劉長娥，劉福興，宋祥甫，鄒國燕，付子軾，潘 琦，劉婭琴，王金慶

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海201403)

茭草(Zizania latifolia)在不同人工濕地中的生長適應(yīng)性*

劉長娥，劉福興，宋祥甫＊＊，鄒國燕，付子軾，潘 琦，劉婭琴，王金慶

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海201403)

茭草是太湖流域河、湖水陸交錯帶及低洼沼澤中普遍生長的挺水植物，其生長條件在當(dāng)?shù)赝λ参镏芯哂写硇?根據(jù)該流域河道水陸交錯帶的現(xiàn)狀與挺水植物生長特性，針對性地設(shè)計(jì)了置入式生態(tài)濾床、生物氧化池、潛流-表面流復(fù)合人工濕地和水平潛流人工濕地4種不同生境條件，研究茭草的生長適應(yīng)性，為建立與恢復(fù)退化的河道水陸交錯帶植被群落提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持.結(jié)果表明，茭草能夠適應(yīng)不同生長環(huán)境，在沸石基質(zhì)和水培環(huán)境中均能正常生長;不同環(huán)境條件下其生長速度和繁茂程度存在差異.

茭草;人工濕地;生長環(huán)境;生長適應(yīng)性

太湖是我國第三大淡水湖，多年的監(jiān)測分析表明［1］，其污染物主要來自入湖河道.因此，太湖水環(huán)境污染治理的重點(diǎn)之一是入湖河道的水環(huán)境治理，具體包括河道集水區(qū)的污染負(fù)荷削減、河道水質(zhì)改善與河道水陸交錯帶(也稱河岸帶)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)等，使入湖污染得到有效控制.其中，修復(fù)退化的河岸帶濕地，利用濕地系統(tǒng)截留消納徑流污染物是減輕入湖污染負(fù)荷的有效途徑之一.根據(jù)河岸帶不同的地形，創(chuàng)建多生境的濕地系統(tǒng)，是改善河道水環(huán)境和提高其自凈能力的重要方面［2-3］.

太湖入湖河道類型不同，其河岸帶特征與河床結(jié)構(gòu)存在較大差異.其中，相當(dāng)比例的河岸為硬質(zhì)岸坡，植物難以生長，基本失去了作為水陸交錯帶應(yīng)有的生態(tài)功能.而改造或恢復(fù)生態(tài)功能型的自然岸坡，不僅投資大，而且在一些通航河道容易造成岸坡坍塌，影響河道的正常通航.利用沸石或半軟性填料為植物營造一個生長環(huán)境，一定程度上構(gòu)建河岸帶應(yīng)有的濕地結(jié)構(gòu)，為恢復(fù)生物多樣性創(chuàng)造生境條件，不僅有利于岸帶對徑流污染物的削減，而且能有效優(yōu)化河道生態(tài)結(jié)構(gòu)，提高河道的自凈能力.

植物是濕地系統(tǒng)的構(gòu)成主體之一，在濕地凈化污水中起到非常重要的作用.一方面，植物可以通過根系直接吸收同化水中的氮、磷，并將其變成自身的有機(jī)成分;另一方面，它的根區(qū)為微生物的生存和降解污染物提供了必要的場所和良好的環(huán)境條件［4-5］.目前，全球發(fā)現(xiàn)的濕地高等植物多達(dá)6700余種，而已被用于濕地系統(tǒng)且產(chǎn)生效果的不過幾十種.茭草(Zizania latifolia)是我國南方，尤其是太湖流域河道及沼澤中普遍生長的挺水植物.很多研究表明［6-8］，茭草對污水中氮、磷具有較強(qiáng)的吸收和吸附作用，在對其定期收獲的前提下，茭草對氮、磷具有較好的直接去除作用，同時對恢復(fù)河岸帶植被群落，提高河道的生物多樣性具有積極的促進(jìn)作用.

