路易斯安那鳶尾不同品種對富營養化水體的適應性和凈化效果

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，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

2000 年以后，我國經濟建設進入快速發展時期，園林綠化行業取得的成就舉世矚目，公共園林建設的數量和質量均實現質的飛躍。近年來，隨著生態文明建設的不斷推進和可持續發展理念的日漸普及，園林景觀和生態環境的關系日益緊密，景觀在美化環境的同時，對生態的保護和修復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水體的美化和凈化任務成為園林、景觀、生態和環境等行業共同關注的熱點。

氮和磷是城市水體污染最主要的污染源，當水體中的總氮含量超過0.30mg/L，總磷含量超過0.02mg/L 時，即被判定為“富營養化水體”。據中華人民共和國生態環境部公布的調查結果，我國主要城市超過80%的景觀湖泊甚至已達到富營養化程度，水質渾濁和水體發臭問題突出。因此，采取切實有效的技術措施，治理、修復或徹底解決城市水體的富營養化問題，對于水體景觀和生態效益的維持，以及國家經濟和社會的發展均迫在眉睫。

如何有效地削減水體中的氮、磷等污染物，是治理和修復富營養化水體的關鍵，可供選擇的技術方法有多種，其中利用水生植物或濕生植物進行富營養化水體的治理和修復不但成本低、效率高、持續時間久，還是所有治理和修復方法中唯一能同時發揮美化作用和凈化作用的方法，因此具有大的現實意義。

鳶尾類花卉是鳶尾屬（Iris）花卉的總稱，全球約有300 個種，經自然雜交和人工選育，目前已有70000 多個品種，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境的綠化中占據重要地位。路易斯安那鳶尾是濕生型鳶尾的典型代表，因主要原產于美國路易斯安那州而得名，現有100 多個品種，多數具有花色艷麗，綠期長的特點。路易斯安那鳶尾于20 世紀90 年代初被引入我國，經引種實驗，發現其對我國南方的氣候環境適應能力較強，夏季幾乎不會受到軟腐病等病害的危害，冬季能忍受-5℃的低溫[1]，葉片在長江流域及以南地區可周年保持常綠，因此具有極大地推廣潛力。

在利用鳶尾類花卉凈化富營養化水體的實驗中，研究人員多集中于不同種類對水質凈化能力的差異[2-3]，而未見針對某一個園林植物種類的不同品種的報道，對富營養化水體相關的項目實踐缺少必要的支撐。本研究擬開展10 個路易斯安那鳶尾品種對夏季和冬季富營養化水體的凈化效果研究，為拓展路易斯安那鳶尾在我國長江流域及以南地區的應用范圍和挖掘新的應用形式提供理論依據。

1 實驗的材料與方法

1.1 植物材料

本實驗所需路易斯安那鳶尾苗購自浙江寧波蓮苑生態農業有限公司，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 個品種。將路易斯安那鳶尾苗進行修剪和清洗后放入清水中進行預培養，15d 后選取健康苗進行凈水實驗。

1.2 實驗方法

于2019 年夏季和冬季分別進行實驗。取長、寬、高分別為56cm、42cm 和26cm 的周轉箱33 個，分別注入來景觀河道的富營養化水樣50L，其上利用預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3 次，以不種植路易斯安那鳶尾苗的水樣為對照（CK）。實驗期間每隔7d 放掉3L 水，并重新取相同來源的水樣補滿。

實驗開始前和實驗結束后分別測定水樣的葉綠素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（CODMn）[4]。采用綜合營養狀態指數法評價水樣的富營養化程度。計算公式為：

式中：TLI（Σ）-綜合營養狀態指數；Wj-第j 種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI（j）-第j 種參數的營養狀態指數；m-評價參數的個數；

以chla 為基準參數，則第j 種參數的歸一化的相關權重計算公式為：

1.3 數據分析和處理

采用Microsoft Excel 2010 對數據進行整理和作圖，采用SPSS 20.0 對數據進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 路易斯安那鳶尾不同品種對夏季富營養化水體的適應性

路易斯安那鳶尾不同品種在夏季凈水實驗前后的平均葉片長度、平均葉片寬度、單株平均葉片數和單株平均生物量如圖1～圖4 所示?？梢钥闯?，由于基因型的差異，各品種的形態指標和生物量在實驗前即存在差異。經90d 的實驗后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的平均葉片長度增加，品種Ⅸ的平均葉片長度與實驗前基本一致，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長度不增反降；各品種間平均葉片寬度的差異相對較小，經90d 的實驗后，品種Ⅱ和Ⅷ的出現小幅變寬的趨勢，其他品種的平均葉片寬度有變窄的趨勢；經90d 的實驗后，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ和Ⅹ的單株平均葉片數增多，品種Ⅶ和Ⅸ的與實驗前持平，而品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數減少；在單株平均生物量方面，經90d 的實驗后，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 夏季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長度

綜合不同品種的形態指標和生物量變化，可以看出，品種Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的6 個品種對夏季富營養化水體有較好的適應性，能進行正常的生長，而品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅸ對夏季富營養化水體的適應性相對較差，葉片生長和生物量增長均受到一定程度的抑制。

