孫向麗,胡藝春,肖 夏,黃天華,李愛梅
(1.江蘇三維園藝有限公司,江蘇 蘇州 215343;2.蘇州大學(xué),江蘇 蘇州 215123)
2000 年以后,我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,園林綠化行業(yè)取得的成就舉世矚目,公共園林建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量均實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。近年來,隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)和可持續(xù)發(fā)展理念的日漸普及,園林景觀和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系日益緊密,景觀在美化環(huán)境的同時(shí),對(duì)生態(tài)的保護(hù)和修復(fù)作用越來越受到重視。以湖泊、河道、池塘為代表的各類城市景觀水體和生態(tài)水體的美化和凈化任務(wù)成為園林、景觀、生態(tài)和環(huán)境等行業(yè)共同關(guān)注的熱點(diǎn)。
氮和磷是城市水體污染最主要的污染源,當(dāng)水體中的總氮含量超過0.30mg/L,總磷含量超過0.02mg/L 時(shí),即被判定為“富營(yíng)養(yǎng)化水體”。據(jù)中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部公布的調(diào)查結(jié)果,我國(guó)主要城市超過80%的景觀湖泊甚至已達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化程度,水質(zhì)渾濁和水體發(fā)臭問題突出。因此,采取切實(shí)有效的技術(shù)措施,治理、修復(fù)或徹底解決城市水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題,對(duì)于水體景觀和生態(tài)效益的維持,以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展均迫在眉睫。
如何有效地削減水體中的氮、磷等污染物,是治理和修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的關(guān)鍵,可供選擇的技術(shù)方法有多種,其中利用水生植物或濕生植物進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理和修復(fù)不但成本低、效率高、持續(xù)時(shí)間久,還是所有治理和修復(fù)方法中唯一能同時(shí)發(fā)揮美化作用和凈化作用的方法,因此具有大的現(xiàn)實(shí)意義。
鳶尾類花卉是鳶尾屬(Iris)花卉的總稱,全球約有300 個(gè)種,經(jīng)自然雜交和人工選育,目前已有70000 多個(gè)品種,是全世界最流行的三大宿根花卉之一。鳶尾類花卉按照對(duì)水分的需求,可分為旱生型、中生型和濕生型3 類,其中濕生型鳶尾在水面和濱水環(huán)境的綠化中占據(jù)重要地位。路易斯安那鳶尾是濕生型鳶尾的典型代表,因主要原產(chǎn)于美國(guó)路易斯安那州而得名,現(xiàn)有100 多個(gè)品種,多數(shù)具有花色艷麗,綠期長(zhǎng)的特點(diǎn)。路易斯安那鳶尾于20 世紀(jì)90 年代初被引入我國(guó),經(jīng)引種實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其對(duì)我國(guó)南方的氣候環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng),夏季幾乎不會(huì)受到軟腐病等病害的危害,冬季能忍受-5℃的低溫[1],葉片在長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)可周年保持常綠,因此具有極大地推廣潛力。
在利用鳶尾類花卉凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的實(shí)驗(yàn)中,研究人員多集中于不同種類對(duì)水質(zhì)凈化能力的差異[2-3],而未見針對(duì)某一個(gè)園林植物種類的不同品種的報(bào)道,對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)的項(xiàng)目實(shí)踐缺少必要的支撐。本研究擬開展10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種對(duì)夏季和冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果研究,為拓展路易斯安那鳶尾在我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)的應(yīng)用范圍和挖掘新的應(yīng)用形式提供理論依據(jù)。
本實(shí)驗(yàn)所需路易斯安那鳶尾苗購(gòu)自浙江寧波蓮苑生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司,分別為‘Andy Dandy’,‘Great White Hope’,‘Rhett’,‘Hush Money’,‘Black Gamecock’,‘Heather Stream’,‘Colorfic’,‘Waihi Wedding’,‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’,分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ代表10 個(gè)品種。將路易斯安那鳶尾苗進(jìn)行修剪和清洗后放入清水中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng),15d 后選取健康苗進(jìn)行凈水實(shí)驗(yàn)。
于2019 年夏季和冬季分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取長(zhǎng)、寬、高分別為56cm、42cm 和26cm 的周轉(zhuǎn)箱33 個(gè),分別注入來景觀河道的富營(yíng)養(yǎng)化水樣50L,其上利用預(yù)先訂制的浮板固定路易斯安那鳶尾苗,各箱保持總生物量為360g。各品種重復(fù)3 次,以不種植路易斯安那鳶尾苗的水樣為對(duì)照(CK)。實(shí)驗(yàn)期間每隔7d 放掉3L 水,并重新取相同來源的水樣補(bǔ)滿。
實(shí)驗(yàn)開始前和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分別測(cè)定水樣的葉綠素a 含量(chla)、氨氮含量(NH4+-N)、總氮含量(TN)、總磷含量(TP)、透明度(SD)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)[4]。采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)水樣的富營(yíng)養(yǎng)化程度。計(jì)算公式為:
式中:TLI(Σ)-綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj-第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)-第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);m-評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù);
