03大水位变化条件下护坡植物耐淹性研究_W

1、 现代农业科技2009 年第 17 期资源与环境科学 大水位变化条件下护坡植物耐淹性研究 张小璇 1谢三桃 2（1 安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠 233000； 2 安徽省水利水电勘测设计院） 摘要 选用狗牙根、黑麦草、百喜草、葱兰和麦冬作为供试植物，在不同的淹水条件下，通过观测植物的表观特征和监测植物体内叶绿素含量、CAT 和 SOD 酶活性等生理指标，结果表明，黑麦草与狗牙根在全淹 10d 后相继死亡；百喜草、葱兰和麦冬在全淹状态下 CAT 的相对含量呈上升趋势，且百喜草、葱兰和麦冬在全淹 50d 后仍能够成活。百喜草、葱兰和麦冬能够适应在大水位变化条件下护坡上生长。 关键词 大水位

2、变化；护坡植物；耐淹性；表观特征；叶绿素含量；酶活性 中图分类号 S173文献标识码 A文章编号 1007-5739（2009）17-0260-03Research on the Tolerance to Flooding of Slope Plants under Big Changing of Water LevelZHANG Xiao-xuan 1 XIE San-tao 2（1 Anhui Water Resources Denelopment Co.LTD，Bengbu Anhui 233000； 2 Anhui Survey Design Institute of Water Re

3、sources and Hydropower） Abstract Cynodon dactylon，Lolium pererme，Paspalum Notatum Flugg，Zephyranthes candida and Ophiopogon japonicus were selected as objects in thisexperiment，under different flooding conditions，the apparent feature and monitoring the biochemical indicators such as chl content，CAT，

4、SOD enzyme activity were observed. The results showed that Lolium pererme and Cynodon dactylon died one after another after ten days in flood；the CAT of Paspalum Notatum Flugge，Zephyranthes candida and Ophiopogon japonicus showed an upward trence under complete flooding condition，meanwhile， Paspalum

5、 Notatum Flugge，Zephyranthes candida，Ophiopogon japonicus could still survive after 50 days under complete flooding. It concluded that Paspalum Notatum Flugge，Zephyranthes candida，Ophiopogon japonicus can adapt the slope environment under big changing of water level.Key words big changing of water l

6、evel；Paspalum Notatum Flugge；submergence tolerance；apparent characteristics；chlorophll content；enzyme activity261 大水位变化条件下护坡一般是指受感潮或汛期的影响，在一定时期内抬高的河流水位线与常水位线之间的河流岸坡。如城市 行洪河道、感潮河流护坡等，这个区域的护坡水位变化特点主要表 现在 2 个方面：一是水位变幅大，一般在 010m，库区河流落差可达 30m；二是水位涨落的周期不定，周期长的有 2 个多月， 感潮河段一般是以 1d 为 1 个周期。大水位变化条件下的护坡由于受水淹的

7、影响，生物的生存环境发生了很大程度上的变化，给生态与环境带来了一系列严峻的问题，如：受水流淘刷和土壤重力 的作用，水土流失现象加重、植物多样性受损、生态系统更为脆弱等1，其中护坡植物受水淹的影响是导致区域生态与护坡稳定性 较差的主要因素。因此，筛选出一些耐淹性能较强的护坡植物， 对于保持大水位变化条件下护坡生态系统健康发展和岸坡结构稳定具有十分重要的现实意义。 关于耐淹护坡植物种类的研究，夏汉平等2通过现场试验研 究发现，百喜草和香根草具有很强的耐淹性能，基本上能够适应 在北江大堤上生长，并得出狗牙根能抵抗至少 80d 完全水淹的 结论，李晓华3在研究中也得出了类似的结果。但李萍萍4研究认 为

8、狗牙根在全淹水的情况下耐淹性差，与前者的结论存在一定的 争议。关于护坡植物耐淹性能机理的研究不多，Epron5、卢雪 琴等6 主要从光合速率和叶绿素方面对植物耐淹性能进行探讨， 初步揭示了植物在淹水胁迫下呈现出的基本特征，但从生理变化 特性方面对护坡植物耐淹性能的研究深度不够，需作进一步探讨。 笔者在前人研究的基础上，结合大水位变化条件下护坡的特点，针对几种常见的护坡植物和一些土著物种在不同的 基金项目 国家高技术研究发展计划资助项目（2003AA601100）。 作者简介 张小璇（1976-），男，安徽安庆人，助理工程师，主要从事河流生态修复与生态水利建设工作。 收稿日期 2009-07-0

