路易斯安娜鸢尾“Pastiche”在不同浓度富营养化污水中叶绿素含量变化及净化污水作用研究

摘要 将路易斯安娜鸢尾“Pastiche”种植于富营养化污水中，研究不同浓度的富营养化污水对鸢尾叶片叶绿素含量的影响。结果表明，在鸢尾“Pastiche”生长前期，在较高浓度（处理①：N 17.96 mg/L、盐度250.00 mg/L）的污水中鸢尾“Pastiche”的叶绿素含量与CK无显著差异;在中（处理②：N 12.98 mg/L、盐度184.67 mg/L）、低（处理③：N 8.65 mg/L、盐度125.35 mg/L）浓度的污水中鸢尾“Pastiche”的叶绿素含量与CK差异显著（P<0.05）。在鸢尾“Pastiche”生长后期，在高、中、低浓度（处理①、②、③）的污水中鸢尾“Pastiche”的叶绿素含量较CK均较高，且差异显著（P<0.05）;总体表现：鸢尾“Pastiche”在3种浓度的污水中均能很好地生长，尤其是在中、低浓度的污水中表现更好。鸢尾“Pastiche”对去除3种浓度的富营养化污水中的氮素都具有显著的作用，去除效果表现为处理③>处理②>CK>处理①。

关键词 路易斯安娜鸢尾“Pastiche”;叶绿素含量;富营养化污水;净化

中图分类号 S682.1;Q945.79  文献标识码 A

文章编号 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]。在原产地能够在河湖水域、岸边和沼泽、潮湿地域生长良好 [4-5]。为了改善生态环境、促进区域经济发展，引种了湿生生态类型的路易斯安娜鸢尾（Louisiana Irises），对其开展生态适应性、净化污水的作用等系统研究。笔者以路易斯安娜鸢尾“Pastiche”為试验材料，将其种植于3种不同浓度的富营养化污水中，研究路易斯安娜鸢尾“Pastiche”在污水中生长期间叶片叶绿素含量的变化，根据叶绿素的变化情况评价鸢尾“Pastiche”在污水中的生长发育状况和净化污水的作用，为在生产中推广应用提供科学依据。

2.4 路易斯安娜鸢尾“Pastiche”在3种不同污水处理中叶绿素含量变化比较

由于鸢尾“Pastiche”的叶绿素含量在3种处理和对照中的起点不一，要想进一步分析3种处理和对照在生长期叶绿素变化的差异，可以通过对在同一测试时间与前一次测试叶绿素含量平均值的差值的变化规律来进行。3种不同处理和对照在同一测试时间叶绿素含量平均值与前次测试的差值比较见图4。

从图4可以看出，在42 d（含42 d）前，除CK和处理③分别在28和35 d时叶绿素的差值有小幅下降外，其他处理和对照叶绿素的差值均较前一次测试呈增幅趋势;在49 d（含49 d）后，除处理②在70 d时叶绿素含量的平均值有不显著增幅外，其他处理和对照的叶绿素含量的差值均呈降幅趋势。在各处理和对照增幅、减幅比较来看，处理①的增幅降幅相对平稳，呈“S”曲线的变化规律。

方差分析结果表明，处理①在21～28 d的增幅较7～14 d的增幅显著（P<0.05），第35天时较前期增幅极显著（P< 0.01），42 d时增幅下降，较35 d时增幅极显著（P<0.01），42 d后叶绿素含量不再增加，开始逐渐下降，且下降幅度越来越大，在49～56 d时下降幅度达显著水平（P<0.05），56 d后下降幅度不显著。与处理①相比，在前14 d，处理②、处理③的叶绿素含量增幅都较大，但21 d后两者叶绿素含量的增幅都不及处理①，且在35 d时，处理③的叶绿素含量比28 d时有所下降，42 d时又有所升高，之后又开始下降。从处理①、②、③与对照CK叶绿素含量的增减幅来看，在鸢尾生长的前期（14 d前），处理①、处理②、处理③叶绿素的增幅均高于CK，虽然在21 d时CK的叶绿素含量增幅快速上升，但只是短暂的，以后总体下降幅度均高于3种处理。

综合以上对路易斯安娜鸢尾“Pastiche”在3种不同污水处理中叶绿素含量增减幅变化比较，在鸢尾生長前期，3种处理和对照CK的叶绿素含量均有不同程度的增加，3种处理的增幅高于对照CK;在鸢尾生长后期，3种处理的叶绿素含量都有不同程度的降低，处理①、处理②的下降幅度低于处理③和CK，处理③下降幅度最大，处理②下降幅度最小。这也说明在鸢尾生长前期，在3种不同浓度的污水中均能很好地生长，生长前期处理②、处理③生长势优于处理①，生长后期处理①、处理②生长势优于处理③，处理②在全期生长中总体优于其他处理。这些变化与污水中矿质营养的类型、浓度尤其是氮素含量有密切的关系 [18-19]。由于污水中的成分非常复杂，对鸢尾生长发育的影响因素也很多，有正面的因素，同时也会有负面的因素，因此污水对鸢尾生长发育的影响有待于进一步研究 [20]。

