堿蓬對不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水的凈化效應(yīng)及其生長特性

張 亞, 常雅軍, 劉曉靜, 李乃偉, 姚東瑞,①, 吉紅九

(1. 江蘇省中國科學院植物研究所 江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室, 江蘇 南京 210014; 2. 江蘇省海洋水產(chǎn)研究所, 江蘇 南通 226007)

堿蓬對不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水的凈化效應(yīng)及其生長特性

張 亞1, 常雅軍1, 劉曉靜1, 李乃偉1, 姚東瑞1,①, 吉紅九2

(1. 江蘇省中國科學院植物研究所 江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室, 江蘇 南京 210014; 2. 江蘇省海洋水產(chǎn)研究所, 江蘇 南通 226007)

研究了堿蓬〔Suaedaglauca(Bunge) Bunge〕對不同鹽度(質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl)富營養(yǎng)化模擬海水中總氮(TN)和總磷(TP)的凈化效果，并對堿蓬生長及其不同部位TN和TP的含量和積累量進行了研究。結(jié)果表明：堿蓬在質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中均生長良好。隨處理時間的延長，種植堿蓬后不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中TN和TP濃度均逐漸降低，TN和TP去除率均逐漸升高，其中在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中TN和TP去除率最高。處理25 d，在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量和株高的增量以及平均須根長均最大，單株總干質(zhì)量最高，均顯著高于其他2個處理組；質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株葉、莖和根中的TN和TP積累量明顯高于其他2個處理組，而單株種子中的TN和TP積累量則隨著NaCl質(zhì)量濃度提高而降低。研究結(jié)果顯示：作為在濱海鹽漬化土壤中生長的一年生優(yōu)勢物種，堿蓬可以有效地對有一定鹽度的富營養(yǎng)化水體進行生物修復，具有對灘涂養(yǎng)殖廢水進行生物改良和修復的潛力。

堿蓬; NaCl處理; 富營養(yǎng)化模擬海水; 凈化效果; 總氮和總磷積累量

近年來，隨著人們對海產(chǎn)品需求量的不斷增加，灘涂海水養(yǎng)殖成為提高全球水產(chǎn)品供給量的主要水產(chǎn)養(yǎng)殖方式之一[1]。灘涂海水養(yǎng)殖緩解了海水捕撈給海洋生物可持續(xù)發(fā)展帶來的巨大壓力，在海洋漁業(yè)生產(chǎn)中的比重持續(xù)增加，其地位和重要性也越來越顯著[2]。但由于灘涂養(yǎng)殖的生態(tài)結(jié)構(gòu)單一、養(yǎng)殖方式粗放[3]，加之養(yǎng)殖尾水和廢水未經(jīng)處理任意排放，造成灘涂水體和近海域水體中氮和磷濃度持續(xù)增高，引起灘涂水環(huán)境惡化、富營養(yǎng)化程度加劇[4-6]。

灘涂養(yǎng)殖尾水富營養(yǎng)化的治理和修復一般包括物理、化學和生物等處理方法[7-8]，物理和化學處理方法具有費用高和可能帶來二次污染[9-10]等問題，而生物處理方法具有良好的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，已逐漸成為最有應(yīng)用潛力的水體修復技術(shù)[11-12]。植物修復是一種以植物為主體的生物治理法，通過利用植物的同化、降解和代謝等過程來減少環(huán)境中的污染物[13-14]。一般認為植物通過根系的吸收、吸附、截留和富集等作用將氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)帶離水體，從而改善水質(zhì)、美化環(huán)境、恢復原有生態(tài)系統(tǒng)[15-17]。根據(jù)生態(tài)學原理，在建立植物修復系統(tǒng)的過程中，應(yīng)盡量選擇當?shù)氐闹参锓N類，可保持修復系統(tǒng)的生態(tài)穩(wěn)定性[18]。堿蓬〔Suaedaglauca(Bunge) Bunge〕為藜科(Chenopodiaceae)堿蓬屬(SuaedaForsk. ex Scop.)一年生草本植物，其株高可達1 m、葉片肉質(zhì)化，主要生長于湖邊、荒漠和濱海等處的鹽堿荒地，是典型的鹽堿地指示植物[19]；此外，堿蓬還可在海水中生長，并含有普通蔬菜所具有的各類營養(yǎng)成分，因而，該種具有重要的生態(tài)價值和潛在的經(jīng)濟價值，已成為國內(nèi)外耐鹽植物的育種材料和馴化對象[20]。

