路易斯安娜鳶尾“Pastiche”在不同濃度富營(yíng)養(yǎng)化污水中葉綠素含量變化及凈化污水作用研究

摘要 將路易斯安娜鳶尾“Pastiche”種植于富營(yíng)養(yǎng)化污水中，研究不同濃度的富營(yíng)養(yǎng)化污水對(duì)鳶尾葉片葉綠素含量的影響。結(jié)果表明，在鳶尾“Pastiche”生長(zhǎng)前期，在較高濃度（處理①：N 17.96 mg/L、鹽度250.00 mg/L）的污水中鳶尾“Pastiche”的葉綠素含量與CK無(wú)顯著差異;在中（處理②：N 12.98 mg/L、鹽度184.67 mg/L）、低（處理③：N 8.65 mg/L、鹽度125.35 mg/L）濃度的污水中鳶尾“Pastiche”的葉綠素含量與CK差異顯著（P<0.05）。在鳶尾“Pastiche”生長(zhǎng)后期，在高、中、低濃度（處理①、②、③）的污水中鳶尾“Pastiche”的葉綠素含量較CK均較高，且差異顯著（P<0.05）;總體表現(xiàn)：鳶尾“Pastiche”在3種濃度的污水中均能很好地生長(zhǎng)，尤其是在中、低濃度的污水中表現(xiàn)更好。鳶尾“Pastiche”對(duì)去除3種濃度的富營(yíng)養(yǎng)化污水中的氮素都具有顯著的作用，去除效果表現(xiàn)為處理③>處理②>CK>處理①。

關(guān)鍵詞 路易斯安娜鳶尾“Pastiche”;葉綠素含量;富營(yíng)養(yǎng)化污水;凈化

中圖分類(lèi)號(hào) S682.1;Q945.79? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）20-0043-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.013

Chlorophyl Content Change of Iris louisana “Pastiche”in Different Concentrations of Wastewater and the Effect of “Pastiche” in the Purification of Wastewater

WANG Peng （Henan University of Animal Husbandry and Economy，Zhengzhou，Henan 450000）

Abstract Iris louisiana “Pastiche” was planted in eutrophication sewage to study the effects of different concentrations of eutrophication sewage on chlorophyll content of “Pastiche” leaves. The results showed that in the early stage of the growth of “Pastiche”， there was no significant difference in chlorophyll content between “Pastiche” and CK in the wastewater with higher concentration （treatment ①：N 17.96 mg/L， salinity 250.00 mg /L）. The chlorophyll content of “Pastiche” was significantly different from that of CK in middle （treatment ②：N 12.98 mg/L， salinity 184.67 mg/L） and low （treatment ③： N 8.65 mg/L， salinity 125.35 mg/L）. In the later stage of the growth of “Pastiche”， the chlorophyll content of “Pastiche” was higher than that of CK in high， middle and low concentrations （treatment①，②，③）， and the difference was significant （P<0.05）. Overall performance： “Pastiche” could grow well in three concentrations of sewage， especially in medium and low concentrations. “Pastiche” had a significant effect on the removal of N in three concentrations of eutrophication sewage， and the removal effect was as follows： treatment ③ > treatment ② > CK > treatment ①.

Key words Iris louisiana“Pastiche”;Chlorophyll content;Eutrophication sewage;Purification

路易斯安娜鳶尾“Pastiche”是鳶尾科鳶尾屬無(wú)髯鳶尾群中的一個(gè)園藝品種 [1-3]，屬于鳶尾濕生生態(tài)類(lèi)型 [2]。在原產(chǎn)地能夠在河湖水域、岸邊和沼澤、潮濕地域生長(zhǎng)良好 [4-5]。為了改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，引種了濕生生態(tài)類(lèi)型的路易斯安娜鳶尾（Louisiana Irises），對(duì)其開(kāi)展生態(tài)適應(yīng)性、凈化污水的作用等系統(tǒng)研究。筆者以路易斯安娜鳶尾“Pastiche”為試驗(yàn)材料，將其種植于3種不同濃度的富營(yíng)養(yǎng)化污水中，研究路易斯安娜鳶尾“Pastiche”在污水中生長(zhǎng)期間葉片葉綠素含量的變化，根據(jù)葉綠素的變化情況評(píng)價(jià)鳶尾“Pastiche”在污水中的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和凈化污水的作用，為在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

2.4 路易斯安娜鳶尾“Pastiche”在3種不同污水處理中葉綠素含量變化比較

由于鳶尾“Pastiche”的葉綠素含量在3種處理和對(duì)照中的起點(diǎn)不一，要想進(jìn)一步分析3種處理和對(duì)照在生長(zhǎng)期葉綠素變化的差異，可以通過(guò)對(duì)在同一測(cè)試時(shí)間與前一次測(cè)試葉綠素含量平均值的差值的變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行。3種不同處理和對(duì)照在同一測(cè)試時(shí)間葉綠素含量平均值與前次測(cè)試的差值比較見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，在42 d（含42 d）前，除CK和處理③分別在28和35 d時(shí)葉綠素的差值有小幅下降外，其他處理和對(duì)照葉綠素的差值均較前一次測(cè)試呈增幅趨勢(shì);在49 d（含49 d）后，除處理②在70 d時(shí)葉綠素含量的平均值有不顯著增幅外，其他處理和對(duì)照的葉綠素含量的差值均呈降幅趨勢(shì)。在各處理和對(duì)照增幅、減幅比較來(lái)看，處理①的增幅降幅相對(duì)平穩(wěn)，呈“S”曲線(xiàn)的變化規(guī)律。

