5种人工湿地植物在山西省的抗寒性研究

张 欣

5种人工湿地植物在山西省的抗寒性研究

张 欣

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

笔者选择了 5 种水生植物，利用塑料水培箱模拟人工湿地，于2016年10月底开始进行抗寒性研究。结果表明，水麦冬和三棱水葱在越冬过程中植株生长情况较好，地上部分的越冬存活率较高，分别为85.37%和80.48%；且翌年出苗率也较高，分别为85.37%和88.31%.而石菖蒲、香蒲、芦苇在越冬过程中，株高和侧芽数较小，生长衰退，叶梢发黄干枯，到2017年1月至2月，地上部分逐渐枯死，翌年出苗率分别为75.79%，82.66%和84.81%.此外，通过测定5种植物根系生物量的变化发现，在温度较低的2017年1月和2月，水麦冬和三棱水葱根系的生长情况更好，抗寒性更高。因此，笔者认为5种水生植物的抗寒性依次为：三棱水葱>水麦冬>芦苇>香蒲>石菖蒲。

水生植物；株高；侧芽数；抗寒性；山西省

1 试验地概况

试验地位于山西省太原市山西省林业科学研究院内，地理坐标为111°29′N，37°26′E.属北温带大陆性气候区，年平均降水量为468.4 mm，季节分布不均匀，1月份平均降水量为3.2 cm，8月份平均降水量为107.0 cm.年平均气温为9.5 ℃，1月平均气温-6.4 ℃，7月平均气温23 ℃.年无霜期平均为149 d～175 d，全年日照时数2 501.7 h.

2 材料与方法

2.1试验材料

根据山西省的气候条件及湿地处理废水的需要，选择水生或湿生、抗污力强、较耐寒、多年生、易繁殖、病虫害少、地下及地上生物量大的植物为试验材料进行抗寒性试验，以初步筛选出适合山西省人工湿地生长的植物。通过查阅文献和实地考察，从苏北地区购置了5种水生植物材料进行试验,见表1.

表1 供试植物

水麦冬，多年生湿生草本植物，植株弱小。叶基生，条形，长10 cm～20 cm，宽1 mm～2 mm，有时浮于水面；花为风媒花，两性、单性异株或为杂性花，辐射对称，无苞片。多生于湿地、沼泽地或盐碱湿草地，在我国黑龙江、吉林、华北、西北、西南，亚洲、欧洲和北美洲均有分布。

三棱水葱，多年生宿根挺水草本植物。具长的匍匐根状茎，秆散生，粗壮，高20 cm～100 cm，三棱形，基部具2个～3个叶鞘。叶片扁平，长1.3 cm～5.5 cm，宽1.5 mm～2 mm.苞片1枚，三棱形，长1.5 cm～7.0 cm.喜温暖、湿润和半阴环境，耐寒、怕干旱、耐阴，多生于河边、溪塘边、沼泽地及低洼潮湿处，除广东、海南外，中国各地区均有分布。

石菖蒲，天南星科、菖蒲属，禾草状多年生草本植物。根茎横卧，芳香，粗5 mm～8 mm，外皮黄褐色，节间长3 mm～5mm，具须根。叶片薄，线形，长20 cm～30 cm，基部对折，中部以上平展，宽7 mm～13 mm，先端渐狭。叶鞘宽可达5 mm，暗绿色，无中脉，平行脉多数，稍隆起。喜阴湿环境，但不耐阳光暴晒，否则叶片会变黄。不耐干旱，稍耐寒，在长江流域可露地生长。

香蒲，多年生水生或沼生草本。根状茎乳白色。地上茎粗壮，向上渐细，高1.3 cm～2.0 cm.叶片条形，长40 cm～70 cm，宽 0.4 cm～0.9 cm，光滑无毛，上部扁平，下部腹面微凹，背面逐渐隆起呈凸形，横切面呈半圆形，叶鞘抱茎。雌雄花序紧密连接，果皮具长形褐色斑点。种子褐色，微弯。喜高温多湿气候，对土壤要求不严，在粘土和砂壤土上均能生长，多生于湖泊、池塘、沟渠、沼泽及河流缓流带。

芦苇，多年水生或湿生的高大禾草，根状茎十分发达。秆直立，高1 m～3 m，直径1 cm～4 cm，具20多节，基部和上部的节间较短。叶片披针状线形，长约30 cm，宽约2 cm，无毛，顶端长渐尖成丝形。圆锥花序，顶生，疏散，多成白色。芦苇在我国分布较广，多生长于池沼、河岸、河溪边多水地区。

2.2试验方法

试验于2016年10月至2017年5月在山西省林业科学研究院内进行。用长×宽×高=60 cm×40 cm×35 cm的塑料水培箱模拟人工湿地，在箱子底部铺设15 cm厚的河沙作为基质，种植水生植物。每种植物3箱，共15箱，植物的株行距为8 cm×6 cm，每箱50株。

2016年10月中旬购回植物并进行栽植，每周用清水浇灌1次，使植物保持正常生长，测定植物的株高及成活率，对枯死植株进行补植。2016年11月至2017年5月，每月中旬在每个箱子中选取有代表性的大、中、小3株植物，测定其株高及侧芽数，每种植物3次重复，取平均值。之后取这3株植物的地下部分，用清水洗净，在85 ℃烘箱中烘干至恒重，称其干重，计算根系生物量。在试验过程中，观察并记录5种植物的叶色、叶片形态等生长表现情况。2017月1月中旬调查其地上部分的越冬存活率。对于越冬过程中地上部分枯死的宿根型水生植物，于2017年4月测定其翌年出苗率。

3 结果与分析

3.1试验地温度变化

2016年10月至2017年5月，试验地每月的平均气温见表2.

