全 文 ：第 15 卷 第 2 期 天 津 农 学 院 学 报 Vol.15，No.2
2008 年 6 月 Journal of Tianjin Agricultural University June，2008

* 收稿日期：2008－03－11
作者简介：郝建朝（1980－），男，河北保定人，讲师，硕士，主要从事生态环境水体方面的研究。E-mail：qqhjc1980@tom.com。



文章编号：1008-5394（2008）02-0036-04

虉草作为湿地适生植物可行性分析*
郝建朝 1，吴沿友 2，刘惠芬 1，宋秀丽 1
（1. 天津农学院 农学系，天津 300384；2. 江苏大学 农业工程研究院，江苏 镇江 212013）

摘 要：研究了虉草的经济价值，虉草根际土壤氧化酶活性、金属累积量及氮、磷、钾含量，虉草
氮磷含量、碳酸酐酶活性及光合速率，并将其与一些有代表性的湿地生长植物进行对比。结果表明，
虉草可以适应湿地水陆过渡的还原性环境，其氮、磷处理能力及根际土壤重金属富集能力都高于芦
苇。
关键词：虉草；湿地；N、P 去除能力；碳酸酐酶；光合速率
中图分类号：X173 文献标识码：A

Feasibility Analysis of Phalaris arundinacea as Fitted Plant under
Wetland
HAO Jian-chao1，WU Yan-you2，LIU Hui-fen1，SONG Xiu-li1
（1. Department of Agronomy，Tianjin Agricultural University，Tianjin 300384，China；2. Institute of Agricultural Engineering，
Jiangsu University，Zhenjiang 212013，Jiangsu Province，China）
Abstract：The economic value of Phalaris arundinacea，oxidative enzyme activity，the accumulation of heavy metal and the
content of N，P and K in rhizosphere soil of Phalaris arundinacea，the content of N and P，the activity of carbonic anhydrase and
the photosynthetic rate of Phalaris arundinacea were studied. Meanwhile，some representative plants growing in wetland were
compared with it. The results show that Phalaris arundinacea could adapt to the transitional reduction environment from water
body to the land. The abilities of Phalaris arundinacea disposing N，P and accumulating heavy metals in rhizosphere were higher
than those of Phragmites communis.
Key words：Phalaris arundinacea；wetland；N and P removal capacity；carbonic anhydrase activity；photosynthetic rate