根據(jù)太湖流域河道水陸交錯帶的現(xiàn)狀與挺水植物——茭草的基本生長特性，針對性地設(shè)計(jì)了置入式生態(tài)濾床、生物氧化池、潛流 表面流復(fù)合人工濕地和水平潛流人工濕地4種不同生境條件，研究茭草的生長適應(yīng)性，為建立與恢復(fù)退化的河道水陸交錯帶植被群落提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)與給排水模式

人工濕地處理系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置均采用PVC板制作，箱體總體積為0.384 m3，長×寬×高=1.2 m×0.4 m×0.8 m.其中的前0.2 m為布水區(qū)域，末端0.2 m為集水區(qū)，中間0.8 m為床體實(shí)驗(yàn)區(qū)域，各區(qū)域之間以同材質(zhì)的PVC擋板隔開，箱體上部0.2 m為超高設(shè)計(jì)，以避免污水外溢，影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行.

以沸石作為基質(zhì)，按不同水流方式以及濕地床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了4種類型濕地(圖1)，包括置入式生態(tài)濾床(A)、生物氧化池(B)、潛流 表面流復(fù)合人工濕地(C，以下簡稱潛流-表面流復(fù)合濕地)、水平潛流人工濕地(D，以下簡稱潛流濕地).其中，置入式生態(tài)濾床進(jìn)水端與出水端均采用溢流堰形式，沸石床體(0.8 m×0.4 m×0.5 m)通過網(wǎng)狀的隔板全部置入濕地箱，上下均浸入水中，水面高于基質(zhì)表層0.1 m;生物氧化池采用組合半軟性填料進(jìn)行生物掛膜，整體浸泡在水中，進(jìn)出水方式與置入式生態(tài)濾床相同;潛流-表面流濕地前端沸石床體(0.4 m×0.4 m×0.5 m)采用潛流進(jìn)水，水位高0.4 m，即水層低于基質(zhì)層表0.1 m，后端沸石床體(0.4 m×0.4 m×0.35 m)為表面流人工濕地，水面高出基質(zhì)表層0.05 m，前后端床體落差0.15 m;潛流濕地沸石床體(0.8 m×0.4 m×0.5 m)通體采用潛流方式進(jìn)水，水位高0.45 m，水層低于基質(zhì)表層0.05 m.

圖1 實(shí)驗(yàn)用人工濕地示意圖Fig.1 Schematic map of the experimental artificial wetlands

1.2 實(shí)驗(yàn)場所與用水

實(shí)驗(yàn)在江蘇無錫市胡埭鎮(zhèn)龍延村的國家“十一五”水專項(xiàng)“閘控入湖河流(直湖港)及小流域污染控制技術(shù)及工程示范”課題實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)設(shè)施置于簡易雨棚內(nèi).實(shí)驗(yàn)用水取自基地區(qū)域內(nèi)的河道，首先采用潛水泵將水抽至規(guī)格為500 L的塑料桶內(nèi)，然后通過恒流泵均勻分配至各實(shí)驗(yàn)設(shè)施.采用連續(xù)進(jìn)水方式，水力停留時間約為3.4 d.不同時期河道水質(zhì)存在差異，實(shí)驗(yàn)期間主要水質(zhì)指標(biāo)總氮(TN)為6.58～8.73 mg/L、總磷(TP)為 0.47 ～1.13 mg/L、氨氮(NH3-N)為 2.78 ～4.53 mg/L、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)為9.87 ～15.26 mg/L.

1.3 基質(zhì)

采用浙江縉云產(chǎn)天然斜發(fā)沸石，粒徑為1 cm左右，未作改性處理，用水沖洗去除雜質(zhì)與泥土后直接作為實(shí)驗(yàn)用基質(zhì).沸石主要成分包括 SiO2、CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O，含量分別為 69.58%、2.59%、12.2%、0.13%、0.87%、2.59%、1.13%，其他成分占 10.91%.

1.4 植物栽種

5月中旬在研究區(qū)的龍延河選擇長勢良好、生長基本一致、株高50 cm左右的茭草植株個體，清水洗凈根部污泥后，挑選大小均勻的植株栽植于實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi).同時，隨機(jī)選取3株測定株高、根長、根狀莖數(shù)和生物量等主要生長指標(biāo)，取其平均值作為實(shí)驗(yàn)背景值.

