ABSTRACT

Lichuan is the first discovered and protected area of the native growth land of Brasenia schreberi. The growth of Brasenia schreberi demands high quality of water. To assess the water quality of Brasenia schreberi living condition in Lichuan, the nutrient elements in the water of wild environment (Huang lachi) and cultivated environment (Zhujiahe ba and Shuiyuantou cun) were analyzed. The results showed that COD (Chemical Oxygen Demand) in Huang lachi water samples reached 15.4 mg/L, and COD in Shuiyuantou cun water was 1.0 mg/L. The macronutrient elements analysis showed that total nitrogen content, Ca²⁺, Mg²⁺ concentration in the wild growth environment were relative higher than that of other places, reaching to 1.93 mg/L, 25.2 mg/L, 3.45 mg/L, respectively. K⁺ in Zhujiahe ba was higher than that of other places, reaching to 0.89 mg/L. Brasenia living in standardized pond in Shuiyuantou cun demonstrated thick Jelly-like organics, and the total nitrogen concentration in the water there is 1.47 mg/L, Ca²⁺ concentration is 3.34 mg/L, the concentration of K⁺ is 0.38 mg/L and the Mg²⁺ concentration is 0.62 mg/L (pH = 6.72). Our results indicated that good production and growth condition of Brasenia schreberi needs fine management. The higher organic content in the original and wild environment water indicated the deterioration of the wild growth environment, and wild living condition of Brasenia schreberi needs urgent conservation. This study also provided reference data for the germplasm resource protection and research of Brasenia schreberi in laboratory.

Keywords:Brasenia schreberi, Water Quality, COD, Nutrient Elements, Wild Growth Habitats

利川莼菜生境地水质分析

陈 文^1,2，宋雪扬^2,3，龚汉雨^1,2,3，耿红^1,3，覃 瑞^1,2,3*，夏 婧^2,3，刘 虹^2,3，余光辉^1,2,3*

¹中南民族大学，武陵山区特色资源植物种质保护与利用湖北省重点实验室，湖北 武汉

²中南民族大学，南方少数民族地区资源保护综合利用联合工程中心，湖北 武汉

³中南民族大学生命科学学院，中国莼菜研究所，湖北 武汉

收稿日期：2017年3月10日；录用日期：2017年3月27日；发布日期：2017年3月30日

摘 要

利川为莼菜发现和保护的原生地。莼菜生长对水质的要求很高。为评估利川莼菜生长的野生和栽培环境的水质情况，本论文对莼菜野生境黄腊池水样、栽培地朱家河坝和水源头村水样营养元素进行分析。研究表明，黄腊池水样化学需氧量(COD)为15.4 mg/L，水源头村水样COD为1.0 mg/L。大量元素分析表明，莼菜野生地水样的总氮量、Ca²⁺、Mg²⁺浓度较高，分别为1.93 mg/L、25.2 mg/L、3.45 mg/L；栽培地朱家河坝K⁺较高，为0.89 mg/L。调查分析表明水源头村标准化生产的莼菜果胶浓厚，总氮浓度1.47 mg/L、Ca²⁺浓度3.34 mg/L、K⁺浓度0.38 mg/L、Mg²⁺浓度0.62 mg/L (pH = 6.72)。调查结果表明，莼菜生长需要精细管理。莼菜野生地水体有机物含量较高，环境恶化，易地保护亟待加强。本研究为莼菜种质资源保护和实验室研究提供数据参考。

关键词 :莼菜，水质，COD，营养元素，原生境

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1. 引言

莼菜(Brasenia schreberi)是多年生宿根性小型浮叶水生植物，属睡莲科莼属 [1] 。莼菜是药食兼用的珍贵蔬菜，含酸性多糖、蛋白质、多种氨基酸、维生素、组胺和多种微量元素等，有防癌抗癌、增强机体免疫力等功效，具有营养、医疗和保健等作用 [2] 。中国黄河以南、湖北西部利川及重庆市石柱县所有沼泽池塘都有生长 [3] 。利川为莼菜发现和保护的原生地。20世纪40年代，新西兰传教士路易•艾黎首次在利川福宝山发现了野生的莼菜和莼菜野生群落 [4] 。由于人类活动对环境的过度开发导致莼菜生境的恶化，从而进一步导致莼菜自然种群数量急速减少，在我国的分布范围缩小，已濒临灭绝，已被列为国家I级重点保护濒危野生植物 [5] 。

