全 文 ：第 26卷第 4期
2006年 4月
环　境　科　学　学　报
　Acta Scientiae C ircum stantiae
Vo .l 26, No. 4
Apr. , 2006
基金项目:中国高技术研究发展计划(863)项目(No. 2003AA601100)
Supported by th eH i-tech Research and Developm en t Program of Ch ina(No. 2003AA601100)
作者简介:吴春笃(1962— ),男 ,教授 , E-mai l:chunduw u@ sohu. com;*通讯作者(责任作者)
Biography:WU Chundu(1962— ), m a le, p rofessor, E-mai l:chunduwu@ sohu. com;*Correspond ing author
吴春笃 ,沈明霞 ,储金宇 ,等. 2006.北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究[ J] .环境科学学报 , 26(4):674 - 678
W u C D , ShenM X, Chu J Y, et a l. 2006. On the capacity of accum u lation and tran sfer of ni trogen and phosphorus in Pha laris arund ina cea Linn in
M oun t BeiguW etland[ J] . Acta Scientiae C ircum stan tiae, 26(4):674 - 678
北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究
吴春笃 1, * ,沈明霞 1 ,储金宇 1 ,高　平2
1. 江苏大学生物与环境工程学院 ,镇江 212013
2. 江苏省镇江市环境保护局 ,镇江 212000
收稿日期:2005-09-09　　　修回日期:2006-01-19　　　录用日期:2006-02-23
摘要:通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Pha laris arund inacea Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷 /总氮含量及氮 /磷累计的动态变
化规律 ,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势 ,茎的生物量远大于叶和根. 2)叶中的氮含量大于茎
和根 ,在 4月份时达到峰值 33. 02m g g - 1;根中的磷含量远大于叶和茎 ,在 8. 94～ 9. 83 m g g- 1之间. 3)各器官对氮的累积以茎为最高 ,在 5月
份时达峰值 ,为 16272m g m - 2;根中的磷累积最高 ,茎其次 ,峰值分别为 3196m g m - 2、5097m g m - 2. 4)相关性分析结果提示氮 /磷的去除量与
植物的生物量成正相关 ,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.
关键词:湿地;虉草;总氮;总磷
文章编号:0253-2468(2006)04-0674-05　　　中图分类号:X703. 1　　　文献标识码:A
On the capacity of accumulation and transfer of nitrogen and phosphorus in
Pha laris arundinacea L inn inM ount Be iguW etland
WU Chundu
1, * , SHEN M ingx ia1 , CHU Jinyu1 , GAO Ping2
1. S chool ofB iological and E nvironm ental Engineering in Jiangsu Un iversity, Zhen jiang 212013
2. Zhen jiang Env ironmental Protection Bu reau , Zhen jiang 212000
R eceived 9 S ep tem b re 2005;　　　 received in revised form 19 January 2006;　　　 accepted 23 Feb ru ary 2006
Ab stract:In order to explore the transfer capacity of total nitrogen and total phosphorus(TN /TP) in Phalaris arund inacea Linn , a dom inan t species in
M oun t Beigu wet land, the dyn am ic pattern of the b iomass, TN /TP con ten t and accum u lation at d ifferent grow th stagesw ere studied. The resu lts show ed
that, 1) the total b iom ass increased earlier and reduced later during the who le g row th s tages, and stem had th e h iges t b iomass in total plan t;2) th e
conten t of TN in leaf w as h igh er than th at in s tem and in root, reached th e peak value(33. 02m g g -1) inAp ri.l Th e con ten t ofTP in root, ranging from
8. 94 m g g - 1 to 9. 83m g g - 1 , wasm uch h igher than that in leaf and stem;3) the accum u lation value of TN in stem w as h igher th an that in others ,
reaching the peak (16272. 37 mg m - 2) inM ay. The order ofTP accum u lationw as roots>stem s, th e p eak values were 5097. 07 m g m - 2 and 3196. 63
m g m - 2 respect ively;4) analysis confirm ed a strong correlation betw een the rem oval capacity ofTN /TP and the b iom ass. IfPhalaris arund inacea Linn w as
harvested at p roper tim e, the ni trogen and phosphorus cou ld be tran fered in to i t and rem oved from the w etland.
Keywords:w etland, Pha la risa rund ina cea Linn, TN and TP, transfer capacity
1　引言 (Introduction)
利用天然湿地去除水中污染物 、提高水质是当
前最经济 、高效的水环境改善技术之一 (成水平等 ,
2004).湿地中的大型水生植物在水生生态系统中
处于初级生产者的地位 , 能够发挥多种生态功能 ,
如短期储存 N、P、K等水体中的矿质养分 ,去除水体
中的污染物 ,抑制低等藻类的生长和促进水中其它
水生生物的代谢. 大型水生植物易于人工操纵 ,可
通过人工收获 ,将其固定的氮 、磷带出水体 ,因此 ,
可以利用大型水生植物进行污水处理.