方差分析結(jié)果表明，處理①在21～28 d的增幅較7～14 d的增幅顯著（P<0.05），第35天時(shí)較前期增幅極顯著（P< 0.01），42 d時(shí)增幅下降，較35 d時(shí)增幅極顯著（P<0.01），42 d后葉綠素含量不再增加，開(kāi)始逐漸下降，且下降幅度越來(lái)越大，在49～56 d時(shí)下降幅度達(dá)顯著水平（P<0.05），56 d后下降幅度不顯著。與處理①相比，在前14 d，處理②、處理③的葉綠素含量增幅都較大，但21 d后兩者葉綠素含量的增幅都不及處理①，且在35 d時(shí)，處理③的葉綠素含量比28 d時(shí)有所下降，42 d時(shí)又有所升高，之后又開(kāi)始下降。從處理①、②、③與對(duì)照CK葉綠素含量的增減幅來(lái)看，在鳶尾生長(zhǎng)的前期（14 d前），處理①、處理②、處理③葉綠素的增幅均高于CK，雖然在21 d時(shí)CK的葉綠素含量增幅快速上升，但只是短暫的，以后總體下降幅度均高于3種處理。

綜合以上對(duì)路易斯安娜鳶尾“Pastiche”在3種不同污水處理中葉綠素含量增減幅變化比較，在鳶尾生長(zhǎng)前期，3種處理和對(duì)照CK的葉綠素含量均有不同程度的增加，3種處理的增幅高于對(duì)照CK;在鳶尾生長(zhǎng)后期，3種處理的葉綠素含量都有不同程度的降低，處理①、處理②的下降幅度低于處理③和CK，處理③下降幅度最大，處理②下降幅度最小。這也說(shuō)明在鳶尾生長(zhǎng)前期，在3種不同濃度的污水中均能很好地生長(zhǎng)，生長(zhǎng)前期處理②、處理③生長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于處理①，生長(zhǎng)后期處理①、處理②生長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于處理③，處理②在全期生長(zhǎng)中總體優(yōu)于其他處理。這些變化與污水中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的類(lèi)型、濃度尤其是氮素含量有密切的關(guān)系 [18-19]。由于污水中的成分非常復(fù)雜，對(duì)鳶尾生長(zhǎng)發(fā)育的影響因素也很多，有正面的因素，同時(shí)也會(huì)有負(fù)面的因素，因此污水對(duì)鳶尾生長(zhǎng)發(fā)育的影響有待于進(jìn)一步研究 [20]。

2.5 路易斯安娜鳶尾“Pastiche”葉綠素含量的變化與污水的凈化作用

經(jīng)檢測(cè)，在種植0、35、70 d時(shí)各處理的污水和CK培養(yǎng)液氮素、鹽度、電導(dǎo)率等理化性質(zhì)的變化見(jiàn)表2。從表2可以看出，在處理①污水中，起初的氮素和鹽分含量分別是17.96和250.00 mg/L，顯然此濃度的污水對(duì)路易斯安娜鳶尾“Pastiche”的根系吸收影響很大 [21]，雖然溶液中氮素含量較高，但根系吸收的不多，因此處理①的葉綠素含量起初增長(zhǎng)緩慢。隨著鳶尾植物的生長(zhǎng)，污水中的氮素含量逐漸減少，鹽度和電導(dǎo)率降低，直到70 d時(shí)氮素、鹽分和電導(dǎo)率分別降至5.66 mg/L、166 mg/L、203 μs/cm，對(duì)污水中氮素的凈化率為68.5%。在處理②中，起初的氮素和鹽分含量分別是 12.98 和184.67 mg/L，從處理②葉綠素的變化來(lái)看，此濃度的鹽分溶液有利于根系的吸收，尤其是對(duì)氮素的吸收，所以處理②在第7天時(shí)葉綠素的增幅最大。隨著鳶尾的生長(zhǎng)，污水中的氮素、鹽度和電導(dǎo)率明顯下降，到70 d時(shí)污水中氮素含量?jī)艋蔬_(dá)82%，鹽度降低了63.7%，電導(dǎo)率減少了 51.2%。在處理③中，起初的氮素和鹽分含量較處理①、處理②低得多，較低濃度的氮素和鹽分有利于根系的吸收，所以處理③從一開(kāi)始葉片葉綠素含量就有較大的增幅。隨著鳶尾的生長(zhǎng)，污水中的氮素、鹽度含量降低更快，70 d時(shí)氮素凈化率是 94.8%，鹽度也下降了48.9%。對(duì)照CK與3種處理相比，CK氮素和鹽分含量更低，雖然更有利于根系的吸收，但畢竟含量較低，其葉綠素含量雖有增高，但增幅不大。CK的氮素含量和鹽度由于起點(diǎn)較低而造成降幅更大。