表2 月平均气温 ℃

由表2可以看出，2016年10月至2017年1月，试验地的平均温度逐渐下降，2017年1月的平均最高温仅3.87 ℃，平均最低温达-8.94 ℃，之后温度逐渐升高。

3.25种植物的株高及侧芽数

2016年10月至2017年5月，5种水生植物的株高及侧芽数见第12页表3.

表3 5种水生植物的株高及侧芽数

由表3可以看出，2016年10月至2016年12月，水麦冬、三棱水葱的株高逐渐增大，香蒲的株高逐渐减小，石菖蒲、芦苇的株高先增大后减小。在温度最低的2017年1月和2月，水麦冬的株高为17.42 cm和17.77 cm，三棱水葱的株高为23.55 cm和23.45 cm，而香蒲、石菖蒲和芦苇在这2 个月地上部分枯死。2017年3月至2017年5月，5种植物的株高均表现为逐渐增大的趋势。

从侧芽数来看，以芦苇最多，但在2017年1月和2月的低温下，侧芽均被冻死。其次为三棱水葱和水麦冬，在2017年1月和2月的低温条件下，两者的侧芽可以安全越冬。石菖蒲和香蒲的侧芽数量最少。

3.35种植物根系生物量的变化

根系生物量的计算公式如下：

根系生物量(g/m2)=(样品称得的干重÷取样株数×每个水培箱中的植株数)/水培箱的基质面积。

本试验中，取样株数为3株，每个水培箱中的植株数为50株，水培箱基质面积为：

0.4 m×0.6 m=0.24 m2.

2016年10月至2017年5月，5种水生植物根系生物量的变化见图1.

图1 5种植物根系生物量的变化

由图1可以看出，不同植物根系生物量大小不同，5种植物根系生物从大到小依次为石菖蒲>芦苇>水麦冬>香蒲>三棱水葱。从其变化趋势来看，石菖蒲、芦苇和香蒲的根系生物量在2016年10月至2016年12月增长较快，2017年1月增幅较小(芦苇的根系生物量减小)，到2017年2月，这3种植物的根系生物量均有小幅度的减小，2017年3月后又迅速增大。而水麦冬和三棱水葱的根系生物量在整个试验期内均呈上升趋势，只是在2017年1月和2月增长幅度较小。由此可知，在温度较低的2017年1月和2月，水麦冬和三棱水葱根系的生长情况更好，抗寒性更高。

3.45种植物的形态特征变化

2016年10月至2017年5月，5种水生植物的形态特征变化见表4.

表4 5种植物的形态特征变化

由表4可以看出，2016年10月，5种植物的生长情况均较好。2016年11月，除香蒲植株的叶梢发干、发黄，其它4种植物均生长较好。2016年12月，石菖蒲、香蒲、芦苇的地上部分均生长衰退，出现叶片发黄、干枯的现象，水麦冬和三棱水葱基本保持正常生长。到2017年1月和2月，石菖蒲、香蒲、芦苇的地上部分均枯死，水麦冬和三棱水葱也出现生长衰退、叶梢干枯的现象。2017年3月至5月，水麦冬和三棱水葱的生长情况逐渐好转，5种植物周围均有新苗长出。

3.55种植物的越冬存活率及翌年出苗率

2017年1月和4月，分别测定5种植物地上部分的越冬存活率及翌年出苗率，结果见表5.

表5 5种植物的越冬存活率及翌年出苗率 %

由表5可以看出，水麦冬和三棱水葱地上部分的越冬存活率较高，分别为85.37%和80.48%，其中，水麦冬苗翌年出苗率等于其地上部分的越冬存活率，为85.37%；而三棱水葱在第2年又有新苗长出，翌年出苗率高于其地上部分的越冬存活率，为88.31%.石菖蒲、香蒲和芦苇在越冬过程中地上部分枯死，但其为宿根植物，翌年出苗率分别为75.79%，82.66%，84.81%.因此，笔者认为，5种水生植物的抗寒性依次为三棱水葱>水麦冬>芦苇>香蒲>石菖蒲。

4 结论与讨论

2016年10月至2016年12月，水麦冬、三棱水葱的株高逐渐增大，香蒲的株高逐渐减小；石菖蒲、芦苇的株高先增大后减小；前两者植株挺拔，基本保持正常生长，后三者的生长情况逐渐变差。在温度最低的2017年1月和2月，水麦冬和三棱水葱也出现生长衰退的情况，但株高仍较大；而香蒲、石菖蒲和芦苇的地上部分枯死；2017年3月至2017年5月，5种植物的株高均表现为逐渐增大的趋势，生长情况也均逐渐好转。通过测定5种植物根系生物量的变化发现，在温度较低的2017年1月和2月，水麦冬和三棱水葱根系的生长情况较好，抗寒性更高。此外，水麦冬和三棱水葱的越冬存活率较高，分别为85.37%和80.48%，且翌年出苗率也较高，分别为85.37%和88.31%，说明其本身抗寒性较好，大部分植株可以安全越冬。而石菖蒲、香蒲和芦苇在越冬过程中地上部分枯死，因其为宿根植物，所以在翌年春天可再次发芽生长，抗寒性较差。

综上所述，人工湿地是一种新型的污水处理技术，主要包括水生植物和基质2部分，在选择植物时应综合考虑植物的耐污力和对环境的适应性。山西省为内陆省份，冬季温度较低，应选择抗寒性较强的植物。由于试验尺度范围较小，且可能受局地小气候影响，在实际生产应用中，应结合具体情况进行进一步研究和探讨。

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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

国家林业局“948”项目(2015-4-25)

张 欣(1990— )，女，山西阳城人，2015年毕业于北京林业大学，助理工程师。