六种湿地植物根际氧化还原电位的日变化

在野外条件下,研究人工湿地植物根际氧化还原电位(ORP)随时间的变化及其与主要环境因子的关系。研究了美人蕉(Canna indica Linn.)、风车草(Cyperus flabelliformis Rottb.)、芦苇(Phragmites australis Trin.ex Steud.)、水鬼蕉(Hymenocallis littoralis(Jack.)Salisb.)、紫芋(Colocasia tonoimo Nakai.)和鸢尾(Iris tectorum Maxim.)6种植物在潜流人工湿地中的根际ORP及其日变化。6种湿地植物的根际ORP日变化曲线相似,均为双峰型,双峰值出现在11:00—14:00之间,最大值出现在14:00。各植物的根际ORP日变化基本在130—350 m V之间,以水鬼蕉的变幅最大,风车草和芦苇的变幅较小。不同植物的根际ORP有较大差异,风车草和紫芋的日平均值最大,显著高于鸢尾、美人蕉和水鬼蕉(P0.05);芦苇显著高于鸢尾和美人蕉(P0.05)。ORP与光照强度和气温呈正相关,尤与气温的正相关最为显著。ORP日平均值与植物生物量有显著的正相关性,尤与地下部分生物量相关性最显著。结果表明,人工湿地植物根际ORP因不同植物、一天中不同的时间有较大差异,后者与光照和气温等环境因子密切相关。     

水培条件下两种植物根系分泌特征及其与污染物去除的关系

分别以黑臭河涌污水和霍格兰营养液作为培养液,选取种内个体大小基本一致的风车草(Cyperus alternifolius)和美人蕉(Canna indica)各2株分别水培于2种培养液中,研究经污水驯化和营养液培养后植物的生长状况、根系分泌物、根系径向泌氧以及污水净化效果。结果表明,美人蕉在营养液中的增长速率明显高于污水,而风车草在2种培养液中的增长速率相差不大。2种植物在2种培养液中的单位重量分泌能力存在显著差异。在经过污水及营养液培养后,风车草单位重量分泌能力均高于美人蕉;就单种植物而言,污水水培的植株单位重量分泌能力均高于营养液水培的植株。风车草(营养液)、风车草(污水)、美人蕉(营养液)和美人蕉(污水)的最大分泌量分别为2.89、34.76、1.28、1.82 mg·g-1·d-1。在2种培养液中,风车草的根系泌氧速率均明显高于美人蕉。就单种植物而言,经污水驯化的植物,其泌氧速率均高于营养液中培植的植物,风车草(污水)泌氧速率最大,为0.92μmol O2·h-1·g-1(植株)或6.69μmol O2·h-1·g-1(根),美人蕉(营养液)泌氧速率最小,为0.20μmol O2·h-1·g-1(植株)或1.15μmol O2·h-1·g-1(根)。植物经过一段适应期后,对氨氮、TN、TP的去除率稳定达到90%以上;COD的去除率整体不高,单位重量的风车草和美人蕉对COD的去除量分别为6.95±1.78和1.35±0.52 mg·g-1,而对TP的去除量最小,分别为0.28±0.06和0.06±0.02 mg·g-1。对于COD、氨氮、TN和TP,风车草的单位重量去除量显著高于美人蕉,这与风车草根系分泌有机物能力及根系泌氧能力较美人蕉强有明显的一致性。研究表明,采用风车草作为浮床植物应用于污染水体修复,能达到更佳的效果。     

三江并流区水电站消落带适生草本植物根系固土能力

三江并流区生态脆弱敏感,水电站库周消落带土壤侵蚀严重,为研究消落带适生草本植物的根系固土效应,并为重建植被、控制土壤侵蚀提供依据,以生长期为18个月的风车草(Cyperus alternifolius L.)、美人蕉(Canna indica L.)、花叶芦竹(Arundo donax var. versicolor)和菖蒲(Acorus calamus L.)4种草本植物为研究对象,采用自制的原位剪切仪测定根土复合体和素土的抗剪强度;用根系拉力试验机测定根系的抗拉强度,用Wu和Waldron模型(WWM)对根系提高土体抗剪强度进行预测,并评价模型的可靠性。结果表明：①4种适生草本植物根系都能增强土体的抗剪强度,风车草、美人蕉、花叶芦竹和菖蒲根系使土体的抗剪强度分别提高了403.89%、248.32%、388.50%和200.71%;②4种草本植物根系的抗拉强度均与直径呈现负幂函数关系;③根系抗拉强度较大、破坏面上根面积比较高和根系直径(D)<1 mm细根较多的草本植物,固土效应更加显著;④4种草本植物根系对土体强度增量的WWM模型计算值是实测值的9.37-43.85倍,该模型对高含水率土壤中草本植物根系的预测精度较低。风车草、美人蕉、花叶芦竹和菖蒲的根系均有较强的固土能力,尤其是风车草和花叶芦竹,是三江并流区黄登水库消落带植被重建和固土抗蚀的优选物种。     