人工湿地是一种模拟天然湿地将基质、微生
物和植物按一定方式配置而成的复合生态系统。
人工湿地具有投资少、运行费用低和处理效果好
等优点，故而自 20 世纪 80 年代起作为一种独具
特色的新型污水处理技术正式进入环保领域[1]。
作为人工湿地的核心，植物不但可以降解污染物、
促进污水中营养物质的循环和再利用，还能绿化
土地、改善区域气候、促进生态环境的良性循环。
由于湿地特殊的还原性环境以及特殊的环境功
能，人工湿地栽种的植物一般具有本土性、净化
能力强、根系发达、枝叶茂密、抗逆能力强、景
观与经济价值一体性等特点[2]。目前，人们研究
的湿地植物主要有芦苇、芦竹、香蒲、凤眼莲、
睡莲、灯心草等，但对虉草的研究甚少 [3-5]。本文
通过研究北固天然湿地虉草的生理特性、根际土
壤生化特性及经济价值，并将其与一些有代表性
的湿生植物进行比较，以期为虉草作为人工湿地
的适生植物提供理论基础和现实依据。
1 材料和方法
1.1 采样方法和处理
为了保证采集的虉草和芦苇所生长的土壤类
型相似，采样点之间连线与河流平行，并采取五
点取样法。选择植株生命力旺盛的阶段来采集鲜
样，以测定植物的碳酸酐酶活性和光合速率；采
集刚开始枯萎的植株，烘干、研磨、消化，以测
第 2 期 郝建朝，等：虉草作为湿地适生植物可行性分析 ·37·
定植被中的氮、磷含量；采集植被所对应的根际
土壤进行理化指标以及酶活性分析。
1.2 测试方法
植物碳酸酐酶活性的测定参照 Wilbur and
Anderson 的 pH 计法[6]，并做如下改进。测定介质
为 20 mmol/L 的巴比妥钠缓冲液（Barbital－Na2，
pH 8.3，0～4 ℃），提取介质为 10 mmol/L 的
Barbital-Na2缓冲液（pH 8.3，含 50 mmol/L 巯基
乙醇）；酶液的提取：将 0.5 g 叶片放到预冷的研
钵中，迅速加入液氮和 3 mL 提取介质进行研磨，
然后在 13 000 r/min 下离心 5 min，取上清液，冷
藏备测；保持反应系统在 0～2 ℃，取上清液 50～
1 000 µL，加入到已有 15 mL 测定介质的反应容
器中，迅速加入 10 mL 预冷的（0～2 ℃）饱和
CO2 蒸馏水，用 pH 电极监测反应体系 pH 值的变
化，记下 pH 值下降一个单位所需的时间（以秒为
单位），记为 T，在未加酶提取液的条件下 pH 值
下降一个单位所需的时间记为 T0，酶的活力用
Wilbur-Anderson（WA）表示，计算公式为：WA
＝T0/T-1。每个数据重复 3 次。光合速率、光照强
度采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光
合作用气体分析系统测定；植物氮、磷含量采取
高氯酸－硫酸消化电极法测定；土壤中的重金属
含量采用原子吸收法测定；土壤中的酶活性采用
比色法测定；土壤中速效磷含量采用碳酸氢钠法
测定；速效氨态氮和硝态氮采用电极法测定；总
氮、总磷采用高氯酸－硫酸消化电极法测定[7]62。
2 结果与讨论
2.1 虉草经济价值的分析
虉草又称草芦，为禾本科多年生草本植物，
具根状茎，茎秆粗壮、直立、光滑无毛，高 60～
150 cm，有 6～8 节。叶鞘无毛，叶舌薄膜质，叶
片扁平、绿色，幼叶时微粗糙，叶长 6～30 cm，
宽 1～2 cm。虉草草质鲜嫩，营养价值高，可作为
马、牛、羊的优质饲料。虉草的粗蛋白含量为
4.89%，粗脂肪为 2.06%，粗纤维为 33.19%，无氮
浸出物为 42.09%，粗灰分为 5.80%。鲜草粗蛋白
的可消化率为 78%，粗脂肪为 5.8%，粗纤维为
6.7%，无氮浸出物为 7.6%。虉草每公顷产量可达
30 000～45 000 kg[8]。以处理无毒废水为目的的人工
湿地可以栽种虉草作为牲畜的饲料，韩庆[9]等曾以虉
草代替大白菜喂食肉兔，发现虉草除口感稍差外，其
它各项指标都与大白菜相当，且粗纤维含量和蛋白质
含量都优于大白菜，很适合作为一些食草动物的饲
料。这样，通过能量的转化就可以增加虉草的经济价
值，降低人工湿地的运行费用。虉草还可以作为制造
纸浆的原料，虉草粗纤维含量为 33.19%，约比麦秸
低 10%，但虉草生长茂盛，适应性强，生长速度快，
南方每年可收割 3 次，北方可收割 2 次，能够为造纸
厂提供充足的原料。
2.2 虉草根际土壤氧化性酶
湿地长期被水浸渍，土壤发生氧化反应非常困
难。植被根际土壤中的氧化性酶对氧化反应的发生
起着非常重要的作用。土壤多酚氧化酶可以有效利
用植物通过呼吸作用输送的氧气来氧化土壤中的一
些酚类物质，土壤过氧化物酶借助过氧离子来氧化
根际土壤中的物质，能氧化比多酚氧化酶更多的物
质。由图 1 可知，芦苇根际土壤的多酚氧化酶活性
高于虉草根际土壤的酶活性，芦苇根际土壤中的过
氧化物酶活性低于虉草根际土壤的酶活性，但二者
多酚氧化酶和过氧化物酶活性的总量相差不多，说
明虉草根际土壤的氧化活性和芦苇根际土壤的氧化
活性相当，从而保证了氧化反应的顺利进行。

图 1 虉草和芦苇根际土壤的氧化酶活性
2.3 虉草氮、磷处理能力
湿地作为一种新型的污水处理方式，首先通
过土壤以及植物根系吸附和沉积水中的氮、磷，
其次通过植被吸收、转化土壤中的氮、磷，降低
其浓度，增加土壤竖直方向的浓度梯度，更有利
于氮、磷在土壤中的沉积和扩散[10-11]。植被作为
氮、磷转化的媒介，直接决定了湿地氮、磷处理
能力的高低。植被各生长阶段对氮、磷的需求是
不同的，成熟枯萎阶段的植被能反映植被在一个
生长周期内对氮、磷的需求量，也就是湿地对氮、
磷的转化量。此处以湿地植物芦苇为参比，来说
明虉草的氮、磷处理能力。由表 1 可知，虉草中
总氮和总磷含量分别是芦苇的 4 倍和 6 倍，虉草
对氮和磷的去除能力分别是芦苇的 2 倍和 3 倍。