以上分析說(shuō)明，3種處理都具有消除污水中氮素的作用，消除率與葉綠素含量的變化具有一定的相關(guān)性。在第42天時(shí)，各種處理的礦質(zhì)元素均有較多的消耗，由于沒(méi)有外源礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充，而此時(shí)鳶尾還在生長(zhǎng)期，尤其是根莖和新葉又有一個(gè)生長(zhǎng)的小高峰 [22]，不足的氮素只能從受檢測(cè)的葉片中補(bǔ)充（氮為可移動(dòng)元素） [10]，因此，除溫度降低因素外，污水中氮素含量的變化和植株中氮素的再分配是引起3種處理和對(duì)照的葉綠素迅速下降的主要原因，尤其是本身礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量較低的處理③和對(duì)照下降更為明顯。

3 結(jié)論與討論

葉綠素的主要作用是光合作用，葉綠素含量是決定光合產(chǎn)量的主要因素。葉綠素增加情況是葉綠素合成能力的表現(xiàn)，影響葉綠素合成的因素除植物本身的遺傳外，主要是溫度、光照和礦質(zhì)元素。光照直接影響葉綠素的合成，如果沒(méi)有光照，葉綠素的合成將被終止，一定范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度影響葉綠素的合成速率。溫度對(duì)葉綠素合成的影響主要是影響酶的活動(dòng)，通過(guò)影響酶的活動(dòng)間接影響葉綠素的合成。礦質(zhì)元素的N、Mg是葉綠素合成的原料，N、Mg的缺乏或供應(yīng)不足直接影響葉綠素的合成，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn等元素可能是一些酶的活化劑，間接影響葉綠素的合成 [10]。

從以上分析來(lái)看，光照和溫度因素的變化是影響不同處理和對(duì)照葉綠素變化的主要因素。但在相同氣候條件下，溫度和光照不是主要條件。因此，不同處理和對(duì)照的葉綠素變化的不同，與不同處理污水和對(duì)照中的礦質(zhì)元素成分與含量有關(guān)。在較低鹽分濃度條件下，根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收隨著鹽分濃度的升高而加強(qiáng)，當(dāng)鹽分濃度升高到一定濃度后，會(huì)抑制根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收 [23]。只有合適的濃度才能促進(jìn)根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和利用，根系吸收礦質(zhì)元素的性質(zhì)和利用直接影響葉綠素的形成 [10-11，23]。因此，在該試驗(yàn)中，分析各處理和對(duì)照葉片葉綠素的變化規(guī)律，可以間接地了解路易斯安娜鳶尾“Pastiche”對(duì)污水中礦質(zhì)元素利用情況和更適宜鳶尾生長(zhǎng)發(fā)育的生長(zhǎng)介質(zhì)。

（1）在鳶尾“Pastiche”生長(zhǎng)前期，由于處理①污水中氮素和鹽度濃度（分別為17.96 mg/L和250.00 mg/L）較高，一定程度上抑制了根系對(duì)氮素的吸收和利用，處理①中葉綠素含量增幅較低，與CK無(wú)顯著差異;處理②與處理③污水中氮素和鹽度濃度較為合適，這2種處理的葉綠素含量增幅均與CK差異顯著。在鳶尾“Pastiche”生長(zhǎng)后期，處理①和處理②葉綠素含量的下降幅度均比CK低，處理③的葉綠素下降幅度與CK差異顯著，這可能由于處理③新生葉較CK較多（處理③新生葉平均5.5個(gè)，CK新生葉平均2.5個(gè)），受測(cè)葉（此時(shí)已為老葉）氮素轉(zhuǎn)化到新葉上 [16，24-25]?？傮w來(lái)看，鳶尾“Pastiche”在3種處理的污水中均能很好地生長(zhǎng)，尤其是處理②與處理③表現(xiàn)更顯著。

（2）3種處理均具有凈化富營(yíng)養(yǎng)化污水的作用，對(duì)去除污水中的氮素表現(xiàn)明顯。其中處理①對(duì)氮素的凈化率是 68.5%，處理②對(duì)氮素的凈化率是82.0%，處理③對(duì)氮素的凈化率是94.8%，CK對(duì)氮素的凈化率是84.4%，其中鳶尾“Pastiche”對(duì)處理③富營(yíng)養(yǎng)化污水和井水中的凈化作用達(dá)到了國(guó)家飲用水的標(biāo)準(zhǔn)（小于0.5 mg/L） [26]。從對(duì)污水凈化的效果來(lái)看，表現(xiàn)為處理③>處理②>CK>處理①。

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