湿地水位梯度对互花米草生长特性的影响研究

张晓敏，唐运平，，宋文筠

（1.天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387；2.天津市环境保护技术开发中心，天津300191）

湿地水位梯度对互花米草生长特性的影响研究

张晓敏1，唐运平1，2，宋文筠2

（1.天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387；2.天津市环境保护技术开发中心，天津300191）

通过模拟高盐人工湿地水位控制试验，探讨了砾石填料下不同水位梯度对互花米草的生长状况、生物量积累及生物量分配格局的影响，为湿地工程水位的调节、植物生物量的控制提供依据。结果表明，砾石填料下植物淹水深度6 cm是互花米草比较适宜生长的水位。水位变化影响互花米草的生物量分配，较低水位下有利于刺激根系向更深处生长。

互花米草；人工湿地；高含盐量；水位梯度

互花米草（Spartina alterniflora Loisel）属禾本科、米草属，是多年生水生或湿生高大草本植物，茎杆挺拔，株高为1～3.5m，根系分布深度可达1～2m，分蘖能力强，花期在7—10月。作为一种典型的海滩盐沼植物，互花米草具有耐盐范围广（0‰～35‰盐度下均有分布）、繁殖快、生物量大、适应性强等特性，能在南北气候条件完全不同的滨海湿地繁茂生长。有研究表明，互花米草对氮磷、有机物、重金属均有一定的净化效果[1-4]。互花米草较大的生物量和较强的环境适应力，为将其作为北方高盐人工湿地的备选植物提供了可能性。

湿地植物是人工湿地的核心部分，湿地植物的生长状况、生物量、根系可直接影响湿地工程的污染物去除效率。不同生境条件对湿地植物的形态因子和生物量都具有显著的影响。目前针对有关互花米草生长特性的研究主要集中在沙基或壤土条件下培养，尚无砾石基质下互花米草生长状况的报道。考虑到砾石具有较好的透水性能、易于构建地下潜流条件且容易获得、是应用最广泛的人工湿地填料，本次试验选择以砾石为基质构建人工湿地，通过比较不同水位梯度下互花米草的形态指标及生物量的测定，为将互花米草引入高盐人工湿地及利用水位调节控制植物生物量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2013年7月，在天津滨海湿地选取长势均匀且一致的互花米草带根土取走，复壮1周后，将植物根部土壤清洗干净，修剪掉多余须根，将植物移栽入直径为19 cm、高度为22 cm的塑料花盆，花盆内装有20 cm厚的碎石基质（粒径约为20mm），采用盐度为10‰的Hoagland营养液浇灌。约1周后，选取长势良好、高度约为56.8±0.97 cm、平均株重约为15.9± 1.64 g的36盆作为试验材料。

本次试验共设置3个水位，分别为淹没株高6 cm水位、0 cm水位（基质表面略积水）、-4 cm水位（低于基质表面4 cm）。将塑料花盆栽入3个半透明塑料整理箱（65 cm×45 cm×50 cm），每个整理箱放入4个花盆，整理箱内分别注入盐度为20‰的配置营养液用于控制试验水位。每个水位共设置3个重复。整个试验在自然光照条件下进行，每4 d更换1次水，定期检测并维持水位。

1.2 测定方法

试验过程中随时观察植物生长状况。6周后将植物取出，测定互花米草的株高、分蘖数、叶长、叶宽。株高测量是从植物根部到植株最高处的长度。叶长、叶宽取该株第2片全展叶片。将每一单株分解成地上、地下两部分分装，80℃烘干至恒质量后称量，以此测定互花米草生物量参数（地上生物量、地下生物量和总生物量），并计算生物量分配情况。

1.3 数据分析

数据通过SPSS 13.0进行方差分析（Oneway-ANOVA）检验其差异显著性，并采用Duncan多重比较进行所需的后续检验（P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同水位下互花米草的形态指标