以chla 為基準(zhǔn)參數(shù),則第j 種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為:
采用Microsoft Excel 2010 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖,采用SPSS 20.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較。
路易斯安那鳶尾不同品種在夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后的平均葉片長(zhǎng)度、平均葉片寬度、單株平均葉片數(shù)和單株平均生物量如圖1~圖4 所示??梢钥闯觯捎诨蛐偷牟町?,各品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量在實(shí)驗(yàn)前即存在差異。經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的平均葉片長(zhǎng)度增加,品種Ⅸ的平均葉片長(zhǎng)度與實(shí)驗(yàn)前基本一致,品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長(zhǎng)度不增反降;各品種間平均葉片寬度的差異相對(duì)較小,經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅱ和Ⅷ的出現(xiàn)小幅變寬的趨勢(shì),其他品種的平均葉片寬度有變窄的趨勢(shì);經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的單株平均葉片數(shù)增多,品種Ⅶ和Ⅸ的與實(shí)驗(yàn)前持平,而品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數(shù)減少;在單株平均生物量方面,經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的明顯增大,品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的則不同幅度的減小。
圖1 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長(zhǎng)度
綜合不同品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量變化,可以看出,品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的6 個(gè)品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體有較好的適應(yīng)性,能進(jìn)行正常的生長(zhǎng),而品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性相對(duì)較差,葉片生長(zhǎng)和生物量增長(zhǎng)均受到一定程度的抑制。
圖2 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度
圖3 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數(shù)
圖4 夏季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均生物量
夏季種植路易斯安那鳶尾不同品種90d 后各水樣的TLI 如圖5 所示??梢钥闯觯cCK 相比,夏季種植路易斯安那鳶尾各個(gè)品種均可使水樣的TLI 下降,種植品種Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實(shí)驗(yàn)前下降了8.15、11.92、8.82、13.79 和12.76,水樣的TLI 顯著低于CK,種植品種Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ的水樣的TLI與CK 無顯著差異。
圖5 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體TLI 的影響
路易斯安那鳶尾不同品種在冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后的平均葉片長(zhǎng)度、平均葉片寬度、單株平均葉片數(shù)和單株平均生物量如圖6~圖9 所示??梢钥闯觯?jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的平均葉片長(zhǎng)度增加,品種Ⅱ的平均葉片長(zhǎng)度與實(shí)驗(yàn)前基本一致,品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長(zhǎng)度下降;各品種間平均葉片寬度的差異相對(duì)較小,經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的小幅變寬,品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅸ的平均葉片寬度有變窄的趨勢(shì);品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ單株平均葉片數(shù)在經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后增多,品種Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ的單株平均葉片數(shù)與實(shí)驗(yàn)前持平,而品種Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數(shù)減少;各品種經(jīng)90d 的實(shí)驗(yàn)后,單株平均生物量表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì),品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的明顯增大,品種Ⅰ和Ⅶ小幅增長(zhǎng),品種Ⅱ與實(shí)驗(yàn)前持平,品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的則呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。
圖6 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長(zhǎng)度
圖7 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度
圖8 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數(shù)
圖9 冬季凈水實(shí)驗(yàn)前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均生物量
綜合不同品種的形態(tài)指標(biāo)和生物量變化,可以看出,品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的5 個(gè)品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體有較強(qiáng)的適應(yīng)性,品種Ⅱ和Ⅶ的表現(xiàn)一般,品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性相對(duì)較弱,葉片生長(zhǎng)和生物量增長(zhǎng)均受到一定程度的抑制。
