5種人工濕地植物在山西省的抗寒性研究

張 欣

5種人工濕地植物在山西省的抗寒性研究

張 欣

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

筆者選擇了 5 種水生植物，利用塑料水培箱模擬人工濕地，于2016年10月底開始進(jìn)行抗寒性研究。結(jié)果表明，水麥冬和三棱水蔥在越冬過程中植株生長情況較好，地上部分的越冬存活率較高，分別為85.37%和80.48%；且翌年出苗率也較高，分別為85.37%和88.31%.而石菖蒲、香蒲、蘆葦在越冬過程中，株高和側(cè)芽數(shù)較小，生長衰退，葉梢發(fā)黃干枯，到2017年1月至2月，地上部分逐漸枯死，翌年出苗率分別為75.79%，82.66%和84.81%.此外，通過測定5種植物根系生物量的變化發(fā)現(xiàn)，在溫度較低的2017年1月和2月，水麥冬和三棱水蔥根系的生長情況更好，抗寒性更高。因此，筆者認(rèn)為5種水生植物的抗寒性依次為：三棱水蔥>水麥冬>蘆葦>香蒲>石菖蒲。

水生植物；株高；側(cè)芽數(shù)；抗寒性；山西省

1 試驗地概況

試驗地位于山西省太原市山西省林業(yè)科學(xué)研究院內(nèi)，地理坐標(biāo)為111°29′N，37°26′E.屬北溫帶大陸性氣候區(qū)，年平均降水量為468.4 mm，季節(jié)分布不均勻，1月份平均降水量為3.2 cm，8月份平均降水量為107.0 cm.年平均氣溫為9.5 ℃，1月平均氣溫-6.4 ℃，7月平均氣溫23 ℃.年無霜期平均為149 d～175 d，全年日照時數(shù)2 501.7 h.

2 材料與方法

2.1試驗材料

根據(jù)山西省的氣候條件及濕地處理廢水的需要，選擇水生或濕生、抗污力強(qiáng)、較耐寒、多年生、易繁殖、病蟲害少、地下及地上生物量大的植物為試驗材料進(jìn)行抗寒性試驗，以初步篩選出適合山西省人工濕地生長的植物。通過查閱文獻(xiàn)和實地考察，從蘇北地區(qū)購置了5種水生植物材料進(jìn)行試驗,見表1.

表1 供試植物

水麥冬，多年生濕生草本植物，植株弱小。葉基生，條形，長10 cm～20 cm，寬1 mm～2 mm，有時浮于水面；花為風(fēng)媒花，兩性、單性異株或為雜性花，輻射對稱，無苞片。多生于濕地、沼澤地或鹽堿濕草地，在我國黑龍江、吉林、華北、西北、西南，亞洲、歐洲和北美洲均有分布。

三棱水蔥，多年生宿根挺水草本植物。具長的匍匐根狀莖，稈散生，粗壯，高20 cm～100 cm，三棱形，基部具2個～3個葉鞘。葉片扁平，長1.3 cm～5.5 cm，寬1.5 mm～2 mm.苞片1枚，三棱形，長1.5 cm～7.0 cm.喜溫暖、濕潤和半陰環(huán)境，耐寒、怕干旱、耐陰，多生于河邊、溪塘邊、沼澤地及低洼潮濕處，除廣東、海南外，中國各地區(qū)均有分布。

石菖蒲，天南星科、菖蒲屬，禾草狀多年生草本植物。根莖橫臥，芳香，粗5 mm～8 mm，外皮黃褐色，節(jié)間長3 mm～5mm，具須根。葉片薄，線形，長20 cm～30 cm，基部對折，中部以上平展，寬7 mm～13 mm，先端漸狹。葉鞘寬可達(dá)5 mm，暗綠色，無中脈，平行脈多數(shù)，稍隆起。喜陰濕環(huán)境，但不耐陽光暴曬，否則葉片會變黃。不耐干旱，稍耐寒，在長江流域可露地生長。

香蒲，多年生水生或沼生草本。根狀莖乳白色。地上莖粗壯，向上漸細(xì)，高1.3 cm～2.0 cm.葉片條形，長40 cm～70 cm，寬 0.4 cm～0.9 cm，光滑無毛，上部扁平，下部腹面微凹，背面逐漸隆起呈凸形，橫切面呈半圓形，葉鞘抱莖。雌雄花序緊密連接，果皮具長形褐色斑點。種子褐色，微彎。喜高溫多濕氣候，對土壤要求不嚴(yán)，在粘土和砂壤土上均能生長，多生于湖泊、池塘、溝渠、沼澤及河流緩流帶。