圖2 夏季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度

圖3 夏季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數

圖4 夏季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均生物量

2.2 路易斯安那鳶尾不同品種對夏季富營養化水體的凈化作用

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?，與CK 相比，夏季種植路易斯安那鳶尾各個品種均可使水樣的TLI 下降，種植品種Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實驗前下降了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夏季富營養化水體TLI 的影響

2.3 路易斯安那鳶尾不同品種對冬季富營養化水體的適應性

路易斯安那鳶尾不同品種在冬季凈水實驗前后的平均葉片長度、平均葉片寬度、單株平均葉片數和單株平均生物量如圖6～圖9 所示?？梢钥闯?，經90d 的實驗后，品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的平均葉片長度增加，品種Ⅱ的平均葉片長度與實驗前基本一致，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的平均葉片長度下降；各品種間平均葉片寬度的差異相對較小，經90d 的實驗后，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；品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ單株平均葉片數在經90d 的實驗后增多，品種Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ的單株平均葉片數與實驗前持平，而品種Ⅴ和Ⅵ的單株平均葉片數減少；各品種經90d 的實驗后，單株平均生物量表現出不同的變化趨勢，品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的明顯增大，品種Ⅰ和Ⅶ小幅增長，品種Ⅱ與實驗前持平，品種Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的則呈現減小的趨勢。

圖6 冬季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片長度

圖7 冬季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的平均葉片寬度

圖8 冬季凈水實驗前后路易斯安那鳶尾不同品種的單株平均葉片數

圖9 冬季凈水實驗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指標和生物量變化，可以看出，品種Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的5 個品種對冬季富營養化水體有較強的適應性，品種Ⅱ和Ⅶ的表現一般，品種Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ對冬季富營養化水體的適應性相對較弱，葉片生長和生物量增長均受到一定程度的抑制。

2.4 路易斯安那鳶尾不同品種對冬季富營養化水體的凈化作用

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?？梢钥闯?，與CK 相比，冬季種植路易斯安那鳶尾各個品種均可使水樣的TLI 下降，種植品種Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ的水樣的TLI 分別比實驗前下降了6.71、5.65、6.28 和6.86，顯著低于CK，種植其他6 個品種的水樣的TLI 與CK 無顯著差異。

圖10 路易斯安那鳶尾不同品種對冬季富營養化水體TLI 的影響

3 討論與結論

由于水生或濕生植物生長發育對氮、磷等元素的吸收或吸附作用，當植物被移出生態系統時，被吸收或吸附的氮、磷等物質也會被隨之帶走，從而發揮對富營養化水體的凈化作用。路易斯安那鳶尾引入我國之后，因其挺立的葉叢、優美的花型和豐富的色彩深受人們的喜愛，又因其對水面和濱水環境的良好適應性，以及周年常綠的特性，迅速躋身為長江流域及以南地區水體美化的新寵。然而由于路易斯安那鳶尾品種繁多，遺傳背景復雜，不同品種對水質的適應能力不盡相同，增大了路易斯安那鳶尾在富營養化水體相關項目中應用的不確定性，因此有必要開展不同品種對富營養化水體的適應性研究和凈水能力研究。

本研究發現，供試的10 個路易斯安那鳶尾品種中有6 個品種（‘Andy Dandy’，‘Great White Hope’，‘Rhett’，‘Colorfic’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’）對夏季富營養化水體有良好的適應性，葉片能正常生長，生物量增大；有5 個品種（‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’，‘Pam Trusott’和‘Sea Wisp’）對冬季富營養化水體有良好的適應性。其中夏季和冬季均表現良好的品種為‘Andy Dandy’，‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’。

目前，國內外關于水體富營養化程度的評價方法尚未形成統一標準，可供選擇的評價方法有多種[6]，其中綜合營養狀態指數法是在進行城市景觀水體富營養化相關問題的科學研究和項目實踐時常用的評價方法[7-8]。本實驗結果表明，供試的10 個路易斯安那鳶尾品種夏季和冬季對富營養化水體均有凈化作用，兩個季節相比，夏季植物生長旺盛，對水體中的氮、磷等元素的吸收和吸附作用強于冬季，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’在兩個季節的凈水效果均較為理想。

綜合10 個路易斯安那鳶尾品種在夏季和冬季的生長狀況和凈水效果，可以看出外觀表現和凈水能力之間存在一定的相關性，多個在富營養化水體中長勢強健的品種的凈水能力也較為突出，在富營養化水體中長勢衰弱的品種的凈水能力也相對較差；但也存在不完全一致的情況，例如本實驗的品種Ⅰ夏季和冬季在富營養化水體中都能正常生長，但凈水能力一般。本實驗還發現，同一品種夏季和冬季在相同來源的富營養化水體中的外觀表現和對凈水能力也存在差異，例如品種Ⅱ和品種Ⅶ在夏季生長良好，凈水效果也較為理想，但在冬季的表現均不突出；品種Ⅸ在兩個季節的表現則恰好相反。因此，除了花期表現的差異外，路易斯安那鳶尾不同品種對富營養化水體的適應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行富營養化水體的水面綠化和邊坡綠化時，選擇在夏季和冬季均能正常生長，同時均能發揮突出凈水作用的品種對于保證景觀和生態雙方面的效益具有重要意義。在本實驗條件下，認為‘Rhett’，‘Waihi Wedding’和‘Sea Wisp’3 個路易斯安那鳶尾品種在長江流域及以南地區富營養化水體相關實踐項目中有推廣價值。