路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性和凈化效果

孫向麗，胡藝春，肖 夏，黃天華，李愛梅

（1.江蘇三維園藝有限公司，江蘇 蘇州 215343；2.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

2000 年以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，園林綠化行業(yè)取得的成就舉世矚目，公共園林建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量均實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)和可持續(xù)發(fā)展理念的日漸普及，園林景觀和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系日益緊密，景觀在美化環(huán)境的同時(shí)，對(duì)生態(tài)的保護(hù)和修復(fù)作用越來越受到重視。以湖泊、河道、池塘為代表的各類城市景觀水體和生態(tài)水體的美化和凈化任務(wù)成為園林、景觀、生態(tài)和環(huán)境等行業(yè)共同關(guān)注的熱點(diǎn)。

氮和磷是城市水體污染最主要的污染源，當(dāng)水體中的總氮含量超過0.30mg/L，總磷含量超過0.02mg/L 時(shí)，即被判定為“富營(yíng)養(yǎng)化水體”。據(jù)中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部公布的調(diào)查結(jié)果，我國(guó)主要城市超過80%的景觀湖泊甚至已達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化程度，水質(zhì)渾濁和水體發(fā)臭問題突出。因此，采取切實(shí)有效的技術(shù)措施，治理、修復(fù)或徹底解決城市水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題，對(duì)于水體景觀和生態(tài)效益的維持，以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展均迫在眉睫。

如何有效地削減水體中的氮、磷等污染物，是治理和修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的關(guān)鍵，可供選擇的技術(shù)方法有多種，其中利用水生植物或濕生植物進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理和修復(fù)不但成本低、效率高、持續(xù)時(shí)間久，還是所有治理和修復(fù)方法中唯一能同時(shí)發(fā)揮美化作用和凈化作用的方法，因此具有大的現(xiàn)實(shí)意義。

鳶尾類花卉是鳶尾屬（Iris）花卉的總稱，全球約有300 個(gè)種，經(jīng)自然雜交和人工選育，目前已有70000 多個(gè)品種，是全世界最流行的三大宿根花卉之一。鳶尾類花卉按照對(duì)水分的需求，可分為旱生型、中生型和濕生型3 類，其中濕生型鳶尾在水面和濱水環(huán)境的綠化中占據(jù)重要地位。路易斯安那鳶尾是濕生型鳶尾的典型代表，因主要原產(chǎn)于美國(guó)路易斯安那州而得名，現(xiàn)有100 多個(gè)品種，多數(shù)具有花色艷麗，綠期長(zhǎng)的特點(diǎn)。路易斯安那鳶尾于20 世紀(jì)90 年代初被引入我國(guó)，經(jīng)引種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)我國(guó)南方的氣候環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，夏季幾乎不會(huì)受到軟腐病等病害的危害，冬季能忍受-5℃的低溫[1]，葉片在長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)可周年保持常綠，因此具有極大地推廣潛力。

在利用鳶尾類花卉凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的實(shí)驗(yàn)中，研究人員多集中于不同種類對(duì)水質(zhì)凈化能力的差異[2-3]，而未見針對(duì)某一個(gè)園林植物種類的不同品種的報(bào)道，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)的項(xiàng)目實(shí)踐缺少必要的支撐。本研究擬開展10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種對(duì)夏季和冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果研究，為拓展路易斯安那鳶尾在我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)的應(yīng)用范圍和挖掘新的應(yīng)用形式提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)的材料與方法

1.1 植物材料

本實(shí)驗(yàn)所需路易斯安那鳶尾苗購(gòu)自浙江寧波蓮苑生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，分別為‘Andy Dandy’，‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Hush Money’，‘Black Gamecock’，‘Heather Stream’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’，分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ代表10 個(gè)品種。將路易斯安那鳶尾苗進(jìn)行修剪和清洗后放入清水中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，15d 后選取健康苗進(jìn)行凈水實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