作者所在課題組前期已對江蘇南通地區(qū)沿海灘涂養(yǎng)殖水體的鹽度及總氮(TN)和總磷(TP)濃度進行了實地檢測，在此基礎(chǔ)上，以南通當?shù)爻Ｒ姷哪望}植物堿蓬為研究對象，通過人工配制海水模擬灘涂水體鹽度和富營養(yǎng)化程度，分析了堿蓬對不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中氮﹑磷的吸收和凈化效果；結(jié)合堿蓬各器官干質(zhì)量的分配特征和植株的生長量以及植株不同部位的TN和TP含量和積累量，探究堿蓬對灘涂富營養(yǎng)化水體的修復效應(yīng)，以期為堿蓬屬植物資源的開發(fā)和利用以及沿海灘涂水體生態(tài)環(huán)境的植物修復提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試堿蓬取自南通市郊區(qū)沿海灘涂，地理坐標為北緯32°20′、東經(jīng)120°57′。選取株高基本一致且根、莖和葉完整的植株，用去離子水沖洗干凈，去除雜質(zhì)和附著生物等，用海綿固定于有孔的2 cm厚泡沫板載體上，每塊泡沫板定植9株堿蓬，將泡沫板置于長536 mm、寬390 mm、高148 mm的塑料水培箱中。實驗用模擬海水的理化指標按照南通沿海養(yǎng)殖基地水樣的數(shù)值配置，總氮(TN)濃度為2.44 mmol·L-1，其中NH4+-N和NO3--N濃度分別為0.04和2.40 mmol·L-1； 總磷(TP)、 K+、 Ca2+和Mg2+濃度分別為0.05、1.91、0.25和0.21 mmol·L-1；Zn2+、Cu2+、Mn2+、BO33-、 MoO42-和Fe2+濃度分別為0.6、 0.787、 0.9、 23.8、4.4和5.89 μmol·L-1。

1.2 方法

1.2.1 實驗設(shè)置和處理方法 模擬海水的鹽度分別設(shè)置低濃度(質(zhì)量濃度8 g·L-1NaCl)、中濃度(模擬當?shù)貫┩筐B(yǎng)殖水體鹽度，質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl)和高濃度(質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl)3級；對照(CK)為未添加NaCl的模擬海水，且未種植堿蓬。共4組處理，每處理組設(shè)4次重復。

實驗于2015年9月上旬在南京中山植物園的通風玻璃房(北緯32°07′、東經(jīng)118°48′)內(nèi)進行。將模擬海水分別加入水培箱中，根據(jù)上述實驗設(shè)置，每天添加一定量NaCl至模擬海水中使NaCl質(zhì)量濃度每天增加4 g·L-1，直至所有處理組的模擬海水中NaCl質(zhì)量濃度達到實驗設(shè)置的要求；以此為處理起始點，于處理的0、5、10、15、20和25 d分別采集各處理組的水樣20 mL(取水樣之前將水體混合均勻)，用于水體TN和TP濃度測定；分別于處理開始時(處理0 d)和處理結(jié)束時(處理25 d)采集各處理組的堿蓬植株，用于植株生長量及TN和TP含量的測定。

1.2.2 水體中TN和TP濃度的測定方法 參照GB 11894—1989中的堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水體中TN濃度，參照GB 11893—1989中的鉬酸銨分光光度法測定水體中TP濃度。根據(jù)公式“Wi=〔(C0-Ci)/C0〕×100%[21]”計算水體中TN(或TP)去除率。式中，C0為水體中初始TN(或TP)濃度；Ci為第i天時水體中TN(或TP)濃度。

1.2.3 植株生長量的測定方法 在各處理組中分別取6株單株，依次用自來水和去離子水沖洗干凈，吸干表面水分，用AR1140型電子天平(上海臺衡儀器儀表有限公司，精度0.000 1g)稱取單株鮮質(zhì)量；將各堿蓬單株分為根、莖、葉和種子4部分，于105 ℃殺青2 h，然后于70 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱取各部分干質(zhì)量。隨后，將各部位干樣研磨并過60目篩，備用。每個處理組隨機收集6株單株，分別用刻度尺(精度1 mm)測量各單株莖下端至最高枝葉處的長度，即為株高；將根系放平后用刻度尺(精度為1 mm)測量根系中所有須根的長度，并統(tǒng)計單株的須根數(shù)量。

