王 鹏， 李 艳， 黄 杰

（1.河南牧业经济学院，郑州 450046； 2.南召县林业局，河南南召 474650）

路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’是鸢尾科、鸢尾属无髯鸢尾群中的一个园艺品种［1-3］，属于鸢尾湿生生态类型［2］. 在原产地的河湖水域、岸边和沼泽、潮湿地域生长良好［4-5］. 为了改善生态环境、促进当地经济发展，对路易斯安娜鸢尾开展生态适应性、净化污水作用的系统研究. 本试验将路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’种植于3 种不同浓度的富营养化污水中，研究其生长期间叶片N 含量的变化，通过测定叶片N 含量和污水理化指标，分析其在不同浓度污水中的生态适应性和净化污水的能力，为在生产中推广应用提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 材料

路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’，引种自武汉农业科学院.

1.2 方法

1.2.1 种植方法 ①在充分腐熟的鸡粪中加蒸馏水，配制出3种不同浓度的富营养化污水，即处理Ⅰ、处理Ⅱ及处理Ⅲ，并取井水做对照（CK）. 取容积10 L的塑料水桶，每种处理20桶，每桶放入8 L配制好的处理液，贴好标签. 处理液及对照的主要成分及理化指标见表1. ②选择生长良好、体量相同或相近的路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’从种植池的花盆中取出，用清水小心冲去根部的泥土，再用干净的小鹅卵石将其种植于口径与水桶口径相当的新塑料浅花盆中，每盆3株. ③将种植好的无土盆栽路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’先放进自来水清水池中培养7～10 d，待有新根发出且性状稳定后取出，分别放入处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ及对照水桶中，挂上处理标牌，并在水桶的外壁划线标明原水位的位置. 将种植好路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’的水桶放入透明的塑料避雨大棚下进行培养. 以后每隔7 d观察测定鸢尾叶片及污水理化指标1次，再用蒸馏水补水至初始水位. 从种植开始至试验结束共70 d.

表1 不同处理的富营养化污水和井水的理化指标Tab.1 Physical and chemical indexes of eutrophic sewage and well water treated by different treatments

1.2.2 理化指标的测定 叶片N含量的测定使用硫酸消解-分光光度法［6］；污水TN测定使用碱性过硫酸钾消解、紫外分光光度法［7］；污水TP测定使用钼酸铵-分光光度法［7］；污水盐度测定及污水电导率测定均使用电导仪（上海雷磁DDS307A）测定；污水pH值使用pH计（越平PHS-3CB）测定.

1.2.3 分析方法 使用SPSS17.0统计软件进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 处理Ⅰ对路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’生长期叶片N含量的影响

自种植日起至试验结束，对处理Ⅰ和CK中路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’叶片（以下简称鸢尾叶片）中N的含量进行检测，结果如图1所示.

从图1可以看到，种植后28 d，处理Ⅰ中的鸢尾叶片N含量缓慢上升；28 d后极速上升，42 d时上升达到极显著水平（p<0.05）. 以后开始缓慢下降，70 d时下降达到极显著水平（p<0.05）. CK中的鸢尾叶片N素含量在种植后的35 d与处理Ⅰ没有差异，42 d时CK中的鸢尾叶片N含量变化较处理Ⅰ表现显著（p<0.05）；42 d以后CK的鸢尾叶片N含量急剧下降，下降幅度与处理Ⅰ相比在56 d时表现显著（p<0.05）.

N主要以NH4+、NO3-的形式由鸢尾的根系吸收，N的多少与其根系的吸收能力有很大关系，根系的吸收能力反映在根系的活力上［8］.

