再生水对两种绿地植物光合特性及叶绿素含量的影响

刘金荣,张 旭,杨有俊,刘译锴,柳 莉

(兰州大学草地农业科技学院 草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州 730020)

再生水对两种绿地植物光合特性及叶绿素含量的影响

刘金荣,张 旭,杨有俊,刘译锴,柳 莉

(兰州大学草地农业科技学院 草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州 730020)

为拓宽再生水在城市绿地灌溉中的应用范围,采用盆栽试验，通过对白三叶(Trifoliumrepens)和紫花苜蓿(Medicagosativa)主要光合指标及叶绿素含量的测定，研究了再生水灌溉对这两种常见绿地植物的影响。结果表明，再生水灌溉下白三叶和紫花苜蓿各光合指标在一定时期均不同程度优于自来水灌溉，再生水灌溉后期白三叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)显著高于自来水灌溉，两种植物Tr、Pn、Ci的变化与Gs密切相关；再生水灌溉对两种绿地植物的荧光参数(Fv/Fm)和叶绿素含量的影响与自来水灌溉相比差异不显著。由此可见，再生水对白三叶和紫花苜蓿的生长未造成胁迫，且有一定的促进作用。

再生水；绿地植物；光合特性；叶绿素

白三叶(Trifoliumrepens)广泛分布于温带及亚热带高海拔地区，与禾本科草坪相比，白三叶在管理上不需频繁修剪、需肥少、节省人力物力，常用于城市大面积绿化地的建植。紫花苜蓿(Medicagosativa)是我国种植面积最大的栽培牧草[1]，同时由于苜蓿生长年限长，根系发达，也是进行水土保持、恢复生态建设以及发展栽培草地不可缺少的主要绿地植物之一[2]。

近年来，城市人口激增和城镇化进程的加快，以及城市绿地的大规模建设，加剧了城市生活、工业与环境用水的矛盾，再生水利用技术日益受到人们的重视。再生水(Reclaimed Water)也称中水，是生活污水和工业废水经过处理后水质达到规定标准，在一定范围内能重复使用的非饮用水[3-4]。再生水灌溉在我国农业中的应用有了很大发展，对其在绿地灌溉中的应用等方面也开展了不少研究[5-6]，但多集中在禾本科草坪草、乔木、灌木等植物生长及土壤理化性质方面[7-8]，有关其对植物光合特性影响的研究较少，且鲜见有关再生水灌溉白三叶和紫花苜蓿这两种绿地植物的报道。目前，甘肃地区的再生水灌溉技术比较滞后，再生水灌溉对城市绿地影响的研究尚未见报道。基于此，本研究采用温室盆栽培养分析白三叶和紫花苜蓿这两种绿地植物的叶片叶绿素含量、光合作用能力等对再生水灌溉的响应，旨在为大面积绿地植物的再生水灌溉利用提供科学的理论依据。

1 试验材料与方法

1.1试验材料

1.1.1供试水 试验灌溉用水来自兰州大学榆中校区污水处理中心(表1)。

1.1.2供试植物 供试绿化植物为白三叶和紫花苜蓿，种子由美国百绿集团提供。

表1 试验再生水和自来水水质指标Table 1 Quality index of reclaimed water and tap water

1.2试验方法 试验于2011年5-10月在兰州大学榆中校区草地农业科技学院人工智能温室进行，温室环境条件设定为白天25 ℃(07:00-21:00)，晚上19 ℃(21:00-07:00)，相对湿度65%，光照强度800 μmol·m-2·s-1。将白三叶和紫花苜蓿种子分别撒播于直径11 cm，深15 cm的花盆内，每盆播种10～15粒，出苗1周后定苗，每盆保留5株。盆中装当地原土2.35 kg，土壤类型为黄绵土，基本理化指标如下：pH值7.44，容重1.29 g·cm-3，有机质含量0.737%，全氮0.058 9%，速效磷含量4.77 mg·kg-1，速效钾含量132.95 mg·kg-1。

试验采用完全随机设计，出苗1周后将每种试验绿地植物都分为两组,并对两种绿地植物分别进行灌溉处理，对照组采用自来水灌溉，处理组采用再生水灌溉，每次定量浇灌(约350 mL)。进行草坪养护管理并及时防治病虫害。自2011年7月8日开始，每隔25 d测定光合指标及叶片叶绿素含量，共测5次，于10月16日处理结束。

1.3测定指标及方法 净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)利用Li-6400型便携式光合仪测定，测定时间为08:30-11:30；荧光参数Fv/Fm，选取生长一致且受光方向相同的连体叶片，充分暗适应后用便携式调制叶绿素荧光仪PAM-2100测定；叶绿素含量参照杨振德[9]的分光光度法。

