2001年9月JOURNALOFSHAOXINGCOLLEGEOFARTSANDSCIENCESSep.2001富营养化水中14种野生植物光合
和营养吸收的相关性
黄承才
(绍兴文理学院 生物系,浙江 绍兴312000)
Ξ
摘 要:研究了富营养化水栽培下14种野生植物光合和营养吸收的关系,结果表明,植物的日光合量大小顺序与植物对环境因子的响应一致,且高光合量的8种植物对环境因子的响应显著大于其它低光合量的植物(P<0.05);植物的日光合量、最大光合速率及光照强度—光合速率的b值与营养元素的吸收均存在着显著正相关,因此,日光合量、最大光合速率及光照强度—光合速率的b值可作为人工湿地净化工程植物选种的重要指标.本项研究表明,芦苇、早熟禾、杭州石荠艹鸭儿宁、
芹、凤眼莲、水芹等6种植物可选为人工湿地净化工程的植物.关键词:富营养化水;光合作用;元素吸收中图分类号:X171.1 文献标识码:A 文章编号:1008-293X(2001)03-0052-05
光合作用是植物生长的物质和能量基础,也是植物生长活力的一个标志,它需要营养元素的参与,同时也为营养元素的吸收间接提供能量和动力,其中营养元素N、P又是引起水体富营养化的主要因素.因此研究富营养化水中植物的光合作用及与其对营养元素吸收的关系,对植物生理生态和水体净化都具有重要的理论和实践意义.
净化富营养化水体所用人工湿地中栽培的植物是湿地的重要组成部分.由于湿地中具有丰富的光、
1〕水和营养供应,所以湿地生态系统的初级生产力是全球中最高的〔.这种高生产力就有了较高的异养活动
能力,即分解和转输有机物和其它物质的高潜力.湿地植物对全球生态平衡起着特殊而又重要的作用,尤
2〕其是对水质净化,已成为当今生态学研究的热点之一〔.近几年来,研究和利用人工湿地处理污水的工作3-4〕已开展较多,采用的植物种类有作物、花卉等〔.而对野生植物,特别是亚热带地区湿生或中生的野生植5-6〕物的研究很少,从保护生物学角度及湿地成本方面考虑,本地区种类的使用具特殊意义〔.因此,我们选
〔7-8〕择了近20种野生植物,在富营养化水栽培下进行植物的光合、呼吸、蒸腾及营养元素吸收等的研究,
为人工湿地的选种提供资料.本文报道14种野生植物光合与光强、气温等环境因子的相关性,及与根系营养元素吸收的关系,旨在为不同环境下人工湿地选种提供依据.
1 材料与方法
1.1试验材料
试验材料为杭州地区14种野生植物,其定性的生态特征见表1.为便于光合及水质分析,将试验材料移栽到浙江大学生命科学院内大型遮雨蓬中进行水培.雨蓬为无色塑料薄膜,透光率高,蓬下部1m开敞,以保持通风和避免升温.
采用65×45×12cm3的塑料盒作盛水容器,盒中放置Logatainer(54×34×6cm3,德国提供),Logatainer中具45个小室(9×3×6cm3),每个小室底有2个小孔,水分可以自由进出.3～4月,将野外自然生境的14种植物分别栽在Logatainer的小室中,每种植物栽2盒(用单、双号作标记),定期(1周左右)更换富营养化
Ξ
收稿日期:2001-05-08
基金项目:欧洲联盟资助项目(ERBIC18CT960059)
作者简介:黄承才(1963-),男,浙江嵊州人,副教授,主要从事植物生态学研究.
第3期 黄承才:富营养化水中14种野生植物光合和营养吸收的相关性 53水(富营养化水指标TN:2.42mg・L-1,TP:0.061mg・L-1),到5月中旬,植物根系发达,生长旺盛.
表1 14种野生植物的生态学特性
植物种类
芦 苇Phragmitescommunis早熟禾Poaannua杭州石荠艹宁Moslahangchowensis鸭 芹Cryptotaeniajaponica知风草Eragrostisferruginea凤眼莲Eichhorniacrassipes
喜旱莲子草Alternantheraphiloxeroides酸模叶蓼Polygonumlapathifolium羊 蹄Rumexjaponicus水 芹Oenanthejavanica野荞麦Fagopyrumdibotrys萱 草Hemerocallisfulva石菖蒲Acorustatarinowii镜子苔草Carexphacota生境水边及湿润处路边及水田边山地或石缝中阴湿地路边及田边池塘及河流湿地、旷野湿地、路边湿地、山坡湿地湿地、水沟林下阴湿处溪流湿地、山坡生长特性多年生
多年生一年生一年生多年生一年生多年生一年生一年生多年生多年生多年生多年生多年生最大光合速率
mgCO2・dm-2・h-1
33.0829.4417.6620.7823.0819.8317.9620.6820.7114.7213.5210.7312.065.04
光饱和点
Klx6044606176385040494039424044
光补偿点
Klx2.10.62.30.72.11.22.30.82.43.02.02.81.30.3
1.2研究方法
在试验的前一天晚上,将单号塑料盒转移到室外,第二天开始测定光合日变化.光合速率用红外线气
体分析仪(GXH-3.5)配合有机玻璃叶室以封闭式气路法测定,测定时间从日出至日落,每小时测一次,测3～4个日进程,以晴天测定为主.在测定光合速率的同时,测定光照强度、叶室内气温等.光合速率(Pn)的计算公式为:
ΔC6044273100・・・・V6・M22.4273+TS10Δ
式中Pn为植物叶片的净光合速率(mgCO2・dm-2・h-1);ΔC为进出气口CO2的浓度差(10-6);ΔM为测定时
Pn=
);S为叶面积(cm2),用光电式(PG-250型)叶面仪测定;V为叶室的体积间(min);T为叶室内气温(℃(cm3).