不同植物构成的人工湿地对生活污水中氮的去除效应

测定由不同植物构成的人工湿地的氨态氮、硝态氮和亚硝态氮含量,对比不同植物对生活污水中氮的去除效率.结果表明,与不种植物的人工湿地相比,由风车草[Cyperus alternifolius L. ssp. flabelliformis (Rottb.) Kiikenth.]、香根草[Vertiveria zizanioides (Linn.) Nash]、芦苇(Phragmitas communis Trin.)和美人蕉(Canna indica Linn.)构成的人工湿地对氨态氮去除率分别提高6%、8%、11%和14%;对硝态氮去除率分别提高5%、6%、13%和9%;对亚硝态氮去除率分别提高5%、7%、10%和7%,说明种植芦苇和美人蕉的人工湿地对生活污水中的氮具有较好的去除效果.     

风车草和香根草在人工湿地中迁移养分能力的比较研究

为研究风车草(Cyperus alternifolius)和香根草(Vetiveria zizanioides)迁移养分的能力,建立17.0m²风车草潜流式人工湿地和13.3 m²香根草潜流式人工湿地处理猪场废水,在四个季节末测定植物生物量和组织氮、磷、铜、锌含量.结果表明,香根草地下部生物量大于风车草,地上部生物量则是风车草大于香根草.风车草年地上部收获量为3406.47 g·m^-2,比香根草的1483.88 g·m^-2高2.3倍;风车草的氮含量为22.69 mg·g^-1,比香根草的15.44 mg·g^-1高7.25 mg·g^-1;风车草的磷含量为6.09 mg·g^-1,比香根草的5.47 mg·g^-1高0.62 mg·g^-1.植株含铜、锌量风车草略比香根草高.风车草每年迁移N 68.72 g·m^-2和P18.49 g·m^-2,香根草迁移N 8.93 g·m^-2和P 3.69 g·m^-2.风车草人工湿地每年由植物迁移的氮、磷、铜、锌比香根草高4～7倍.     

滇池入湖河口生态浮床植物筛选研究

通过植物适应性试验、植物抗逆性试验、植物根系氧化力测定及水体水质指标检测等方法,研究了美人蕉(Canna generalis Bailey)、香根草(Vetivaria zizanioides.)、茭白(Zizania latifolia.)、香蒲(Typha angustata Boryet Chaub)等4种植物对污染水体主要污染物(有机污染物、总磷、总氮)的去除效果,以选择适用于滇池大清河入湖河段污染水体修复的生物浮床植物种。各项指标综合分析结果表明,四种备选植物在对污染胁迫的适应性以及对水体污染物的去除能力均存在较大差异,其中美人蕉对污水环境的适应性最强,对污染物的去除效果也较理想。经比较认为以美人蕉为主,辅以香蒲(T.angustata Boryet Chaub)及其他伴生种是构建大清河生物浮床较合理的群落结构。     

河岸美人蕉和香根草的生长繁育及其腐烂规律

以河岸带中的美人蕉、香根草为对象,研究了河岸带生态恢复过程中植物的生长及其作用。结果表明:美人蕉和香根草二者对水深的耐受性均不强,不适合在深水中生长与繁殖;与美人蕉相比,香根草对水深的耐受性更强;美人蕉不适合在水深>20cm的水域生长;美人蕉地上的生物量比地下高27.5%,香根草地上的生物量比地下高79%;通过收割美人蕉分别带走美人蕉所固定的全部氮、磷的59%和55%,收割香根草带走香根草所固定的全部氮和磷的57%;经过130d的浸泡,美人蕉、香根草质量损失率分别为31.89%和19.8%,全氮、全磷的损失美人蕉分别为49.43%和77.30%,香根草分别为47.54%和86.06%;植物浸泡释放有机物、氮和磷,但水中COD、NH4 -N和TP浓度并不持续增加。     