茭草于實(shí)驗(yàn)進(jìn)水前栽種，每個濕地系統(tǒng)中均勻栽植8株，栽植完畢后統(tǒng)一進(jìn)水.植物采用不同的無土栽培方法種植，其中，生物氧化池采用筐籃種植法，即將茭草定植于筐籃之中，并將筐籃均勻固定掛置于掛膜支架上.筐籃為塑料材質(zhì)，直徑13 cm，高5 cm，將布水區(qū)集滿供試水，從而保證水均勻、連續(xù)地流入實(shí)驗(yàn)區(qū).其他濕地系統(tǒng)將茭草直接栽植于沸石中(以下稱直接栽植法).

1.5 測定項(xiàng)目與方法

系統(tǒng)自5月中旬開始運(yùn)行至10月中旬，運(yùn)行周期為180 d.植物恢復(fù)并進(jìn)入正常生長期后，7月8日開始每月定期對每個系統(tǒng)的植株生長進(jìn)行考測，項(xiàng)目包括株高、分蘗、莖高、莖粗、葉片數(shù)(綠、黃).茭草枯黃時期(10月上旬)，在每個濕地系統(tǒng)中隨機(jī)選取3株，對根長、根狀莖數(shù)以及地上部分和地下部分生物量.

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

茭草生長指標(biāo)的增長量(I)=G1－G0，其中G1為實(shí)驗(yàn)結(jié)束后茭草的生長指標(biāo)值，G0為移栽前茭草的生長指標(biāo)值.茭草構(gòu)件生物量的分配率(B)=構(gòu)件生物量(P)/植株總生物量(T)×100%.采用Excel 2003制圖，利用SAS軟件中的One-way ANOVA進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 人工濕地中茭草的總體生長狀況

在4種不同的濕地系統(tǒng)中，茭草均能正常生長，5--10月植物生長期間各項(xiàng)生長指標(biāo)顯著增加，生物量平均增加量為58.8 g/株，較移栽時增加了6倍多，其中，地上部分生物量干重以采用筐籃種植法的生物氧化地的增加量最大，達(dá)到50.7 g/株，最少的為潛流-表面流濕地，為14.5 g/株.地下部分生物量增加量最大的為潛流濕地，平均為45.7 g/株，生物氧化池茭草地下部分生物量增加最少，僅13.7 g/株.

茭草株高平均增長了74.8 cm，較移栽時增加1.5倍，其中，生物氧化池中茭草株高增加最多，達(dá)到104.1 cm，增加最少的為潛流-表面流濕地，株高增長了56.7 cm.不同濕地茭草株高的增加量與地上部分生物量增長排序相同.

地下部分的根長平均增加了58.6 cm，較移栽時增加4.7倍，以潛流 表面流濕地最多，增加了72.5 cm.潛流濕地茭草根長增加最少，僅31.0 cm.根狀莖數(shù)平均增加量為6.3個/株，較移栽時增加3.2倍，增加最多的為潛流濕地，達(dá)到11.0個/株，增加最少的為生物氧化池，茭草根狀莖退化，出現(xiàn)負(fù)增長(表1).

從茭草各生長指標(biāo)的平均增加量來看，生物量與根長增長幅度較大，株高增長幅度較小，這說明茭草在4種人工濕地中地下部分的生長速度較地上部分快，為植物的繁衍奠定了良好的基礎(chǔ).