按照公式“單株鮮(干)質(zhì)量增量=處理結(jié)束時單株鮮(干)質(zhì)量-處理開始時單株鮮(干)質(zhì)量”計算處理結(jié)束時(處理25 d)堿蓬的單株鮮質(zhì)量(或干質(zhì)量)的增量；按照公式“株高增量=處理結(jié)束時株高-處理開始時株高”計算處理結(jié)束時植株的株高增量；按照公式“平均須根長=須根總長/須根總數(shù)[22]”計算平均須根長。

1.2.4 植株中TN和TP含量和積累量的測定方法參照文獻[23]測定植株不同部位TN含量。分別稱取上述根、 莖、 葉和種子粉末樣品0.4 g， 用H2SO4-H2O2法進行消解并定容至100 mL，采用凱氏定氮法并用SKD-800凱氏定氮儀(上海沛歐分析儀器有限公司)測定TN含量。取上述消解液10 mL，采用Optima 4300DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)(美國PerkinElmer公司)測定TP含量。按照“單株TN積累量=TN含量×單株根(或莖、葉、種子)的干質(zhì)量”計算單株不同部位的TN積累量；按照“單株TP積累量=TP含量×單株根(或莖、葉、種子)的干質(zhì)量”計算單株不同部位的TP積累量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2016和SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和差異顯著性分析(Duncan’s新復極差法)，置信區(qū)間為5%。

2 結(jié)果和分析

2.1 堿蓬對不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水的凈化效應(yīng)分析

2.1.1 對總氮(TN)濃度和TN去除率的影響 種植堿蓬后不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中TN濃度及TN去除率的變化見圖1。由圖1可見：在不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，隨處理時間延長，TN濃度均逐漸降低，而TN去除率則逐漸升高，且均與對照(無NaCl的模擬海水且未種植堿蓬)有顯著差異(P<0.05)。處理25 d，在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TN濃度降幅最大， 由初始的 2.440 mmol·L-1下降至0.653 mmol·L-1，TN去除率達73.24%；在質(zhì)量濃度8 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TN濃度下降至1.000 mmol·L-1，TN去除率為59.02%；在質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TN濃度下降至1.401 mmol·L-1，TN去除率為42.58%。此外，處理5 d后，各處理組的TN濃度和去除率均有顯著差異。說明堿蓬對不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中的TN具有良好的吸收和凈化效果，其中對質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl(模擬當?shù)貫┩筐B(yǎng)殖水體鹽度)的富營養(yǎng)化模擬海水中TN的凈化效果最好。

2.1.2 對總磷(TP)濃度和TP去除率的影響 種植堿蓬后不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中TP濃度及TP去除率的變化見圖2。由圖2可見：在不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，隨處理時間延長，TP濃度逐漸降低，而TP去除率則逐漸升高，且均與對照有差異顯著(P<0.05)。處理25 d，在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TP濃度由初始的0.050 mmol·L-1降至0.017 mmol·L-1， TP去除率為66.00%；在質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TP濃度降至0.025 mmol·L-1，TP去除率為50.00%；在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，TP濃度降至0.013 mmol·L-1，降幅最大，且TP去除率達到74.00%。此外， 處理5 d后，各處理組的TP濃度和TP去除率均有顯著差異。說明堿蓬對不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中的TP有較強的吸收和凈化效果，尤其對質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl(模擬當?shù)貫┩筐B(yǎng)殖水體鹽度)富營養(yǎng)化模擬海水中TP的吸收和凈化效果最好。

—●—: 質(zhì)量濃度8 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬Simulated seawater with mass concentration 8 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —▲—: 質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬 Simulated seawater with mass concentration 16 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —△—: 質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬 Simulated seawater with mass concentration 24 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —○—: 無NaCl的模擬海水且未種植堿蓬(對照)Simulated seawater without NaCl and unplantingS.glauca(the control).

圖1 種植堿蓬后不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中總氮(TN)濃度和TN去除率的動態(tài)變化

Fig. 1 Dynamic change in total nitrogen (TN) concentration and TN removal rate of eutrophic simulated seawater with different salt concentrations after plantingSuaedaglauca(Bunge) Bunge

—●—: 質(zhì)量濃度8 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬Simulated seawater with mass concentration 8 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —▲—: 質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬 Simulated seawater with mass concentration 16 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —△—: 質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl的模擬海水并種植堿蓬 Simulated seawater with mass concentration 24 g·L-1NaCl and plantingS.glauca; —○—: 無NaCl的模擬海水且未種植堿蓬(對照)Simulated seawater without NaCl and unplantingS.glauca(the control).

