濕地草本植物對(duì)水質(zhì)的影響

黃 麗，王曉雯，許銘宇，帥艷艷，史紅玉，陳 平*

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 園藝園林學(xué)院，廣東 廣州 510225； 2.廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600)

濕地作為一種介于水陸之間的一種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)[1]，其水質(zhì)的好壞直接影響到該生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。濕地草本植物在濕地植物應(yīng)用中占據(jù)了很大范圍，雖然草本植物景觀豐富，觀賞性強(qiáng)，但由于其自身特性難以避免季節(jié)性枯萎這一現(xiàn)象，很多濕地一到秋冬季一片枯枝殘?bào)w漂浮在水體表面，不僅影響景觀還對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定程度的破壞如對(duì)水體的二次污染[2-4]，勢(shì)必會(huì)對(duì)水體的水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。本文通過(guò)對(duì)無(wú)人工管護(hù)情況下的濕地植物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行分析，優(yōu)選出耐粗放管理且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響小的植物種類，為濕地植物配置提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

2014年9月在上涌果園濕地內(nèi)建立樣地(東經(jīng)113°18′，北緯23°4′)，種植草本植物紙莎草(Cyperuspapyrus)、紅鞘水竹芋(Thaliageniculata)、鳶尾(Iristectorum)、三棱藨草(Scirpusmariqueter)、燈心草(Juncuseffusus)、香蒲(Typhaorientalis)、梭魚草(Pontederiacordata)、水蓑衣(Hygrophilasalicifolia)、蕹菜(IpomoeaaquaticaForsk)，觀察其在無(wú)人為干擾下的自然生長(zhǎng)狀況。所形成的13個(gè)面積較大的優(yōu)勢(shì)植物群落，包括樣地內(nèi)原有的、自然形成的植物群落如星毛蕨(Ampelopterisprolifera)、銅錢草(Hydrocotylechinensis)、鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)、空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)。對(duì)以上這13個(gè)優(yōu)勢(shì)草本植物群落進(jìn)行相關(guān)調(diào)查分析，內(nèi)容包括不同植物群落下水體水質(zhì)的測(cè)定和13種植物腐爛分解對(duì)水質(zhì)的影響分析。

1.2 材料

1.2.1 不同草本植物群落的滲濾水水質(zhì)分析

在前期課題組研究和查閱資料的基礎(chǔ)上，供試用水是上涌果樹公園濕地試驗(yàn)田內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)良好，無(wú)病蟲害的鳶尾、銅錢草、鳳眼蓮、三棱藨草、梭魚草、燈芯草、水蓑衣、蕹菜、香蒲、紙莎草、空心蓮子草、星毛蕨、紅鞘水竹芋等13個(gè)草本植物群落下的水體。每個(gè)群落隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)取水樣250 mL帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)兩層濾紙過(guò)濾后進(jìn)行測(cè)試。

1.2.2 不同草本植物群落的凋落物分解對(duì)水質(zhì)的影響實(shí)驗(yàn)

供試植物為取自于上涌果樹公園濕地試驗(yàn)田中長(zhǎng)勢(shì)良好，無(wú)病蟲害的鳶尾、銅錢草、鳳眼蓮、三棱藨草、梭魚草、燈芯草、水蓑衣、蕹菜、香蒲、紙莎草、空心蓮子草、星毛蕨、紅鞘水竹芋等13個(gè)草本植物群落。供試裝置為半透明塑料水箱(51 cm×38 cm×31 cm)。

1.3 方法

1.3.1 不同草本植物群落的滲濾水水質(zhì)分析

按需從上涌果樹公園濕地試驗(yàn)田內(nèi)帶回13個(gè)水樣，運(yùn)用國(guó)標(biāo)法(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2002)測(cè)試其水質(zhì)總磷、總氮、化學(xué)需氧量、氨氮、溶氧量、pH值、色度等7個(gè)指標(biāo)。