表1 不同人工濕地系統(tǒng)茭草主要生長指標(biāo)的增長量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.1 Increments of main growth indexes of Z.latifolia in different artificial wetland systems

2.2 地上部分的生長狀況

2.2.1 株高 生境影響茭草的生長，筐籃種植法與直接栽植法茭草的生境不同，前者為水培，后者為沸石基質(zhì);同時，采用直接栽植法，不同濕地間茭草生長水位不同，生長環(huán)境也存在差異.生長環(huán)境的差異導(dǎo)致4種濕地系統(tǒng)中茭草的生長速度不同.其中，以采用筐籃種植法的生物氧化池(B)中茭草最高，平均株高達(dá)176 cm，接近自然河道同期茭草株高(181 cm)，株叢個體間生長均勻，高度差異較小.直接栽植法種植的茭草生長較慢，其中，潛流濕地(D)茭草8月株高最高，之后植株生長減緩，開始枯黃，株高趨于降低，至10月株高平均僅106 cm;置入式生態(tài)濾床(A)中的茭草持續(xù)生長至9月后，高度增長趨于緩慢，平均株高為118 cm;潛流-表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)(C)中的茭草較置入式生態(tài)濾床生長略快，平均株高為122 cm，株叢個體間高度差異較大.總體而言，筐籃種植法種植的茭草株高較直接栽植法高，除潛流濕地茭草株高較早停止生長外，其他3種濕地系統(tǒng)茭草10月前株高均處于增長狀態(tài)(圖2).

2.2.2 分蘗 各濕地系統(tǒng)相比，生物氧化池茭草的分蘗數(shù)最高，平均達(dá)9株/叢，其次是置入式生態(tài)濾床，而潛流 表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)與潛流濕地系統(tǒng)茭草的分蘗數(shù)接近，相對較低，平均為5株/叢.筐籃種植法與直接栽植法茭草分蘗高峰期有差異，筐籃種植法種植的茭草生長初期分蘗較好，枝條數(shù)急劇增加，而直接栽植法種植的茭草的分蘗數(shù)中期較高.各濕地系統(tǒng)不同株叢之間分蘗數(shù)差異較大，尤其是隨著生長時間的延長，這種現(xiàn)象愈加明顯，說明不同植株分蘗能力存在較大差異(圖2).各濕地茭草的分蘗數(shù)與根系和水的接觸面大小呈正相關(guān)，即根系吸水面愈大，株叢的分蘗數(shù)愈高.

2.2.3 莖稈 植株莖稈的生長包括莖高與莖粗的生長，由于植株分蘗時各分蘗枝條的生長速度不同，各株叢分蘗枝條間的莖高差異比較明顯.生物氧化池中茭草的莖高最高，尤其在生長后期，平均莖高達(dá)48.7 cm，相當(dāng)于總株高的28%.潛流濕地和置入式生態(tài)濾床中茭草的莖高前期增長較快，但在9月之后迅速縮減，主要是部分枝條出現(xiàn)枯萎，莖高的平均值降低.而潛流-表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)中茭草莖高變化較小，生長緩慢，平均莖高僅為29.9 cm.所有濕地系統(tǒng)茭草的平均莖高均在9月后開始降低，但降低幅度存在差異，其中，生物氧化池植株莖高降低幅度最小，而潛流濕地最大(圖2)，從某種方面說明不同濕地系統(tǒng)茭草枯黃的程度和根系與水的接觸面大小有關(guān).

茭草的莖粗也受環(huán)境的影響.其中，生物氧化池茭草生長初期莖粗增加較快，8月開始莖粗停止增長，莖中段平均直徑為2.4 cm;潛流濕地茭草整個生長期間莖粗無明顯增加，平均僅為1.5 cm;置入式生態(tài)濾床與潛流 表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)茭草的莖粗則在生長中期增加較快，9月開始基本停止生長，平均為1.7 cm.各濕地系統(tǒng)相比，生物氧化池中的茭草莖粗最高，規(guī)律與莖高一致(圖2).

2.2.4 葉片 8月份是茭草生長的旺盛時期，枝繁葉茂，此期各處理相比，生物氧化池中茭草葉片最多，平均每株葉片為7個(折合每叢約50個)，而潛流-表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)茭草葉片最少，每株平均僅4個(折全每叢約16個).8月之后茭草新葉片的萌發(fā)基本停止，潛流濕地則持續(xù)至9月份.