蘆葦，多年水生或濕生的高大禾草，根狀莖十分發(fā)達(dá)。稈直立，高1 m～3 m，直徑1 cm～4 cm，具20多節(jié)，基部和上部的節(jié)間較短。葉片披針狀線形，長約30 cm，寬約2 cm，無毛，頂端長漸尖成絲形。圓錐花序，頂生，疏散，多成白色。蘆葦在我國分布較廣，多生長于池沼、河岸、河溪邊多水地區(qū)。

2.2試驗方法

試驗于2016年10月至2017年5月在山西省林業(yè)科學(xué)研究院內(nèi)進(jìn)行。用長×寬×高=60 cm×40 cm×35 cm的塑料水培箱模擬人工濕地，在箱子底部鋪設(shè)15 cm厚的河沙作為基質(zhì)，種植水生植物。每種植物3箱，共15箱，植物的株行距為8 cm×6 cm，每箱50株。

2016年10月中旬購回植物并進(jìn)行栽植，每周用清水澆灌1次，使植物保持正常生長，測定植物的株高及成活率，對枯死植株進(jìn)行補植。2016年11月至2017年5月，每月中旬在每個箱子中選取有代表性的大、中、小3株植物，測定其株高及側(cè)芽數(shù)，每種植物3次重復(fù)，取平均值。之后取這3株植物的地下部分，用清水洗凈，在85 ℃烘箱中烘干至恒重，稱其干重，計算根系生物量。在試驗過程中，觀察并記錄5種植物的葉色、葉片形態(tài)等生長表現(xiàn)情況。2017月1月中旬調(diào)查其地上部分的越冬存活率。對于越冬過程中地上部分枯死的宿根型水生植物，于2017年4月測定其翌年出苗率。

3 結(jié)果與分析

3.1試驗地溫度變化

2016年10月至2017年5月，試驗地每月的平均氣溫見表2.

表2 月平均氣溫 ℃

由表2可以看出，2016年10月至2017年1月，試驗地的平均溫度逐漸下降，2017年1月的平均最高溫僅3.87 ℃，平均最低溫達(dá)-8.94 ℃，之后溫度逐漸升高。

3.25種植物的株高及側(cè)芽數(shù)

2016年10月至2017年5月，5種水生植物的株高及側(cè)芽數(shù)見第12頁表3.

表3 5種水生植物的株高及側(cè)芽數(shù)

由表3可以看出，2016年10月至2016年12月，水麥冬、三棱水蔥的株高逐漸增大，香蒲的株高逐漸減小，石菖蒲、蘆葦?shù)闹旮呦仍龃蠛鬁p小。在溫度最低的2017年1月和2月，水麥冬的株高為17.42 cm和17.77 cm，三棱水蔥的株高為23.55 cm和23.45 cm，而香蒲、石菖蒲和蘆葦在這2 個月地上部分枯死。2017年3月至2017年5月，5種植物的株高均表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢。

從側(cè)芽數(shù)來看，以蘆葦最多，但在2017年1月和2月的低溫下，側(cè)芽均被凍死。其次為三棱水蔥和水麥冬，在2017年1月和2月的低溫條件下，兩者的側(cè)芽可以安全越冬。石菖蒲和香蒲的側(cè)芽數(shù)量最少。

3.35種植物根系生物量的變化

根系生物量的計算公式如下：

根系生物量(g/m2)=(樣品稱得的干重÷取樣株數(shù)×每個水培箱中的植株數(shù))/水培箱的基質(zhì)面積。

本試驗中，取樣株數(shù)為3株，每個水培箱中的植株數(shù)為50株，水培箱基質(zhì)面積為：

0.4 m×0.6 m=0.24 m2.

2016年10月至2017年5月，5種水生植物根系生物量的變化見圖1.

圖1 5種植物根系生物量的變化

由圖1可以看出，不同植物根系生物量大小不同，5種植物根系生物從大到小依次為石菖蒲>蘆葦>水麥冬>香蒲>三棱水蔥。從其變化趨勢來看，石菖蒲、蘆葦和香蒲的根系生物量在2016年10月至2016年12月增長較快，2017年1月增幅較小(蘆葦?shù)母瞪锪繙p小)，到2017年2月，這3種植物的根系生物量均有小幅度的減小，2017年3月后又迅速增大。而水麥冬和三棱水蔥的根系生物量在整個試驗期內(nèi)均呈上升趨勢，只是在2017年1月和2月增長幅度較小。由此可知，在溫度較低的2017年1月和2月，水麥冬和三棱水蔥根系的生長情況更好，抗寒性更高。

3.45種植物的形態(tài)特征變化

2016年10月至2017年5月，5種水生植物的形態(tài)特征變化見表4.