用SPSS 17.0软件对试验数据进行分析，用SigmaPlot 10.0软件制图。

2 结果与分析

2.1净光合速率 使用再生水灌溉后，各时期内紫花苜蓿的Pn与自来水之间无显著差异(Pgt;0.05)；白三叶使用再生水灌溉后，从8月2日测定指标开始到试验结束，同一时期Pn均显著大于自来水灌溉 (Plt;0.05)，各测定期内再生水灌溉的Pn值分别比自来水灌溉高出52.53%、51.64%、42.97%和77.41%(图1A)。

各测定期之间进行比较，9月21日测定的Pn值显著高于其它时期的测定值(Plt;0.05)(图1A)。

图1 再生水和自来水灌溉下两种绿地植物光合参数的变化Fig.1 Variation of the two greenbelt plants’ photosynthetic parameter under reclaimed water and tap water irrigation

注：*表示两种水质灌溉之间存在显著差异(Plt;0.05)。下同。

Note: * mean significant difference under two kinds of water irrigation at 0.05 level. The same below.

2.2蒸腾速率 同一时期内紫花苜蓿再生水灌溉较自来水Tr无显著差异(Pgt;0.05)，再生水灌溉的白三叶，在9月21日与10月16测定的Tr显著高于自来水(Plt;0.05)，较自来水分别高187%和99%(图1B)。

2.3气孔导度 各时期内，紫花苜蓿再生水灌溉与自来水之间Gs值差异不显著。再生水灌溉白三叶Gs值在8月27、9月21日和10月16日与自来水之间差异显著(Plt;0.05)，到10月16日较自来水增加108%(图1C)。

2.4胞间CO2浓度 9月21日测定紫花苜蓿Ci，再生水灌溉显著高于自来水灌溉(Plt;0.05)。白三叶在8月27日、9月21日和10月16日再生水灌溉下Ci值显著高于与自来水灌溉(Plt;0.05)。两种绿地植物各时期间Ci值差异不显著(图1D)。

2.5叶片叶绿素含量 与自来水相比，再生水灌溉的白三叶和紫花苜蓿的叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均差异不显著(Pgt;0.05)(图2)。

图2 再生水和自来水灌溉下两种绿地植物叶绿素含量的变化Fig.2 Variation of the two greenbelt plants’ chlorophyll content under reclaimed water and tap water irrigation

2.6叶片荧光参数 各时期内两种绿地植物再生水灌溉与自来水灌溉之间无显著差异(Pgt;0.05)，不同测定时期间Fv/Fm也无显著差异(图3)。由此可见，再生水灌溉未对这两种绿地植物PSⅡ的最大光化学效率造成影响。

图3 再生水和自来水灌溉下两种绿地植物荧光参数的变化Fig.3 Variation of the two greenbelt plants’ photochemical efficiency (Fv/Fm) under reclaimed water and tap water irrigation

3 讨论

植物的Pn、Tr、Gs、Ci及Fv/Fm可以反映植物的生长状况。再生水灌溉影响绿地植物的途径多种多样，其会影响绿地植物自身代谢、物质及气体交换，从而直接或间接地影响光合作用的各项指标，包括Pn、Tr、Gs和Ci等[5]。植物的Pn、Tr、Ci的变化与Gs密切相关[10-11]。Tr是反映植物水分代谢的一个重要生理指标[12]。Gs反映了植物气孔传导CO2和水汽的能力，其开度的大小与Tr密切相关[13]。在不同水质灌溉下植物可通过调节Gs的大小来控制CO2和H2O的传导。本研究使用再生水灌溉两种绿地植物后，Gs随灌溉时间的延长而发生变化，且Gs变化与Tr、Pn、Ci的变化保持在同一水平。再生水灌溉下，两种绿地植物的Pn、Tr、Gs和Ci在一定时期均高于自来水灌溉，后期再生水灌溉下白三叶Pn、Tr、Gs显著高于自来水灌溉，说明再生水灌溉促进了植物的光合作用，这可能与再生水中丰富的氮磷等营养元素及微量离子有关[14-17]。在N、P等充足的情况下，植株光合作用所需的各种酶、NADP+和ATP的合成增加，光合作用原初反应、电子传递和光合磷酸化、碳同化活性增加[18]，最终增强植物光合作用，从而促进植物生长。李康等[19]研究再生水(二级水、三级水)灌溉对冬小麦(Triticumaestivum)形态及光合特性的影响表明，在光合和蒸腾速率方面，三级水灌溉处理冬小麦较其它处理表现较好，这与本研究结果一致。本研究中，再生水灌溉后期测定的各光合参数有所下降，可能与再生水中所含盐分和其它有害离子有关，前期积累少，植物未受到影响，后期由于盐分等的增多导致气孔关闭、Tr减小、Pn随之下降，但差异不显著，未影响到植物正常生长。有研究表明，两种绿地植物的光合生理没有受到再生水灌溉的影响。

