全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&"#$$, ") !"#$%&$%$(#)*
!!文章编号!$##$($)*&""#$%##(#$,(#& 旱柳无性系在富营养化水体中的生长 及去除氮磷能力 施!翔! 陈益泰! 王树凤! 王小雪! 李!霞! 潘红伟! 孙海菁! "中国林业科学研究院亚热带林业研究所!浙江省林木育种技术研究重点实验室!浙江 杭州!$$)### 收稿日期$ "#$)($#(#&
基金项目$浙江省科技厅公益技术应用研究计划项目 ""#$$-""###(中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目 "STCU+*$,#(浙江省自然科学基金项目"n $$#)$$ #
作者简介$施!翔"$*&$#!男!湖南长沙人!助理研究员!博士研究生!主要从事植物修复研究8 ! 通讯作者$孙海菁!副研究员!博士!主要从事林木遗传育种研究80(1234$<=6A23V36R7$+89:1
摘要!)目的*比较旱柳无性系的生长以及对水体中氮.磷去除效果!以筛选出处理富营养化水体效果较好的无性
系+ )方法*利用 & 个旱柳无性系在富营养化水体中进行静态培养试验!研究各无性系的形态特征.叶绿素相对含
量指数.对营养元素的吸收以及对废水中氮.磷的去除效率+ )结果*旱柳无性系在整个试验期间生长良好!无死亡
现象+ 各无性系最终生物量.苗高和相对生长率有显著差异!其中!旱 %* 和旱 *, 整体表现最好+ 旱柳无性系对富
营养化水体中氮.磷吸收较好!地上部分营养元素浓度较高+ 旱柳各无性系对总氮.氨氮和硝态氮的去除效率分别
为 &,L$,I *+L*)I.*#L%I **LI和 ++L++I &&L$*I!对总磷的去除效率为 ,+L%*I &L$%I!无性系 旱$ 总的去除效率最高+ )结论*参试 & 个旱柳无性系均能在富营养化水体中正常生长!但各无性系在富营养化水
体中的生长响应有较大差异+ 综合多个指标并结合长期野外试验观察!旱 $.旱 %*.旱 *, 是适合修复富营养化水 体的较好材料+ 关键词!旱柳(无性系(生长(富营养化(植物修复 中图分类号!C,*"L$" 文献标识码!B
93#B&5%()-.&3&#(@,2#>%$#74"5$% ("6,78"/" 8$#(,*,,)$(+"
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?,&5#)!BO3H2O326 H426@(G2@2W?! 26Q 6=@O3?6@O?1:[24?>393?695:>?3RA@<(J6CB(&%=G(7( 94:6?<36 ?=@O:HA39X2@?O8@,".$&!RO?XR::Q Q=O36R@A??;H?O31?6@! 26Q A2Q 6:HA?6:1?6:6 :>Q?2@A8B@@A??6Q :>?;H?O31?6@! @A?A?3RA@! G3:12<<
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26Q F36 2G:[?(RO:=6Q @3<<=?<=6Q?O9:6Q3@3:6<:>2G=6Q26@<=HH458DA?9:69?6@O2@3:6 :>63@O:R?6 26Q HA:@A?@O?2@?Q ?=@O:HA39X2@?OQ?9O?21:[24O2@?O:1&,8$,I @:*+8*)I! *#8%I @:**8I 26Q ++8++I @:&&8$*I! O?1:[24O2@?:>HA:O:1,+8%*I @:&8$%I8DA?6=@O3@3:6 O?1:[24O2@?<:>A3RA?O@A26 @A2@:>:@A?O94:6?<88#(/$."