1.3.2 不同草本植物群落凋落物分解對(duì)水質(zhì)的影響實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)自2016年10月1日至2016年11月12日。于10月1日開始，將植株于野外采集后，根上表層泥土洗凈置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然陰干至枯死狀態(tài)，10月8日開始將植株分別放入20 L半透明塑料水箱內(nèi)，并在水箱側(cè)面做水位標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)將13種植物設(shè)14個(gè)處理：無(wú)植物(空白對(duì)照組)、鳶尾、銅錢草、鳳眼蓮、三棱藨草、梭魚草、燈芯草、水蓑衣、蕹菜、香蒲、紙莎草、空心蓮子草、星毛蕨、紅鞘水竹芋。實(shí)驗(yàn)在干燥、通風(fēng)、無(wú)保暖措施的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，室溫20～28 ℃，水溫18～28 ℃。每種植物的植株各150 g分別置于長(zhǎng)寬高(51 cm×38 cm×31 cm)半透明塑料水箱內(nèi)，保持水量不變。隨后每隔6 d進(jìn)行水樣取樣一次，每個(gè)處理重復(fù)取5個(gè)水樣測(cè)定，每次實(shí)驗(yàn)后用虹吸法補(bǔ)充供試水至20 L，共取樣5次，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，實(shí)驗(yàn)期共約43 d。

1.4 水質(zhì)測(cè)定

1.5 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)評(píng)價(jià)依照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中規(guī)定，中國(guó)地面水分五大類。本文所研究的水質(zhì)分析以第五類水(主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析。

通過(guò)單因子評(píng)價(jià)對(duì)水體水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行分析[5]。水質(zhì)狀況的綜合評(píng)價(jià)運(yùn)用綜合加權(quán)評(píng)價(jià)法[6]。以第五類水為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草本植物群落下滲濾水的水質(zhì)

表1 不同草本植物群落下滲濾水水質(zhì)情況比較

注：同一列數(shù)據(jù)后沒有相同字母表示在1%水平上具有顯著差異性。

2.2 13種草本植物凋落物分解對(duì)水體水質(zhì)的影響

2.2.1 對(duì)TP含量的影響

由圖1可知，水體TP濃度均呈先上升再下降的變化趨勢(shì)。除了水蓑衣和紅鞘水竹芋處理組在第12天TP濃度表現(xiàn)為，達(dá)到峰值，其余處理組均在第24天左右達(dá)到峰值。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水體TP濃度紅鞘水竹芋>香蒲>紙莎草>三棱藨草>梭魚草>燈芯草>水蓑衣>蕹菜>鳳眼蓮>鳶尾>星毛蕨>銅錢草>空心蓮子草。

圖1 水體TP含量變化過(guò)程

2.2.2 對(duì)TN含量的影響

如圖2所示，水生植物分解過(guò)程中，TN含量大部分呈先上升再下降，后期略有回升的變化過(guò)程，但水蓑衣處理組TN含量持續(xù)上升，星毛蕨處理組則為先下降后上升的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，只有水蓑衣、空心蓮子草和紅鞘水竹芋處理組的TN高于空白對(duì)照組，其余均小于空白對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各組TN濃度依次為水蓑衣>空心蓮子草>紅鞘水竹芋>星毛蕨>鳶尾>銅錢草>紙莎草>燈芯草>蕹菜>香蒲>梭魚草>三棱藨草>鳳眼蓮。

圖2 水體TN含量變化過(guò)程

圖3 水體含量的變化過(guò)程

2.2.4 對(duì)COD含量的影響

如圖4所示，植物分解過(guò)程中，水體COD濃度變化情況比較復(fù)雜，大體趨勢(shì)為先上升到一個(gè)極值再緩慢下降，反應(yīng)前期，各處理水體濃度均高出對(duì)照組20%左右，鳶尾、三棱藨草、梭魚草、燈心草、水蓑衣、紙莎草在緩慢下降后轉(zhuǎn)而又升高，鳳眼蓮、香蒲則是一直呈上升狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水體COD濃度紅鞘水竹芋>鳶尾>水蓑衣>梭魚草≥香蒲>紙莎草>燈心草>蕹菜>三棱藨草>鳳眼蓮≥空心蓮子草>星毛蕨>銅錢草。