10月份各濕地系統(tǒng)茭草基本枯黃，其中，潛流-表面流復(fù)合濕地茭草葉片枯黃量約為55%，其次是生物氧化池和潛流濕地，葉片枯黃量占42%左右，枯黃程度較輕的為置入式生態(tài)濾床，葉片枯黃量為35%.

綜上所述，筐籃種植法種植的茭草地上部分生長指標(biāo)普遍高于直接栽植法.由于筐籃種植法茭草根系直接生長于水中，能夠充分吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了植物的生長.葉片是植物進(jìn)行光合作用最主要的器官，葉量的多少影響植物的生長速度和繁茂程度.

圖2 不同人工濕地系統(tǒng)茭草地上部分的生長動態(tài)Fig.2 Growth dynamics of aboveground of Z.latifolia in different artificial wetland systems

圖3 不同人工濕地系統(tǒng)茭草根系的生長狀況(C1為潛流-表面流復(fù)合人工濕地中的潛流部分茭草根系，C2為其表面流部分中的茭草根系)Fig.3 Growth situation of roots of Z.latifolia in different artificial wetland systems

2.3 地下部分的生長狀況

本實(shí)驗(yàn)中筐籃種植法種植的茭草地上部分生物量高于地下部分，而直接栽植法則相反，究其原因，主要受地下根狀莖的影響.筐籃種植法種植的茭草根系少見根狀莖，主要由須根構(gòu)成，干物質(zhì)較少.直接栽植法種植的茭草地下根狀莖發(fā)育較好，平均每叢含8～13個，其中以植株生長水位較淺的潛流濕地(C1、D)明顯，根狀莖萌發(fā)較多，根條數(shù)多，有利于種群的擴(kuò)展(圖3，圖4).

栽植方法的不同亦影響茭草根的生長，直接栽植法不僅有利于茭草根的橫向擴(kuò)展，而且對根的縱向生長也具有促進(jìn)作用.置入式生態(tài)濾床和潛流-表面流復(fù)合濕地中茭草的根較長，平均達(dá)82～85 cm，能夠深入系統(tǒng)基質(zhì)深層.與地上部分一樣，茭草地下部分個體間也存在差異，其中，潛流-表面流復(fù)合濕地系統(tǒng)茭草個體間根的差異最大，主要因?yàn)橄到y(tǒng)的前后部位水位差不同，導(dǎo)致一系列的影響因素存在差異，進(jìn)而對根的生長產(chǎn)生了不同的影響(圖4).

圖4 不同人工濕地系統(tǒng)茭草地下部分生長指標(biāo)Fig.4 Growth indexes of underground of Z.latifolia in different artificial wetland systems

植物生長發(fā)育過程中通過同化作用而形成的根、莖、葉等各器官生物量的比例對于研究植物對環(huán)境適應(yīng)能力及生長發(fā)育規(guī)律意義重大.生物量分配主要決定于植物的遺傳特性，同時也受栽培和環(huán)境條件的影響［9-10］.不同濕地系統(tǒng)茭草根、莖、葉各組分的分配率反應(yīng)出茭草對環(huán)境因子的空間利用情況，是植物對環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果.筐籃種植法種植的茭草的莖占有最大的比例，為50%，其次是葉片，占30%，而根占有比例較小，為20%.直接栽植法種植的茭草則為根占有比例最大，3種人工濕地中茭草根的生物量分配率為58%～66%，葉為22%～29%，莖僅為9%～14%.其中，后兩者根系所占份額較大，葉的份額較少(圖5).根系部位水位和水流態(tài)不同導(dǎo)致了植物吸收養(yǎng)分和水分的差異，影響了干物質(zhì)在根、莖、葉間的分配比例.