#(!DA?2HHO:29A :>94:6?9A2O29@?O3<2@3:6 =?Q A?O?O2H3Q45R?6?O2@?Q 2<br林!业!科!学!研!究 第 "& 卷 A3RA Y=26@3@5:>RO:X@A(HA5<3:4:R392436>:O12@3:6 :6 94:6?H?O>:O1269?26Q 9A2O29@?O3<@39<=6Q?O?=@O:HA392@3:6 9:6( Q3@3:6<8B99:OQ36R@:@A?O?<=4@ <FB(&%=G(7( 94:6?$! %*! 26Q *, XA39A H?O:O1?Q R::Q =6Q?O@A??=@O:HA392( @3:6 9:6Q3@3:6! A2Q RO?2@H:@?6@3242HH4392@3:6 >:OX2@?OH=O3>392@3:6 36 O?1?Q32@3:6 :>?=@O:HA39X2@?OG:Q3?<8 A,1 B#3)"$ <(J6CB(&%=G(7(( 94:6?( RO:X@A( ?=@O:HA392@3:6( HA5@:O?1?Q32@3:6
随着农业和工业的发展!大量营养元素被释放
到环境中+ 过量营养元素!特别是氮和磷!加速地表
水体富营养化进程!这已成为全世界最关注的水环
境问题+ 因此!来自工业.农业以及市政的废水在进
入自然水体之前必须经过处理!以减少富营养化带
来的负面影响+ 目前!国内外利用不同方法对控制
水体富营养化问题作了较多研究,$- !其中!植物修复
技术对富营养化水体治理起到重要作用+ 生长快速
并有较高去除养分能力的水生植物是目前研究的重
点," /- + 然而!水生植物对氮.磷的去除能力受到季
节的显著影响+ 与夏季相比!冬季植物对氮.磷的去
除率较低,"- +
与水生植物相比!柳树"<(J6C高蒸发量.高生物量以及对营养元素的有效吸收!同
时又有较好的耐涝性!因此!常被作为富营养化水体
植物修复的材料,)- + 过去 "# 多年中!研究人员在人
工湿地污水处理系统中主要利用短周期的柳树进行
污水处理,% /*- + 瑞典在污染修复中利用短周期柳树
过滤带对生活污水进行处理!同时也可产生生物质
能源,$#- + 在北京昌平地区运行一种由垂柳 " I(IHJ"76)( N8#构建的人工湿地系统用于污水处理!
整个系统能去除 &&L)I的氨氮和 &,L&I的总
磷, $$- + 柳树在植物修复中的快速发展应用将使柳 树由单一的生物量生产向多用途应用转变,%- + 目前 的研究主要集中在以柳树为主的人工湿地处理系统 的构建以及去除效率的评价,$$ /$- !较少研究柳树无 性系材料在富营养化水体环境下的应用潜力,%- + 传 统的田间无性系测试时间较长并且费用昂贵!而短 周期无性系测试方法所获得的信息在选择有潜力的 植物材料方面要优于大规模的无性系田间测试,$)- +
旱柳"N8#植物!因其极易扦插繁殖!根系发达!生长迅速
并且能够固定土壤!是一种具有潜力的修复树种+
目前!国内对旱柳去除富营养化污水中氮.磷效果的
研究还较少+ 因此!本研究以 & 个旱柳无性系为材
料!采用短周期的无性系测试方法!对其在富营养化
污水中的生长以及净化效率进行分析和评价!旨在
筛选出适合修复净化富营养化水体的优良无性系+
$!材料与方法 C8CD植物材料 本试验 & 个旱柳无性系编号分别为$旱 $#.旱$.旱 $+.旱 ).旱 *.旱 %*.旱 ,# 和旱 *,+ 试验所 用插条均采集自课题组采穗圃扦插苗+ 试验在中国 林业科学研究院亚热带林业研究所试验大棚进行+ 将旱柳插条"长约 & 91#扦插于 )% 91 f% 91 f$% 91"长f宽f高#的容器内的泡沫板上!往容器中