9、9淹水程度下，从植物的表观和生理变化特征方面对其耐淹性能进行了系统的比较，并结合现场示范研究，筛选出了几种能够在大 水位变化条件下生长的护坡植物，以期能为河流护坡生态环境的保护和防治提供一定的理论依据和技术 参考价值。 1 材料与方法1.1 试验材料试验所用百喜草（Paspalum Notatum Flugge）、狗牙根（Cynodon dactylon）、黑麦草（Lolium pererme）草种购自中国科学研究院武汉植物研究所， 葱兰（Zephyranthes candida） 和麦冬（0phiopogon japonicus）选自镇江当地土著物种。 1.2 试验方法百喜草、葱兰、麦冬、狗

10、牙根、黑麦草种子经 70%乙醇灭菌 1min 后， 将种子铺于培养基上（1/2MS，3% 蔗糖，0.6% 0.7%琼脂粉，pH 值 5.75.8），于光照培养箱（252）， 光周期为 14h 光照、10h 生长。选取发芽一致幼苗，单株种植于试验桶中，于光照 14h/d 的人工气候室中培养，温室温度控制在（252），相对湿度控制在 70%，光强为 1 2001 500 moL/m 2s7。试验装置采用直径为 50cm、高为 80cm 的圆桶 15 只，分别在桶内填上 20cm 厚的黑土。待百喜草、葱兰、麦冬、狗牙根、黑麦草长至 10 叶龄时，选取生长健壮且均匀一致的植株，移栽至桶内，用自然水淹没

11、土壤表面 3040mm 处，随时添加水，以保证水位的一致。淹水处理分半淹、全淹 和未淹，每处理重复 34 次。 1.3 指标测定叶绿素采用快速测定法8，超氧化物岐化酶（SOD）活性采用 NBT 光化还原法进行测定。过氧化氢酶（CAT）活性采用改进的 Maehly 方法9测定，将每分钟 OD 减少 0.01 定义为 1 个活力单位。丙二醛（MDA） 含量的测定参照阳成伟等10的方法。 2 结果与分析2.1 淹水胁迫下护坡植物表观特征不同淹水条件下， 各供试护坡植物的表观特征见 表 1 。 2.2 淹水胁迫下护坡植物生理变化特征2.2.1 淹水对草本植物叶片相对叶绿素含量的影响。图 1表 1 淹水

12、胁迫下供试护坡植物表观特征 护坡植物 淹水状态表观特征 黑麦草 半淹 半淹 10d 时，水面以下部分的叶片开始出现萎蔫；半淹 35d 后，根部趋于枯败 全淹 全淹 3d，根部的叶片开始出现萎蔫；淹水 5d 时，叶片出现不同程度的萎蔫；淹水 7d 后，整个植株均呈现大面积的萎蔫，叶片皱干且普遍泛黄；水淹 10d 后，整个植株趋于枯死 狗牙根 半淹 半淹 10d 时，叶片开始出现萎蔫；半淹 40d 后，根部开始腐烂 全淹 全淹 3d，根部的叶片开始出现萎蔫；淹水 5d 时，叶片出现不同程度的萎蔫；淹水 10d 后，整个植株均呈现大面积的萎蔫；淹水 20d 后整个植株出现枯败 百喜草 半淹 形态上与

13、未淹水时无明显的差别，生长良好 全淹 全淹 2d 时，叶片表面附着 1 层白色的小气泡；10d 时，形态上与未淹水时无明显区别，叶片表面的气泡开始逐渐减少；20d 后，根部叶片的末端开始有零星的泛黄现象；30d 后，叶片的末端开始大面积呈现褐黄色；淹水 40d 后，叶片底部开始出现萎蔫，叶片通体开始泛黄； 淹水 50d 后，整个植株均呈现大面积的萎蔫，趋于衰亡 葱兰 半淹 与未淹水时无显著性差别，一定程度上比未淹水时生长的要好 全淹 全淹 10d 时，植株仍能正常生长，且开出白色的小花；17d 后，花朵开始出现凋零；20d 后，叶片的末端开始萎缩，局部的叶片开始泛黄； 30d 后，叶片的末端开

14、始大面积枯黄，茎干瘦小；全淹 40d 以后，整个植株开始萎蔫；全淹 45d 后，整个植株均呈现大面积的衰亡，叶片开始出现 麦冬 半淹 生长状况与未淹水时无明显的区别 全淹 全淹 10d 时，叶片表层出现附着一层薄薄的黏膜，很滑腻；20d 后，叶片末梢出现零星的枯黄，叶片表层黏膜物质逐渐的加厚；30d 后， 叶片末端枯黄现象加重，其他未出现明显的变化；50d 后，叶片表层附着的黏膜物质变得非常稠密，叶片纤维组织变得很松散，很容易折断；70d 后，叶片开始出现 ，但叶片的绿色素未出现明显的变化 是黑麦草、狗牙根、百喜草、葱兰和麦冬在不同淹水处理条件下叶片叶绿素相对含量随淹水时间变化的曲线。从图 1