圖5 不同人工濕地系統(tǒng)茭草干物質(zhì)的分配狀況Fig.5 Distribution situation of dry biomass of Z.latifolia in different artificial wetland systems

3 討論

3.1 人工濕地應(yīng)用的可行性分析

盡管無土栽培技術(shù)已有較悠久的歷史，并已成為農(nóng)業(yè)設(shè)施的主要栽培方式之一，但在濕地建設(shè)和退化濕地恢復(fù)中的應(yīng)用相對較少.目前在污染河道、湖泊的治理中常用的無土栽培主要以生態(tài)浮床的形式進(jìn)行［11-15］，還鮮見無土栽培應(yīng)用于河岸帶的水生植物修復(fù)［16-18］，這在很大程度上限制了河道濕地系統(tǒng)的修復(fù).而由于水利的需要，我國的部分河道、湖泊將自然岸坡改建為硬質(zhì)岸坡，且在城市和一些經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村河道有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢，此類岸坡幾乎失去了挺水植物的生境條件，導(dǎo)致河、湖水陸交錯帶的水生植被群落退化，生物多樣性降低.因此，研究建立一些永久性的無土栽培濕地系統(tǒng)，為植物營造良好的生長環(huán)境，以恢復(fù)河、湖水陸交錯帶的水生植被群落，有利于形成健康穩(wěn)定的水陸交錯帶水生植被群落乃至河湖水生態(tài)系統(tǒng).自1990s起，太湖流域的絕大部分支流水質(zhì)常年劣于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，而一級支流及其干流則成為大量污水進(jìn)入太湖的主要通道，直接威脅太湖的水質(zhì)安全.要控制進(jìn)入太湖的污染物總量，改善太湖水的污染狀況，必需減少由一級支流進(jìn)入太湖的污染物.本課題研究人員在不影響通航的前提下，根據(jù)不同河段的污染狀況和環(huán)境特征，由上游至下游按污染強(qiáng)化治理、污染阻控、退化濕地修復(fù)等要求，在上述研究的基礎(chǔ)上，將生物氧化池、置入式生態(tài)濾床、潛流 表面流復(fù)合濕地與潛流濕地依次設(shè)置于河道兩邊，以驗(yàn)證4種不同人工濕地類型直接應(yīng)用于河道進(jìn)行污染物削減及岸帶濕地系統(tǒng)恢復(fù)的可行性.工程應(yīng)用中濕地床由濾網(wǎng)將沸石包裝成模塊，可方便拆卸，組成一個穩(wěn)定的整體，生物氧化池的半軟性填料利用耐腐蝕的PVC框架固定.所有濕地床體的底部及4周均以木樁固定在河道邊.由于其寬度僅為0.4 m，對河道的水流以及通航均無影響，床體高度則根據(jù)河道的常水位設(shè)置，以保證水流按要求通過植物的根部.結(jié)果表明，該濕地建設(shè)技術(shù)具有因地設(shè)置、易于日常管理、建設(shè)成本相對較低、可操作性高等特點(diǎn).該技術(shù)如能推廣應(yīng)用，將有助于改變目前入湖河道水質(zhì)較差、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、生態(tài)功能低下的現(xiàn)狀，對太湖水環(huán)境改善與生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)起到積極的促進(jìn)作用.

3.2 茭草生長的適應(yīng)性分析

作為太湖流域濕地水生植物優(yōu)勢種之一的茭草，分布范圍廣，常見于河岸邊，生長環(huán)境具有普遍的代表性.本研究發(fā)現(xiàn)，茭草的生長適應(yīng)性很強(qiáng)，無論在水中還是在沸石中均可以正常生長，但相比自然環(huán)境中的茭草生長相對較差，主要表現(xiàn)為株高普遍低于研究區(qū)河道自然生長狀態(tài)的茭草(圖6)，這與曾愛平等［19］研究的4種水生植物不同栽培基質(zhì)下的生長狀況相似，生長于自然土壤中的植株各生長指標(biāo)較高.影響水生植物生長的因子很多，包括光照、溫度、濕度、底質(zhì)、營養(yǎng)鹽含量等，水生植物的生長依賴各種生物、非生物的環(huán)境因素［2］.