注入改良的 _:2R426Q 营养液,$%-进行培养!连续充 气!自然光照!温度为 # &b!相对湿度 +#I &#I+ 在培养过程中通过加入_-4或 J2\_溶液调 节 H_!使 H_值维持在 % ++ + 周后!选择生长相 似的各旱柳无性系进行试验+ 由于各无性系本身生 长差异!选择时尽量避免无性系之间有较大差异+ 各无性系初始苗高为 %# +& 91!初始生物量"鲜质 量#&8$"8% R0株 /$+ C8FD废水成分 试验所用废水采自杭州富阳某养牛场+ 根据预 试验!将废水进行一定稀释+ 废水主要营养成分为 总氮"D:@2463@O:R?6!DJ#*8 1R0N/$.总磷"D:@24
HA:/$.氨氮"B11:632!J_ ) ( J#"&8 1R0N /$
.硝态氮"J3@O2@?63@O:R?6!J
(J#
+8) 1R0N
/$+ 化学需氧量"-\E9O#为 +# 1R0N/$+
H_值和氧化还原电位值 "0A# 分别为 &8#, 和
$"* 1e+ C8HD试验方法 试验按照随机区组设计!每个无性系处理设 个重复!每重复含 * 株扦插苗!同时设置不加植物的 空白对照+ 整个试验期间!每 , Q 向水培容器中加 入少量与初始废水性质基本相似的废水!保证每个 水培容器中$" N处理水!同时适当充气以保证供
氧+ 处理时间为 "#$# 年 + 月 "$ 日至 & 月 " 日!共
+ Q+ 试验前选择与各参试无性系扦插苗生长基本
一致的 + 株样株测定初始生物量+ 试验期间!每周
定株测量苗高 $次!每 " 周定叶测量叶绿素$ 次!水
样在 ,.$)."$."&.%.)* 和 + Q 各收集 $次+ 试验 结束后!收获所有植物!测定生物量.根系形态和植 &$
第 期 施!翔等$旱柳无性系在富营养化水体中的生长及去除氮磷能力 物组织中的营养元素+ C8ID样品分析 植物收获后!将其分为叶片.茎枝和根系 部 分+ 根系用去离子水洗净! 并用 % 11:40N/$
-2"J
#
"
浸泡+ 植物样品经 $#%b杀青 # 136!,% b烘干 Q后称其生物量+ 参照冷华妮等,$+-方法测
定全F含量!凯氏定氮仪测定全J含量+
废水 H_和 0A 用 F_C(-酸度计"上海精密科
学仪器有限公司#测定!DJ.DF.J_
)
(J.J
(J等指
标用ES"&## 多参数水质分析仪"美国_B-_公司#
测定+
叶片叶绿素相对含量指数"-A4:O:HA549:6@?6@
36Q?;! --T#用--` "## 型手持叶绿素仪测定"美国
-TE公司#!随机选取植株上部叶片 $% 片!测定其叶 绿素相对含量指数!取平均值+ 植物根系去离子水洗净后!用双光源扫描仪扫 描+ 根系形态参数 "根长.根表面积.根体积.根平 均直径以及不同径级的根系长度#通过图片用根系 分析软件 h36S_To\FO:"##%G 分析"加拿大 S?R?6@ 公司#+ C8JD数据分析 为了避免植物材料本身对结果的影响!本文选 用相对生长速率"S?42@3[?RO:X@A O2@?! SPS#来比较 旱柳各无性系生长+ ;] "46. E _46. 6 # & E _& 6 ,$,-
!!式中$. E 表示植物最后收获时株高或生物量 个重复的算术平均值!. 6 表示植物初始株高或生物 量 个重复的算术平均值(& E /& 6 表示 " 次测定时间 的间隔"Q#+ 营养元素去除效率 ] - 6 _- E - 6 b$##I
!!式中$- 6 为废水中初始营养元素浓度"1R0 N /$
#!-
E
为试验结束时废水中营养元素浓度"1R0
N
/$#+ 所有试验数据采用0;9?4"## 软件和EFC ,8#% 数据处理系统进行方差分析和 NCE法差异显著性 检验+ "!结果与分析 F8CD旱柳无性系的生长表现 旱柳能在高浓度废水中正常生长!在整个试验 期间没有发现旱柳有生长受抑制或死亡现象+ & 个 旱柳无性系苗高生长见图$+ 污水处理下!各无性
系苗高生长具有显著差异"Dm#8#%#!试验结束时!