圖2 種植堿蓬后不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中總磷(TP)濃度和TP去除率的動態(tài)變化

Fig. 2 Dynamic change in total phosphorus (TP) concentration and TP removal rate of eutrophic simulated seawater with different salt concentrations after plantingSuaedaglauca(Bunge) Bunge

2.2 在不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬生長指標的比較分析

2.2.1 單株質(zhì)量和株高的增量以及平均須根長的比較 在不同質(zhì)量濃度NaCl富養(yǎng)化模擬海水中處理25 d,堿蓬的單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量和株高3個指標的增量以及平均須根長見表1。由表1可見：處理25 d，在質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬的單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量、根長和株高均不同程度增加，單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量和株高的增量分別為10.91～50.97 g、 1.39～4.11 g和 0.9～2.8 cm，平均須根長為8.7～19.4 cm，且各指標的增量在各處理組間差異顯著(P<0.05)。 其中， 在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬的單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量和株高的增量以及平均須根長均最大， 分別達到50.97 g 、 4.11 g、 2.8 cm和19.4 cm，顯著高于另2個處理組。說明在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl(模擬當?shù)貫┩筐B(yǎng)殖水體鹽度)的富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬的長勢最好。

表1 在不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬的單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量和株高的增量以及平均須根長的比較
Table 1 Comparison on increments of fresh weight per plant，dry weight per plant and plant height，and average length of fibre of Suaeda glauca ( Bunge) Bunge in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations

鹽度Saltconcentration單株鮮質(zhì)量增量/gIncrementoffreshweightperplant單株干質(zhì)量增量/gIncrementofdryweightperplant株高增量/cmIncrementofplantheight平均須根長/cmAveragelengthoffibre8g·L-1NaCl32.13±4.53b2.59±0.97b1.5±0.3b15.1±1.2b16g·L-1NaCl50.97±5.94a4.11±1.27a2.8±0.7a19.4±1.7a24g·L-1NaCl10.91±1.70c1.39±0.68c0.9±0.2c8.7±0.3c

1)同列中不同的小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Different small letters in the same column indicate the significant difference at 0.05 level.

2.2.2 單株不同部位干質(zhì)量的比較 在不同質(zhì)量濃度NaCl富養(yǎng)化模擬海水中處理25 d，堿蓬單株不同部位的干質(zhì)量見表2。由表2可見：在質(zhì)量濃度8和16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬單株莖干質(zhì)量和種子干質(zhì)量均高于質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl處理組和對照(處理前)，其中，前2組的單株莖干質(zhì)量與后2組差異顯著(P<0.05)；在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬單株葉、根和總干質(zhì)量均高于對照及另2個處理組，其中，單株葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量與對照及另2個處理組差異顯著；各處理組單株種子干質(zhì)量無顯著差異(P>0.05)。總體上看，在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl(模擬當?shù)貫┩筐B(yǎng)殖水體鹽度)富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量均最高，生長最好，NaCl濃度過高或過低均會影響其生長發(fā)育；在該條件下生長的堿蓬可將富營養(yǎng)化模擬海水中的營養(yǎng)有效轉(zhuǎn)移到光合作用器官中，進而促進單株總干質(zhì)量的增加。堿蓬不同部位單株干質(zhì)量由高到低依次排序為葉、莖、種子、根，這可能與植株不同部位的生長和干物質(zhì)積累特性有關(guān)。

由表2還可見：在不同質(zhì)量濃度NaCl富養(yǎng)化模擬海水中，各處理組單株水上部干質(zhì)量占單株總干質(zhì)量的百分率(PA)均高于對照，單株水下部干質(zhì)量占單株總干質(zhì)量的百分率(PU)均低于對照，但均無顯著差異；此外，堿蓬的PA均高于PU，表明堿蓬水上部器官是其干物質(zhì)積累的主要部位。

表2 在不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株不同部位干質(zhì)量的比較
Table 2 Comparison on dry weight of different parts per plant of Suaeda glauca ( Bunge) Bunge in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations

鹽度Saltconcentration單株不同部位的干質(zhì)量/gDryweightofdifferentpartsperplant葉Leaf種子Seed莖Stem根Root單株總干質(zhì)量/gTotaldryweightperplantPA/%4)PU/%5)對照2)Thecontrol2)3.60±0.38b—3)2.23±0.11b1.21±0.24a7.05±0.18d82.69±3.91a17.31±3.91a8g·L-1NaCl3.35±0.10b2.35±0.39a2.67±0.14a1.23±0.08a9.64±0.51b86.88±0.97a13.12±0.97a16g·L-1NaCl4.52±0.20a2.16±0.29a2.88±0.08a1.60±0.09a11.16±0.08a85.64±0.90a14.36±0.90a24g·L-1NaCl3.64±0.10b1.50±0.28a2.26±0.05b1.12±0.08a8.46±0.19c86.76±1.21a13.24±1.21a

1)同列中不同的小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Different small letters in the same column indicate the significant difference at 0.05 level.

2)處理前Before treatment.

3)—: 未結(jié)種 No setting seed.

4)PA: 單株水上部干質(zhì)量占單株總干質(zhì)量的百分率 Percentage of dry weight of above-water part per plant to total dry weight per plant.

5)PU: 單株水下部干質(zhì)量占單株總干質(zhì)量的百分率 Percentage of dry weight of under-water part per plant to total dry weight per plant.

2.3 在不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬不同部位總氮(TN)和總磷(TP)的含量和積累量的比較

2.3.1 對TN和TP含量的比較 在不同質(zhì)量濃度NaCl富養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬葉、種子、莖和根中TN和TP的含量見表3。由表3可見：與對照(處理前)相比，處理25 d，各處理組的堿蓬葉和莖中TN和TP含量均明顯降低，其中，各處理組葉中TN和TP含量以及莖中TN含量均與對照有顯著差異(P<0.05)，質(zhì)量濃度8和24 g·L-1NaCl處理組莖中TP含量也與對照差異顯著； 而根中TN和TP含量則均顯著高于對照。 此外， 在3個處理組中， 在質(zhì)量濃度8和16 g·L-1NaCl富養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬種子中TN和TP含量均高于質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl處理組。

表3 在不同鹽度富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬不同部位總氮(TN)和總磷(TP)含量的比較
Table 3 Comparison on contents of total nitrogen ( TN) and total phosphorus ( TP) in different parts of Suaeda glauca ( Bunge) Bunge in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations

鹽度Saltconcentration不同部位TN含量/mg·g-1 TNcontentindifferentparts葉Leaf種子Seed莖Stem根Root不同部位TP含量/mg·g-1 TPcontentindifferentparts葉Leaf種子Seed莖Stem根Root對照2)Thecontrol2)14.20±0.22a —3)7.84±0.82a5.93±1.12b2.55±0.36a—3)1.81±0.26a1.32±0.12c8g·L-1NaCl10.07±0.92b15.38±0.71a7.07±0.70a14.70±0.46a1.60±0.02b2.41±0.05a0.93±0.13b1.97±0.05a16g·L-1NaCl9.23±0.43b13.95±0.03ab7.40±0.21a16.82±0.44a1.59±0.21b2.50±0.04a1.34±0.12ab1.72±0.06ab24g·L-1NaCl8.40±0.40b12.55±0.82b7.30±0.21a14.47±1.23a0.92±0.02b1.95±0.13b1.02±0.09b1.50±0.06bc

1)同列中不同的小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Different small letters in the same column indicate the significant difference at 0.05 level.

2)處理前Before treatment.

3)—: 未結(jié)種 No setting seed.

2.3.2 TN和TP積累量的比較 在不同質(zhì)量濃度NaCl富養(yǎng)化模擬海水中，堿蓬單株葉、種子、莖和根中TN和TP的積累量見表4。由表4可見：與對照(處理前)相比，處理25 d，各處理組堿蓬單株葉中的TN和TP積累量均不同程度降低， 其中， 質(zhì)量濃度8和24 g·L-1處理組的堿蓬單株葉中TN和TP積累量均與對照有顯著差異(P<0.05)。各處理組堿蓬單株莖中TN積累量及質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl處理組堿蓬單株莖中TP積累量均與對照無顯著差異(P>0.05)，而質(zhì)量濃度8和24 g·L-1NaCl處理組堿蓬單株莖中TP積累量顯著低于對照。各處理組堿蓬單株根中TN和TP積累量均高于對照，且各處理組堿蓬單株根中TN積累量以及質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl處理組堿蓬單株根中TP積累量均與對照差異顯著；其中，質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl處理組堿蓬單株根中TN和TP積累量最高。此外，質(zhì)量濃度8和16 g·L-1NaCl處理組堿蓬單株種子中TN和TP積累量均顯著高于質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl處理組，但前2個處理組間堿蓬單株種子中TN和TP積累量無顯著差異。