42 d后互花米草在不同水位下株高、鲜重、叶长、叶宽、分蘖数差异见表1。单因素方差分析显示，6 cm水位下互花米草长势最佳，随着水位的降低，互花米草的株高、叶长呈减小趋势，各组间均存在显著性差异（P＜0.05）；0 cm水位下，互花米草分蘖数最多，6 cm水位其次，-4㎝水位最少，各水位之间均存在显著性差异（P＜0.05）；水位条件对互花米草的鲜重、叶宽不存在较明显的影响，鲜重、叶宽在3个水位下差异均不显著（P＞0.05）。

表1 不同水位处理对互花米草形态指标的影响

2.2 不同水位下互花米草的生物量

互花米草在3种水位梯度下生物量，如图1所示。结果显示，互花米草总生物量、地上生物量随水位的升高而增加，地下生物量随水位的升高而下降。总生物量在6 cm水位下最高，与-4 cm水位存在显著性差异（P＜0.05），而与0 cm水位差异不显著（P＞0.05）；地上生物量3种水位梯度下均存在显著性差异（P＜0.05）；地下生物量-4 cm水位最高，与6 cm水位存在显著性差异（P＜0.05），而与0 cm水位不存在显著性差异（P＞0.05）。

2.3 不同水位下互花米草的生物量分配

互花米草在3种水位梯度下生物量分，如图2所示。单因素方差分析结果显示，3种水位下互花米草生物量分配均存在显著性差异（P＜0.05）。互花米草的地上分配6 cm水位最高，中水位其次，-4 cm水位最低；地下生物量分配、根冠比则呈相反趋势。

图1 不同水位处理对互花米草生物量的影响

图2 不同水位处理对互花米草生物量分配的影响

3 讨论

3.1 水位对互花米草形态学指标影响

湿地水深是人工湿地处理系统设计、运行和维护的重要参数，水位分布变化（淹水深度、频率和持续时间等）是影响湿地植物生长状况的重要环境因子。湿地植物在适应特殊生境时，会表现出一些共同的特征[5]，如随着淹水深度的增加，植物会通过茎叶的延长以增强对水淹环境的逃脱能力。不同植物对水深的耐受程度不同。如，在长期淹水条件下，表面流湿地（水深约10 cm）的象草会死亡；但在同样的进水中，潜流湿地条件下的象草却长势良好，植株的高度均在3.5m以上，无任何不良性状[6]。

本试验中，处于6 cm水深下的株高、株重、叶长均显著高于其他处理组，表明砾石基质中淹没株高6 cm水位是互花米草比较适宜生长的水位。互花米草根系及茎具有非常发达通气组织，即使在长时间水淹情况下，也可保证对氧气的运输利用并以此自我修复受损的组织。目前，对于水环境对互花米草生长和生理特性的影响已有一定研究。如，模拟潮汐条件下研究不同没顶水淹处理时长对互花米草的试验结果表明，当淹没时长为3 h时株高增长率达到最大值，超过3 h株高增长率出现显著的抑制，叶面积随淹没时间的增长而显著减少[7]；古志钦[8]研究了40 cm水深的持续淹水胁迫下，互花米草株高、根系、地下生物量均受到一定程度的抑制。

本试验-4 cm水位下互花米草的分蘖数均显著低于其他处理组，表明砾石填料中低水位对互花米草的无性繁殖有显著抑制作用。研究表明，在环境适宜的情况下，互花米草会形成大量的无性克隆体，力求获得更多的资源占有率，保障物种的种群扩张。而当环境中养分或者水分匮乏时，互花米草会将更多的资源用于地下根部的延长，而用予繁殖部分的能量就极大地减少了[9]。

3.2 水位对互花米草生物量及分配的影响

水位的分布是影响植物根冠比的最为显著的生态因子[10]。本试验中，互花米草的总生物量、地上生物量、地上分配比表现为随着水位的升高逐渐增大，这说明高水位下互花米草倾向于将光合碳物质积累更多地投向植物的茎部和叶部。

