污水含盐率对3种湿地植物生长及光合特性的影响

污水含盐率对3种湿地植物生长及光合特性的影响

王巧芳;陈年来;褚润

【摘要】[目的]研究污水含盐率对3种湿地植物生长及光合特性的影响,评价3种

湿地植物耐盐性及其对含盐污水的净化潜力.[方法]以芦苇(Phragmites communis Trin)、香蒲(Typha orientalis Presl)和鸢尾(Iris tectorum Maxim)为材料,设置污水含盐率为0％(CK)、0.5％、1％,研究湿地植物生长和气体交换特性的响应.[结果]含盐污水处理下,3种植物生物量显著低于CK下同类植物的生物量,根冠比高于CK 下同类植物的;随污水含盐率增加,含盐污水处理下3种植物生物量相比CK下同类

植物的降幅显著增加,鸢尾和芦苇根冠比相比CK下的增幅显著增加.含盐污水处理下,3种植物叶长、叶宽、叶面积均显著低于CK下同类植物的,比叶重则高于CK下同类植物的.随污水含盐率增加,除气孔限制百分率上升之外,净光合速率、气孔导度、表观叶肉导度和胞间二氧化碳浓度均显著下降,胞间二氧化碳浓度则不显著.[结论]3种植物在含盐污水胁迫下植株生长受到抑制,地上部受抑制程度大于根系,导致根冠

比显著提高.随污水含盐率增加,湿地植物光合能力下降的原因并不完全是气孔限制

因素,可能与RuBPCase活性等非气孔限制因素有关.综合含盐污水处理下3种湿地植物生长和叶片光合特性得出,3种湿地植物的耐盐性及其对含盐污水的净化潜力

表现为:芦苇＞香蒲＞鸢尾.

【期刊名称】《甘肃农业大学学报》

【年(卷),期】2018(053)002

【总页数】8页(P120-126,134)

【关键词】污水含盐率;湿地植物;光合特性;生长

【作者】王巧芳;陈年来;褚润

【作者单位】甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学资源

与环境学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文

【中图分类】Q945.79

人工湿地处理生活污水具有建设和运行费用低、效率高、处理效果稳定、方便维护的特点，同时兼具一定的环境效益和生态效益[1-2] .但其在运行时不可避免受到各种因素的影响，如湿地结构类型、水力负荷和污染负荷、植物的生长状况、湿地的地理位置和气温变化、运行方式等，其中植物是一个相当重要的因素[3].湿地植物

与湿地其它组成部分形成小环境，改善根区环境、使得整个生态系统平衡运转，发挥良好的净化功能[4].植物在人工湿地污水净化过程中的作用与其生长状况密切相

关[5],而植物光合作用是植物生长繁殖和净化污水的能量来源[6].利用盐沼湿地或盐碱地构建人工湿地处理生活污水时，土壤和水中盐分会影响植物正常生长及湿地污水净化效率[7].我国地域辽阔，不同地区土壤和气候差异较大，植物生长及湿地污

水净化效果均受到一定程度地影响[8-9].目前利用人工湿地技术处理含盐污水的应用或耐盐湿地植物筛选的研究主要集中在沿海城市和滨海地区，且研究表明湿地植物对含盐污水具有较高的去除能力[10-12].在盐渍化土地面积较大的甘肃中西部地区[13]，关于该方面的研究鲜见报道.

本研究以芦苇(Phragmites communis Trin)、香蒲(Typha orientalis Presl)和鸢

尾(Iris tectorum Maxim)3种对环境适应能力较强、生态修复中主要应用的湿地

植物[14]为研究对象，通过分析植株生长和叶片气体交换特性对污水含盐率的响应，

评价3种湿地植物耐盐性及其对含盐污水的净化潜力，以期为内陆盐渍化地区人工湿地建设中适宜植物的筛选提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