天 津 农 学 院 学 报 第 15 卷

·38·
表 1 虉草和芦苇总氮、总磷含量以及氮、磷处理能力
植物总氮
含量（N）
植物总磷
含量（P2O5）
氮处理能力
（N）
磷处理能力
（P2O5）
植物
类型
% % kg N·hm-2 kg P2O5·hm-2
虉草 0.68 0.30 159.12 70.20
芦苇 0.17 0.05 77.76 22.88
注：氮、磷处理能力＝植物总氮、总磷含量×植物单
位面积产量×刈割次数
2.4 虉草对高氮、高磷、低钾环境的适应
氮、磷、钾是植物必需的大量元素，氮、磷、
钾比例失衡会抑制植物生长。土壤中的速效氮、
速效磷和速效钾可以被植物直接吸收，故把它们
看作是衡量土壤肥力的 3 个指标。虉草根际土壤
的硝态氮为 172.8 mg/kg、铵态氮为 44.0 mg/kg、
速效磷为 18.7 mg/kg。参照土壤理化分析手册[7]71
中土壤肥力指标可知，虉草根际土壤达到了肥沃
土壤的要求；但速效钾含量为 20.1 mg/kg，处于
极低水平，需要人工施肥。在这种高氮、高磷、
低钾的环境中，北固湿地虉草的长势非常旺盛，
虉草的面积逐年扩张。这可能和虉草能更好地适
应高氮、高磷、低钾环境有关。
2.5 虉草根系对金属离子的累积
由表 2 可知，虉草根际周围有效态镁、铜、
锌、铁、锰的含量高于芦苇根际土壤中金属离子
的含量。说明虉草根际土壤对重金属的累积能力
比芦苇强，这可能与植物的根系类型有关。虉草
属于“须根型”植物，芦苇属于“根茎型”植物，
陈章和[12]的研究表明，须根型植物和根茎型植物
在根系生长、分布特点、地上部向根系输送氧气
的能力、根表面和根际微生物的种类及数量等方
面都存在着显著差异，从而影响了植物对污水的
净化能力。须根型植物对缺氧环境的忍受能力比
根茎型植物差，对污水的净化能力则较根茎型植
物强。滨江带生态湿地是天然形成的，其土壤具
有同源性，从自然的角度证明了陈章和观点的正
确性，也说明虉草对重金属的处理能力优于芦苇。
表 2 虉草和芦苇根际土壤的重金属含量 mg/kg 土
Mg Cu Zn Fe Mn
芦苇 366.9 14.4 108.3 1 366.2 234.3
虉草 508.6 47.7 277.4 1 605.5 378.5

2.6 虉草碳酸酐酶、光合作用和光照强度间的关系
碳酸酐酶是催化 CO2和 HCO3－之间的相互转
化以降低 CO2 在叶肉细胞中的扩散阻力，为羧化
反应提供底物的一种酶。中午光照强度最大（见
图 2），而植物的光合速率和碳酸酐酶活性却最低
（见图 3）。这是因为：当光照增强时，植物的蒸
腾作用增强，造成体内缺水，而光合作用和碳酸
酐酶催化的反应都是以水为底物，如果光合作用
和碳酸酐酶活性也随着光照强度增强而增强，就
会导致植物严重缺水，不利于植物的生长[13]。所
以，光照达到一定程度时，植物的光合速率和碳
酸酐酶活性就会降低，这对植物也是一种保护作
用。由图 2 和图 3 还可以看出：光合速率和碳酸
酐酶活性的日变化为双峰，且上午的峰值高于下
午的峰值。尽管光合速率和碳酸酐酶活性显著相
关（r＝0.715，P＜0.05），但二者之间可能并不存
在必然的联系[14-15]。荷花和芦苇两种水生植物的
碳酸酐酶活性为 0，但其光合速率却比较大；诸葛
菜和油菜两种陆生植物的碳酸酐酶活性高达
1 757.07 和 1 520.12，但其光合速率却与虉草
（326.79）的相差不大（见表 3）。荷花和芦苇的
碳酸酐酶活性都是零，可能是由于水生植物有一
套独立的转化系统来维持 CO2和 HCO3－之间的平
衡；而诸葛菜和油菜的碳酸酐酶活性高则说明陆
生植物主要靠碳酸酶的催化来实现对 CO2 的转
化，为羧化反应提供底物，完成体内营养物质的
合成；虉草的碳酸酶活性远低于诸葛菜和油菜，
但高于荷花和芦苇，说明虉草具有水陆过渡的特
点，可以适应湿地水陆过渡性的特性。

