植物抗逆性实验设计与去污能力研究

1.实验材料

根据现状调研及文献研究，筛选植物包括佛甲草、八宝景天、千屈菜、铜钱草、马蹄金、翠芦莉、狼尾草、紫穗狼尾草、蓝羊茅、细叶芒、晨光芒、花叶芒、班叶芒、金叶苔草、石菖蒲、金边麦冬、兰花三七、萱草、花叶玉簪、吉祥草、葱兰、紫娇花、金边吊兰、黄菖蒲、马蔺，共计25种草本植物作为实验材料。所有植物材料均购买于上房园艺公司苗圃，购买前对植物苗进行生长状况鉴定，选取长势优良的植物苗进行栽植。

2.种植装置设计

定制228组模拟雨水花园种植实验装置，装置由不锈钢制作而成，高65 cm，口径30 cm。装置包括7个结构层，从上到下依次为蓄水层、植被层、土壤层、过渡层（铺设两层土工布）、填料层、排水层、渗排水管以及出水口（见图3.58）。其中蓄水层为雨水停留缓冲区域，给径流的汇集和下渗提供缓冲的时间；植被层种植25种不同品种的植物；土壤层为1∶1比例，原土、中砂混合改良种植土，此混合土壤有利于植物根系的分布和雨水的下渗，不易产生板结；过渡层铺设两层土工布，极大地降低了土壤层土壤的下渗和流失；填料层铺设20 cm砌块砖，砌块砖能够有效地对污染径流中的污染物进行富集和吸收，同时能够快速地下渗雨水；排水层有10 cm的碎石构成，便于水分的在其间隙件快速流动；渗排水管有直径200 mm的PVC水管加工而成，水管每隔3 cm进行四面打孔，同时用土工布将水管进行包裹，便于雨水的快速排出，同时可以防止土壤的下渗对水管造成阻塞；出水口设置与装置底部上方5 cm处，这样即可确保下渗的雨水径流能够有适当时间进行沉淀，再经由渗水管到出水口排出，水龙头可根据需求进行闭合或开启，方便对径流出流的控制。

图3.58　模拟雨水花园示意图

3.抗逆性实验设计

将购置的25种处于生长旺盛期的草本植物栽培于上述订制的实验装置内，每种植物分为3个实验组，分别是对照组（Control group，CK）、干旱胁迫组（Drought group，D）、水涝胁迫组（Wet group，W），每个组别设置3个重复，即每种植物种植9盆，每盆种植植物的量根据实际景观中植物配置的密度进行种植。另设置3盆空白实验组，即相同土壤结构层，但不进行植物种植的3个空白对照组。植物种植完成后，将所有装置放置于上海交通大学农业与生物学院标准化实验温室内，进行为期90 d的缓苗培养（见表3.18）。待苗正常生长后，于8月1日开始植物抗逆性胁迫实验，即日起分3组进行实验。于8月4日开始第一次样品采取，采样周期为4 d，共计采样7次，抗逆性实验周期28 d。

表3.18　植物抗逆性实验设计

注：CK为对照组，D为干旱胁迫组，W为水涝胁迫组，E为空白实验组；N为正常浇水，S为停止浇水，F为浇灌满水。

待90 d缓苗期结束后，于8月1日分别对3个实验组进行水分胁迫控制实验，CK组每日正常浇水，每日对土壤湿度进行测定，保持土壤的最大田间持水量（任君霞，2012）；D组从8月1日起停止浇水，每天定时进行土壤湿度测定，记录土壤湿度变化数据；W组在8月1日将种植装置的出水水龙头打开，持续浇水待水龙头出水后，关闭水龙头，继续浇水直至淹没到土壤上方3 cm处，停止浇水，即进行水涝胁迫实验。所有组别每隔4 d进行一次取样，采样时间均为早上7点至9点，采样时采用随机取样的方法，选取植物的新叶下方第二片叶。每次样品的选取均在每组植物的3盆中剪取叶片，样品选取由三人同时进行。取样后及时对样品进行保鲜处理，现场配备液氮。取下的植物叶片标记后立即放入液氮进行保鲜，待取完所有样品后随即至生理实验室进行处理、分析，所有样品于当日分析测试完毕，记录数据。

4.径流污染物消减实验设计(www.xing528.com)

停止抗逆性实验后，选用原有CK组作为去污能力的实验组，分别标记为去污能力实验的重度组（H）、中度组（M）、轻度组（L）（见表3.19）。25种植物每个组选取一盆进行实验，水样采取后采用3个平行样进行测定。同时，空白实验组（E）作为对照组进行3个重复实验测定。

我们于8月29日分别向H、M、W、E 4个实验组加注自来水，保持种植装置水龙头呈开启状态，将洁净水样瓶置于出水口处，水龙头出水后即停止浇水。待所有装置内出水停止后将水龙头闭合，以保证所有装置内的水分含量一致，减小实验误差。

表3.19　植物去污能力实验设计

（1）模拟污染液配置。根据李田等对上海市地表径流水质特征统计的结果进行模拟污染液的配置，用KH2 PO4、NH4 Cl、葡萄糖及自来水配置模拟污染液。模拟污染液分为3个浓度值，分别为重度污染、中度污染以及轻度污染。轻度污染液浓度将模拟上海地表径流水质中的最小值，重度污染则根据最大值进行配置，中度污染则参照中值进行污染液配置（见表3.20）。

表3.20　污染液配置浓度 单位：mg/L

（2）实验测试：自9月1日起，开始进行25种植物对不同浓度情况下TP、TN、CODCr的去除能力测定，实验每隔7天进行一次，根据实验装置的大小，计算出其在水分饱和的情况下，配置2 L模拟污染液进行浇灌。先将所有实验组的水龙头关闭，分别对各实验组进行3个浓度模拟污染液浇灌。待所有样本浇灌完成后，将洁净取样瓶置于出水口，打开水龙头，进行水样采集。采样预处理、营养元素测定在上海交通大学农业与生物学院实验室进行。