湿地植物对 N、P等的转移能力直接关系到湿
DOI牶牨牥牣牨牫牰牱牨牤j牣hjkxxb牣牪牥牥牰牣牥牬牣牥牪牬
4期 吴春笃等:北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究
地系统的运行效果. 这种迁移能力与污染物种类 、
植物地上部分净生长量 、单位生物量的污染物蓄积
强度和生物量的增加速率有关. 因此 ,影响植物生
长量的因素又都会影响植物对污染物的转移 ,比如
植物种类 、生长期 、季节 、收获方式和种植密度等因
素.植物对污染物的转移能力大小在一定程度上可
以从吸收污染物后的植物组织成分中反映出来 (廖
新俤等 , 2005).
本文所研究的虉草是我国长江下游滨江湿地
的一种优势植物. 对镇江长江内江滩涂———北固山
湿地植被进行的深入调查研究表明 ,从季相动态上
看 ,群落的优势种先是虉草单优种群 ,接着是虉草
-芦苇共优种群 ,最后是芦苇单优种群. 虉草和芦
苇构成了季节交替的 2种优势植物 ,形成了较好的
生态景观 ,同时也为污染物提供了很好的连续去除
作用. 虉草作为一种牧草和饲料植物 ,国内外均有
过研究 (彭友林等 , 2003;W illem K et a l. , 1996),但
将其作为对湿地有贡献的物种的研究尚很少.本文
对镇江北固山湿地植被系统进行调查分析 ,选择其
中优势植物之一虉草作为研究对象 ,研究其生物量
及其对氮磷积累的动态情况 ,进而分析其对氮磷的
转移能力 ,从而为湿地去污能力的研究提供理论
依据.
2　材料和方法(Mate ria ls andme thods)
2. 1　现场调查
本课题所研究的北固山湿地位于长江中下游
平原的镇江市北固山脚下 ,是典型的长江淤积型湿
地.芦苇和虉草是优势种. 虉草冬前萌发 ,但遇到较
冷的冬季 ,有相当一部分死亡. 因此 ,在测量时 ,选
择年后萌发的主茎 ,二月中旬开始萌芽 ,生长缓慢 ,
随着温度升高 ,速度加快;至 3月底 ,开始拔节 ,进入
快速生长期;4月中下旬进入孕穗期;5月初 ,开始抽
穗 ,最终平均株高 1. 6m ,其中穗长 0. 12 m. 7月份 ,
湿地出现年周期的高水位 , 虉草陆续进入死亡状
态.该湿地总面积约 33×104 m2 ,其中虉草面积约占
1 /3.为了最大限度地减少试验研究对该湿地的破
坏 ,选取该湿地北面约 40000m 2的部分作为研究
区域.
2. 2　植物样品的采集及预处理
在研究区域的对角线上取 4个顶点和 1个中
点 ,共设置 5个采样点 ,所测数据为 5个点的平均
值.地上生物量采用收割法 ,每次 3个重复. 在采样
点用塑制小铲和不锈钢剪刀分别采集虉草的茎 、
叶 、根样品 ,放入聚乙烯塑料袋中密封保存 , 带回实
验室后立即进行预处理. 在实验室中 ,植物根系 、
茎 、叶分别用自来水冲洗干净 ,再用去离子水冲洗 3
遍 ,在 105℃干燥箱中杀青半小时 ,然后在 60℃下烘
干至恒重 ,称重后装入样品袋内密封保存 (Em ily K
G reen, 2002;Johansson et al. , 2003). 由于该湿地 7
月份时的水位达 2 ～ 3 m ,故 7月份没有取到根的
样品.
分别选取每种植物烘干后的茎 (将茎分成 3 ～ 4
段 ,取各段的 1 /10混合)、叶和根各 5g,在陶瓷砚钵
中反复研磨至粉末状 ,测定样品中 TN 、TP含量 (丁
峰元 , 2003).
2. 3　样品的测定方法
植物的消解用上海新仪微波消解仪;H2 SO4 -
H 2O 2体系消解;TN采用半微量凯氏定氮法;TP采用
鉬锑抗分光光度法.
3　结果(Results)
3. 1　不同季节虉草的生物量
生物量(biomass)是指观察期间地表单位面积
内所存在的有机体总量或储存的总能量 ,又叫现存
量(standard crop). 生物量的大小是衡量湿地生态
系统生产力的重要标志之一. 不同时期虉草各器官
的生物量如图 1所示.
