不同浓度养殖废水对狐尾藻生长性状及生理指标的影响

唐红琴，何铁光，李忠义，韦彩会，胡鈞铭，俞月凤，王 瑾，张 野，李婷婷，蒙炎成

(广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007)

1 材料与方法

1.1 试验材料

挑选广西柯新源原种猪有限责任公司养殖场内长势相近的幼嫩狐尾藻为试验材料，将其洗净后放入塑料杯中培养。同时采集该公司1、2、3、4、5级简易滤池中的养殖废水作为不同浓度的试验用水，各级养殖废水的污染物指标详见表1。

1.2 试验设计

试验于2016年9月14日将1～5级等量的养殖废水分别倒入相同规格的PVC桶中(桶高50 cm、直径60 cm)，每级废水各倒入3桶，以做3次重复试验(分别用I、II、III表示)。扦插预培养的狐尾藻顶枝部位(约20 cm)入桶中，每桶20株。试验期间观察、记录狐尾藻株高、叶片数及新芽萌发等情况，分别于9月19日、10月10日、10月24日、11月6日、11月15日和12月6日将狐尾藻捞出沥干，称其生物量；并于10月10日、10月24日、11月6日、11月15日和12月6日测量各桶狐尾藻的株高，同时采集各处理叶样，测叶绿素、丙二醛(MDA)含量及其超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性。

1.3 测定项目与方法

采用乙醇丙酮混合法测定狐尾藻叶绿素含量[12]，用硫代巴比妥酸法测丙二醛含量[13]，狐尾藻超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性参考李合生的方法进行测量[14-15]。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2003办公软件进行试验数据分析汇总和图表制作，用DPS6.55分析软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 对狐尾藻生长性状的影响

2.1.1 对株高的影响 图1结果显示，不同浓度养殖废水及对照组狐尾藻株高均呈现出试验前期迅速增加、后期增长逐渐停止的变化趋势。从10月10日起到11月6日，各处理狐尾藻植株飙长。其中4级废水狐尾藻株高从9.73 cm增加至46.67 cm，日均增长量达到1.32 cm，增幅最大；3级废水株高从10.40 cm增至44.93 cm，日均增长1.23 cm，增幅也非常大；1、2级废水株高日均增长分别为1.20、1.19 cm，二者增幅相当；5级废水株高增长幅度相对较差，日均增长为1.08 cm；与不同浓度养殖废水培养的狐尾藻植株长势相比，对照组株高增长较为缓慢，其日均增长量仅为0.54 cm。11月6日之后，1～5级废水狐尾藻植株增长逐渐趋于停滞，对照组株高虽有所增加，但日增长量低于0.40 cm，增幅相当有限。在12月6日试验结束时，1～5级废水狐尾藻株高分别为46.03、51.13、49.33、48.50、45.47 cm，彼此之间差异不显著(P>0.05)；对照组株高为30.13 cm，与各级废水处理的相比差异非常大(P<0.05)。上述分析表明，狐尾藻能适应各级养殖废水的富营养化环境，并从中吸收氮、磷等物质，促进自身的生长。

表1 各级养殖废水污染物指标

图1 不同处理狐尾藻株高变化分析Fig.1 The change analysis of plant height of Myriophyllum spicatum under different treatments

图2 不同处理狐尾藻生物量变化分析Fig.2 The change analysis of biomass of Myriophyllum spicatum under different treatments

2.1.2 对植株生物量的影响 图2可见不同浓度养殖废水及对照组狐尾藻生物量在试验期间的动态变化情况。9月19日至10月10日，各处理狐尾藻生物量增加较为缓慢，可能与刚扦插培养有关，茎节部生根及根系对新环境有个适应过程，因而试验前期狐尾藻长势较弱。从10月10日起，各试验组狐尾藻均进入快速生长的阶段，植株分蘖速度快，生物量迅速增加，并于11月6日达到峰值。其中2级废水狐尾藻生物量最高，达到1451.00 g，日均增加38.72 g，增幅最大；3级废水生物量为1336.33 g，其日均增加幅度略低于2级废水；5级废水生物量相对较低，为1116.00 g，日均增加32.26 g，也达到较高的增长水平；1、4级废水的生物量日均增幅分别为29.55、29.14 g，彼此差异不显著(P>0.05)。相比之下，同时期对照组狐尾藻生物量增长明显滞后，到11月6日，其生物量为542.00 g，日均增加量仅12.27 g，显著低于其他处理(P<0.05)。11月6日之后，狐尾藻叶片逐渐衰老凋零，各处理生物量均出现不同程度的下降。至12月6日，1～5级废水狐尾藻生物量分别为1003.00、1112.00、999.33、891.33、955.67 g，2级废水的生物量最高，4级废水相对较低，1、3、5级废水之间相差不大；对照组生物量为377.67 g，显著低于其他处理(P<0.05)。由此可见，狐尾藻在不同浓度养殖废水中均能正常生长，其根系耐污能力强，同时养殖废水能提供大量营养物质，有利于狐尾藻快速生长和生物量的迅速积累。