表4 在不同鹽富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株不同部位總氮(TN)和總磷(TP)積累量的比較
Table 4 Comparison on accumulations of total nitrogen ( TN) and total phosphorus (TP) in different parts per plant of Suaeda glauca (Bunge) Bunge in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations

鹽度Saltconcentration單株不同部位TN積累量/mgTNaccumulationindifferentpartsperplant葉Leaf種子Seed莖Stem根Root單株不同部位TP積累量/mgTPaccumulationindifferentpartsperplant葉Leaf種子Seed莖Stem根Root對照2)Thecon-trol2)51.22±5.27a —3)17.63±2.39a6.74±0.99c9.22±1.69a—3)3.99±0.42a1.63±0.40b8g·L-1NaCl33.58±2.18bc36.69±7.68a18.72±0.90a18.54±0.60b5.37±0.10b5.63±0.85a2.46±0.22b2.50±0.21ab16g·L-1NaCl41.56±0.68ab30.08±3.96a21.36±1.20a26.96±1.92a7.11±0.71ab5.43±0.80a3.88±0.44a2.76±0.24a24g·L-1NaCl30.05±1.51c18.35±2.26b16.75±0.69a15.94±0.26b3.27±0.10b2.98±0.67b2.33±0.25b1.69±0.18b

1)同列中不同的小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Different small letters in the same column indicate the significant difference at 0.05 level.

2)處理前Before treatment.

3)—: 未結(jié)種 No setting seed.

3 討論和結(jié)論

上述研究結(jié)果表明，堿蓬對質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中的總氮(TN)和總磷(TP)均有明顯的去除效果，并且隨處理時間的延長模擬海水中TN和TP濃度明顯下降，但不同質(zhì)量濃度NaCl處理組對TN和TP的去除效應(yīng)存在差異，其中質(zhì)量濃度16 g·L-1富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬對TN和TP的去除效應(yīng)最好，且與質(zhì)量濃度8和16 g·L-1NaCl處理組存在明顯差異。說明堿蓬作為一種稀鹽鹽生植物，雖然在其生長過程中需要一定的鹽，但鹽濃度過高或過低都會影響其植株生長，進而影響其對水體中富營養(yǎng)化物質(zhì)的吸收[24]。本研究中，質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中TN和TP濃度均表現(xiàn)為先迅速降低后降幅趨于平緩的變化趨勢。這是因為植物移栽后，經(jīng)過短暫的恢復期，在隨后的生長過程中會快速吸收N和P，這時水體中的TN和TP濃度迅速降低；到了實驗后期，由于植物本身對營養(yǎng)元素需求的減少以及植物體內(nèi)N和P元素的再分配，使得植物吸收利用水體中N和P元素的速度減慢，從而導致水體中TN和TP濃度的降幅也隨之減緩[25]。

本研究中，質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量、平均須根長和株高顯著高于質(zhì)量濃度8和24 g·L-1NaCl處理組，說明植物生長指標的增長量是決定植物凈化水體效果的一個重要因素[26]。本研究中，質(zhì)量濃度8、16和24 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中堿蓬單株水上部干質(zhì)量占單株總干質(zhì)量的比值均在85%以上，說明堿蓬適合通過收割方式將植株同化的營養(yǎng)物質(zhì)帶離水體[27]。同時，由于堿蓬還可作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料[28]，因而，在富營養(yǎng)化水體中種植堿蓬，既可修復治理水體富營養(yǎng)化，又能作為飼料蛋白源，實現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的良性結(jié)合。

