滨海养殖水体中浮床栽培植物的生长特征

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  摘要[目的]研究浮床栽培海马齿(Sesuvium portulacastrum)及水雍菜(Ipomoea aquatica)在不同氮磷浓度养殖水体中的生长特征。[方法]分别在有或无人工添加营养盐的低盐度滨海养殖水体中浮床栽培海马齿及水雍菜并监测其生长指标与抗逆性指标。[结果]浮床栽培的水雍菜在前15 d生长迅速,但在15 d后其受到病虫害等的影响生长减慢并逐渐死亡;海马齿生长速度较慢,但生长周期长,在60 d的试验期内持续稳定生长,高浓度营养盐明显促进海马齿的生长速度;浮床栽培导致水雍菜叶片内丙二醛和脯氨酸积累显著,而海马齿在试验期间叶片内无明显的丙二醛和脯氨酸积累。[结论]海马齿在养殖水体净化中具有很好的应用价值,水雍菜亦可用于养殖水体的短期净化。
  关键词生态浮床;养殖水体;海马齿;水雍菜
  中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611(2015)30-192-03
  传统渔业向产业化、集成化模式转变是养殖业发展的趋势,该模式能够最大限度地利用有限的养殖面积获得尽量高的产量,其中池塘养殖是目前我国绝大数地区采用的养殖模式,但是长期集约化养殖的污染物积累、扩散不仅造成水质污染,同时对水体微生物和水底底栖动物群落、构架产生影响[1-2]。目前,养殖污水的修复技术包括物理技术、化学技术和生物技术等,其中生物技术由于简单有效、花费少、耗能低且无二次污染,在各种水体的污水处理中受到广泛青睐[3-4]。生物浮床又称生态浮床或无土栽培浮床,在浮床上栽植水生植物或改良的陆生植物,利用植物根系的吸收、吸附作用,吸收消减水体中的N、P等有机物质,从而改善水体环境。20世纪80年代以来欧美很多国家开始采用生态浮床技术治理污染水域,并取得较好的环境效应[5-6],至20世纪90年代我国开始引进该技术,目前已经成为一项常用的湿地修复技术用于多种水体生态系统的净化恢复[7-8]。
  在应用生态浮床技术净化滨海地区养殖废水时,尚需考虑海水对植物产生的盐胁迫,筛选合适的耐盐浮床植物。海马齿属番杏科,是多年生匍匐性肉质草本植物,在热带与亚热带海岸地区广泛分布,对盐渍、干旱等多种环境胁迫具有较好的适应性,在环境修复中应用较广[9-10],同时海马齿在我国一些地区还被用作饲料或蔬菜,具有一定的经济价值。水雍菜为旋花科的草本植物,其对富营养化水体亦具较好的净化效果[11],同时它也是亚洲地区常见的蔬菜,并且笔者在野外调查时发现其可生长于低盐的滨海水体中。笔者选择海马齿和水雍菜作为浮床栽培植物,研究了其在不同营养水平的滨海低盐度养殖水体中的生长情况,以期为滨海地区养殖废水的处理以及海马齿及水雍菜的综合开发利用提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1材料试验在广东省广州市南沙区一养殖厂内进行。海马齿养殖于养殖塘的大型海马齿浮床上,海马齿已经过长期驯化,生长旺盛。水雍菜取自养殖塘周边水域,将水雍菜置于养殖水体预培养3~5 d,保证水雍菜的生长环境相同。
  1.2试验设计从室外养殖塘抽取养殖水至18个直径为1.6 m、桶高为1.0 m、体积为2 000 L的塑料大桶中,每桶抽入养殖水1 600 L。测量桶中养殖水的营养盐浓度后,在其中9个桶中加入硝酸铵和磷酸二氢钾,使其营养盐浓度为原营养盐浓度的1.5~2.0倍。每个桶中放置1板聚乙烯泡沫制成的浮床(浮床面积为1.0 m×1.0 m,6×6个孔),每孔栽种1株植物。每个营养盐浓度设置3种处理,分别栽培海马齿(A、A+组),水雍菜(B、B+组)以及水雍菜和海马齿间隔栽种(C、C+组),每个处理3次重复(表1)。
  1.3浮床植物的处理及生长指标测定从大型海马齿浮床上截取茎长约8 cm的海马齿(保留4~6片叶子和2个茎节)进行浮床栽培试验,试验开始后第3、7、15、30、60天测量海马齿的茎长、茎节数、叶片数。取长势相同、叶片面积相近的水雍菜(茎长约6 cm,保留1片叶)插于浮床中进行试验(因茎基部插入浮床茎顶部与浮床近平行,故植株初始高度为0),试验开始后第3、7、15、20天测量水雍菜的株高、最长根长及叶片数。
  1.4植物丙二醛和脯氨酸含量测定分别于试验开始前及试验结束时(海马齿60 d,水雍菜20 d)测定植物叶片丙二醛和脯氨酸含量。将植物叶片剪碎混匀后取0.5 g样品用封口袋分装,-20 ℃保存,丙二醛和脯氨酸含量分别采用硫代巴比妥酸法(TBA)显色法和茚三酮显色法测定[12-13]。
