路易斯安那鸢尾不同品种对富营养化水体的适应性和净化效果

孙向丽，胡艺春，肖 夏，黄天华，李爱梅

（1.江苏三维园艺有限公司，江苏 苏州 215343；2.苏州大学，江苏 苏州 215123）

0 引言

2000 年以后，我国经济建设进入快速发展时期，园林绿化行业取得的成就举世瞩目，公共园林建设的数量和质量均实现质的飞跃。近年来，随着生态文明建设的不断推进和可持续发展理念的日渐普及，园林景观和生态环境的关系日益紧密，景观在美化环境的同时，对生态的保护和修复作用越来越受到重视。以湖泊、河道、池塘为代表的各类城市景观水体和生态水体的美化和净化任务成为园林、景观、生态和环境等行业共同关注的热点。

氮和磷是城市水体污染最主要的污染源，当水体中的总氮含量超过0.30mg/L，总磷含量超过0.02mg/L 时，即被判定为“富营养化水体”。据中华人民共和国生态环境部公布的调查结果，我国主要城市超过80%的景观湖泊甚至已达到富营养化程度，水质浑浊和水体发臭问题突出。因此，采取切实有效的技术措施，治理、修复或彻底解决城市水体的富营养化问题，对于水体景观和生态效益的维持，以及国家经济和社会的发展均迫在眉睫。

如何有效地削减水体中的氮、磷等污染物，是治理和修复富营养化水体的关键，可供选择的技术方法有多种，其中利用水生植物或湿生植物进行富营养化水体的治理和修复不但成本低、效率高、持续时间久，还是所有治理和修复方法中唯一能同时发挥美化作用和净化作用的方法，因此具有大的现实意义。

鸢尾类花卉是鸢尾属（Iris）花卉的总称，全球约有300 个种，经自然杂交和人工选育，目前已有70000 多个品种，是全世界最流行的三大宿根花卉之一。鸢尾类花卉按照对水分的需求，可分为旱生型、中生型和湿生型3 类，其中湿生型鸢尾在水面和滨水环境的绿化中占据重要地位。路易斯安那鸢尾是湿生型鸢尾的典型代表，因主要原产于美国路易斯安那州而得名，现有100 多个品种，多数具有花色艳丽，绿期长的特点。路易斯安那鸢尾于20 世纪90 年代初被引入我国，经引种实验，发现其对我国南方的气候环境适应能力较强，夏季几乎不会受到软腐病等病害的危害，冬季能忍受-5℃的低温[1]，叶片在长江流域及以南地区可周年保持常绿，因此具有极大地推广潜力。

在利用鸢尾类花卉净化富营养化水体的实验中，研究人员多集中于不同种类对水质净化能力的差异[2-3]，而未见针对某一个园林植物种类的不同品种的报道，对富营养化水体相关的项目实践缺少必要的支撑。本研究拟开展10 个路易斯安那鸢尾品种对夏季和冬季富营养化水体的净化效果研究，为拓展路易斯安那鸢尾在我国长江流域及以南地区的应用范围和挖掘新的应用形式提供理论依据。

1 实验的材料与方法

1.1 植物材料

本实验所需路易斯安那鸢尾苗购自浙江宁波莲苑生态农业有限公司，分别为‘Andy Dandy’，‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Hush Money’，‘Black Gamecock’，‘Heather Stream’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’，分别以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ代表10 个品种。将路易斯安那鸢尾苗进行修剪和清洗后放入清水中进行预培养，15d 后选取健康苗进行净水实验。

1.2 实验方法

于2019 年夏季和冬季分别进行实验。取长、宽、高分别为56cm、42cm 和26cm 的周转箱33 个，分别注入来景观河道的富营养化水样50L，其上利用预先订制的浮板固定路易斯安那鸢尾苗，各箱保持总生物量为360g。各品种重复3 次，以不种植路易斯安那鸢尾苗的水样为对照（CK）。实验期间每隔7d 放掉3L 水，并重新取相同来源的水样补满。