于2019 年夏季和冬季分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取長(zhǎng)、寬、高分別為56cm、42cm 和26cm 的周轉(zhuǎn)箱33 個(gè)，分別注入來景觀河道的富營(yíng)養(yǎng)化水樣50L，其上利用預(yù)先訂制的浮板固定路易斯安那鳶尾苗，各箱保持總生物量為360g。各品種重復(fù)3 次，以不種植路易斯安那鳶尾苗的水樣為對(duì)照（CK）。實(shí)驗(yàn)期間每隔7d 放掉3L 水，并重新取相同來源的水樣補(bǔ)滿。

實(shí)驗(yàn)開始前和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分別測(cè)定水樣的葉綠素a 含量（chla）、氨氮含量（NH4+-N）、總氮含量（TN）、總磷含量（TP）、透明度（SD）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）[4]。采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)水樣的富營(yíng)養(yǎng)化程度。計(jì)算公式為：

式中：TLI（Σ）-綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj-第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI（j）-第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；m-評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)；

以chla 為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j 種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

采用Microsoft Excel 2010 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，采用SPSS 20.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性

路易斯安那鳶尾不同品種在夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后的平均葉片長(zhǎng)度、平均葉片寬度、單株平均葉片數(shù)和單株平均生物量如圖1～圖4 所示?？梢钥闯觯捎诨蛐偷牟町?，各品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量在實(shí)驗(yàn)前即存在差異。經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的平均葉片長(zhǎng)度增加，品種Ⅸ的平均葉片長(zhǎng)度與實(shí)驗(yàn)前基本一致，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長(zhǎng)度不增反降；各品種間平均葉片寬度的差異相對(duì)較小，經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅱ和Ⅷ的出現(xiàn)小幅變寬的趨勢(shì)，其他品種的平均葉片寬度有變窄的趨勢(shì)；經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的單株平均葉片數(shù)增多，品種Ⅶ和Ⅸ的與實(shí)驗(yàn)前持平，而品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數(shù)減少；在單株平均生物量方面，經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的明顯增大，品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的則不同幅度的減小。

圖1 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長(zhǎng)度

綜合不同品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量變化，可以看出，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的6 個(gè)品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體有較好的適應(yīng)性，能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)，而品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性相對(duì)較差，葉片生長(zhǎng)和生物量增長(zhǎng)均受到一定程度的抑制。

圖2 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度

圖3 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數(shù)

圖4 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均生物量

2.2 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用

夏季種植路易斯安那鳶尾不同品種90d 后各水樣的TLI 如圖5 所示?？梢钥闯觯cCK 相比，夏季種植路易斯安那鳶尾各個(gè)品種均可使水樣的TLI 下降，種植品種Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實(shí)驗(yàn)前下降了8.15、11.92、8.82、13.79 和12.76，水樣的TLI 顯著低于CK，種植品種Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的水樣的TLI與CK 無顯著差異。

圖5 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體TLI 的影響

2.3 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性

路易斯安那鳶尾不同品種在冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后的平均葉片長(zhǎng)度、平均葉片寬度、單株平均葉片數(shù)和單株平均生物量如圖6～圖9 所示?？梢钥闯觯?jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的平均葉片長(zhǎng)度增加，品種Ⅱ的平均葉片長(zhǎng)度與實(shí)驗(yàn)前基本一致，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長(zhǎng)度下降；各品種間平均葉片寬度的差異相對(duì)較小，經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的小幅變寬，品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅸ的平均葉片寬度有變窄的趨勢(shì)；品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ單株平均葉片數(shù)在經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后增多，品種Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ的單株平均葉片數(shù)與實(shí)驗(yàn)前持平，而品種Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數(shù)減少；各品種經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后，單株平均生物量表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的明顯增大，品種Ⅰ和Ⅶ小幅增長(zhǎng)，品種Ⅱ與實(shí)驗(yàn)前持平，品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的則呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

圖6 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長(zhǎng)度

圖7 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度

圖8 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數(shù)

圖9 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均生物量

綜合不同品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量變化，可以看出，品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的5 個(gè)品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體有較強(qiáng)的適應(yīng)性，品種Ⅱ和Ⅶ的表現(xiàn)一般，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性相對(duì)較弱，葉片生長(zhǎng)和生物量增長(zhǎng)均受到一定程度的抑制。