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，其含量的高低直接影响着植物光合作用的光能利用效率[20]。本研究中，再生水灌溉两种绿地植物后，与自来水比较总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量均无显著差异，未造成不良影响，这与王北洪等[21]的研究结果一致。可能是因为两种绿地植物本身具有较好的耐氯性，且本研究所用的再生水中氯化物含量(214 mg·L-1)还未达到其上限值。叶绿素荧光参数，即PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)[22]，作为反映PSⅡ活性中心的光能转化效率的参数，极少变化[23]，一般恒定在0.80～0.85，只有在发生光抑制的情况下Fv/Fm值才会降低[24]。本研究中，再生水灌溉下两种绿地植物的Fv/Fm保持稳定，未造成显著影响。有研究证实，色素含量增加，初始荧光Fo升高，PSII受到影响[25]，可见与其关系最密切的是叶绿素浓度。这就可以从叶绿素的角度证明，本研究中再生水灌溉未影响叶片色素含量，故没有影响PSII，所以Fv/Fm未受到影响。而且本研究中Fv/Fm数值都在0.82～0.84，说明它们均处于非光逆境环境条件下，再生水灌溉对Fv/Fm未造成影响。

很多研究表明，植物的光合特性和叶片叶绿素含量、Fv/Fm有一定的正相关关系，本研究却出现不同的结果，再生水灌溉下白三叶光合存在显著差异，但是叶绿素含量、Fv/Fm未发生明显变化，这一结果与卢振兰等[26]的研究结果类似。原因可能是再生水中含有多种营养成分及各种重金属，短期连续浇灌后其在土壤中含量迅速增加到高点，使两种植物需要更长的时间来适应土壤环境变化。另一方面，再生水成分复杂，既有丰富的有机营养物质，也含有一定的重金属，在N、P等营养充足与否情况下，重金属对植物的影响也是不同的[18]，同时重金属含量不同对植物的影响以及影响机制也有所不同[27-29]。再生水短期灌溉后两种绿地植物反应复杂，所表现的是促进和抑制协同作用的结果。由此可见，再生水应用于绿地植物，需考虑分期浇灌，进行自来水与再生水交替灌溉，尽可能降低再生水不同水质对植物的不利影响。

4 结论

两种绿地植物在为期5个月的再生水灌溉下生长正常。本研究从这两种常见绿地植物光合生理上再一次验证了再生水灌溉不会对其产生胁迫危害，再生水作为城市绿地灌溉用水具有非常好的应用前景。但是本研究灌溉期较短，再生水灌溉方式及重金属毒害作用与营养元素的协同作用机理需深入研究，长期再生水灌溉的影响还有待进一步试验研究。总言之，在兰州地区，再生水用于城市绿地灌溉具有宽阔的推广应用前景，对解决兰州地区水资源的紧缺问题有深远的意义。

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Influenceofreclaimedwateronphotosyntheticcharacteristicandchlorophyllcontentofthetwogreenbeltplants

LIU Jin-rong, ZHANG Xu, YANG You-jun, LIU Yi-kai, LIU Li

(Sate Key Laboratory of Grassland Agro-ecosgstems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China)

In order to broaden the application range of reclaimed water in urban greenbelt, a pot experiment was conducted, reclaimed water was used in greenbelt irrigation test of white clover and alfalfa. The changes of photosynthetic characteristic and chlorophyll content under reclaimed water irrigation have been studied. The results showed that reclaimed water irrigation can improve photosynthetic indices in a certain period of time and to some extent. Later, reclaimed water for white clover irrigation, the photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (Tr), conductance to H2O (Gs) and CO2concentration (Ci) under the irrigation test is significantly higher than that under running water irrigation. Two plants species’ changes of Tr, Pn, intercellular Ciare closely related with Gs. There is no significant difference in photochemical efficiency (Fv/Fm) and chlorophyll content between running water and reclaimed water. In short, reclaimed water irrigation does not cause damage to white clover and alfalfa, and has a certain role in promotion.

reclaimed water; greenbelt plants; photosynthetic characteristics; chlorophyll

LIU Jin-rong E-mail:ljr2197@163.com

Q945.11

A

1001-0629(2013)10-1535-05

2012-09-24 接受日期：2012-10-16

甘肃省科技计划项目(1011FKCA137)作者简介:刘金荣(1967-)，男，甘肃张掖人，副教授，博士，研究方向为草坪逆境生理。E-mail:ljr2197@163.com