以无性系旱 ,# 苗高最高+ 污水培养期间!无性系平
均每周生长 )L#" +L#" 91+ 株高相对生长率
";
*
#与初始干质量 "F?2O<:6 #l/#8)&+!Dm
#L#%!7l")#和苗高"F?2O<:6 #l/#8)$*!Dm#F#%! 7l")#呈负相关!且各无性系间存在显著差异"Dm #L#%#!其中!无性系旱 ) 的 ; * 最高+ 尽管无性 系旱 ,# 苗高最高!但其株高相对生长率最低+ 图$!& 个旱柳无性系高生长和相对生长率
"图中相同字母表示差异显著"Dm#F#%#!下同#
收获时旱柳无性系生物量"干质量#见表 $+ 旱 柳幼苗各部分生物量受污水影响在各无性系中有显 著差异+ 最终生物量与植物初始苗高呈显著正相关 "F?2O<:6 #l#L,%!Dm#F##$!7 l")#!同时最终生
物量与初始生物量呈负相关!但不显著"F?2O<:6 #l
/#8# $$!Dl#F*+$!7 l")#+ 茎枝和根系生物量也 有相似关系"表 $#+ 各无性系中!旱 %*.旱 ,#.旱 *, 的整株生物量较大"表 $#+ 旱柳干质量增长率普遍 较高!其中!旱 $ 和旱 %* 最高!达到 )#"8I!而旱 $+ 和旱 $# 较低!分别为 ""&8+I和 "$8)I+ 旱柳 无性系整株生物量相对生长率"; B #值有显著差 异 "Dm#8#%#!其中!旱 $ 和旱 %* 的 ; B 值最高! 为 #8$&"图 "#+ 茎.叶片生物量相对生长率 ; % . ; J 值有显著差异"Dm#L#%#! 其中!旱 *, 的; J 值最高!旱 ) 的 ; % 值最高+ 根系生物量的相对 *$ 林!业!科!学!研!究 第 "& 卷 生长率; # 值差异不显著"Dv#L#%#+ 旱柳各无 性系根冠比和含水率差异显著"Dm#L#%#+ 在废水 中旱柳各无性系根冠比为 #8, #L+$!而含水率为 #8+*) #8,"*"表 $#+ 表 CDO 个旱柳无性系平均生物量"干质量# 无性系 整株生物量 K "R0株 /$# 叶片生物量K "R0株 /$# 茎生物量K "R0株 /$# 根系生物量K "R0株 /$# 插条生物量K "R0株 /$# 含水率 根冠比 旱 $# ,8* t$8)& G $8+* t#8& G "8*" t#8,% Q #8,, t#8"" 2G "8## t#8)$ G #8,$) t#8#$& G #8+$ t#8$# 2 旱 $ ,8$& t$8)$ G $8) t#8# 9 8$) t#8,) 9Q #8&$ t#8" 2 $8,& t#8)+ G9 #8,#% t#8#"" G9Q #8%, t#8#* 2 旱 $+ +8,, t$8%* G $8* t#8& 9 "8*# t#8&" Q #8,& t#8$ 2 $8+* t#8%# 9Q #8,$+ t#8#$* G #8%* t#8$) 2 旱 ) ,8%" t"8$# G "8#$ t#8%* 2 8)& t$8#& G9 #8%+ t#8"" 9 $8)+ t#8, Q #8,## t#8#$% 9Q #8, t#8#+ 9 旱 * ,8#) t$8+) G $8* t#8& 9 8%* t#8*+ G9 #8+) t#8$* G9 $8)" t#8) Q #8,"* t#8#") 2 #8) t#8#* 9 旱 %* &8+* t"8)+ 2 $8*& t#8%& 2 )8$% t$8 2 #8*# t#8)$ 2 $8+% t#8)$ 9Q #8,$" t#8#"* G9 #8) t#8$$ 9