2.5 路易斯安娜鸢尾“Pastiche”叶绿素含量的变化与污水的净化作用

经检测，在种植0、35、70 d时各处理的污水和CK培养液氮素、盐度、电导率等理化性质的变化见表2。从表2可以看出，在处理①污水中，起初的氮素和盐分含量分别是17.96和250.00 mg/L，显然此浓度的污水对路易斯安娜鸢尾“Pastiche”的根系吸收影响很大 [21]，虽然溶液中氮素含量较高，但根系吸收的不多，因此处理①的叶绿素含量起初增长缓慢。随着鸢尾植物的生长，污水中的氮素含量逐渐减少，盐度和电导率降低，直到70 d时氮素、盐分和电导率分别降至5.66 mg/L、166 mg/L、203 μs/cm，对污水中氮素的净化率为68.5%。在处理②中，起初的氮素和盐分含量分别是 12.98 和184.67 mg/L，从处理②叶绿素的变化来看，此浓度的盐分溶液有利于根系的吸收，尤其是对氮素的吸收，所以处理②在第7天时叶绿素的增幅最大。随着鸢尾的生长，污水中的氮素、盐度和电导率明显下降，到70 d时污水中氮素含量净化率达82%，盐度降低了63.7%，电导率减少了 51.2%。在处理③中，起初的氮素和盐分含量较处理①、处理②低得多，较低浓度的氮素和盐分有利于根系的吸收，所以处理③从一开始叶片叶绿素含量就有较大的增幅。随着鸢尾的生长，污水中的氮素、盐度含量降低更快，70 d时氮素净化率是 94.8%，盐度也下降了48.9%。对照CK与3种处理相比，CK氮素和盐分含量更低，虽然更有利于根系的吸收，但毕竟含量较低，其叶绿素含量虽有增高，但增幅不大。CK的氮素含量和盐度由于起点较低而造成降幅更大。

以上分析说明，3种处理都具有消除污水中氮素的作用，消除率与叶绿素含量的变化具有一定的相关性。在第42天时，各种处理的矿质元素均有较多的消耗，由于没有外源矿质营养的补充，而此时鸢尾还在生长期，尤其是根茎和新叶又有一个生长的小高峰 [22]，不足的氮素只能从受检测的叶片中补充（氮为可移动元素） [10]，因此，除温度降低因素外，污水中氮素含量的变化和植株中氮素的再分配是引起3种处理和对照的叶绿素迅速下降的主要原因，尤其是本身矿质营养含量较低的处理③和对照下降更为明显。

3 结论与讨论

叶绿素的主要作用是光合作用，叶绿素含量是决定光合产量的主要因素。叶绿素增加情况是叶绿素合成能力的表现，影响叶绿素合成的因素除植物本身的遗传外，主要是温度、光照和矿质元素。光照直接影响叶绿素的合成，如果没有光照，叶绿素的合成将被终止，一定范围内的光照强度影响叶绿素的合成速率。温度对叶绿素合成的影响主要是影响酶的活动，通过影响酶的活动间接影响叶绿素的合成。矿质元素的N、Mg是叶绿素合成的原料，N、Mg的缺乏或供应不足直接影响叶绿素的合成，Fe、Mn、Cu、Zn等元素可能是一些酶的活化剂，间接影响叶绿素的合成 [10]。

从以上分析来看，光照和温度因素的变化是影响不同处理和对照叶绿素变化的主要因素。但在相同气候条件下，温度和光照不是主要条件。因此，不同处理和对照的叶绿素变化的不同，与不同处理污水和对照中的矿质元素成分与含量有关。在较低盐分浓度条件下，根系对矿质元素的吸收随着盐分浓度的升高而加强，当盐分浓度升高到一定浓度后，会抑制根系对矿质元素的吸收 [23]。只有合适的浓度才能促进根系对矿质元素的吸收和利用，根系吸收矿质元素的性质和利用直接影响叶绿素的形成 [10-11，23]。因此，在该试验中，分析各处理和对照叶片叶绿素的变化规律，可以间接地了解路易斯安娜鸢尾“Pastiche”对污水中矿质元素利用情况和更适宜鸢尾生长发育的生长介质。

（1）在鸢尾“Pastiche”生长前期，由于处理①污水中氮素和盐度浓度（分别为17.96 mg/L和250.00 mg/L）较高，一定程度上抑制了根系对氮素的吸收和利用，处理①中叶绿素含量增幅较低，与CK无显著差异;处理②与处理③污水中氮素和盐度浓度较为合适，这2种处理的叶绿素含量增幅均与CK差异显著。在鸢尾“Pastiche”生长后期，处理①和处理②叶绿素含量的下降幅度均比CK低，处理③的叶绿素下降幅度与CK差异显著，这可能由于处理③新生叶较CK较多（处理③新生叶平均5.5个，CK新生叶平均2.5个），受测叶（此时已为老叶）氮素转化到新叶上 [16，24-25]。总体来看，鸢尾“Pastiche”在3种处理的污水中均能很好地生长，尤其是处理②与处理③表现更显著。

（2）3种处理均具有净化富营养化污水的作用，对去除污水中的氮素表现明显。其中处理①对氮素的净化率是 68.5%，处理②对氮素的净化率是82.0%，处理③对氮素的净化率是94.8%，CK对氮素的净化率是84.4%，其中鸢尾“Pastiche”对处理③富营养化污水和井水中的净化作用达到了国家饮用水的标准（小于0.5 mg/L） [26]。从对污水净化的效果来看，表现为处理③>处理②>CK>处理①。

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