圖6 10月上旬人工濕地與自然河道濕地茭草株高對比Fig.6 Comparison of tallness of Z.latifolia between artificial wetlands and natural river wetland in early October

不同基質(zhì)的物理、生化性質(zhì)有所差異，對水生植物生根、生長與繁殖會產(chǎn)生不同程度的影響［20］.筐籃種植法種植的茭草根系直接生長于水中，其生長基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)與直接栽植法的沸石不同，二者根的特征也存在較大的差異，生長于水中的茭草表現(xiàn)為根狀莖退化，須根發(fā)達(dá).黃欽忠［21］研究不同坡位樹木根系的生長時發(fā)現(xiàn)，水分較充足的下坡位細(xì)根的生物量比上坡增長50%，水分條件充足有利于小根及細(xì)根的積累.當(dāng)少量根系能維持作物水分與養(yǎng)分的供需平衡時，作物將把能量更多地用于地上部的生長，相反則更多的用于根系的生長;當(dāng)水分或養(yǎng)分不足時，作物會增加根系數(shù)量、活性及根冠比來加強(qiáng)對水分和養(yǎng)分的吸收［22-23］.由于在無土栽培條件下，植物的養(yǎng)分供給均源于水體，筐籃種植法種植的茭草生長水分充足，污水中具有豐富的氮、磷物質(zhì)向地上部分傳輸，促使其地上部分旺盛生長，生物量干物質(zhì)分配率排序?yàn)?莖＞葉＞根.相對于筐籃種植法的水培條件，直接栽植法的根系接觸水體面積相對較少，養(yǎng)分的供給量也自然不如水培條件下充足，在某種程度上抑制了地上部分的生長.為了應(yīng)對不利因素的脅迫，植物通過發(fā)達(dá)的根系供應(yīng)其生長發(fā)育，其干物質(zhì)分配率也相應(yīng)改變，均為根＞葉＞莖.直接栽植法中隨茭草根系與水的接觸面積不同，各構(gòu)件生物量的分配比例也發(fā)生變化，潛流-表面流復(fù)合濕地與潛流濕地中茭草根的比例相對高于置入式生態(tài)濾床，而葉的比例則相反.

綜上所述，研究設(shè)計(jì)的4種人工濕地?zé)o土栽培的茭草均可以正常生長.其中，筐籃種植法茭草地上部分生長旺盛，分蘗數(shù)、莖、葉、生物量各項(xiàng)生長指標(biāo)值比較高，但地下根狀莖發(fā)育較差，以須根為主，干物質(zhì)分配率為:莖＞葉＞根，而直接栽植法的干物質(zhì)分配率則為根＞葉＞莖.水分與營養(yǎng)物質(zhì)的耦合作用影響了人工濕地茭草不同構(gòu)件干物質(zhì)的分配比例.

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Growth adaptabilities of Zizania latifolia in different artificial wetlands

LIU Change，LIU Fuxing，SONG Xiangfu，ZOU Guoyan，F(xiàn)U Zishi，PAN Qi，LIU Yaqin ＆ WANG Jinqing
(Shanghai Academy of Agricultural Science，Shanghai 201403，P.R.China)

Zizania latifolia mainly grows in the land/inland water ecotones of river channels and lowland swamps of Lake Taihu Basin.Its growth condition is representative in this area.Four different environment conditions such as implanted ecological filter bed，biological oxidation pond，subsurface flow and surface flow integrated artificial wetland and horizontal subsurface flow artificial wetland have been designed based on the status of land/inland water ecotones of river channels.The growth adaptabilities of Z.latifolia in different environments were studied so as to provide a scientific evidence and technical support for establishment and restoration of the degraded vegetation communities of land/inland water ecotones of river channels.The results showed that Z.latifolia was able to adapt to different growth environments such as zeolite matrix and hydroponics;the growth rate and luxuriance degree differed among substrates.

Zizania latifolia;artificial wetlands;growth environment;growth adaptabilities

http://www.jlakes.org.E-mail:jlakes@niglas.ac.cn

?2012 by Journal of Lake Sciences

＊ 國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2008ZX07101-005)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30821140542)聯(lián)合資助.2011-04-02收稿;2011-09-11收修改稿.劉長娥，女，1967年生，博士，副研究員;E-mail:le566@163.com.

＊＊ 通信作者;E-mail:songxfu@263.net.