圖4 水體COD含量的變化過(guò)程

2.2.5 對(duì)DO濃度的影響

由圖5可知，水體DO濃度在處理初期迅速下降，第6天下降到最低值，隨后開始緩慢上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各組水體DO濃度基本恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)初始水平。

圖5 水體DO濃度的變化過(guò)程

2.2.6 對(duì)pH值的影響

如圖6所示，各組中水體pH變化趨勢(shì)類似，處理開始后，水體pH值略有下降，第18天以后，開始呈現(xiàn)交替上升的變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理水體pH值和對(duì)照基本相等，且各處理均略低于實(shí)驗(yàn)初始值。

圖6 水體pH值的變化過(guò)程

2.2.7 對(duì)色度值的影響

當(dāng)水中含有大量的雜質(zhì)時(shí)，水就會(huì)產(chǎn)生顏色，色度值說(shuō)明了顏色的深度，從圖7中可以看出，各組的色度值變化趨勢(shì)相似，整體都在緩慢升高，只有鳳眼蓮和紅鞘水竹芋在第18天升高到一個(gè)極值后有所降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各組色度值表現(xiàn)為紅鞘水竹芋>水蓑衣>鳶尾>梭魚草>紙莎草>香蒲>燈芯草>空心蓮子草>蕹菜>三棱藨草>鳳眼蓮>星毛蕨>銅錢草。

圖7 水體色度值的變化過(guò)程

2.2.8 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

綜合以上各指標(biāo)值的變化情況，從表2中可以看出，供試的13種草本植物凋落物分解過(guò)程中對(duì)水質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，其中，鳳眼蓮和星毛蕨的植物殘?bào)w對(duì)水體的水質(zhì)影響最小，其次依次為銅錢草、蕹菜、空心蓮子草、梭魚草、燈心草、香蒲、紙莎草、鳶尾、水蓑衣、紅鞘水竹芋和三棱藨草。

表2 13種草本植物凋落物分解過(guò)程中水質(zhì)

3 小結(jié)與討論

綜合以上各指標(biāo)值的變化情況，可以看出，鳳眼蓮和星毛蕨的植物殘?bào)w對(duì)水體的水質(zhì)影響最小，其次依次為銅錢草、蕹菜、空心蓮子草、梭魚草、燈心草、香蒲、紙莎草、鳶尾、水蓑衣、紅鞘水竹芋和三棱藨草。生物量小的草種相對(duì)生物量大的對(duì)水質(zhì)的影響也較小。雖然蕹菜、空心蓮子草侵占性較強(qiáng)，但他們對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生的影響較小，且有一定的凈化能力，只要控制好植物的生長(zhǎng)范圍，合理搭配，也是一種良好的濕地植物。對(duì)于一些生物量較大的草本植物，在應(yīng)用時(shí)要注意控制其密度，避免過(guò)密栽植導(dǎo)致枯萎后腐爛對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。同時(shí)，在濕地中保留適量的植物枯萎部分，可以有效降低N、P含量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，控制富營(yíng)養(yǎng)化程度。

草本植物體的生物量和種植密度會(huì)對(duì)水體水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，Tanner等[7]在研究利用水生植物處理廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，一定量的水生草本植物枯枝殘?bào)w，可促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的脫氮過(guò)程，但在超過(guò)一定程度時(shí)，系統(tǒng)N、P的濃度反而升高。本研究發(fā)現(xiàn)，在草本植物凋落物分解前期，會(huì)引起水體N、P含量激增的現(xiàn)象；但在分解后期，水體的COD濃度和TP、TN濃度會(huì)逐漸下降。因此，可以通過(guò)合理構(gòu)建植物群落，使用挺水植物、沉水植物等進(jìn)行植物群落的生態(tài)修復(fù)，能有效控制水體營(yíng)養(yǎng)鹽成分，轉(zhuǎn)移部分N、P等營(yíng)養(yǎng)元素到植物體內(nèi)，保持水體的自凈能力。

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