液中吸水
曲线的斜率比在另 2 种培养液中大 ,吸水相对明显
剧烈 ,这可能是酸化尾矿浸提液 p H 值低 ,酸性强 ,
增加了细胞膜透性的缘故.
种子在尾矿上自然定居的前提在于是否能够萌
发. 通过从种子在正常尾矿浸提液、酸化尾矿浸提液
中萌发和吸水变化趋势来看 ,种子在此 2 种浸提液
中是可以萌发的. 但当种子在野外尾矿土上自然萌
发时 ,由于环境条件改变 ,结果会有所不同. 我们在
野外调查中发现 ,酸化处自然入侵的种子在水分、温
度适宜的条件下萌发生长一段时期后 ,又枯萎死亡
了. 实践中 ,如何解决好种子萌发后幼苗生长发育必
需的生态环境条件问题至关重要.
313 　不同基质改良方式对种子萌发的影响
表 3 为 5 种豆科植物种子播种于 5 种不同方式
改良基质中不同时期的萌发情况 ,从表 3 可以看出 ,
7d 时除了赤豆 TA100 和 TA75 外都开始种子萌发.
5 种植物出苗率表现出相似规律 ,即随基质中尾矿
所占比例的下降出苗率逐渐升高 ,其原因可能是尾
矿对豆科植物的萌发在初期存在着抑制作用 ,这种
抑制作用主要是由尾矿粒径小、透气性较差等物理
因素所致[3 ,5 ] .
　　从表 3 还可以看出 ,从 7～13d 这一时期为种子
萌发出土的高峰期. 如大豆种子 TA100 的出苗率由
图 1 　5 种豆科植物的吸水量变化
Fig. 1 Changes of the amount of water absorption by five legumes
species.
Ⅰ1 对照组 CK , Ⅱ1 正常尾矿浸提液 Normal tailings extracted solu2
tion , Ⅲ1 酸化尾矿浸提液 Acidified tailings extracted solution ,a1 大豆
G. max ,b1 赤豆 P. angularis ,c1 赤小豆 P. Calcarat us , d1 绿豆 P.
radiat us ,e1 山绿豆 P. mininus .
895 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 3 　播种后不同时期 5 种豆科植物种子的萌发数
Table 3 Number of seedlings of the f ive legumes species at the different
stages after being sown
时间
Time
组别
Group
大豆
G. max
赤豆
P.
angularis
赤小豆
P.
calcarat us
绿豆
P.
radiat us
山绿豆
P.
mininus
7d TA100 6. 3b 0b 4. 3b 6. 3b 4. 7d
TA75 7. 0b 0b 4. 7b 6. 7b 6. 3c
TA50 8. 0b 1. 0ab 6. 0ab 6. 3b 6. 7c
TA25 11. 0a 1. 7a 6. 3a 7. 6a 7. 7b
TA00 11. 7a 2. 0a 7. 3a 8. 3a 9. 3a
10d TA100 9. 7b 3. 7d 6. 3c 9. 3a 7. 7b
TA75 8. 3c 6. 3c 8. 7a 10. 3a 8. 3b
TA50 10. 3b 8. 0b 7. 7b 9. 3a 11. 0a
TA25 11. 3a 9. 7b 9. 3a 9. 0b 10. 0a
TA00 11. 7a 12. 0a 7. 7b 8. 5b 9. 7a
13d TA100 12. 3a 10. 7c 9. 3b 11. 3a 8. 3c
TA75 11. 7a 12. 0bc 10. 3a 10. 3a 10. 0b
TA50 12. 0a 13. 0b 10. 7a 9. 3b 11. 0ab
TA25 12. 0a 12. 7b 10. 7a 9. 3b 12. 0a
TA00 12. 3a 14. 7a 11. 3a 9. 3b 12. 3a
20d TA100 12. 3a 13. 0b 10. 3a 12. 3a 10. 0c
TA75 11. 7a 13. 0b 11. 0a 10. 7b 10. 0c
TA50 12. 0a 14. 0a 10. 7a 9. 3b 11. 7b
TA25 12. 0a 12. 7b 11. 7a 9. 7b 13. 3a
TA00 12. 3a 14. 7a 12. 0a 9. 3b 13. 3a
TA100 :尾矿所占比例为 100 % ; TA75 :尾矿所占比例为 75 % ; TA50 :
尾矿所占比例为 50 % ; TA25 :尾矿所占比例为 25 % ; TA00 :尾矿所
占比例为 0 % ;表中不同字母表示在 5 % 水平上有显著差异 (新复极
差法) The differente letters indicate significant difference at 5 % level ac2
cording SSR test . 下同 The same bleow.
42. 0 %升高到 84. 7 % ;赤豆 TA00 由 13. 3 %上升到
98. 0 %. 从 TA100 到 TA00 ,每个供试种各改良组的
平均出苗率都在增加 ,尾矿所占的比例越高 ,增加的
趋势越明显. 到 20d 时 ,种子的出苗率接近稳定值.
其中大豆、赤小豆差异并不显著 ,这与铅锌尾矿对种
子萌发的结果相一致[14 ] ,而赤豆、绿豆、山绿豆有显
著性差异 ,这与铜尾矿对小麦的种子萌发的结果相
一致[8 ] . 这说明对于不同植物 ,尾矿对种子萌发的
影响程度不同 ,即存在着种间差异 ,因此筛选出一些
对铜尾矿有耐性或抗性的植物是有可能的[1 ,14 ] . 但
从萌发速率来看 ,尾矿对 5 种豆科植物种子萌发都
有明显的延迟和阻滞作用.