互花米草地下生物量、地下分配比随着水位的升高而出现下降趋势，表明低水深条件下互花米草对根系的资源分配较高，造成这样原因可能是由于低水分环境下需要促进植物投入更多的资源用来发育根系，以保证互花米草获得充足的水分和矿质营养用于支撑植物的正常生长代谢。有研究表明[11]，不同的基质类型下互花米草的生物量积累对水位梯度响应模式不同，在沙土混合基质和壤土中生长的互花米草其生物量积累表现为-4 cm水位显著高于0 cm水位、-8 cm水位，且水位对互花米草生物量分配影响不显著，其根冠比均小于1；而在沙基培养下，生物量积累随水位的增高而增高，与本试验结果具有相同趋势。基质理化性质及养分含量的不同是直接导致植物生长和发育出现差异的原因。

4 结论

（1）砾石填料下互花米草具有较强的水深适应性，不同的水位下互花米草均保持一定长势和生物量增加。这表明互花米草既可应用于表面流人工湿地，也可应用于潜流人工湿地。

（2）在湿地工程中进行水深调控可以在一定程度上控制湿地中互花米草的株高、生物量等物理特性指标，仅考虑植物生长的情况下，表面流人工湿地更适合互花米草的生长。较低水位有利于刺激根系向更深处生长，在湿地植物栽种初期应尽量保持较低水位，促进根系向深处生长，以便植物扎根成活。

[1]刘军普，田志坤．互花米草净化污水的研究[J]．河北环境科学，2002，10（2）：45-48．

[2]李佳枚，石贵玉，韦颖．重金属镉对互花米草生长及生理特性的影响[J]．安徽农业科学，2011，39（4）：2174-2176，2182.

[3]周玳，王小蓉，周爱和，等．互花米草及大米草对汞富集的初步研究[J]．南京大学学报（米草研究进展专辑），1985，40（2）：212-225．

[4]柴民伟，刘福春，曹迪，等．Pb对互花米草的生理特性和Pb在体内积累的影响[J]．南开大学学报，2011，44（6）：33-39．

[5]王海洋，陈家宽，周进．水位梯度对湿地植物生长、繁殖和生物量分配的影响[J]．植物生态学报，1999，23（3）：269-274．

[6]赵建刚，杨琼，陈章和．几种湿地植物根系生物量研究[J].中国环境科学，2003，23（3）：290-294．

[7]肖强，郑海雷，叶文景．水淹对互花米草生长及生理的影响[J]．生态学杂志，2005，24（9）：1025-1028．

[8]古志钦，张利权．互花米草对持续淹水胁迫的生理响应[J].环境科学学报，2009，29（4）：876-881．

[9]何军，赵聪蛟，清华．土壤水分条件对克隆植物互花米草表型可塑性的影响[J].生态学报，2009，29（7）：3518-3524．

[10]Mony C，Mercier E，Bouzille JB．Reproductive strategies may explain plant tolerance to inundation：amesocosm experiment using six marsh species[J].AquaticBotany，2010，92（2）：99-104．

[11]邓自发，谢晓玲，王中生．基质及水位对入侵种互花米草生长的影响[J]．生态学杂志，2010，29（2）：256-260．

Study of G row th Characteristicsof Spartina Alterniflora Loisel to Differen tW ater Level Gradient in Constructed Wetland

ZHANGXiao-min1，TANGYun-ping1，2，SONGWen-jun2
(1.Tianjin Polytechnic University，collegeofenvironmentaland chemicalengineering，Tianjin 300387，China；2.Tianjin environmentalprotection technology developmentcenter，Tianjin 300191，China）

Differentwater level gradientofwetland under gravel packing effecton growth condition，biomass accumulation and biomass allocation pattern of Spartina alterniflora Loiselwas investigated through simulating high salt artificialwetland water level controlexperiments，resultof this study can provide evidence for the regulation ofwater level ofwetlands project and controlofplantbiomass.Taken together，submerged plantheight6 cm ofwater level issuitablegrowth levels for Spartina alterniflora Loisel under gravel packing.Changes ofwater level affected biomass allocation，and lower water level is helpful to stimulate the roots togrow deeper.

Spartinaalterniflora Loisel；constructedwetland；high-salinity；water levelgradient

X522

A

1004-7328（2014）03-0054-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.03.019

2014-03-10

张晓敏（1989-），女，硕士研究生，主要从事水环境工程研究工作。