  1.5数据处理采用SPSS软件对数据进行单因素方差(ANOVA)分析,并采用Duncan’s多重比较对数据间差异显著性进行检验。
  2结果与分析
  2.1海马齿生长由表2可见,海马齿浮床种植前7 d生长不明显,各组处理间差异亦不显著,但15 d时各生长指标明显增加,且A+组的茎长及叶片数均显著高于其他处理,此后各组的生长指标均稳定增长,至60 d时仍以A+组的各项指标最高,而混种处理的海马齿的生长指标差于相应的单种处理。
  2.2水雍菜的生长由表3可见,水雍菜在浮床上生长迅速,种植3 d后株高和根长即明显增加,在第3~15天的生长速度最快且以B+和C+组的生长状态最好,但第15~20天期间生长速度变缓,B+和C+组的生长优势丧失,且B+组的叶片数显著少于其他处理。在无人工添加营养盐时,与海马齿混种促进了水雍菜的初期生长,但在人工添加营养盐时两者无显著差异。
  表2不同营养盐浓度及栽种条件下浮床栽培海马齿生长情况指标5处理5试验时间∥d357515530560茎长∥mm5A582.50±5.84583.44±3.08598.96±4.90 a5129.15±4.56 a5179.10±11.02 a5A+582.62±5.65584.33±4.125117.06±5.24 b5148.23±8.39 b5230.30±11.58 b5C582.48±3.95583.34±3.47598.41±4.68 a5124.36±7.18 a5164.18±10.11 c5C+582.14±6.06583.40±4.10599.91±6.73 a5129.09±3.76 a5189.70±12.66 a每株茎节数∥个5A52.00±052.21±0.4453.00±053.45±0.5156.31±0.57 a5A+52.00±052.73±0.4553.00±053.97±0.8157.11±0.45 b5C52.00±052.07±0.3853.00±053.83±0.6256.02±0.43 a5C+52.00±052.07±0.4253.00±053.61±0.5056.44±1.00 a每株叶片数∥片5A55.54±0.5655.75±1.18511.07±1.56 a513.87±1.14 a520.60±4.02 b5A+55.56±0.6056.24±0.62513.30±1.32 b516.27±1.80 b525.40±3.19 d5C55.46±0.5956.01±0.86511.73±1.55 a513.33±1.94 a518.94±3.78 a5C+55.58±0.7855.93±0.65511.80±1.46 a512.89±2.03 a522.22±4.08 c注:表中数据均为平均值±标准差;A、C分别表示无人工添加营养盐的海马齿和海马齿+水雍菜处理,A+、C+分别表示添加营养盐的相应处理;同一指标同列数据后不同字母表示同一时间不同处理间在0.05水平差异显著。   表3不同营养盐浓度及栽种条件下浮床栽培水雍菜生长情况指标5处理5试验时间∥d357515520最长根长∥mm5B555.48±4.00 a590.26±3.57 a5120.75±16.815128.23±16.505B+565.00±11.84 b5110.10±7.93 c5127.44±13.915125.52±19.255C555.30±3.80 a594.97±2.78 b5125.28±14.445126.61±18.795C+569.32±11.62 c5109.16±14.13 c5124.70±12.975126.51±15.93株高∥mm5B517.92±5.62 a5100.32±7.88 a5186.94±16.73 a5255.62±23.995B+524.28±5.52 c5134.29±12.77 b5236.05±26.69 b5251.28±19.525C520.87±6.27 b5124.47±7.28 b5183.41±17.46 a5244.60±23.175C+524.99±4.48 c5135.12±11.41 b5231.43±22.58 b5241.30±20.29每株叶片数∥片5B51.37±0.4452.73±0.5154.17±0.7056.25±1.21 b5B+51.50±0.4553.06±0.6455.70±1.0654.95±1.06 a5C51.23±0.4753.00±1.0154.40±0.9756.45±1.36 b5C+51.73±0.7852.87±0.6855.40±1.0055.25±2.40 a注:表中数据均为平均值±标准差;B、C分别表示无人工添加营养盐的水雍菜和海马齿+水雍菜处理,B+、C+分别表示添加营养盐的相应处理;同一指标同列数据后不同字母表示相同时间不同处理间在0.05水平差异显著。