15、 中可以看出， 半淹处理下狗牙根叶绿素相对含量与未淹处理无明显差异，黑麦 草叶绿素相对含量呈现出下降趋势，且半淹 35d 后黑麦草趋于死亡。在全淹处理下，黑麦草与狗牙根叶绿素相对含量均显著性 下降，全淹后 15d，黑麦草叶绿素相对含量相比未淹处理下降了 87%，狗牙根下降了 58.7%，全淹 20d 后，2 种植物相继死亡。表明淹水胁迫对黑麦草和狗牙根叶绿素相对含量的影响较为显著。50叶绿素相对含量%40 3020100未淹半淹全淹 还可以发现，在试验40d期间内，百喜草、葱兰和麦冬在半淹和全淹状况下叶绿素相对含 量与未淹处理的无显著性差异， 说明淹水胁迫对这 340 叶绿素相对含量%30 2

16、0 未淹10半淹 全淹 510152025303540时间d 黑麦草 70叶绿素相对含量%6050 4030 未淹半淹全淹05101540叶绿素相对含量%352025303540时间d 狗牙根 20 580叶绿素相对含量%706010152025303540时间d 葱兰 3025未淹半淹全淹504030未淹半淹全淹20510152025303540时间d 百喜草 20510152025303540时间d 麦冬 图 1 护坡植物叶绿素相对含量随淹水时间的变化 种植物叶绿素相对含量影响较小。在半淹处理下，葱兰叶绿素相16010d 20d 对含量比未经淹水处理的对照样高出 1%2%，说明在半淹状况下

17、，葱兰的生长状况比对照相对较好。 对 5 种供试植物不同淹水处理条件下淹水时间与护坡植物叶片叶绿素相对含量之间进行相关性分析见表 2。由表2 可知， 护坡植物淹水处理时间与其叶片叶绿素相对含量之间存在负相关的关系，即供试植物受淹时间越长，其叶绿素相对含量越低。百喜草、葱兰和麦冬的淹水时间与叶绿素含量间的相关性最小，说140SOD 活性相对含量%12010080604020 30d 40d 明百喜草、葱兰和麦冬受淹水的影响 0 黑麦草 狗牙根 百喜草 葱兰麦冬 相对较小。 表 2 5 种牧草不同淹水处理淹水时间与叶绿素相对含量的图 3全淹条件下植物叶片 SOD 相对含量的变化 140 相关系数

18、黑麦草 -0.575-0.775*-0.890*狗牙根 -0.080*-0.912*-0.963*百喜草 -0.030-0.632-0.851*葱兰 -0.898*-0.696-0.892* 护 坡 植 物 未淹半淹全 淹 麦冬-0.04-0.678-0.903*注：* 代表显著性水平为 0.05，* 代表显著性水平为 0.01。 2.2.2 淹水胁迫对供试植物体内酶活性的影响。在全淹条120MDA 相对含量%1008060402010d20d30d40d黑麦草狗牙根 百喜草葱兰麦冬 件下，植物体内的酶活性会发生相应的变化。图 2 是黑麦草、0 狗牙根、百喜草、葱兰和麦冬在全淹条件下叶片过氧化

19、氢酶 （CAT）活性随淹水时间的变化。从图 2 可以看出，百喜草、葱兰和麦冬在淹水胁迫条件下，其叶片的过氧化氢酶活性的相对含量呈现上升趋势，说明这 3 种植物在淹水胁迫情况内的CAT 保护酶活性增强，在一定程度上能够减缓淹水对植物体的伤害。而黑麦草和狗牙根叶片的过氧化氢酶活性在淹水胁迫条件下一直趋于下降，其植物体自我保护能力较弱，在淹水 20d 后相继死亡。 16010d20d图 4 全淹条件下植物叶片 MDA 相对含量的变化 CAT 相对含量呈现上升趋势，表明这 3 种植物在淹水胁迫下清除体内分解的 H2O2 能力在逐渐增强， 从而防止 H2O2 的氧化作用，这与前人研究的结果基本一致11-