图 2 光照强度的日变化

图 3 虉草碳酸酐酶和光合速率的日变化

第 2 期 郝建朝，等：虉草作为湿地适生植物可行性分析 ·39·
表 3 不同植物碳酸酐酶活性和光合速率日变化平均值
植物类型 荷花 芦苇 虉草 诸葛菜 油菜
碳酸酐酶活性
（WA）
0.00 0.00 326.79 1 757.07 1 520.12
光合速率
µmol·m-2·s-1
13.34 19.10 10.27 9.18 10.31

3 结论
虉草蛋白质、脂肪、纤维素含量比较高，很
适合作为动物饲料和造纸原料；虉草根际土壤的
氧化酶活性和芦苇相当，有利于氧化反应的顺利
进行；虉草自身氮磷含量及氮磷处理能力都高于
芦苇；虉草能适应高氮、高磷、低钾环境；虉草
对重金属离子的累积能力较芦苇强；虉草的光合
速率与水生植物和陆生植物的相差不多，而碳酸
酐酶却非常特殊，远远低于陆生植物，但相对于
芦苇和荷花又有一定的活性，更适合水陆过渡性
的环境。综上所述，虉草可以作为人工湿地的适
生植物。

参考文献：
[1] 徐琦. 人工湿地：污水处理新出路[J]. 环境经济杂志，
2005（13－14）：78－80.
[2] 王佳，舒新前. 人工湿地植物的作用和选择[J]. 环境与
可持续发展，2007（4）：62－64.
[3] 李文英. 几种常见湿地植物及其去污效果[J]. 湿地科
学与管理，2007，3（2）：63－64.
[4] 吴建强，阮晓红，王雪. 人工湿地中水生植物的作用
和选择[J]. 水资源保护，2005，21（1）：1－6.
[5] 廖新俤，骆世明，吴银宝，等. 人工湿地植物筛选的
研究[J]. 草业学报，2004，13（5）：39－45.
[6] Wilbur K M ， Anderson N G. Electrometric and
colorimetric determination of carbonic anhydrase[J].
Journal Biological Chemistry，1948，176：147－154.
[7] 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化性质分析[M].
上海：上海科学技术出版社，1978：50－200.
[8] 彭友林，陈建中，刘珍，等. 洞庭湖湿地虉草资源的
开发利用[J]. 湖南文理学院学报，2003，15（4）：35
－36.
[9] 韩庆，彭友林，陈建中，等. 洞庭湖湿地虉草替代大
白菜对肉兔生产性能的影响[J]. 草业科学，2005，22
（9）：52－54.
[10] 张太平，陈韦丽. 人工湿地生态系统提高氮磷去除率
的研究进展[J]. 生态环境，2005，14（4）：580－584.
[11] 宋志文，王仁卿，席俊秀，等. 人工湿地对氮、磷的
去除效率与动态特征[J]. 生态学杂志，2005，24（6）：
648－651.
[12] Chen Z H，Chen F，Cheng X Y，et al. Researches on
macrophyte roots in the constructed wetlands[J].
Current Tropic in Plant Biology，2004（5）：131－142.
[13] 戴新宾，翟虎渠，张红生，等. 土壤干旱对水稻叶片
光合速率和碳酸酐酶活性的影响[J]. 植物生理学报，
2000，26（2）：133－136.
[14] 李萍萍，陈歆，付为国，等. 北固山湿地芦苇光合作
用及其与环境的关系[J]. 江苏大学学报，2005，26
（4）：336－339.
[15] CHEN Xiong-wen，GAO Kun-shan. Roles of carbonic
anhydrase in photosynthesis of skeletonema costatum[J].
Journal of Plant Physiology and Molecular Biology，
2004，30（5）：511－516.




（上接第 13 页）
参考文献：
[1] 吴德瑜. 保水剂与农业[M]. 北京：中国农业出版社，
1991：1－10.
[2] 吴德瑜，梁鸣早. 保水剂及其在农业上的应用[J]. 农业
科技通讯，1987（3）：3－4.
[3] 杜太生. 保水剂在节水灌溉中的应用及其对作物生长
和水分利用的影响[D]. 杨凌：西北农林科技大学，
2001.
[4] 黄占斌，辛小桂，宁荣昌，等. 保水剂在农业生产中
的应用与发展趋势[J]. 干旱地区农业研究，2003，21
（3）：11－14.