旱 ,# *8$* t"8$* 2 $8* t#8 9 )8) t$8& 2 #8&+ t#8"+ 2 "8%# t#8,& 2 #8,#, t#8#"$G9 #8+$ t#8$* 2 旱 *, &8%& t$8+$2$8,$t#8%# G )8#" t#8&# 2G #8&) t#8$* 2 "8## t#8%+ G #8+*) t#8#"+ Q #8%# t#8 $$G !!注$数据以平均值t标准差"1?26 tCE#表示!各列数据后相同字母表示在Dm#8#% 水平上无显著差异+ 表 ". 皆同+ 图 "!& 个旱柳无性系生物量相对生长率 F8FD旱柳无性系的根系特征 旱柳各无性系根长.根表面积.根体积.根平均 直径以及根尖数等根系形态参数表 " 表明$各旱柳 无性系根系在废水中的发育差异显著!与生物量表 现一致!其中!无性系旱 %* 的根系各形态参数最高! 与其根系生物量表现一致+ 为进一步评价根系对废 水的适应性!对旱柳各无性系不同径级的根系长度 进行分析"表 #!所有无性系根系长度主要集中在 m#8% 11径级!而其它径级根系长度所占比例较 小+ 参试无性系在较大径级"$8# "8# 11和 v "8# 11#!特别是在v"8# 11径级中根系长度较短+ F8HD旱柳无性系叶片叶绿素相对含量指数 旱柳各无性系在试验期间叶片叶绿素相对含量 指数"--4#的变化趋势"图 #表明$旱柳各无性系 --4值随时间的推移而增高且与植物生长表现一 致+ 方差分析表明$--4值在各无性系中和不同时 间有显著差异"Dm#F#%#+ 图中个别无性系 --4值 有突然增高或降低的现象!这可能是随机选取叶片 时造成的误差!也可能是试验后期废水中营养元素 减少所致+ F8ID植株组织中营养元素的积累 图 ) 表明$旱柳无性系不同器官中氮和磷浓度 存在显著差异!且叶片中营养元素浓度显著高于其 它器官"Dm#8#%#+ 叶片中氮浓度与植物高生长 "F?2O<:6 #l/#8)*#!Dm#F#%! 7l")#和叶片生物量 "F?2O<:6 #l/#F)&&! Dm#F#%! 7l")#显著负相关( #" 第 期 施!翔等$旱柳无性系在富营养化水体中的生长及去除氮磷能力 表 FDO 个旱柳无性系根系形态参数 无性系 根长K91 初始 最终 根表面积K91" 初始 最终 根体积K91 初始 最终 根平均直径K11 初始 最终 根尖数 初始 最终 旱 $# $ #)" t"& 2 ) #"* t&#* Q *#8"t$8) 2 )%% t,* 9Q? #8+" t#8", 2 )8$ t#8,$ 9Q? #8" t#8$% 2$8#& t#8"* 9 ,$) t$$ %* 2 $)#$ t" * $$9Q 旱 $ *"# t%* 2G %% t,$$ Q ,+8$t$8* 2 )# t*$? #8%# t#8" 2 8++ t#8*) Q? #8"* t#8#* 2$8#& t#8"# 9 ,,& t$#+ 2$$&&# t" #"& Q 旱$+ **) t) 2G ) &,, t$#$$G9&"8&t)8* 2 %"* t*+ 9 #8%% t#8", 2 )8+# t#8,& G9 #8% t#8$+ 2$8)+ t#8"# G ,$) t%* 2$+ &% t$,$G9 旱 ) ,,& t"" 2G ) "% t* 9Q +*8#t+8, 2 )) t*% Q? #8)* t#8" 2 8%$ t#8&$? #8", t#8# 2$8$t#8"" 9 " &)* t%"% 2$+ "*$t" **% G9 旱 * +** t$% G ) $", t$ #*$9Q ++8t$&8* 2 )&" t$"$ 9Q? #8%# t#8$& 2 )8% t$8$% G9Q #8"* t#8#" 2$8+% t#8, 2G " ++$t"%& 2$% &" t) $* G9 旱 %* ,), t$& 2G , %"* t"" 2 +"8)t"#8$2 &#* t$#, 2 #8)" t#8$+ 2 +8*& t#8*$ 2 #8# t#8$" 2$8++ t#8"* 2G ,&% t+* 2"* $#* t) *,* 2 旱 ,# &)" t$)" 2G % #& t%& G +,8&t$+8 2 +,) t&) G #8) t#8$) 2 +8*+ t$8) 2 #8"% t#8#" 2$8,& t#8"+ 2 # t,+& 2 $, +%+ t" ))* G 旱 *, +&* t"* G ) #* t)& 9Q %,8$t"*8) 2 %#, t%+ 9Q #8& t#8"$2 %8#, t#8,+ G #8"+ t#8# 2$8%& t#8") 2G )) t$%$# 2$% #,# t$ ," G9