莼菜为喜温性水生植物，适宜生长温度为20℃~30℃，全生长期都需要一定水层，萌芽期以20~30 cm为宜，生长后期逐步加深到50~70 cm。莼菜的生长对水质的要求比较高，一般以流动的山涧水有利于它的生长，适量矿质元素的泉水可以促使其嫩梢的卷叶外被的透明胶质增厚，品质提高。如若水中氮、磷、钾等离子浓度过高，会使嫩梢和叶片畸形；另外莼菜要求水质清澈，以流动的活水为佳，莼菜在死水中轻则透明胶质稀薄，重则产品污染诱发腐烂，以致全株死亡 [6] 。本论文以利川福宝山莼菜野生环境和栽培环境的水质营养元素包括总氮、Ca²⁺、K⁺、Mg²⁺进行分析和评估，为莼菜种质资源保护、引种开发和实验室基础研究提供数据参考。

2.材料与方法

2.1. 材料

莼菜原生地水样取自黄腊池(北纬30˚10'27''，东经108˚44'7'')；此地为莼菜野生地和引种地。栽培地水样取自福宝山杉树林朱家河坝(北纬30˚12'8''，东经108˚43'21'')和凉雾乡水源头村(北纬30˚12'26''，东经108˚56'39'')；凉雾乡水源头村是莼菜标准化生产样板田。三次生物学取样。

2.2. 方法

水样pH 值用玻璃电极法pH计(型号pHS-3C)进行测定；化学需氧量用重铬酸盐法进行测定 [7] ；水样总氮含量的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(紫外可见分光计，TU-1901)进行测定 [8] ；水质中钾、钙、镁、锌用火焰原子吸收分光光度法(原子吸收光谱仪，AA Duo 240FS/240Z/Ultr AA System)进行测定 [9] [10] 。每个水样重复三次分析。

3. 结果与分析

3.1. 莼菜野生地环境趋于恶化

黄腊池(北纬30˚10'27''，东经108˚44'7'')是利川莼菜群落发现地、也是其它莼菜种植地引种地点。目前野生地的环境周边没有采取防护措施，加上人类和人类饲养动物的活动，环境面临着破坏(图1(A))。福宝山杉树林朱家河坝 (北纬30˚12'8''，东经108˚43'21'')取样点背靠大山山泉水汇成池塘，但是池塘的塘

图1. 莼菜水质分析的取样地点

埂为泥土垒成，土质松软(图1(B)和图1(C))；凉雾乡水源头村(北纬30˚12'26''，东经108˚56'39'')是莼菜规范化种植的产地之一，莼菜种植水塘的塘埂是由石头垒砌而成，水源为周边山涧流下的泉水(图1(D))。

3.2. 莼菜野生地化学需氧量(COD)最高

化学需氧量(COD)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它

是表示水中还原性物质多少的一个指标，化学需氧量(COD)是衡量水中有机物质含量多少的指标 [11] 。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。莼菜发源地黄腊池水样的COD最高15.4 mg/L，水源头村的水样最低1 mg/L，朱家河坝的两个水样居中，分别为12.3 mg/L和6.5 mg/L (图2)。

3.3. 莼菜野生地总氮含量较高

氮在植物的生命活动中占有首要地位。氮是构成蛋白质的元素、也存在于核酸、磷脂、生物碱等化合物中。研究表明，黄腊池水样总氮含量为1.93 mg/L，朱家河坝两个取样点水样总氮含量分别为1.22 mg/L、1.83 mg/L，水源头村水样中总氮含量1.47 mg/L (图3)。

图 2. 莼菜不同生境地水样中的化学需氧量

图 3. 莼菜不同生境地水样中的总氮含量

3.4. 栽培地水质pH值呈弱酸性

水质pH值是水生植物生长好坏的重要参数。水的pH值不但能够直接影响水生植物对水中矿质元素

的吸收，而且还对水生植物体内代谢的各种酶的效率产生影响。黄腊池水样pH值为7.09，朱家河坝两个取样点和水源头村水源的pH值接近，分别为6.74、6.79、6.72 (图4)。