冬季種植路易斯安那鳶尾不同品種90d 后各水樣的TLI 如圖10 所示。可以看出,與CK 相比,冬季種植路易斯安那鳶尾各個(gè)品種均可使水樣的TLI 下降,種植品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實(shí)驗(yàn)前下降了6.71、5.65、6.28 和6.86,顯著低于CK,種植其他6 個(gè)品種的水樣的TLI 與CK 無顯著差異。
圖10 路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體TLI 的影響
由于水生或濕生植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮、磷等元素的吸收或吸附作用,當(dāng)植物被移出生態(tài)系統(tǒng)時(shí),被吸收或吸附的氮、磷等物質(zhì)也會(huì)被隨之帶走,從而發(fā)揮對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用。路易斯安那鳶尾引入我國(guó)之后,因其挺立的葉叢、優(yōu)美的花型和豐富的色彩深受人們的喜愛,又因其對(duì)水面和濱水環(huán)境的良好適應(yīng)性,以及周年常綠的特性,迅速躋身為長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)水體美化的新寵。然而由于路易斯安那鳶尾品種繁多,遺傳背景復(fù)雜,不同品種對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)能力不盡相同,增大了路易斯安那鳶尾在富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)項(xiàng)目中應(yīng)用的不確定性,因此有必要開展不同品種對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性研究和凈水能力研究。
本研究發(fā)現(xiàn),供試的10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種中有6 個(gè)品種(‘Andy Dandy’,‘Great White Hope’,‘Rhett’,‘Colorfic’,‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’)對(duì)夏季富營(yíng)養(yǎng)化水體有良好的適應(yīng)性,葉片能正常生長(zhǎng),生物量增大;有5 個(gè)品種(‘Andy Dandy’,‘Rhett’,‘Waihi Wedding’,‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’)對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體有良好的適應(yīng)性。其中夏季和冬季均表現(xiàn)良好的品種為‘Andy Dandy’,‘Rhett’,‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’。
目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)方法尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),可供選擇的評(píng)價(jià)方法有多種[6],其中綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法是在進(jìn)行城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)問題的科學(xué)研究和項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)常用的評(píng)價(jià)方法[7-8]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,供試的10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種夏季和冬季對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體均有凈化作用,兩個(gè)季節(jié)相比,夏季植物生長(zhǎng)旺盛,對(duì)水體中的氮、磷等元素的吸收和吸附作用強(qiáng)于冬季,TLI 下降的幅度大于冬季,夏季品種‘Great White Hope’,‘Rhett’,‘Colorfic’,‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’的凈水效果較為突出,而冬季品種‘Rhett’,‘Waihi Wedding’,‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’的凈水效果較為明顯,品種‘Rhett’,‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’在兩個(gè)季節(jié)的凈水效果均較為理想。
綜合10 個(gè)路易斯安那鳶尾品種在夏季和冬季的生長(zhǎng)狀況和凈水效果,可以看出外觀表現(xiàn)和凈水能力之間存在一定的相關(guān)性,多個(gè)在富營(yíng)養(yǎng)化水體中長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)健的品種的凈水能力也較為突出,在富營(yíng)養(yǎng)化水體中長(zhǎng)勢(shì)衰弱的品種的凈水能力也相對(duì)較差;但也存在不完全一致的情況,例如本實(shí)驗(yàn)的品種Ⅰ夏季和冬季在富營(yíng)養(yǎng)化水體中都能正常生長(zhǎng),但凈水能力一般。本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),同一品種夏季和冬季在相同來源的富營(yíng)養(yǎng)化水體中的外觀表現(xiàn)和對(duì)凈水能力也存在差異,例如品種Ⅱ和品種Ⅶ在夏季生長(zhǎng)良好,凈水效果也較為理想,但在冬季的表現(xiàn)均不突出;品種Ⅸ在兩個(gè)季節(jié)的表現(xiàn)則恰好相反。因此,除了花期表現(xiàn)的差異外,路易斯安那鳶尾不同品種對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的適應(yīng)性和凈水效果的差異也客觀存在。在利用路易斯安那鳶尾進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體的水面綠化和邊坡綠化時(shí),選擇在夏季和冬季均能正常生長(zhǎng),同時(shí)均能發(fā)揮突出凈水作用的品種對(duì)于保證景觀和生態(tài)雙方面的效益具有重要意義。在本實(shí)驗(yàn)條件下,認(rèn)為‘Rhett’,‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’3 個(gè)路易斯安那鳶尾品種在長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水體相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目中有推廣價(jià)值。