从处理Ⅰ和CK中的鸢尾叶片N含量的变化来看，在种植后的前28 d，N含量缓慢上升，说明鸢尾在处理Ⅰ和CK中生长平稳，差别不是很大. 处理Ⅰ中的鸢尾叶片N含量要比CK大很多（表1），但为什么两者在第一个月时的生长没有太大的变化呢？这可能与处理Ⅰ污水的盐分浓度较高有关，较高的盐分浓度在一定程度上会抑制鸢尾根系对矿物质的吸收［8］，而在一定浓度范围内，盐分的浓度越低，根系的吸收能力反而越强［9］. 在42 d以后，CK中鸢尾叶片的N含量明显低于处理Ⅰ，这与生长后期CK的营养水平较处理Ⅰ显著下降有关.

图1 鸢尾叶片在处理Ⅰ和CK中N含量的变化Fig.1 Changes of N content in growing leaves of Louisiana Iris‘Pastiche’during treatment of eutrophic sewage and CK

2.2 处理Ⅱ对路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’生长期叶片N含量的影响

路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’在处理Ⅱ中生长期间，其叶片中N含量的变化如图2所示.

图2 鸢尾叶片在处理Ⅱ和CK中N含量的变化Fig.2 Changes of N content in growing leaves of Louisiana Iris‘Pastiche’during treatment of Ⅱeutrophic sewage and CK

从图2 可以看到，处理Ⅱ中的鸢尾从种植后到21 d，其叶片N 含量快速上升；21 d 到28 d 时缓慢升高；28 d 以后到42 d又快速升高；42 d之后开始缓慢下降. 与CK比较，在种植后的前21 d，处理Ⅱ与CK中鸢尾叶片N含量的变化没有差异（p>0.05）；28～42 d时，处理Ⅱ中鸢尾叶片的N增长幅度变化较CK表现达到显著水平（p<0.05）；42 d以后CK中鸢尾叶片的N下降幅度的变化较处理Ⅱ达到显著水平（p<0.05）；42 d以后处理Ⅱ组间的鸢尾叶片N含量没有显著的差异（p>0.05）.

分析以上结果认为，在种植后的前21 d，处理Ⅱ与CK中鸢尾叶片N含量差异不显著的原因，可能与处理Ⅱ在前期盐分浓度较高抑制了鸢尾根系对养分的吸收有关. 种植28 d以后，处理Ⅱ中的盐分浓度下降，鸢尾根系的吸收能力增强，对N的吸收和利用水平显著高于CK；尤其是在42 d以后，CK中鸢尾叶片的N水平较处理Ⅱ快速降低，其原因可能是处理Ⅱ中丰富的营养使鸢尾保持在良好的生长发育状态，而CK中的鸢尾因养分供应不足生长能力下降，受测叶片的N含量快速下降.

2.3 处理Ⅲ对路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’生长期叶片N含量的影响

路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’在处理Ⅲ中叶片N含量的变化如图3所示.

图3 鸢尾叶片在处理Ⅲ和CK中N含量的变化Fig.3 Changes of N content in growing leaves of Louisiana Iris‘Pastiche’in sewage treatment Ⅲ

从图3可以看到，处理Ⅲ中鸢尾叶片的N含量种植后呈缓慢上升趋势，28～42 d时N含量趋于平缓，42～56 d时缓慢下降，56 d以后快速下降，70 d时下降达到极显著水平（p<0.01）. 处理Ⅲ中鸢尾叶片的N含量与CK相比，在种植后的前21 d 增高幅度达到显著水平（p<0.05），可能是由于处理Ⅲ虽然较处理Ⅰ和处理Ⅱ溶液中的盐分浓度低，但又较CK高的原因. 56 d以后，处理Ⅲ中鸢尾叶片的N含量较CK下降，且表现极为显著的原因可能是处理Ⅲ中鸢尾新生叶较CK多（处理Ⅲ新生叶平均5.5个，CK新生叶平均2.5个）N再分配而转化到新叶上有关［10-12］.