采用桶栽试验方法(桶体高90 cm、直径50 cm)，桶体下层铺设大石粒(直径3～5 cm)20 cm、中间小石粒(直径1～2 cm)20 cm、上层土壤30 cm.为确保除盐分以外植物生长环境的一致性和试验的精确性，以当地(甘肃农业大学)土壤为基质，供试植物为芦苇、香蒲和鸢尾.为避免实际生活污水水质波动对实验结果的影响，本实验采用人工配制污水[15]，即在每1L自来水中添加葡萄糖16.0 g、硫酸铵14.0 g、磷酸二氢钾1.8 g、蛋白胨3.2 g.实测配制污水的CODcr为(191.8～

249.9)mg/L，TN为(27.5～33.5)mg/L，TP为(4.5～5.9)mg/L，pH为(7.72～7.67).参照甘肃中西部盐沼湿地含盐量(土壤含盐量以百分数表示，多含氯化

物)[16]，将分析纯NaCl用试验污水溶解，设置污水含盐率0.5%、1% 2个盐分梯度，并以同浓度污水处理(含盐量0%)为对照(CK)，设3次重复，共27桶.

模拟潜流污水处理湿地系统，采用间歇进水方式向湿地系统均匀布水，每桶每次20 L，水力停留时间(HRT)7 d.分别距土壤表层 5 cm和桶底2 cm处设置进、出水口，进水流量由水表计量及阀门控制.植物由河北省廊坊市水生花卉养殖基地提供，分别选取长势大小相近的植株于4月17日栽植，每桶9株，株行距为15 cm×15 cm.缓苗期2～3 d浇灌适量清水，采用常规管理方法至5月下旬植物进入正常生长状态.于2016年6月4日开始进行试验，为期42 d.试验过程中及时清除杂草，雨天搭设雨棚.

1.2 测定指标及方法

株高、叶长采用卷尺测量，叶宽采用游标卡尺测量，比叶重采用打孔法.将收获的植物按地上部和地下部分样，地下部用自来水冲洗后，用吸水纸吸干表面水分.再

将鲜样品置105 ℃烘箱中杀青15 min，转至80 ℃烘至恒质量，测定生物量.于天气晴朗的上午8∶30至11∶30，采用CIRAS-2型便携式光合测定系统测定叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、光合瞬时水分利用效率(WUE)、表观叶肉导度(AMC)、气孔限制百分率(Ls)、环境二氧化碳浓度(Ca).为研究试验周期内湿地植物生长及光合特性随污水含盐率的变化，上述指

标在试验前、试验期末各测定1次.每个处理随机选取3株植物，每株测1个叶片，每个叶片重复记录3次.其中，叶片形态和叶片光合作用测定选取植株顶部功能叶

片(植株上部第3-4片叶)，且叶片的空间取向和角度尽量一致[17].利用公式计算叶面积[18]、根冠比[19]、光合瞬时水分利用效率(WUE)、表观叶肉导度(AMC)和气孔限制百分率(Ls)[20].

叶面积=叶长×叶宽×0.73；

根冠比=地下部干质量/地上部干质量；

光合瞬时水分利用效率(WUE)=Pn/Tr；

表观叶肉导度(AMC)=Pn/Ci；

气孔限制百分率(Ls)=(1-Ci/Ca)×100%.

1.3 数据处理与分析

采用SPSS 21.0软件对所有数据进行统计分析，Excel 2010制图.

2 结果与分析

2.1 污水含盐率对湿地植物生长的影响

2.1.1 植株生长与生物量含盐污水处理下，3种湿地植物的株高、地上部干质量、根干质量和总生物量均显著低于CK(P<0.05)，根冠比显著高于CK(P<0.05)(表1).试验期末，0.5%、1%含盐污水处理下，香蒲、鸢尾和芦苇株高相比对照(CK)的最大降幅分别为21.2%、22.0%、30.8%，随污水含盐率增加鸢尾和芦苇株高相比对照(CK)的降幅显著增加(P<0.05)；香蒲、鸢尾、芦苇的地上部干重相比对照(CK)的