同一时期,取双号盒内水进行NO3-1、总氮(TN)、总磷(TP)等的测定(测定期间不换水),去除率由下
列公式计算:
R=
C1×V1-C2×V2C1×V1×d×S
式中,R为每天单位叶面积的降低百分率(%・m-2・d-1),C1、C2为前后两个时间盒内水中所测物质的浓度(mg・L-1),V1、V2为前后两个时间盒内水的体积,d为间隔时间(天),S为净化用植物的叶面积(m2),通过
每克鲜重植物的叶面积乘以盒中植物总鲜重换算得到.S的加入是为了使净化能力可与光合数据具可比
性,进而可进行相关计算.
2 结果与分析
2.1植物光合强度的比较
宁>鸭儿芹>植物的日光合量(图1)为芦苇最大,镜子苔草最小,其排序为芦苇>早熟禾>杭州石荠艹
知风草>凤眼莲>喜旱莲子草>酸模叶蓼>野荞麦>羊蹄>水芹>萱草>石菖蒲>镜子苔草.聚类分析
宁、结果表明,可将14种植物分为高光合量和低光合量两类,其中,芦苇、早熟禾、杭州石荠艹鸭儿芹、知风
草、凤眼莲、喜旱莲子草、酸模叶蓼等8种为高光合量类,其它种类为低光合量类.
绍兴文理学院学报(自然科学版) 第21卷54图1 14种植物日光合量的比较(n=3)
2.2 植物的光合速率与环境因子关系对不同天气测定的数据,以气温(T)及光饱和点以下的光照强度(L)为自变量,光合速率(Pn)为因变量,进行单元回归分析(表2),结果表明,8种植物的Pn与T及与光饱和点以下的光照强度(L)均呈显著或极显著正相关.回归系数b值的大小,可反映植物光合对环境因子的响应程度,b的值大,表明对环境因子响应强,反之则弱.将植物的日光合量与斜率b值作回归分析,结果表明,植物的日光合量与光照强度—光合速率(L-Pn)的b值(n=14,r=0.7133)呈极显著正相关,日光合量与气温—光合速率(T-Pn)的b值(n=8,r=0.8033)也呈极显著正相关,表明植物的日光合量大小与光合速率对环境因子的响应一致,即日光合量大的植物,对环境因子的响应强,反之则弱.且高光合量的8种植物对环境因子的响应显著大于低光合量的植物(p<0.05).分析日光合量(图1)与最大光合速率(表1)表明,日光合量与最大光合速率(n=14,r=0.9533)也呈极显著相关.
表2 植物光合速率(Pn)与光强(L)及气温(T)间的线性回归
种 类
光饱和点
芦 苇
早熟禾
杭州石荠艹宁鸭儿芹知风草凤眼莲喜旱莲子草酸模叶蓼羊 蹄水 芹野荞麦萱 草石菖蒲镜子苔草
6044
n2721
b0.41800.31460.23900.20110.41960.30670.19950.20770.35060.27160.16460.16400.0340
r0.8130.8330.8030.8230.7130.8530.590.840.84
33
光强(≤光饱和点,Klx)
n
气温
b1.74750.5824
r0.7230.4830.4230.6930.080.330.170.210.130.4830.270.3530.553
33333
3332
60
6176385040494039424044
27
2529202015211616181819
0.27290.883
3
3333
33
3332333231323231323232
0.6715
0.60690.81850.08130.44620.18610.25610.09830.39400.14510.17030.0987
0.523
3
0.563
333333333
0.8030.8230.613
3:P<0.05;33:P<0.012.3 植物的光合强度与营养元素吸收的关系
植物对营养元素吸收的情况表明:植物对营养元素的吸收存在明显的差异(p<0.01),植物对营养元
宁、素吸收为芦苇、早熟禾、杭州石荠艹鸭儿芹、凤眼莲显著大于知风草、酸模叶蓼、野荞麦、喜旱莲子草、羊
第3期 黄承才:富营养化水中14种野生植物光合和营养吸收的相关性 55蹄、石菖蒲、萱草和镜子苔草(p<0.05);水芹与芦苇、鸭儿芹、凤眼莲无显著差异,但显著大于知风草、羊
宁、蹄、萱草和镜子苔草(p<0.05).从植物对营养元素吸收分析,芦苇、早熟禾、杭州石荠艹鸭儿芹、凤眼莲、
水芹共6种选为人工湿地的栽培植物较适宜.