表4 5種植物的形態(tài)特征變化

由表4可以看出，2016年10月，5種植物的生長情況均較好。2016年11月，除香蒲植株的葉梢發(fā)干、發(fā)黃，其它4種植物均生長較好。2016年12月，石菖蒲、香蒲、蘆葦?shù)牡厣喜糠志L衰退，出現(xiàn)葉片發(fā)黃、干枯的現(xiàn)象，水麥冬和三棱水蔥基本保持正常生長。到2017年1月和2月，石菖蒲、香蒲、蘆葦?shù)牡厣喜糠志菟?，水麥冬和三棱水蔥也出現(xiàn)生長衰退、葉梢干枯的現(xiàn)象。2017年3月至5月，水麥冬和三棱水蔥的生長情況逐漸好轉(zhuǎn)，5種植物周圍均有新苗長出。

3.55種植物的越冬存活率及翌年出苗率

2017年1月和4月，分別測定5種植物地上部分的越冬存活率及翌年出苗率，結(jié)果見表5.

表5 5種植物的越冬存活率及翌年出苗率 %

由表5可以看出，水麥冬和三棱水蔥地上部分的越冬存活率較高，分別為85.37%和80.48%，其中，水麥冬苗翌年出苗率等于其地上部分的越冬存活率，為85.37%；而三棱水蔥在第2年又有新苗長出，翌年出苗率高于其地上部分的越冬存活率，為88.31%.石菖蒲、香蒲和蘆葦在越冬過程中地上部分枯死，但其為宿根植物，翌年出苗率分別為75.79%，82.66%，84.81%.因此，筆者認(rèn)為，5種水生植物的抗寒性依次為三棱水蔥>水麥冬>蘆葦>香蒲>石菖蒲。

4 結(jié)論與討論

2016年10月至2016年12月，水麥冬、三棱水蔥的株高逐漸增大，香蒲的株高逐漸減小；石菖蒲、蘆葦?shù)闹旮呦仍龃蠛鬁p??；前兩者植株挺拔，基本保持正常生長，后三者的生長情況逐漸變差。在溫度最低的2017年1月和2月，水麥冬和三棱水蔥也出現(xiàn)生長衰退的情況，但株高仍較大；而香蒲、石菖蒲和蘆葦?shù)牡厣喜糠挚菟溃?017年3月至2017年5月，5種植物的株高均表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢，生長情況也均逐漸好轉(zhuǎn)。通過測定5種植物根系生物量的變化發(fā)現(xiàn)，在溫度較低的2017年1月和2月，水麥冬和三棱水蔥根系的生長情況較好，抗寒性更高。此外，水麥冬和三棱水蔥的越冬存活率較高，分別為85.37%和80.48%，且翌年出苗率也較高，分別為85.37%和88.31%，說明其本身抗寒性較好，大部分植株可以安全越冬。而石菖蒲、香蒲和蘆葦在越冬過程中地上部分枯死，因其為宿根植物，所以在翌年春天可再次發(fā)芽生長，抗寒性較差。

綜上所述，人工濕地是一種新型的污水處理技術(shù)，主要包括水生植物和基質(zhì)2部分，在選擇植物時應(yīng)綜合考慮植物的耐污力和對環(huán)境的適應(yīng)性。山西省為內(nèi)陸省份，冬季溫度較低，應(yīng)選擇抗寒性較強(qiáng)的植物。由于試驗尺度范圍較小，且可能受局地小氣候影響，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行進(jìn)一步研究和探討。

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ColdResistanceStudyon5SpeciesofConstructedWelandPlantsinShanxiProvince

ZhangXin

(ShanxiAcademyofForestSciences,Taiyuan030012,China)

Cold resistance of 5 species of aquatic plants was studied through simulated wetland using plastic cartons since October in 2016.Results showed that the growth ofTriglochinpalustreandScirpustriqueterwere better during overwintering period.Their overwintering survival rates of aboveground parts (85.37% and 80.48%)and emergence rate of the following year(85.37% and 88.31%) were higher.During overwintering period,height and lateral buds number ofAcorustatarinowii,TyphaorientalisandPhragrnitascommuniswere smaller.Their growth declined and leaves were yellow and dry.Aboveground parts of these plants died from January to February of 2017 and their emergence rate of the following year were 75.79%,82.66% and 90.81%.Results showed that the roots growth and cold resistance ofTriglochinpalustreandScirpustriqueterwere better from January to February in 2017 (lower temperature) through measuring the root biomass changes of these 5 plans.Thus,cold resistance of these 5 plans wasScirpustriqueter>Triglochinpalustre>Phragrnitascommunis>Typhaorientalis>Acorustatarinowii.

Aquatic plants；Height；Lateral buds number；Cold resistance；Shanxi province

Q945

A

1007-726X(2017)03-0010-04

2017-06-17

國家林業(yè)局“948”項目(2015-4-25)

張 欣(1990— )，女，山西陽城人，2015年畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)，助理工程師。