实验开始前和实验结束后分别测定水样的叶绿素a 含量（chla）、氨氮含量（NH4+-N）、总氮含量（TN）、总磷含量（TP）、透明度（SD）和高锰酸盐指数（CODMn）[4]。采用综合营养状态指数法评价水样的富营养化程度。计算公式为：

式中：TLI（Σ）-综合营养状态指数；Wj-第j 种参数的营养状态指数的相关权重；TLI（j）-第j 种参数的营养状态指数；m-评价参数的个数；

以chla 为基准参数，则第j 种参数的归一化的相关权重计算公式为：

1.3 数据分析和处理

采用Microsoft Excel 2010 对数据进行整理和作图，采用SPSS 20.0 对数据进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 路易斯安那鸢尾不同品种对夏季富营养化水体的适应性

路易斯安那鸢尾不同品种在夏季净水实验前后的平均叶片长度、平均叶片宽度、单株平均叶片数和单株平均生物量如图1～图4 所示。可以看出，由于基因型的差异，各品种的形态指标和生物量在实验前即存在差异。经90d 的实验后，品种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的平均叶片长度增加，品种Ⅸ的平均叶片长度与实验前基本一致，品种Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均叶片长度不增反降；各品种间平均叶片宽度的差异相对较小，经90d 的实验后，品种Ⅱ和Ⅷ的出现小幅变宽的趋势，其他品种的平均叶片宽度有变窄的趋势；经90d 的实验后，品种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的单株平均叶片数增多，品种Ⅶ和Ⅸ的与实验前持平，而品种Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的单株平均叶片数减少；在单株平均生物量方面，经90d 的实验后，品种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的明显增大，品种Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的则不同幅度的减小。

图1 夏季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的平均叶片长度

综合不同品种的形态指标和生物量变化，可以看出，品种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的6 个品种对夏季富营养化水体有较好的适应性，能进行正常的生长，而品种Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ对夏季富营养化水体的适应性相对较差，叶片生长和生物量增长均受到一定程度的抑制。

图2 夏季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的平均叶片宽度

图3 夏季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的单株平均叶片数

图4 夏季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的单株平均生物量

2.2 路易斯安那鸢尾不同品种对夏季富营养化水体的净化作用

夏季种植路易斯安那鸢尾不同品种90d 后各水样的TLI 如图5 所示。可以看出，与CK 相比，夏季种植路易斯安那鸢尾各个品种均可使水样的TLI 下降，种植品种Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的水样的TLI 分别比实验前下降了8.15、11.92、8.82、13.79 和12.76，水样的TLI 显著低于CK，种植品种Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的水样的TLI与CK 无显著差异。

图5 路易斯安那鸢尾不同品种对夏季富营养化水体TLI 的影响

2.3 路易斯安那鸢尾不同品种对冬季富营养化水体的适应性

路易斯安那鸢尾不同品种在冬季净水实验前后的平均叶片长度、平均叶片宽度、单株平均叶片数和单株平均生物量如图6～图9 所示。可以看出，经90d 的实验后，品种Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的平均叶片长度增加，品种Ⅱ的平均叶片长度与实验前基本一致，品种Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均叶片长度下降；各品种间平均叶片宽度的差异相对较小，经90d 的实验后，品种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的小幅变宽，品种Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅸ的平均叶片宽度有变窄的趋势；品种Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ单株平均叶片数在经90d 的实验后增多，品种Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ的单株平均叶片数与实验前持平，而品种Ⅴ和Ⅵ的单株平均叶片数减少；各品种经90d 的实验后，单株平均生物量表现出不同的变化趋势，品种Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的明显增大，品种Ⅰ和Ⅶ小幅增长，品种Ⅱ与实验前持平，品种Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的则呈现减小的趋势。