研究結(jié)果顯示：不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水堿蓬根和種子中TN和TP含量均高于莖和葉中TN和TP含量，表現(xiàn)出堿蓬吸收的N和P向根和種子富集的趨勢。且不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水堿蓬單株葉、莖和根中TN和TP積累量由高到低依次為質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl處理組、 質(zhì)量濃度 8 g·L-1NaCl處理組、質(zhì)量濃度24 g·L-1NaCl處理組，說明質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl處理組更有利于堿蓬吸收富營養(yǎng)化模擬海水中的N和P，也有利于N和P從根部向上運輸，并在種子中積累[25]。本研究中，堿蓬單株水上部(葉、種子和莖)的TN和TP積累量明顯高于單株水下部(根)，表明堿蓬吸收富營養(yǎng)化模擬海水中的N和P主要轉(zhuǎn)移到水上部[29-30]。本研究中，3種不同質(zhì)量濃度NaCl富營養(yǎng)化模擬海水堿蓬單株葉中TN和TP積累量均較處理前有不同程度的降低。蔣躍平等[31]對植物中N和P吸收總量與生物量間相關(guān)性的研究認為，葉中的N和P含量隨著植物對N和P的吸收總量上升而增加，與本研究結(jié)果存在差異，這可能與本研究中堿蓬由營養(yǎng)生長過渡到了生殖生長有關(guān)，由于實驗過程中堿蓬種子的產(chǎn)生，且單株種子和葉中TN和TP積累量之和遠大于莖和根，表明在實驗過程中，堿蓬吸收的N和P向種子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，導致堿蓬單株葉中的TN和TP積累量降低。

綜合分析結(jié)果表明：堿蓬在質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl富營養(yǎng)化模擬海水中的長勢最好，對TN和TP的吸附效應(yīng)最顯著。由此可見，堿蓬作為在濱海鹽漬化土壤中生長的一年生優(yōu)勢物種，可人工水培于鹽度接近質(zhì)量濃度16 g·L-1NaCl的濱海灘涂的富營養(yǎng)化水體中，對大面積的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進行生物改良和修復，進而達到改善和保護近岸水域生態(tài)系統(tǒng)的目的。

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(責任編輯： 張明霞)

Purification effect of Suaeda glauca on eutrophic simulated seawater with different salt concentrations and its growth character

ZHANG Ya1, CHANG Yajun1, LIU Xiaojing1, LI Naiwei1, YAO Dongrui1,①, JI Hongjiu2

(1. Jiangsu Key Laboratory for Bioresouces of Saline Soils， Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China; 2. Institute of Oceanology and Marine Fisheries, Jiangsu, Nantong 226007, China),J.PlantResour. &Environ., 2016, 25(4): 34-41

Purification effect ofSuaedaglauca(Bunge) Bunge on total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations (mass concentration 8, 16 and 24 g·L-1NaCl) was researched, and growth ofS.glaucaand contents and accumulations of TN and TP in its different parts were also studied. The results show thatS.glaucagrows well in eutrophic simulated seawater with mass concentration 8, 16 and 24 g·L-1NaCl. With prolonging of treatment time, concentrations of TN and TP in eutrophic simulated seawater with different salt concentrations after plantingS.glaucadecrease gradually, removal rates of TN and TP increase gradually, in which, removal rates of TN and TP in eutrophic simulated seawater with mass concentration 16 g·L-1NaCl are the highest. Treating for 25 d, in eutrophic simulated seawater with mass concentration 16 g·L-1NaCl, increments of fresh weight per plant, dry weight per plant and plant height, and average length of fibre ofS.glaucaare the largest, total dry weight per plant is the highest, and all are significantly higher than those of other two treatment groups; accumulations of TN and TP in leaf, stem and root per plant ofS.glaucain eutrophic simulated seawater with mass concentration 16 g·L-1NaCl are obviously higher than those of other two treatment groups, while those in seed per plant decrease with enhancing of NaCl mass concentration. It is suggested that as annual dominant species growing in coastal saline soil,S.glaucacan be used for bioremediation of eutrophic water with a certain salinity, and has potential of biological improvement and remediation of tidal flat aquaculture wastewater.

Suaedaglauca(Bunge) Bunge; NaCl treatment; eutrophic simulated seawater; purification effect; accumulations of total nitrogen and total phosphorus

2016-05-10

江蘇省水產(chǎn)三新工程項目(Y2015-40)； 江蘇省科學技術(shù)廳現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)示范類項目(BE2015323)； 江蘇省鹽土生物資源研究重點實驗室項目(YT2014-02)

張 亞(1991—)，女，河南信陽人，碩士研究生，主要從事鹽土植物對灘涂富營養(yǎng)化水體修復治理方面的研究。

①通信作者E-mail: shuishengzu@126.com

S156.91; X173

A

1674-7895(2016)04-0034-08

10.3969/j.issn.1674-7895.2016.04.05