图3 不同处理狐尾藻叶绿素含量变化分析Fig.3 The change analysis of chlorophyll content of Myriophyllum spicatum under different treatments

2.2 对狐尾藻生理指标的影响

2.2.1 对叶绿素的影响 试验期间不同处理对狐尾藻叶绿素含量的影响见图3，从中可以看到，各级养殖废水及对照组狐尾藻叶绿素含量在试验前期不断增加，达到最大值后便逐渐下降，整体上呈开口向下的抛物线趋势变化。从10月10日起，各试验组狐尾藻均进入旺长阶段，根茎增粗、叶片增大，叶绿素含量持续上升，并在11月6日达到峰值。其中3级废水叶绿素含量最高，为2.06 mg/g·FW，1、2、4、5级废水分别为1.95、1.89、1.93、1.81 mg/g·FW，对照组叶绿素含量相对较低，为1.70 mg/g·FW。11月6日之后，各处理狐尾藻长势由盛转衰，其叶片逐渐退绿甚至枯黄，因而叶绿素含量不断下降。到12月6日，3级养殖废水叶绿素含量仍然最高，达到1.73 mg/g·FW，2级废水次之，为1.68 mg/g·FW，1、4、5级废水叶绿素含量相当，都在1.63 mg/g·FW左右，对照组叶绿素含量仅为1.47 mg/g·FW。可见在整个试验期间，不同浓度养殖废水狐尾藻叶绿素含量均显著高于对照(P<0.05)，原因在于养殖废水中含有大量氮、磷等营养物质，为叶片生长和叶绿素含量的增加提供充足的养分。

2.2.2 对丙二醛的影响 试验于10月10日、10月24日、11月6日、11月15日及12月6日分别测量各处理狐尾藻叶片丙二醛含量，结果(图4)发现，从10月10日起，不同处理狐尾藻丙二醛含量均呈现出波动上升的趋势。到11月6日，各试验组狐尾藻丙二醛含量表现为：1>2>3>4>5>CK，1级废水的丙二醛含量高达6.87 nmol/g·FW，2、3、4、5级废水分别为6.30、5.97、5.43、5.10 nmol/g·FW，对照组丙二醛含量最低，为4.43 nmol/g·FW，显著低于其他处理(P<0.05)。说明养殖废水对狐尾藻产生胁迫效应，且随着浓度的升高其胁迫程度不断增加。结合图1～2狐尾藻株高和生物量在10月10日至11月6日的增长趋势可以看出，狐尾藻耐污能力较强，养殖废水对其胁迫较轻，基本不影响其生长发育。11月6日之后，仅有2级养殖废水狐尾藻丙二醛含量仍有所升高然后再降低，其他处理均先下降后逐渐趋稳。说明狐尾藻已适应各级养殖废水的环境，其受到的胁迫基本解除。

图4 不同处理狐尾藻丙二醛含量变化分析Fig.4 The change analysis of MDA content of Myriophyllum spicatum under different treatments

图5 不同处理狐尾藻超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性变化分析Fig.5 The change analysis of SOD and CAT activity of Myriophyllum spicatum under different treatments