表 HDO 个旱柳无性系不同径级根系长度 91
无性系
m#8% 11
初始 最终
#8% $8# 11 初始 最终$8# "8# 11
初始 最终
v"8# 11
初始 最终
旱 $# &* t""& 2 "), t,"" 9Q$#8$t%"8) 2 %%$ t*# 9Q $%8*+ t%8", 2 "#, t)% Q #8$"& t#8#*) 2G $"8)$ t+8"& 9Q
旱 $,*$ t$% 2G " &%* t%)+ Q?$$8+ t),8$ 2 %#, t $$Q$$ 8,) t8,$2$+& t), Q? #8$*$ t#8#*% 2G ,8*" t)8&" Q
旱 $+ &%& t",# 2 *++ t&,# G$""8+ t%8* 2 +,) t$+ G$#8%+ t)8*" 2 " $$t) Q #8#%+ t#8#* 2G$$ 8% t,8%, 9Q
旱 ) ++" t"%* 2G +) t&"+ G9 *,8& t%#8% 2 %% t&% 9Q $+8+ t%8,& 2$ t& ? #8#%% t#8#"& 2G &8$# t)8%) Q 旱 * %,% t$"$G ")" t&*# 9Q$#%8+ t"&8* 2 +#" t$+$ G9Q $+8#+ t)8# 2 "+) t,$ 9 #8", t#8$* 2 &8$% t8, Q
旱 %* +)$t$)& 2G + ")% t$##% 2 &,8* t#8& 2 &&, t*& 2$)8") t)8$2 )+ t%+ 2 #8$," t#8#,* 2G "&8$# t$#8"* G
旱 ,# ,+ t$#& 2G )$## t)% G *8% t,8% 2 &" t $$# 2 *8+& t$8*) 2 $, t+$ 2G #8##% t#8##% G )8%+ t$*8&& 2 旱 *, %& t",* G $* t&, 9Q *)8,* t)%8 2 +) t$$ " G9 &8,+ t)8#* 2 "*$t%" G9 #8#%% t#8#%% 2G$,8% t$#8,$ 9
图 !& 个旱柳无性系叶片叶绿素相对含量指数"数据以平均值t标准误"1?26 tCS#表示!7l$%# 但叶片中磷浓度和叶片生物量呈正相关"F?2O<:6 # l#L)*%! Dm#F#%! 7l")#!而叶片中磷浓度与植物 高生长呈负相关!但不显著+ 方差分析表明$旱柳无
性系不同器官中营养元素浓度存在显著差异"Dm
#L#%#+ 植物不同器官中营养元素含量与植物生物
量和体内营养元素浓度有关+ 本试验中!旱柳无性
系植株中氮和磷平均含量分别为$#&8&.*8#+ 1R0 株 /$!其中!无性系旱 ,# 氮和磷积累量最高!分别为
$"*8%.$$8," 1R0株 /$+
F8JD旱柳无性系的氮磷去除效率
总氮是由氨氮.硝态氮以及有机氮等不同形态
的氮组成+ 与空白对照相比!废水中总氮浓度在试
验后期下降显著"Dm#8#%!图 %#+ 试验结束后!旱
柳各无性系处理组能去除 &,8$,I *+8*)I的总 氮!显著高于空白对照 ",I的去除效率+ 无性系旱$ 的去除效率最高!为 *+8*)I+
试验初期!废水中氨氮浓度较高!氨氮的去除与
总氮的趋势相似+ 试验结束时!旱柳各无性系氨氮
去除效率比总氮去除效率高 "图 % #!*#8%I
**LI的氨氮被旱柳各无性系去除(同时在空白对
照中!+8+* I氨氮被去除+ 与总氮去除效率相似!