2.4 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用

冬季種植路易斯安那鳶尾不同品種90d 后各水樣的TLI 如圖10 所示。可以看出，與CK 相比，冬季種植路易斯安那鳶尾各個(gè)品種均可使水樣的TLI 下降，種植品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實(shí)驗(yàn)前下降了6.71、5.65、6.28 和6.86，顯著低于CK，種植其他6 個(gè)品種的水樣的TLI 與CK 無顯著差異。

圖10 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體TLI 的影響

3 討論與結(jié)論

由于水生或濕生植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮、磷等元素的吸收或吸附作用，當(dāng)植物被移出生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，被吸收或吸附的氮、磷等物質(zhì)也會(huì)被隨之帶走，從而發(fā)揮對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用。路易斯安那鳶尾引入我國(guó)之后，因其挺立的葉叢、優(yōu)美的花型和豐富的色彩深受人們的喜愛，又因其對(duì)水面和濱水環(huán)境的良好適應(yīng)性，以及周年常綠的特性，迅速躋身為長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)水體美化的新寵。然而由于路易斯安那鳶尾品種繁多，遺傳背景復(fù)雜，不同品種對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)能力不盡相同，增大了路易斯安那鳶尾在富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)項(xiàng)目中應(yīng)用的不確定性，因此有必要開展不同品種對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性研究和凈水能力研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，供試的10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種中有6 個(gè)品種（‘Andy Dandy’，‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’）對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體有良好的適應(yīng)性，葉片能正常生長(zhǎng)，生物量增大；有5 個(gè)品種（‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’）對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體有良好的適應(yīng)性。其中夏季和冬季均表現(xiàn)良好的品種為‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)方法尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可供選擇的評(píng)價(jià)方法有多種[6]，其中綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法是在進(jìn)行城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)問題的科學(xué)研究和項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)常用的評(píng)價(jià)方法[7-8]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，供試的10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種夏季和冬季對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體均有凈化作用，兩個(gè)季節(jié)相比，夏季植物生長(zhǎng)旺盛，對(duì)水體中的氮、磷等元素的吸收和吸附作用強(qiáng)于冬季，TLI 下降的幅度大于冬季，夏季品種‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’的凈水效果較為突出，而冬季品種‘Rhett’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’的凈水效果較為明顯，品種‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’在兩個(gè)季節(jié)的凈水效果均較為理想。

綜合10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種在夏季和冬季的生長(zhǎng)狀況和凈水效果，可以看出外觀表現(xiàn)和凈水能力之間存在一定的相關(guān)性，多個(gè)在富營(yíng)養(yǎng)化水體中長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)健的品種的凈水能力也較為突出，在富營(yíng)養(yǎng)化水體中長(zhǎng)勢(shì)衰弱的品種的凈水能力也相對(duì)較差；但也存在不完全一致的情況，例如本實(shí)驗(yàn)的品種Ⅰ夏季和冬季在富營(yíng)養(yǎng)化水體中都能正常生長(zhǎng)，但凈水能力一般。本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，同一品種夏季和冬季在相同來源的富營(yíng)養(yǎng)化水體中的外觀表現(xiàn)和對(duì)凈水能力也存在差異，例如品種Ⅱ和品種Ⅶ在夏季生長(zhǎng)良好，凈水效果也較為理想，但在冬季的表現(xiàn)均不突出；品種Ⅸ在兩個(gè)季節(jié)的表現(xiàn)則恰好相反。因此，除了花期表現(xiàn)的差異外，路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性和凈水效果的差異也客觀存在。在利用路易斯安那鳶尾進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體的水面綠化和邊坡綠化時(shí)，選擇在夏季和冬季均能正常生長(zhǎng)，同時(shí)均能發(fā)揮突出凈水作用的品種對(duì)于保證景觀和生態(tài)雙方面的效益具有重要意義。在本實(shí)驗(yàn)條件下，認(rèn)為‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’3 個(gè)路易斯安那鳶尾品種在長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目中有推廣價(jià)值。