2.4 3种处理中路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’叶片N含量的比较

由于本试验中3种处理（处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）和CK中的鸢尾叶片N含量的起点（0 d时）不一，要想进一步分析3种处理和CK中鸢尾叶片N含量的差异，可以通过对在同一测试时间测定的鸢尾叶片N含量与前一次测试的N含量的差值（平均值）的变化规律来进行分析. 3种不同处理和CK在同一测试时间鸢尾叶片N含量平均值与前次测试的N含量平均值的差值见表2.

表2 3种处理中的鸢尾叶片N含量与CK的差异Tab.2 The difference between the N content of the three treatments and the control and the previous test 单位：mg·g-1

从表2可以看到，在种植后的前35 d，除处理Ⅲ中的鸢尾叶片N含量在35 d时较前一周有小幅下降外，其他处理和CK中鸢尾叶片的N含量都有不同程度的增长；在42～70 d中，除了在42 d时处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的鸢尾叶片N含量还在增长外，CK中的鸢尾叶片N含量不再增长，且明显降低；49 d以后，各处理和CK中鸢尾叶片的N含量都呈不同程度的下降趋势.

种植后的前21 d，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的鸢尾叶片N含量都呈增加状态，都较CK平稳增长，这可能与处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的水中在前期具有较丰富的矿物质元素，尤其是丰富的N均较CK高有关（表1）；但处理Ⅰ、Ⅱ由于起初的盐分浓度较高可能会在一定程度上影响鸢尾根系对N的吸收，而CK因为盐分浓度较低对N的吸收效率会更有利，因而处理Ⅰ、Ⅱ和CK中的鸢尾叶片N含量增速都没有处理Ⅲ的那么显著.

种植后28 d，处理Ⅰ中鸢尾叶片N的含量增幅不大，处理Ⅱ、Ⅲ中的鸢尾叶片N含量均较前一次相比增幅有所下降，但CK中的鸢尾叶片N含量在此时增幅却突然升高，这些现象都可能与处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的盐分浓度较CK高有关. 种植后35 d时，处理Ⅰ、Ⅱ中鸢尾叶片N含量均较前次增幅显著，在CK中鸢尾叶片N含量增幅有所下降，但此时处理Ⅲ中鸢尾叶片N含量较前次减少（减少了0.1 mg·g-1），但减少幅度不显著，与前次比较无显著差异；42 d时CK中鸢尾叶片N含量显著下降，这可能是CK中含N量较其他处理本身就低而又已被吸收利用殆尽的原因.

从鸢尾种植49 d以后其叶片N的下降幅度来看，下降幅度较大的是处理Ⅲ，较其他处理表现显著，这可能是处理Ⅲ受测叶片中的N分配给其他幼叶和器官（如新生芽）的原因［12］；其次，下降幅度大的是处理Ⅰ和对照（CK），它们下降幅度相当，差异不显著；下降幅度最小的是处理Ⅱ，说明处理Ⅱ中的鸢尾此时还保持着旺盛的活力，这与叶绿素含量的测定、生长量调查结果是一致的.

2.5 易斯安娜鸢尾‘Pastiche’叶片N含量与富营养化污水理化性质变化的关系

经于0、35、70 d测试，3种处理的污水和CK井水中N、盐、电导率的变化结果见表3.

表3 3种处理和CK培养液中N、盐、电导率等理化性质的变化Tab.3 Changes of physicochemical properties of N，salinity and electrical conductivity in the culture medium of three treatments and CK

鸢尾叶片中N含量的变化与处理污水中的N、盐和电导率等理化性质的变化具有直接的联系. N由鸢尾根系吸收后输送到茎和叶片，参与植物体内的生理生化代谢活动，促进了植物的形态建成和产量的形成［13］；污水溶液的盐分影响到鸢尾根系的活力，直接或间接地影响植物根系对矿物质的吸收、运输和利用［14］；污水溶液中电导率的变化反映了污水中矿物质元素的性质和含量变化等. 从表3 看出，3 种处理污水和CK 井水中的N、盐和电导率都随着鸢尾生长而逐渐降低，说明污水和井水溶液中的N被鸢尾吸收和利用，污水和井水中的多数矿物质元素也因吸收和利用而减少，说明路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’具有净化富营养化污水的效果. 从表3 还可以看出，处理Ⅲ富营养化污水和井水中的N 从开始的8.65、2.25 mg·L-1减少到了0.48、0.35 mg·L-1，净化效果达到了国家饮用水的标准（小于0.5 mg·L-1）［15］.