3.5. 莼菜野生地黄腊池Ca²⁺较高

Ca²⁺是植物生长营养元素之一，同时Ca²⁺是参与细胞信号传递的第二信使，在植物的生长发育中起重要的调控作用 [12] [13] 。研究表明，Ca²⁺能提高作物叶片的叶绿素和蛋白质含量 [14] [15] [16] [17] [18] 。经测定，黄腊池的水样的Ca²⁺含量为25.2 mg/L，水源头村为3.34 mg/L，朱家河坝的两个取样点分别为6.42 mg/L、10.4 mg/L (图5)。

3.6. 栽培地朱家河坝K⁺较高

K⁺是植物必需的三大营养元素之一， K⁺调节蛋白质的合成 [19] 。缺少K⁺会影响植物的光合作用 [20] 。

图 4. 莼菜不同生境地水样的pH值

图 5. 莼菜不同生境地水样中的Ca²⁺含量

K⁺分析表明，黄腊池水样K⁺含量为0.7 mg/L，朱家河坝两个取样点K⁺含量分别为0.89 mg/L、0.58 mg/L，水源头村水样中K⁺含量为0.38 mg/L (图6)。

3.7. 野生地和栽培地水质Mg²⁺差别较大

Mg²⁺是叶绿素卟啉环的中心元素，是植物体内多种酶的活化剂。研究表明，Mg²⁺缺乏会抑制CO₂的同化，从而影响光合效率 [21] [22] [23] 。黄腊池水样Mg²⁺含量为3.45 mg/L，朱家河坝两个取样点Mg²⁺含量分别为1.05 mg/L、1.46 mg/L，水源头村水样中Mg²⁺含量为0.62 mg/L (图7)。

3.8. 精细管理的莼菜果胶浓厚

朱家河坝取样点的池塘疏于管理，杂草丛生(图8(A))，莼菜果胶稀少(图8(B))。水源头村标准化池塘水深50 cm管理精细，鲜有杂草(图8(C))，莼菜生长良好，果胶浓厚(图8(D))。

4. 讨论

莼菜属水生植物，对水质有严格要求。人类活动如耕作、污水排放和过度开发利用等引起了水质变化和生境破坏，同时莼菜的适应能力以及莼菜周边水环境生态因子的改变导致莼菜在生长竞争当中处于

图 6. 莼菜不同生境地水样中的K⁺含量

图 7. 莼菜不同生境地水样中的Mg²⁺含量

图8. 莼菜不同生境地的生长状况

劣势。可能威胁莼菜的生存，影响其分布，并可能导致现存莼菜种群继续减少，直至灭绝。保护生境是保护物种的重要举措之一，因此，首先需要保证莼菜生长良好的地域的生境不再受到破坏，同时修复周边环境，扩大适合莼菜生长的区域，保证莼菜资源有合适的保有量。

水质是莼菜生长及其产品质量好坏的重要制约因素。本研究通过对水体中化学需要量(COD)的测定，显示了莼菜野生境水体中有机物含量多的事实，对其进行生态恢复已迫在眉睫。在环境恶化的情况下, 莼菜的野生境环境保护亟待加强。在一定条件下创造莼菜生长的仿生环境进行异地保护。另外，在莼菜引种驯化过程中，莼菜的种植要精细化管理，量化适合利川莼菜生长的最适的生长环境因素指标，为利川莼菜的可持续发展和持续增产增收作出贡献。

莼菜作为重要的水生经济植物，对营养元素的需求较为敏感。本研究通过对利川不同野生环境和栽培环境的莼菜水体水样营养元素对比分析，为莼菜资源保护和莼菜仿生扩繁提供初步的理论数据。同时也为实验室研究提供了重要的数据参考。

基金项目

本研究受到科技部基础性工作专项(A类，武陵山区生物多样性综合科学考察，2014FY110100)、国家自然科学基金(31270361)、利川市–中南民族大学莼菜研究合作项目的资助。

文章引用

陈文,宋雪扬,龚汉雨,耿红,覃瑞,夏婧,刘虹,余光辉. 利川莼菜生境地水质分析
Water Quality Analysis of Brasenia schreberi Living Environment in Lichuan[J]. 植物学研究, 2017, 06(02): 71-78. http://dx.doi.org/10.12677/BR.2017.62011

参考文献 (References)