风车草和香根草在人工湿地中迁移养分能力的比较研究

为研究风车草（Cyperus alternifolius）和香根草（Vetiveria zizanioides）迁移养分的能力,建立17.0 m²风车草潜流式人工湿地和13.3 m²香根草潜流式人工湿地处理猪场废水,在四个季节末测定植物生物量和组织氮、磷、铜、锌含量.结果表明,香根草地下部生物量大于风车草,地上部生物量则是风车草大于香根草.风车草年地上部收获量为3406.47 g·m^-2,比香根草的1483.88 g·m^-2高2.3倍;风车草的氮含量为22.69 mg·g^-1,比香根草的15.44 mg·g^-1高7.25 mg·g^-1;风车草的磷含量为6.09 mg·g^-1,比香根草的5.47 mg·g^-1高0.62 mg·g^-1.植株含铜、锌量风车草略比香根草高.风车草每年迁移N 68.72 g·m^-2和P 18.49 g·m^-2,香根草迁移N 8.93 g·m^-2和P 3.69 g·m^-2.风车草人工湿地每年由植物迁移的氮、磷、铜、锌比香根草高4～7倍.     

刈割对人工湿地风车草生长及污水净化效果的影响

刈割对人工湿地植物的生长和净化作用的影响,国内外学者的意见存在分歧。实验于2010年7月至2011年1月在华南师范大学生物园进行。利用水池(2m×2m×0.6m)构建风车草人工湿地生活污水处理系统,研究了刈割对人工湿地风车草生长和污水净化效果的影响。结果表明,刈割组风车草在整个实验过程中均保持着良好的生长态势,而对照组在11月以后生长减缓。刈割组风车草2010年7月至2011年1月的累积地上生物量、累积地上氮磷含量以及新增分蘖数均大于对照组,表现为超补偿生长。刈割组风车草的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔传导率均显著高于对照组。刈割组和对照组的TN、TP、NH4-N和NO3-N的平均去除率分别为77%、84%、64%、72%和65%、67%、55%、63%,前者显著大于后者。刈割组和对照组的CODcr和BOD5平均去除率分别为58%、79%和54%、76%,两者差异不显著。总之,刈割对人工湿地风车草的生长和污水净化效果有明显的促进作用,这可为风车草人工湿地的科学管理提供参考。     

四种湿地植物在人工湿地的生长特性研究

研究了表面流人工湿地中香根草(Vetiveria zizanioides)、风车草(Cyperus flabelliformis)、芦苇(Phrogmites australis)和水鬼蕉(Hymenocallis littoralis)4种植物的根生物量和生长量、根系分布、地上部分的生长情况.风车草、香根草和水鬼蕉根系及地上部分的生长节律相似,9月或10月前生长较快,以后生长减慢甚至停止;芦苇则不同,7月以前生长缓慢,以后生长加速,冬季也保持较快的生长.全年根生长量和根生物量以水鬼蕉最大,显著高于其它植物(P<0.01),香根草最小,显著低于其它3种植物(P<0.01).香根草的根系垂直向下生长,分布较深,而其它3种植物的根系主要分布在浅层土壤中.风车草分株最多,叶面积指数最大.香根草叶面积指数最小.结果表明,在构建多种植物人工湿地群落时,可以考虑将芦苇与大多数湿地植物搭配以保证湿地全年保持较好的净化效果;水鬼蕉可以作为底层植物,和风车草等生长早、植株较高的植物构建多种湿地群落.     

两种不同根系类型湿地植物的根系生长

实验设计了一个水培系统，利用生活污水培养，对4种“须根型”植物美人蕉、风车草、象草和香根草和4种根茎型植物菖蒲、水鬼蕉、芦苇和水烛的根系生长进行比较研究。该系统由用于盛污水的塑料桶（顶部直径36．5cm，底部直径30．Ocm，高34．5cm）和用于固定植物于水面的泡沫板构成。每桶种植1株植物，每种种5株。水培至10周时，须根型植物的平均根数达到1349条／株，而根茎型植物的平均根数只有549条／株。实验结束（水培第21周）时，须根型植物的平均根生物量为11．3g／株，根茎型植物的平均根生物量为7．4g／株。须根型植物根系中，d〈1mm的细根生物量占根系总生物量的51．9％，而根茎型植物d〈1mm的细根的生物量只占25．1％。根茎型植物的根生物量与地上生物量的比值为0．2，显著高于须根型湿地植物（0．1）。须根型湿地植物的根系表面积（6933cm^2／株）极显著地高于根茎型湿地植物（1897cm^2／株）。根茎型湿地植物根的平均寿命（46．6d）较须根型湿地植物根的平均寿命（34．8d）长。美人蕉的平均根数达1871条／株，根表面积达到22832cm^2／株，远较其他种高。     