无性系旱 $表现最好+ 与废水中总氮和氨氮浓度随时间一直下降相 反!硝态氮浓度在空白对照中有增高的趋势!同时旱 柳各无性系处理中硝态氮浓度有升高再降低的趋 势+ 在对照中!硝态氮浓度由 *8+# 1R0N/$升高到
$" 林!业!科!学!研!究 第 "& 卷 图 )!& 个旱柳无性系不同器官中氮和磷含量"干质量#"数据以平均值t标准误"1?26 tCS#表示!7l+ 图 %.+ 皆同#$+8%+ 1R0N
/$!而无性系处理中!硝态氮浓度在处理 "周后开始显著下降!最终 ++8++I &&L$*I的硝态
氮被去除+ 硝态氮去除效率与氨氮去除效率呈极显
著正相关"F?2O<:6 #l#L,#!Dm#F##$!7l")#+ 图 %!& 个旱柳无性系处理组氮去除效率 总磷的变化趋势与总氮的变化基本一致!但是 旱柳各无性系对总磷的去除效率显著低于对总氮的 去除效率"图 +#+ 试验结束时!旱柳各无性系对总 磷的去除效率为 ,+8%*I &8$%I!无性系旱 *, 的
去除效率最高+
F8PD植物材料的综合选择
根据旱柳无性系在富营养化水体中的生长情
况!对氮.磷的利用效率以及水质改善效率!旱柳无
性系旱 $# 和旱$+ 可归为一类!其余无性系归为另
一类!这与野外试验表现一致!其中!无性系旱 $# 和 旱$+ 在试验过程中整体表现相对不佳!而无性系旱
$.旱 %* 和旱 *, 整体表现较佳+ 结合长期野外试 验观察结果!旱$.旱 %* 和旱 *, 这 个无性系是适
合修复富营养化水体的较好材料+
!结论与讨论
本研究通过阐明旱柳无性系在污水环境中的短
周期特征表现!预筛选出较适宜修复富营养化水体
的无性系!这种短周期的无性系特征表现能在一定
程度上反映无性系在野外的长期表现!且本研究试
验结果与课题组在浙江和安徽的野外试验结果
相似+
H8CD旱柳无性系生长
试验中旱柳 & 个无性系在富营养化水体中生长
良好!表明在没有有毒离子存在下!旱柳无性系可作
为富营养化水体修复材料(然而!与其它水生植物相
比!其在富营养化水体中的生长速率相对较低,$&- + 本研究中!各无性系各方面特征差异显著!这种差异 可能与无性系对气候的适应和试验光照条件有关( "" 第 期 施!翔等$旱柳无性系在富营养化水体中的生长及去除氮磷能力
图 +!& 个旱柳无性系处理组磷去除效率
同时!柳树各无性系的生长发育受基因强烈控制+
M:HH等,$*-报道!在北纬地区相对较短的生长周期! 有些在生长季早期快速生长"快生长型#植物比慢 速生长"慢生长型#植物能获得较大的生物量!并且 初始生物量将强烈影响最终生物量+ 本试验中!旱 柳大部分无性系从扦插到试验初期!生长较快!因而 获得较大生物量!可归为快生长型+ 如无性系旱 ,# 在生长季初期快速生长!从而获得较大最终生物量! 而慢生长型旱$+ 在初期生长缓慢!因而在试验末期
其株高和生物量均较小!这与h?3A等,%-的研究结果
相似+ 同时!试验结果表明!慢生长型无性系具有较
高相对生长速率;!如慢生长型旱 ) 具有最高的
;
*
和;
#
值+
H8FD植株中营养元素积累
研究结果表明!旱柳无性系能够在其地上部分积
累较高浓度的氮和磷+ 在本研究中!各无性系叶片氮
浓度为 ")8$8" 1R0R/$!与报道的蒿柳"7(J6%N8#叶片氮浓度相似或者高于其值,+!"#- + 这种差
异与营养元素供应浓度.JKF以及介质中有机质含量
有关+ 叶片氮浓度越高!叶片颜色也越深!这与叶绿
素相对含量的结果相符+ 研究表明!柳树叶片中氮浓
度在 "% 1R0R/$以上时生长较好,"$- !这与旱柳无性
系生长表现一致+ 试验结果表明!旱柳无性系茎枝氮
含量较以往报道的蒿柳,+-和毛枝柳"h3118#的高,"$- + 根冠比是反映植物地上部分和地 下部分不同时期生长中心的指标,""- + 试验后期植物 根冠比的下降!表明茎叶部分迅速生长!因此!短周期 轮伐可以去除污水中的大量营养元素+ 据 04:X( <:6 ,"$-报道!一片柳树林地上部分生物量 ) 2可达 %# @
0A1
/"
!如果以茎枝中氮浓度为, 1R0R/$测算!收获 时氮去除总量将达 %# WR0A1/"+ H8HD旱柳无性系氮磷去除效率 试验结束时!旱柳各无性系对 DJ.J_ ) (J和 J (J的去除效率分别为 &,L$,I *+L*)I.