  2.3水雍菜和海马齿植株丙二醛和脯氨酸含量浮床栽培60 d后,海马齿叶片内丙二醛与脯氨酸含量均无显著变化(表4),但各组处理水雍菜叶片内脯氨酸含量在浮床栽培20 d后均显著上升(表5),高营养盐水体中的水雍菜体内丙二醛含量亦显著上升。另外数据显示水雍菜体内脯氨酸含量较海马齿的低1个数量级。
  表4试验前与试验后60 d各处理海马齿丙二醛和脯氨酸含量时间5处理5丙二醛含量
  μmol/g5脯氨酸含量
  mmol/g试验前550.180 0±0.04950.734 5±0.207试验后5A50.179 7±0.04950.665 0±0.20460 d5A+50.185 0±0.05050.738 0±0.2045C50.153 2±0.05650.670 2±0.2245C+50.170 8±0.03350.661 3±0.135注:表中数据均为平均值±标准差;A、C分别表示无人工添加营养盐的海马齿和海马齿+水雍菜处理,A+、C+分别表示添加营养盐的相应处理。
  表5试验前与试验后20 d各处理水雍菜丙二醛和脯氨酸含量时间5处理5丙二醛含量
  μmol/g5脯氨酸含量
  mmol/g试验前550.189 7±0.098 0 a50.035 0±0.011 a试验后5B50.359 8±0.108 9 ab50.064 6±0.014 b20 d5B+50.489 0±0.255 4 b50.054 7±0.021 b5C50.359 9±0.125 1 ab50.069 5±0.068 b5C+50.401 9±0.188 4 b50.076 9±0.021 b注:表中数据均为平均值±标准差;B、C分别表示无人工添加营养盐的水雍菜和海马齿+水雍菜处理,B+、C+分别表示添加营养盐的相应处理;同列数字后不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。
  3结论与讨论
  试验结果表明,在养殖污水浮床生态系统中,水雍菜生长速度快,但周期短,生长周期一般为20 d,可用于短期浮床的构建;海马齿初期生长速度较慢,但其可长期维持良好的长势,对滨海区域养殖水体具有较好的适应能力。营养盐浓度的增加对该2种植物的生长均有促进作用。在实际应用中,可根据该2种植物的不同生长特点及经济价值,构建合适的浮床系统,以达到最优的经济及环境效益。
  营养盐在一定浓度下可以促进植物的生长,但当营养盐浓度达到一个阈值时反而会抑制植物的生长[14]。该研究中,营养盐浓度升高均促进水雍菜和海马齿的生长,显示水体中营养盐浓度未达到其营养盐的阈值,但该2种植物在生长速度及抗逆性方面表现出不同的特征。
  水雍菜在浮床种植前期生长速度较快,且高浓度营养盐水体中水雍菜的各项生长指标要高于低浓度营养盐水体中水雍菜的生长指标,但20 d后营养盐对生长指标的影响消失,并开始出现病害症状,显示浮床种植水雍菜具有生长周期短、生长速度快、易染病、氮磷吸收较快等特点。相比而言,海马齿初期生长速度较慢,但其长势良好且高浓度营养盐能促进海马齿生长,但C+组与C组海马齿生长差异在60 d时才具有显著差异,显示混种浮床系统中,水雍菜在早期对海马齿具有一定的竞争优势,并影响海马齿的生长,至水雍菜长势变弱后,海马齿重新获得生长优势。
  植物在干旱、高盐等逆境下会受到胁迫,导致植株体内细胞的脂膜发生过氧化作用。丙二醛是体内氧自由基攻击生物膜时的产物,丙二醛含量在一定程度反映了植物脂膜在逆境中的受伤害程度。脯氨酸是植株体内渗透调节物质,脯氨酸积累是植物适应逆境的一种机制[15-16]。浮床栽培20 d后水雍菜叶片内丙二醛和脯氨酸含量均大幅上升,可见浮床生长的水雍菜较其野外生长时受到一定胁迫,如能开发具有高抗逆性的水雍菜,可大幅提升其在养殖水净化中的应用价值。该研究中浮床种植海马齿在研究期间丙二醛和脯氨酸的含量与栽种前没有显著性差异,显示低盐度养殖废水未对海马齿的生长造成胁迫,与前人的研究结果一致[17]。由此可见,海马齿在滨海养殖区域富营养盐水体修复中具有较好的应用前景。   安徽农业科学2015年参考文献
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