不同基质和不同植物对人工湿地净化效率的影响

实验通过建立不同模式的小型湿地系统研究了不同基质和不同的植物组合对人工湿地净化效率和效率稳定性的影响.结果表明,种植植物的湿地系统比没有植物的湿地系统净化效率高,沙土混合基质比卵石基质净化效率高;旱伞草和美人蕉组合以及旱伞草、美人蕉和芦苇3种植物的组合湿地系统比单一旱伞草湿地系统的净化效率更高;小粒径基质和混合种植湿地系统能够保持较稳定的净化效率.     

测定潜流人工湿地根系生物量的新方法

设计了一种新方法研究潜流人工湿地植物根系的分布和生物量。采用自制的圆柱形的不锈钢网柱,安放在潜流湿地的碎石基质中,定期分层取出网柱内的碎石,可观察根系的分布特点;收获网柱内的根,可测定根系的生物量和生长量。网柱的直径20cm,高50cm,网孔直径1．80cm,不锈钢丝粗1．38mm。安装时,使网柱垂直,上端达碎石表面,下端靠近湿地床底。安装好后,装入碎石基质,观察测定时,把基质取出,观察完后,再把基质放回。用该方法,对碎石基质的潜流人工湿地中植物根系的分布和生物量进行了1a的实验测定,认为该方法是测定潜流人工湿地根系生长和分布的有效方法,它易于安装、测定方便、准确。7月和12月份两次测定的湿地根系生物量之和为331．8gm^-2,其中分布于0—5cm的根生物量为174．4gm^-2,5～15cm为142．1gm^-2,15cm以下为15．3gm^-2。种问根系生物量的差异很大,根系生物量最大的是美人蕉,为182．4gm^-2,最小的是水鬼蕉,为1．38gm^-2。根生物量似乎呈不同的季节格局,象草7月份根系生物量较大,而其他种12月份的较大。不同种根系生物量的垂直分布也有显著的差异,具根状茎的芦苇和较粗根的水鬼蕉以直径大于1mm的根为主,它们的根分布较深,而浅层根较少;象草、美人蕉和风车草,直径1mm以内的根占根生物量的80％以上甚至100％,它们的根分布较浅。     

Constructed wetlands in Queensland: Performance efficiency and nutrient bioaccumulation

Nine pilot wetlands (eight free water surface and one subsurface flow) have been constructed in Queensland as joint projects between the State and Local Governments, to treat municipal wastewater. The wetlands are in several geographical locations which include tropical, subtropical and arid climates. Each wetland is a different configuration and contains a variety of macrophyte types and species. Most species are native and were collected in the locality or self colonised. This paper examines the performance efficiency of the wetlands and nutrient bioaccumulation in wetland plants. Biochemical oxygen demand concentrations were reduced by 17–89% and suspended solids concentrations by 14–77% to produce wetland effluent with BOD less than 12 mg l⁻¹ and suspended solids less than 22 mg l⁻¹. Reduction in total nitrogen concentrations ranged from 18 to 86%, ammonia nitrogen from 8 to 95% and oxidised nitrogen from 55 to 98%, producing effluent with total nitrogen between 1.6 and 18 mg l⁻¹. Reduction in reactive phosphorus concentration was less than 13% in the free water surface systems with concentration in the effluent exceeding the influent in many of the systems over long term operation. In contrast reduction through the single household subsurface system was 65%. Nutrient bioaccumulation was investigated in 60 species. Submerged (Ceratophyllum) and free floating species (duckweed) had the highest tissue nutrient concentrations, followed by the waterlily (Nymphoides indica), aquatic vines (Ipomoea spp., Ludwigia peploides), and waterferns (Ceratopteris, Marsilea). All these species remove nutrients from the water column. Emergent species had lower nutrient concentrations with the highest nutrients occurring in the exotic sedge Cyperus involucratus. Aquatic grasses including Phragmites had higher nutrient content than the sedges. Nitrogen concentrations were higher in leaf/stem tissue compared to the root/rhizome, whereas phosphorus was higher in root/rhizome tissue. Emergent species had a greater biomass than submerged or free floating species and were therefore able to store more nutrients per unit area of wetland. Cropping the shoots of emergent species increased nutrient content in new shoot growth.     