20、13。 SOD 是植物体内一个重要的保护酶， 它是反映植物在逆境条件下的应激能力。研究表明，耐淹性较强的植物在淹水胁迫初期 SOD 活性一般呈上升趋势14，15。而本次试验中SOD 的相对含量一直呈下降趋势。分析认为， 本试验对于SOD 监测是每隔 10d 测定 1 次，可能植物在淹水 10d 内SODCAT 活性相对含量%1401201008060402030d40d的相对含量有过增幅现象，后期逐渐的呈现下降状况。由于 本试验设计存在一定的局限性，能否通过这个理论来解释此现象还有待于进一步探讨。 通过现场示范研究发现，在淹水胁迫下，百喜草、葱兰和麦冬叶绿素相对含量无显著性变化，并有着较强的生

21、理应激能力， 完全能够适应在大水位变化条件下的护坡上生长， 且由于百喜草0 黑麦草 狗牙根 百喜草 葱兰 麦冬 图 2 全淹条件下植物叶片 CAT 相对含量的变化 在淹水胁迫下，植物体内超氧歧化酶（SOD）活性所呈现的规律有些变化，由图 3 可知，百喜草和麦冬在试验 30d 内SOD 相对含量较为平稳，在试验后期出现下降趋势，葱兰在整个试验过程中下降的幅度比较明显，但相比黑麦草和狗牙根，后二者 SOD 相对含量下降幅度呈现极显著性特征。从图4 可见，淹水胁迫导致百喜草、葱兰和麦冬叶片细胞膜脂过氧化作用， 在整个试验过程中， 其氧化产物丙二醛（MDA ）含量总体上呈现上升趋势， 在试验后期葱兰

22、MDA 含量减少； 试验中发现黑麦草和狗牙根 MDA 含量随淹水时间的增加而缓慢降低。在整个淹水胁迫过程中，百喜草、葱兰和麦 冬 MDA 含量均比黑麦草与狗牙根的高出 25%左右。 3 结论与讨论 试验结果表明，在淹水胁迫下，百喜草、葱兰和麦冬的 的根系较为发达，从而能够起到固土护坡的作用。同时，这 3 种草本植物绿叶周期长，能够在很大程度上提升护坡的景观效应。 4 参考文献 1 苏维词.三峡库区消落带的生态环境问题及其调控J.长江科学院院报， 2004，21（2）：32-34.2 夏汉平，敖惠修，刘世忠，等.北江大堤植草护坡效应研究J.热带地理，2002，22（4）：359-362.3 谢晓

23、华.三维土工网植草在加固河岸边坡工程中的应用J. 水运工程，2004（1）：71-72.4 李萍萍，蒋洁.不同程度淹水对几种景观牧草光合作用的影响J.江苏农业科学，2006（4）：180-183.5 EPRON D，GODARD D，COMIC G，et a1.Limitation of net CO2 assimilation rate by internal resistances to CO transfer in the leaves of two species（Fagus sflval L and Castanea sativa Mil1）J.Plant Cel and Envir

24、on- ment，1995（18）：43-51.6 卢雪琴，夏汉平，彭长连.淹水对 5 种禾本科植物光合特性的影响J.福建林学院学报，2004，24（4）：374-378.（下转第 265 页） 正因为水生生物系统是更多利用自然环境，因而该系统为满足污水处理要求所需的建设和设施费用较低。 根据所用材料和操作技术， 用于污水处理的水生生物系统可分为 3 类： 一是水生植物系统， 利用此系统中水生维管束植物（ 如水胡芦、浮萍、香蒲等）、蕨类植物（ 如槐叶萍、细萍等） 和藻类植物来处理污水； 二是水生动物系统， 利用系统中的水生动物如鱼类、软体动物和甲壳类来处理； 三是混合系统，包括 1 个或多个单

25、一的水生生物系统所组成的系统或由许多水生生物系统与传统处理设施相结合的系统。 目前，水生生物系统处理污水的重点是水生植物系统， 而水生动物系统一般仅限于用来控制害虫或对已处理过的污水作进一步净化。采用水生植物系统可以有效地提高现有水塘的处理效果。大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用21，通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷等水体中的营养物质， 而其中一些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物； 通过抑制藻类的生长，控制富营养化的表现形式等。美国环境保护局的研究表明，在现有水塘系统中引进水生植物可以改善出水水质， 而不需要增加水力负荷和停留时间，在水塘系统中种植水生植物，可