2.2.3 对酶活性的影响 不同处理狐尾藻SOD和CAT活性在试验期间的动态变化如图5所示。从中可以发现，各级养殖废水及对照组狐尾藻SOD和CAT活性均呈现出先波动上升而后下降的变化趋势。具体来看，1级废水狐尾藻SOD活性从10月10日起先降低然后持续升高，在11月15日达到最高值，之后出现较明显的下降，其变幅非常显著(P<0.05)；3、4、5级废水SOD活性先升后降，在11月6日后开始反弹上升，并于11月15日达到峰值，其变化幅度也相当大；2级废水SOD活性在10月24日达到峰值后便呈波动下降的态势；对照组SOD活性也表现出先升高后降低的变化过程，但其波动幅度相对较为平缓。与SOD相比，各处理狐尾藻CAT活性也有相似的变化规律。从10月10日开始，3、5级废水狐尾藻CAT活性先不断升高，在11月6日达到峰值后便逐渐下降，整体上呈开口向下的抛物线变化；2、4级废水及对照组CAT活性在10月24日至11月6日间变化相对平稳，之后也呈现出先升后降的变化趋势；1级废水CAT活性先略有下降，然后大幅上升，并在11月15日达到峰值，随后出现较大幅度的下跌。以上分析表明，与对照相比，狐尾藻在不同浓度养殖废水下均能保持较高的酶活性，有助于其维持酶促防御系统的稳定，减轻逆境的胁迫。

3 讨 论

养殖废水中含有丰富的总磷、总氮、氨氮等物质，对水生植物产生直接或间接的影响。当水体营养条件较低时易导致供给不足，而营养浓度过高则会对植物形成逆境胁迫，进而抑制其自身的生长[16]。黑藻在TN浓度≤8 mg·L-1时植株分枝较快，新根增长多，当TN高于16 mg·L-1，其根的生长和净生物量的增加均受到较明显的抑制[17]。水体基质高浓度的TP影响苦草正常生理活动，导致其叶绿素含量和根系活力降低，从而产生毒害作用[18]。此外，水生植物吸收过多的氨氮还会产生氨害[19]，其中水培菜随着培养液中氨氮比例的增加，叶片含水率和根长均显著下降[20]。可见，水体高营养条件是水生植物遭受盐基胁迫甚至退化消亡的重要因素。水生植物对水体环境的适应还与其本身对富营养化物质的耐受力有关，Van等[21]研究表明，相同条件下轮叶黑藻比苦草更能忍耐水体中较高的营养盐。郭俊秀等[8]、金相灿等[9]的研究也都发现，与轮叶黑藻相比，狐尾藻在忍受氮、磷胁迫方面更有竞争优势，在高氮、高磷浓度下狐尾藻能正常生长，但相同的营养水平则对轮叶黑藻产生较大的毒害。本试验发现，狐尾藻在各级养殖废水中均保持良好的长势，其株高、生物量及叶绿素含量显著高于对照。可见狐尾藻耐污能力强，能适应不同浓度的养殖废水环境，并从中吸收养分促进自身的生长。已有研究表明，水生植物通过根系的气腔系统不断释放氧气，在根际周围形成微氧化带，使植物能够正常呼吸和生长[22]。在本试验过程中，狐尾藻繁殖速度快，水下假状茎密布丛生，与茎节上的须根组成纵横交错的网状根群。因此可推断正是根茎上发达的通气组织有效改善水体的厌氧环境，从而使狐尾藻对各级养殖废水具有良好的适应性。

水生植物依赖水体生存，对水质环境变化较为敏感，会产生不同程度的生理响应，特别是在逆境条件下，水生植物细胞内固有的自由基代谢平衡遭到破坏从而引发膜脂过氧化作用，产生大量的丙二醛[23]。因此，可通过丙二醛含量的高低来表示水体环境对植物的胁迫情况。当丙二醛含量变化平缓时，说明水生植物没有受到胁迫或胁迫较轻；随着丙二醛含量的迅速上升，可判断此时的水体条件对植物产生明显的胁迫，并造成细胞膜系统的损伤，严重的甚至干扰细胞的呼吸、光合及其他代谢过程，导致植物根活力和叶绿素含量下降[24]。本研究发现，在试验过程中各级养殖废水狐尾藻丙二醛含量总体上表现出先波动上升然后下降的变化趋势，且与对照相比均有所增加。说明试验前中期养殖废水对狐尾藻产生胁迫作用，而在后期胁迫基本消失。结合同时期各处理狐尾藻叶绿素含量的增长态势可以看出，养殖废水对狐尾藻的胁迫并没有严重损害细胞质膜系统，细胞体内光合等生理活动仍能正常进行。可见狐尾藻对养殖水体的胁迫具有较强的忍耐和抵抗机制，能充分调动自身防御系统保护细胞膜的正常结构和功能。SOD 和 CAT是酶促防御系统的重要保护酶，当植物面临逆境胁迫时，体内酶促防御系统启动，SOD 和 CAT活性上升，有效消除不断产生的自由基，维持植株组织和细胞体内的代谢平衡[25]。本试验同时发现，与对照相比，不同浓度养殖废水SOD 和 CAT活性均有不同程度的增加，且变化趋势与丙二醛大体吻合。说明试验期间各养殖废水处理的狐尾藻SOD 和 CAT活性始终处于较高水平，有利于维持细胞结构的稳定，减轻膜脂过氧化的伤害，从而提高狐尾藻对养殖废水环境的适应性。