图6 冬季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的平均叶片长度

图7 冬季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的平均叶片宽度

图8 冬季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的单株平均叶片数

图9 冬季净水实验前后路易斯安那鸢尾不同品种的单株平均生物量

综合不同品种的形态指标和生物量变化，可以看出，品种Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的5 个品种对冬季富营养化水体有较强的适应性，品种Ⅱ和Ⅶ的表现一般，品种Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ对冬季富营养化水体的适应性相对较弱，叶片生长和生物量增长均受到一定程度的抑制。

2.4 路易斯安那鸢尾不同品种对冬季富营养化水体的净化作用

冬季种植路易斯安那鸢尾不同品种90d 后各水样的TLI 如图10 所示。可以看出，与CK 相比，冬季种植路易斯安那鸢尾各个品种均可使水样的TLI 下降，种植品种Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的水样的TLI 分别比实验前下降了6.71、5.65、6.28 和6.86，显著低于CK，种植其他6 个品种的水样的TLI 与CK 无显著差异。

图10 路易斯安那鸢尾不同品种对冬季富营养化水体TLI 的影响

3 讨论与结论

由于水生或湿生植物生长发育对氮、磷等元素的吸收或吸附作用，当植物被移出生态系统时，被吸收或吸附的氮、磷等物质也会被随之带走，从而发挥对富营养化水体的净化作用。路易斯安那鸢尾引入我国之后，因其挺立的叶丛、优美的花型和丰富的色彩深受人们的喜爱，又因其对水面和滨水环境的良好适应性，以及周年常绿的特性，迅速跻身为长江流域及以南地区水体美化的新宠。然而由于路易斯安那鸢尾品种繁多，遗传背景复杂，不同品种对水质的适应能力不尽相同，增大了路易斯安那鸢尾在富营养化水体相关项目中应用的不确定性，因此有必要开展不同品种对富营养化水体的适应性研究和净水能力研究。

本研究发现，供试的10 个路易斯安那鸢尾品种中有6 个品种（‘Andy Dandy’，‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’）对夏季富营养化水体有良好的适应性，叶片能正常生长，生物量增大；有5 个品种（‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’）对冬季富营养化水体有良好的适应性。其中夏季和冬季均表现良好的品种为‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’。

目前，国内外关于水体富营养化程度的评价方法尚未形成统一标准，可供选择的评价方法有多种[6]，其中综合营养状态指数法是在进行城市景观水体富营养化相关问题的科学研究和项目实践时常用的评价方法[7-8]。本实验结果表明，供试的10 个路易斯安那鸢尾品种夏季和冬季对富营养化水体均有净化作用，两个季节相比，夏季植物生长旺盛，对水体中的氮、磷等元素的吸收和吸附作用强于冬季，TLI 下降的幅度大于冬季，夏季品种‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’的净水效果较为突出，而冬季品种‘Rhett’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’的净水效果较为明显，品种‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’在两个季节的净水效果均较为理想。

综合10 个路易斯安那鸢尾品种在夏季和冬季的生长状况和净水效果，可以看出外观表现和净水能力之间存在一定的相关性，多个在富营养化水体中长势强健的品种的净水能力也较为突出，在富营养化水体中长势衰弱的品种的净水能力也相对较差；但也存在不完全一致的情况，例如本实验的品种Ⅰ夏季和冬季在富营养化水体中都能正常生长，但净水能力一般。本实验还发现，同一品种夏季和冬季在相同来源的富营养化水体中的外观表现和对净水能力也存在差异，例如品种Ⅱ和品种Ⅶ在夏季生长良好，净水效果也较为理想，但在冬季的表现均不突出；品种Ⅸ在两个季节的表现则恰好相反。因此，除了花期表现的差异外，路易斯安那鸢尾不同品种对富营养化水体的适应性和净水效果的差异也客观存在。在利用路易斯安那鸢尾进行富营养化水体的水面绿化和边坡绿化时，选择在夏季和冬季均能正常生长，同时均能发挥突出净水作用的品种对于保证景观和生态双方面的效益具有重要意义。在本实验条件下，认为‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’3 个路易斯安那鸢尾品种在长江流域及以南地区富营养化水体相关实践项目中有推广价值。