以上试验结果表明，在鸢尾种植后的前35 d，3种处理和CK中的鸢尾叶片N含量都处于增幅状态，这与水中N的减少呈正相关的关系，说明在前35 d鸢尾生长良好，有效地利用了污水和井水中的营养元素；49 d以后，3种处理和CK中的鸢尾叶片N都呈现下降的趋势，而污水和井水中的N仍在减少，两者呈负相关的关系，这与鸢尾的生长发育规律有关. 因为此时（8月27日）已是立秋之后的处暑季节，是鸢尾根茎发育和幼芽发育的时期，也是一年中植物根系生长发育的一次小高峰，需要较多营养供给，因此水分中的矿质营养又被吸收和利用，盐分降低，电导率下降；49 d以后有新叶、新根、新芽发生和生长，所检测的叶片是检测前后固定下来的叶片，由于N属于可再利用物质［8］，此时如果根系吸收到的N不能满足新器官发育的需要，N将从老的器官中被转移到新生器官进行再分配［8］，这也是鸢尾叶片中的N在种植49 d以后明显下降的主要原因.

3 结论与讨论

1）N是植物生长发育必需的元素，是叶绿素的重要组成成分，直接影响着植物的光合作用和生长发育. 本试验中植物体内N含量源于富营养化污水中的N，植物体内N含量的多少决定于其根系在污水中的生存条件和对养分的吸收能力［16］. 以上分析表明：在鸢路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’的生长前期，处理Ⅰ、Ⅱ中的鸢尾叶片N含量与CK中鸢尾叶片N含量没有显著差异，但处理Ⅲ与CK中的鸢尾叶片N含量差异显著（p<0.05）；在鸢尾的生长后期，3种处理和CK中的鸢尾叶片N含量均有所下降，但处理Ⅱ的下降幅度小于其他处理. 试验表明，与CK相比，路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’在3种处理中都生长良好，其中以处理Ⅱ的富营养化污水更适合其生长，在生长期内其叶片N的增加明显高于其他处理.

2）过多的N含量是水体富营养化的主要原因之一［17］. 植物对富营养化污水中N有效的吸收和利用是减少污水N含量的有效措施［18］. 通过以上对路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’叶片中N含量变化分析来看，其对不同处理的污水都具有一定的净化作用. 其中处理Ⅰ对N的净化率是68.5%，处理Ⅱ对N的净化率是82.0%，处理Ⅲ对N的净化率是94.8%，CK对N的净化率是84.4%（净化率的计算方法见参考文献［19］）. 从对污水净化的效果来看，处理Ⅲ>处理Ⅱ>CK>处理Ⅰ.

3）影响植物根系吸收矿物质元素的因素有很多，主要因素有温度、通气状况、溶液中盐分的浓度、氢离子的浓度等［13］. 温度是通过影响植物根系的呼吸速率来影响对矿物质吸收的［20］；通气状况的影响体现在氧气供应；溶液中高浓度的盐分是影响植物根系吸收作用的限制因子；溶液中氢离子的浓度即pH值的大小间接影响植物根系对矿物质元素的吸收［21-23］. 本试验是在特定的条件下进行的，也受温度、光照、通气以及污水的盐分浓度等综合因素的影响，试验结果与把路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’种植于大田中不尽相同. 如果该植物在本试验环境条件下能很好地生长，说明在大田适宜的环境中会生长得更好，生长发育、净化水分的效果会更显著. 因此，对以路易斯安娜鸢尾‘Pastiche’为代表的湿生鸢尾对大田污水的净化作用有待下一步深入研究.