4 结 论

本研究结果表明，狐尾藻耐污能力强，适应性好，在不同浓度的养殖废水中均能茁壮成长，是非常理想的去污材料，在禽畜养殖废水的治理和修复方面具有良好的推广和应用价值。

[1]刘 盼，宋 超，朱 华，等.3种水生植物对富营养化水体的净化作用研究[J].水生态学杂志，2011,32(2):69-74.

[2]陈金发，杨 平，聂琦珊，等.大薸对不同质量浓度畜禽废水的净化作用及生物学效应[J].重庆大学学报，2014,37(3):87-94.

[3]杨晓玲，郭金耀.水蕹菜对富营养化养殖水的净化作用研究[J].作物杂志，2012(1):49-52.

[4]厉金炳，徐小燕，袁金钱，等.利用狐尾藻综合治理规模养殖场污水的原理及效果分析[J].浙江畜牧兽医，2014(5):72-73.

[5]陈 鸿，黄世洋，黎庶凯，等.绿狐尾藻人工湿地治理水污染模式及其在广西的应用[J].亚热带植物科学，2016,45(4):386-390.

[6]罗开武，邹爱华，邹昀华，等.绿狐尾藻治理猪场废水效果观察[J].湖南畜牧兽医，2016(1):22-24.

[7]李红丽，王永阳，李 玉，等.水体氮浓度对狐尾藻和金鱼藻片段萌发及生长的影响[J].植物营养与肥料学报，2014,20(1):213-220.

[8]郭俊秀，许秋瑾，金相灿，等.不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响[J].环境科学学报，2009,29(1):118-123.

[9]金相灿，郭俊秀，许秋瑾，等.不同质量浓度氨氮对轮叶黑藻和穗花狐尾藻抗氧化酶系统的影响[J].生态环境，2008,17(1):1-5.

[10]焦立新，王圣瑞，金相灿.穗花狐尾藻对铵态氮的生理响应[J].应用生态学报，2009,20(9):2283-2288.

[11]金相灿，楚建周，王圣瑞.水体氮浓度、形态对黑藻和狐尾藻光合特征的影响[J].应用与环境生物学报，2007,13(2):200-204.

[12]张宪政.作物生理研究法[M].北京:农业出版社，1992:145-150.

[13]高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社，2006:210-211.

[14]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社，2000:165-167.

[15]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社，2000:258-261.

[16]刘 燕，王圣瑞，金相灿，等.水体营养水平对3 种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响[J].生态环境学报，2009,18(1):57-63.

[17]叶 春,邹国燕,付子轼,等.总氮浓度对3种沉水植物生长的影响[J].环境科学学报,2007,27(5):739-746.

[18]黄玉源,雷泽湘,何柳静,等.不同磷浓度对水生植物苦草的影响研究[J].环境科学与技术,2011,34(2):12-16.

[19]Cao T, Xie P, Ni L, et al. The role of NH4+toxicity in the decline of the submersed macrophyteVallisnerianatansin lakes of the Yangtze River basin, China[J].Marine and Freshwater Research, 2007,58(6):581-587.

[20]张富仓,康绍忠,李志军.氮素形态对白菜硝酸盐累积和养分吸收的影响[J].园艺学报,2003,30(1):93-94.

[21]Van T K, Wheeler G S, Center T D. Competition between hydrilla verticillata and vallisneria americana as influenced by soil fertility[J]. Aquatic Botany,1999, 62(4):225-233.

[22]Jaynes M L, Carpenter S R. Effects of vascular and nonvascular macrophytes on sediment redox and solute dynamics[J].Ecology,1986,67:875-882.

[23]王 珺,顾宇飞,朱增银,等.不同营养状态下金鱼藻的生理响应[J].应用生态学报,2005,16(2):337-340.

[24]Chen S Y. Injury of membrane lipid peroxidation to plant cell[J].Plant Physiology Communication, 1991,27(2):84-90.

[25]王 斌,李 伟.不同N、P浓度条件下竹叶眼子菜的生理反应[J].生态学报,2002,22(10):1616-1621.