*#8%I **8I和 ++8++I &&8$*I!其去除效 率高于蒿柳的 %,8,I"J_ ) (J# ,+- !与毛枝柳 J_ ) (J 和J (J去除效率相似,"- + 与其它水生植物相比! 其J_ ) (J去除效率显著高于日本苇"/*#(>B6&$%W(0
D"76)( C@?=Q8#
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. 水 葫 芦 " @6)**"#76( )#(%6D$% " 2`O@8# C:41<# ,")- !较黄花水龙"[=%6($( %&6D=J()$( \AX3# ,"- .大"/6%&6( %&#(&6"&$%N8# ,"%-稍低!与其它
"$种水生植物相似,"+- + 造成不同植物去除效率不 同的主要原因除植物材料本身外!也可能与试验环 境有关+ 氮的去除主要有微生物硝化和反硝化作 用.植物吸收.氨氮挥发,",- + 水体 H_值也是影响硝 化和反硝化的一个重要原因,$&- !在 H_值分别为
%8& &8%和 ,8% &8+时是反硝化和硝化的最佳 H_
值,"&- + 试验初期 H_在 ,8%左右!这是因为试验用水
中氮的形态主要是氨氮!硝态氮含量很低+ 同时硝化
作用发生!这与整个系统初期不同氮形态变化趋势一
致+ 试验后期 H_值下降!硝化作用减弱+ 生长较好
的旱柳处理组对氮的去除显著好于空白对照!表明此
时植物吸收是氮去除的主要驱动力(同时根系巨大的
表面积能刺激根区微生物活性并形成生物滤膜!从而
加速氮的去除,"*- + 旱柳各无性系磷的去除效率为
,+L%*I &L$%I!比黄花水龙夏季 "%I的去除效率 高,"- !与毛枝柳相似,"- !但低于蒿柳 *#8+I的F (F 去除效率,+- + 与氮可氨化挥发不同!磷主要存在于介 质中!在植物组织中储存较少!同时不同的试验环境 和条件会影响磷的去除+ 磷的去除与氮不同!主要有 吸附.络合.沉淀.微生物同化和植物吸收,"&- + 本试 验中!旱柳无性系组织中磷浓度较试验前显著增加! 同时水体中磷浓度减少!表明植物吸收起到一定作 用+ 与对照相比!植物系统有较好的磷去除效果!可 能植物根区促进微生物活动!加速微生物的同化作 用!从而共同促进磷的去除,#- + 参试 & 个旱柳无性系均能在富营养化水体中正 常生长!但各无性系在富营养化水体中的生长响应 有较大差异!无性系旱 %* 和旱 *, 生长最佳+ 各旱 柳无性系对氮和磷的利用率较高!能有效去除水体 中的氮和磷!并且其叶片中氮浓度在 "% 1R0WR/$以
上!无性系旱 $综合去除营养元素的能力最高+ 综 合多个指标并结合长期野外试验观察!旱柳无性系 旱$.旱 %*.旱 *, 是适合修复富营养化水体的较好
材料+
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林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
参考文献!
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