26、使池塘形成阴暗环境，而减少丝状藻类的滋生，避免了二次污染。 与藻类相比，大型水生植物的特点是更易于人工操纵， 即可通过人工收获将其固定的氮、磷带出水体。这些特点是利用大型水生植物进行污水处理， 特别是针对湖泊富营养化治理的理论基础。当前，以活性污泥为主的污水处理系统， 无论二级处理还是深度处理投资费用都比较高， 而且由于需要大量电能，运行费用也相当高，以致于一些经济不发达的国家和地区难以承受。大型水生植物为主的污水处理系统，主要由太阳能来驱动。并且在对污水进行深度处理的同时，还可以回收资源和固定能源，加之处理过程基本不使用化学品，也不会产生有害副产物，是一种非常有潜力的“ 绿色” 处理技术。因

27、此，随着研究的深入和技术的不断完善， 以大型水生植物为主的污水处理与水体修复技术，将会得到越来越广泛应用。 4 研究展望 近几十年，由于广泛采用新技术和多学科的研究，特别是运 用水生生物遥测技术，应用包括遥测、遥感调查设备。这样，使调查范围不断扩大，质量迅速提高，使研究水生生 物与水环境关系的生态调查以最小的人力，解决以前难以解决的 生态问题，利用水生生物进行水质的检测方兴未艾，已显示出巨大的生命力，它与理化检测相互补充、修正，使水质监测工作达到一个新水平。随着水生生物学试验技术本身的不断发展和完善， 以及各项新技术的出现，它将会更加发挥其在水环境以及相关学 科中的重要作用。 5 参考文献 1

28、 刘天齐.环境保护M.北京：化学工业 ，1997.2 中国科学院水生生物研究所.环境污染与生态学 M.南京：江苏 科学技术 ，1981.3 滇池污染与水生生物研究课题协作组.滇池污染与水生生物M.昆明：云南人民 ，1983.4 张增光. 水生生物在水质监测中的应用J. 科技情报开发与经济， 2004，14（7）：150-151.5 韩耀全.渔业水域环境的生物学评价J.水利渔业，2006，26（5）：74- 75.6 日本水污染研究会.湖泊环境调查指南M . 北京：中国环境科学 ，1989.7 SANDERS R W，CARON D A.Relationships between bacteri

29、a and heterotrophic nanoplankton in marine and fresh waters：An inter - ecosystem comparisonJ.Mar Ecol Prog Ser ，1992（86）：1-14.8 NAKANO S I.The role of bacterivorous flagellates in the phosphorous cycling in lake BiwaJ.Japan.Rep Suwa Hydrobiol，1995（9）：53-60.9 刘建康.高级水生生物学M.北京：科学 ，1999.10 SLADECK V.Rot

30、ifers as indicators of water qualityJ.Hydrobiologia ， 1983（100）：169-201.11 王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准J.中国环境监测，2002，l（5）：47-49.12 HERZIG A.The analysis of planktonic rotifer populations：A plea for long-term investigationsJ.Hydrobiologia，1987（147）：163-180.13 SOMMER U，GLIWICZ Z M，LAMPERT W，et al.The P

31、EG-model of seasonal succession of planktonic events in fresh waters J . Arch Hydrobiol，1986，106（4）：433-471.14 蔡庆华.武汉东湖浮游动物间相互关系的多元分析J.中国科学院研究生院学报，1995，12（1）：97-102.15 卢亚芳，黄永春，周立江.杏林湾水库环境因子对浮游轮虫密度的影响J.上海水产大学学报，2002，11（3）：226-229.16 沈国兴，严国安，彭金良，等.农药对藻类的生态毒理学研究： II 毒性机理及其富集和降解J.环境科学进展，1999，7（6）：131- l

32、40.17 OSWALD W J.Photosynthesis in sewage treatmentJ.San Eng Dir A mer Soc Civil Eng，1955（81）：686.18 MCGRIFF C E，M CKINNEY R E.The removal of nutrients and organics by activated algaeJ.Water Research，1972（6）：1155-1164.19 CHAMPAGNE C P，LACROIX C，ISABELLE S G.Immobilized cell technologies for the dair

33、y industryJ.Critical Reviews in Biotcchnology ， 1994（121）：109-134.20 韩恒芬，赵艳岭，赵强.用於污水处理的水生生物系统J.河南科技， 1999（2）：21.21 种云霄，胡洪营，钱易.大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展J.环境污染治理技术与设备，2003，4（2）：36-40.!（上接第 262 页） 7 钟雪花，杨万年，吕应堂.淹水胁迫下对烟草、油菜某些生理指标的比较研究J.武汉植物学研究，2002，20（5）：395-398.8 杨敏文.快速测定植物叶片叶绿素含量方法的探讨J.光谱实验室， 2002，19（4）：478-481.9 MAHRER Y，N