314 　5 种豆科植物种子在铜尾矿上的生长
种子在基质中萌发形成幼苗后 ,开始正常生长 ,
吸收基质中的水份和养料 ,进行光合作用和呼吸作
用 ,维持正常的新陈代谢. 若生长在不利的环境中 ,
新陈代谢受到影响 ,植物体生理生化活动出现紊乱 ,
最严重的结果就是枯萎死亡[12 ] . 植物生长在某种基
质上 ,在一定的时期内是否死亡能直接反映植物体
同生长基质的适应关系[3 ,4 ] .
　　表 4 为间苗后 5 种不同豆科植物成活植株数的
变化情况. 从表 4 中可以看出 ,大豆、赤豆、赤小豆在
间苗前后 ,植株成活数保持不变 ,未出现死亡现象 ,
这表明它们对尾矿的基质产生一定的适应性.
表 4 　5 种豆科植物的成活植株数( 70d)
Table 4 Survival number of f ive legumes species
组别
Group
大豆
G. max
赤豆
P.
angularis
赤小豆
P.
calcarat us
绿豆
P.
radiat us
山绿豆
P.
mininus
TA100 10. 0a 10. 0a 10. 0a 5. 7b 10. 0a
TA75 10. 0a 10. 0a 10. 0a 8. 0a 4. 0c 3
TA50 10. 0a 10. 0a 10. 0a 9. 0a 9. 7a
TA25 10. 0a 10. 0a 10. 0a 7. 0b 9. 0a
TA00 10. 0a 10. 0a 10. 0a 8. 0a 8. 7b3 仅为 3 号盆的成活数 Only survival number in 3 rd pot .
　　根据实验观察 ,在大豆生长到 70d 时 ,5 种改良
组中大豆均开始开花. 因此 ,若将大豆直接种植在尾
矿上 ,或加以一定比例的土壤混合改良 ,同时加强人
工管理 ,大豆完成生活史是可能的.
从表 4 可以看出 ,绿豆在 5 种不同的基质上植
株成活数都有所下降. 如 TA100 70d 时的成活率变
仅为 57. 0 % ,死亡率高达 43. 0 % ,接近最初成活率
的一半. TA75 的成活率为 80. 0 % , TA50 的成活率
为 96. 8 % , TA25 的成活率为 72. 2 % , TA00 的成活
率为 86. 0 %. 成活率的变化大小关系为 TA50 >
TA00 > TA75 > TA25 > TA100. 尾矿对 TA100 绿豆
植物体成活明显产生毒害作用. 对照土 ,属于黄棕
壤 ,营养成份较差 ,绿豆也不适应在其上生长. 在尾
矿和对照土混合进行 1∶1 ( TA50) 改良 ,对绿豆的成
活率相对较高些. 就绿豆而言 ,若要使绿豆在尾矿成
活 ,采用合适的改良方式是必要的.
从表 4 还可以看出山绿豆的成活植株的变化情
况. 山绿豆为一野生植物种 ,采集于铁矿废弃地 ,
TA100 植株生长到 70d 时未发现死亡现象 ,但在
TA75 上 ,各盆的植株数变化明显. 到 6 月 13 日时 ,
1 和 2 号盆植株全部死亡 ,仅有 3 号盆有植株成活 ,
说明尽管尾矿与土壤按照 3∶1 的方式进行改良 ,植
物体受到严重毒害作用 ,出现大幅度的死亡现象.
TA50、TA25 植株成活率仅有少量的减少. TA00 山
绿豆成活植株数下降 ,可能是山绿豆对黄棕壤不适
应的缘故.
4 　结 　　论
411 　豆科植物种子在正常尾矿浸提液和酸化尾矿
浸提液中都可萌发 ,但比对照组要晚 ,浸提液中各种
金属元素特别是 Cu 离子对萌发有阻滞作用.
412 　5 种豆科植物种子在酸化尾矿浸提液中比正
常尾矿浸提液和蒸馏水中吸胀显著 ,这可能是在酸
化条件会提高膜的透性有关.
413 　以尾矿与土壤混合改良 ,种子萌发初期 ,尾矿
所占的比例越高 ,萌发时间越延迟 ,但到一定时期
9955 期 　　　　　　　　　　刘登义等 :铜尾矿对 5 种豆科植物种子萌发和幼苗生长影响的初步研究 　　　　　　　　
后 ,达到相近的萌发率 ,说明尾矿对种子萌发存在着
阻滞作用.
414 　从 5 种豆科植物植株成活情况来看 ,大豆、赤
豆、赤小豆的植株成活状况较好 ,而绿豆和山绿豆的
成活状况较差. 因此在尾矿实践中 ,辅以一定的改良
措施 ,可选用大豆、赤豆、赤小豆作为尾矿改良的先
锋植物.
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作者简介 　刘登义 ,男 ,1958 年生 ,博士 ,教授 ,博导 ,主要从
事植物种群生态学、生物多样性及其保护和污染生态学研
究 ,已发表学术论文 40 余篇 ,出版专著两部. E2mail : ldy @
mail. ahnu. edu. cn
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