Contaminant Removal of Domestic Wastewater by Constructed Wetlands： Effects of Plant Species

A comparative study of the efficiency of contaminant removal between five emergent plant species and between vegetated and unvegetated wetlands was conducted in small-scale （2.0 m×1.0 m×0.7 m, lengthxwidthxdepth） constructed wetlands for domestic wastewater treatment in order to evaluate the decontaminated effects of different wetland plants. There was generally a significant difference in the removal of total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP）, but no significant difference in the removal of organic matter between vegetated and unvegetated wetlands. Wetlands planted with Canna indica Linn., Pennisetum purpureum Schum., and Phragmites communis Trin. had generally higher removal rates for TN and TP than wetlands planted with other species. Plant growth and fine root （root diameter ≤ 3 mm） biomass were related to removal efficiency. Fine root biomass rather than the mass of the entire root system played an important role in wastewater treatment. Removal efficiency varied with season and plant growth. Wetlands vegetated by P. purpureum significantly outperformed wetlands with other plants in May and June, whereas wetlands vegetated by P. communis and C. indica demonstrated higher removal efficiency from August to December. These findings suggest that abundance of fine roots is an important factor to consider in selecting for highly effective wetland plants. It also suggested that a plant community consisting of multiple plant species with different seasonal growth patterns and root characteristics may be able to enhance wetland performance.     

蚯蚓对湿地植物光合特性及净化污水能力的影响

以香蒲、芦苇和美人蕉为研究对象,并以土壤+沙子+有机质混合物为供试基质模拟人工湿地处理污水,采用向基质中加入蚯蚓与未加入蚯蚓2种处理。研究加入蚯蚓后,香蒲、芦苇和美人蕉光合速率、蒸腾速率、SPAD值和水分蒸发、蒸腾量的变化及其对净化污水能力的影响。结果表明:与未加入蚯蚓相比,加入蚯蚓后,香蒲、芦苇和美人蕉的净光合速率、蒸腾速率、SPAD值和水分蒸发、蒸腾量均增加,其中芦苇的净光合速率、蒸腾速率和水分蒸发、蒸腾量增加达到显著水平(P <0.05),而香蒲的水分蒸发、蒸腾量增加也达到显著水平(P <0.05);加入蚯蚓后,香蒲、芦苇和美人蕉对COD_Mn、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP的去除率均增加,且香蒲和芦苇对COD_Mn的去除率显著增加 (P <0.05)。加入蚯蚓后,香蒲、芦苇和美人蕉的SPAD值均增加,说明蚯蚓能提高湿地植物对氮的吸收,增加植株中的氮含量,促进湿地植物的光合速率和蒸腾速率从而提高对污水的净化能力。     

Lead,zinc and iron (Fe2+) tolerances in wetland plants and relation to root anatomy and spatial pattern of ROL

Metal (Pb, Zn and Fe²⁺) tolerances, root anatomy and profile of radial oxygen loss (ROL) along the root (i.e., spatial pattern of ROL) were studied in 10 emergent wetland plants. The species studied could be classified into three groups. Group I included Alternanthera philoxeroides, Beckmannia syzigachne, Oenanthe javanica and Polypogon fugax, with high ROL along the whole length of root (‘partial barrier’ to ROL). Group II included Cyperus flabelliformis, Cyperus malaccensis, Juncus effusus, Leersia hexandra and Panicum paludosum, ROL of which was remarkably high just behind the root apex, but decreased significantly at relatively basal regions (‘tight barrier’ to ROL). Group III consisted of only Neyraudia reynaudiana, with extremely low ROL along the length of root. The results indicated that metal tolerance in wetland plants was related to root anatomy and spatial pattern of ROL. Co-evolution of metal (Fe and Zn) tolerance and flood tolerance possibly developed in wetland plants since species showing a ‘tight barrier’ to ROL (a common trait of flood-tolerant species) in basal root zones had higher Fe and Zn tolerances than those showing a ‘partial barrier’. Root anatomy such as lignin and suberin deposition contributed to a ‘tight barrier’ in root and conferred to exclusion ability in tolerant species.