图2 植物对营养元素的降低率
从趋势上看,植物对营养元素吸收与日光合量的排序较一致.因此,再以日光合量为自变量,以元素吸
收的降低率为因变量进行回归分析(表3),结果表明,日光合量与NO3-1、总氮(TN)及总磷(TP)均呈极显著正相关;同样,分析最大光合速率、光强—光合速率(L-Pn)的b值与营养元素吸收的关系表明,也呈显著正相关.从植物生理的角度分析,植物光合作用间接为营养元素的吸收提供能量和动力,实验结果也证实了光合强度大的植物吸收营养元素的量往往也大,它们之间存在着显著正相关.因此,日光合量、最大光合速率及光照强度—光合速率(L-Pn)的b值均可作为人工湿地植物选种的重要指标,相比之下,日光合量与元素吸收的降低率相关性更好些,这样就可大大简化植物的选种.
表3 植物光合与元素吸收间的线性回归
变量
X
YNO3-1TNTPNO3-1TNTPNO3-1TNTP
样本数
n141414141414141414
a
方程系数
b0.16220.31890.50380.75491.49172.496759.250123.183197.657
相关系数
r0.6330.7630.6930.5130.6230.6030.5830.7330.683
33333
日光合量
日光合量日光合量最大光合速率最大光合速率最大光合速率b值(L-Pn)b值(L-Pn)b值(L-Pn)
-3.6596-6.2292-18.3481.12173.0340-6.30830.0242-0.6966-10.3851
分析日光合量与日蒸腾量的关系,发现呈极显著正相关(n=14,r=0.6833).日蒸腾量与NO3-1(r=
11〕
0.7133)、总氮(TN,r=0.6933)及总磷(TP,r=0.7233)也呈极显著相关〔,与日光合量-元素吸收的相关性相比,差异不明显.但对选种而言,测日蒸腾量更方便,易行.
绍兴文理学院学报(自然科学版) 第21卷563 结论
(1) 宁、鸭儿芹、知风草、凤眼14种植物可分为高光合量和低光合量两类,芦苇、早熟禾、杭州石荠艹
莲、喜旱莲子草、酸模叶蓼等8种为高光合量类,其它种类为低光合量类.
(2) 植物的日光合量大小顺序与植物对环境因子的响应一致,且高光合量的8种植物对环境因子的响应显著大于其它低光合量的植物(p<0.05).植物对营养元素吸收的结果表明,芦苇、早熟禾、杭州石荠艹
宁、鸭儿芹、凤眼莲、水芹共6种选为人工湿地的植物较适宜.
(3) 植物的日光合量、最大光合速率及光照强度—光合速率的b值与营养元素的吸收均存在显著正相关,因此,日光合量、最大光合速率及光照强度—光合速率的b值均可作为人工湿地植物选种的一个重要指标,这样就大大简化了植物的选种.
致谢:感谢浙江大学生命科学学院常杰教授、葛滢副教授的悉心指导.
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TheInterrelationofPhotosynthesisandMineralAbsorptionof
14WildSpeciesCulturedintheEutrophicWater
Huang Chengcai
(DepartmentofBiology,ShaoxingCollegeofArtsandSciences,ShaoxingZhejiang312000)
Abstract: Therelationshipofphotosyntheticrate(Pn)andmineralabsorptionof14wildspeciesculturedintheeu2trophicwaterarestudi.Theresultsshowthatthedailyphotosynthesisisconsistentwiththerespondsofplantstotheenvironmentalfactorsandandtherespondsoftheeightspecieswithhigherdailyphotosynthesisareremarkablylarger
thantherespondsofthosewithlowerphotosynthesis(P<0.05);eachofthedailyphotosynthesis,theMaxrateofpho2tosynthesis,theregressioncoefficientoftheregressionequationbetweenlightandtherateofphotosynthesisareposi2tivelyrelatedtothemineralabsorption.Therefore,allofthethreecanbeusedasimportantindexofpurificationcapa2bilityofplantschosentopurifywastewaterinartificalwetlands.ThemineralabsorptionofplantshowsthatPhragmitescommunis,Poaannua,Moslahangchowensis,Cryptotaeniajaponica,EichhorniacrassipesandOenanthejavanicacanbeusedforthispurpose.
Keywords: eutrophicwater;photosynthesis;mineralabsorption
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