不同富營養(yǎng)化程度水體對水芹生長發(fā)育影響的研究

摘 要：利用富營養(yǎng)化水體中氮磷進行植物生產(chǎn)是創(chuàng)新資源化利用污染物的途徑之一。采用室內(nèi)栽培的方式，探索不同富營養(yǎng)化程度水體對水芹生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明：隨培養(yǎng)液中氮磷濃度升高，水芹生物量開始升高，生物量的增加值也隨著增加，但在生物量增加值達到最大值后，再繼續(xù)提高培養(yǎng)液氮磷濃度，生物量增加值反而減少；葉片的SPAD值和硝酸還原酶活性隨培養(yǎng)液氮磷濃度的升高而升高；根系活力隨培養(yǎng)液氮磷濃度增加而減少，且不同處理間根系活力變化具有極顯著差異。

關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化；水芹；生長發(fā)育

中圖分類號：S636.3 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.12.019

中國是世界上水資源總量最短缺的13個國家之一，目前全國600多個城市有一半以上的城市面臨著水資源短缺的威脅。同時我們有限水資源的污染日趨嚴重，這使得水環(huán)境形勢顯得更為嚴峻。《2010年中國環(huán)境狀況公報》顯示，全國地表水總體處于中度污染狀態(tài)。松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染，主要淡水湖泊富營養(yǎng)化嚴重，在監(jiān)測營養(yǎng)狀態(tài)的26個湖泊（水庫）中，富營養(yǎng)化狀態(tài)的占42.3%，2011年11月環(huán)保部總工程師稱我國地表水20%為劣Ⅴ類水，在富營養(yǎng)化水體中含有大量的氮磷。

針對湖泊水體富營養(yǎng)化問題，各國學(xué)者已就富營養(yǎng)化驅(qū)動機制、關(guān)鍵控制因子以及治理等內(nèi)容進行了深入而廣泛的研究，并初步形成了防治水域富營養(yǎng)化的技術(shù)方法體系，該方法體系主要包括營養(yǎng)鹽控制、直接除藻、生態(tài)工程和生物修復(fù)[1]。然而，一些不適當(dāng)?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)方法卻加劇了對原本已經(jīng)很脆弱的水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞。生態(tài)工程方法修復(fù)富營養(yǎng)化的水環(huán)境，一方面投資巨大，另一方面見效慢。生物修復(fù)方法主要是利用生物的生理生化作用及食物鏈的傳遞過程，使湖泊中污染物與過量營養(yǎng)鹽發(fā)生降解和轉(zhuǎn)化，從而達到長期水體凈化的目的。其主要技術(shù)包括種植水生維管束植物、微生物凈化技術(shù)、生物浮床技術(shù)、生物鏈調(diào)控技術(shù)等，該方法因其經(jīng)濟方便、能耗低且收效顯著、環(huán)保效益好而具有廣泛的應(yīng)用前景，日益受到人們的重視。

近年來，利用水生植物進行生物修復(fù)的試驗研究已經(jīng)獲得很大進展。研究發(fā)現(xiàn)，水葫蘆和金魚藻對水體有很強的凈化效果[2]。劉旭富等[3]的研究表明，荷花、睡蓮、水蔥、千屈菜、鳳眼蓮等觀賞植物能夠通過吸附水體中的氮磷元素而達到凈化水體的目的。但種植的植物存在去向問題，大面積種植后，水生植物的清理工作十分復(fù)雜。同時，這種方法為凈化而凈化，沒有與生產(chǎn)結(jié)合起來。因此，本研究將生態(tài)修復(fù)和生產(chǎn)有機結(jié)合起來，采用室內(nèi)栽培方式，研究不同富營養(yǎng)化程度水體對水芹生長發(fā)育的影響，在利用水芹進行水生態(tài)修復(fù)，獲得巨大生態(tài)效益的同時，希望能通過水芹生產(chǎn)獲得一定的經(jīng)濟效益。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與營養(yǎng)液配置

培養(yǎng)液根據(jù)氮磷含量的不同劃分為5個濃度梯度，具體濃度參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002》，處理1 為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，處理2 為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，處理3 為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍，處理4為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的5倍，處理5為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的10倍，除N、P 元素外，其他營養(yǎng)元素的含量按照霍格蘭培養(yǎng)液要求配置。每個處理設(shè)3次重復(fù)。在培養(yǎng)液中滴加雙氧水以代替通氣，每天測量培養(yǎng)液的pH值，維持pH值在6.5～7之間。每隔7 d更換一次培養(yǎng)液。

1.2 樣品采集與分析

更換培養(yǎng)液的同時，用吸水紙吸干表面水分后，采用電子天平對水芹進行稱質(zhì)量。每處理選取具有代表性的植株，在完全展開葉的中部， 于上午10∶00左右，用日本產(chǎn)SPAD-502型葉綠素計（Model SPAD 502，Minolta Camera Co.，Ltd.，Japan）檢測葉色值，依據(jù)葉綠素定量測定法換算成葉綠素含量（SPAD，Specialty products agricultural division），每葉片測定10次，取平均值。采用TTC（氯化三苯基四氮哇）法測定根系活力[4]；采用離體法測定硝酸還原酶活性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 對生物量的影響

從圖1、2可以看出，同一處理中，植株的生物量隨著時間的延長而逐漸增加；且在整個培養(yǎng)期內(nèi)，處理1、2、3、4、5的生物量分別增加了135.5，136.5，158.5，197.0，148.5 g，說明隨著培養(yǎng)液中氮、磷濃度的增加，生物量逐漸增加，在處理4時達到最大，然后隨著培養(yǎng)液中氮、磷濃度的進一步增加，生物量反而有所降低。從培養(yǎng)液中氮、磷濃度對生物量的影響角度來看，水芹在處理4這個水平上可以得到充分的發(fā)揮。

2.2 對葉片葉綠素含量的影響

2.3 對根系活力的影響

根系活力是植株生長健康與否的重要指標(biāo)，根系是作物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官，其數(shù)量的多少和活性的高低直接影響著地上部的生長發(fā)育及形態(tài)建成[5-8]。

植株根系活力受到培養(yǎng)液中氮磷影響較大（表2），在氮磷濃度低的時候，根系活力比對照增加較多，隨著培養(yǎng)液中氮磷濃度增加，根系活力增加的幅度逐步降低，在處理5水平濃度下，根系活力不僅沒有對照高，反而比對照低。說明當(dāng)?shù)诐舛鹊扔诨蚋哂谔幚?水平濃度時，水芹已經(jīng)表現(xiàn)出生長受抑狀況。

2.4 對葉片硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶活性高低可反映植株營養(yǎng)狀況和氮素代謝水平[9]。NR 是植物體內(nèi)硝酸鹽還原為NH3 過程中的限速酶， 在植物氮代謝中起關(guān)鍵作用， NR 可代表氮素同化水平， 因此NR 直接與N 轉(zhuǎn)化有關(guān)[10]。圖3所示數(shù)據(jù)表明，隨著5個處理營養(yǎng)液中氮磷含量的增加，葉片硝酸還原酶的活性也逐漸提高，說明高氮磷含量提高了植株的氮素代謝水平，但各處理間的差異不顯著。

3 結(jié) 論

從試驗結(jié)果得出，水芹應(yīng)在適度的氮磷濃度下生長，極高的氮磷含量會對水芹的生長產(chǎn)生明顯的抑制作用，尤其對根系活力的影響明顯。

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