图 1 虉草生物量的季节动态
Fig. 1　 Seasonal dynam ics of th e b iom ass in Pha la ris arundinacea
Linn　
由图 1可见 ,单位面积虉草的叶 、茎 、根及总的
生物量的变化呈先增加后减小的趋势 , 4 ～ 5月份生
物量增长速度最快 , 至 5月份达顶峰 , 峰值为
3720.32 g m -2. 由此可推断 , 4 ～ 5月份是虉草的生
长旺盛期 ,而 5月份以后虉草便进入衰亡期. 由图 1
亦可见 ,虉草茎的生物量在整个生长周期内变化最
为显著 ,是构成虉草生物量的主要部分 ,叶和根的
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环　　境　　科　　学　　学　　报 26卷
变化则比较缓和.
3. 2　虉草中氮 、磷元素的动态分布
3. 2. 1　虉草各器官氮 、磷含量的变化　植物叶 、茎 、
根氮磷元素含量变化 ,除与外界环境和氮磷元素供
给有关外 ,与其自身结构特点及生长节律有关. 该
湿地虉草各器官总氮 、总磷含量变化如图 2所示.
图 2 虉草各器官的氮 、磷含量的季节动态(a. TN , b. TP)
Fig. 2　 Seasonal dynam ics ofTN and TP con ten t in d ifferent organs
ofPha la ris a rund ina cea Linn
由图 2可以看出 ,叶中的氮含量呈先增后减的
趋势 ,在 4月份的时候达到最高 ,表现出叶由生长旺
盛期到衰亡期的转变过程.一般认为叶经过旺盛期
后开始衰落 ,在衰老过程中蛋白质逐步分解和转
移 ,约有 10% ～ 20%的氮残留在老叶中 ,最后以凋
落物的形式将这部分氮归还到土壤中 ,另一部分则
以酰氨的形式转移至其它器官 (Chapin Ⅲ et a l. ,
1980;Em ily K. G reen et al. , 2001).茎在 3月份即虉
草返青的季节氮含量最高 ,以后逐渐减少 ,到 6、7月
份最低 ,此时虉草因被水淹没而枯萎;根中的氮含
量度则呈现先减后增的趋势 ,这是由于根在植物的
生长期 3 ～ 5月需要向植物各个器官输送养分 ,而在
衰亡期 (6月)因虉草是多年生植物 ,根又需要蓄积
养分以待来年生长的需要. 5月份正是结穗的繁殖
季节 ,所以穗在这个时期氮含量很高 ,但到 6月份籽
从穗中脱落以后 ,穗中的氮含量迅速下降. 比较虉
草生长期内各器官总氮含量差异 ,叶始终最高 ,茎
和根次之.
虉草在其整个生长期内各器官的磷含量随时
间的变化起伏不大 ,叶和茎的磷含量相差很小 ,这
与叶 、茎中的氮含量明显不同 ,但根的磷含量一直
最高 ,而穗的磷含量在繁殖季节很高 ,待其脱落以
后迅速降低.
与其它器官不同 ,根的氮磷含量在 6月份时均
有上升的趋势 ,可能由于多年生植物在枯萎期来临
之前需要将养分转移至根部 ,为来年的萌芽生长储
存必要的营养物质.
3. 2. 2　虉草各器官中氮 、磷积累的变化　虉草群落
初级生产既是能量固定过程 ,亦是氮磷元素的积累
过程.可以根据各器官氮磷元素的含量以及相应时
期的生物量来求得各器官氮磷元素的总量. 氮磷积
累量随时间的变化趋势如图 3所示 ,随着虉草的生
长 ,氮 、磷积累量均呈先增大后减小的趋势 ,但由于
各器官所占比重以及氮磷含量的不同 ,其氮磷积累
量的差异性很大. 由图可见 ,虉草中茎的氮积累最
多 ,叶次之 ,根最少 ,叶 、茎 、根的峰值分别约为 6160
mg m - 2、 16272 mg m -2 、3320 mg m -2. 由数据可
见 ,虉草中茎是氮的最大的积累器官 ,叶其次. 各器
官的磷积累与氮积累之间的差异性很显著. 磷在根
中的积累最大 ,茎次之 ,叶最低 ,叶 、茎 、根的磷积累
峰值分别约为 1383 mg m - 2、 3197 mg m -2 、 5097
mg m -2.在虉草中根是磷的最大的积累器官 ,这对
多年生的植物具有重要的意义.
图 3 虉草各器官的氮 、磷积累的季节动态
Fig. 3　 Seasonal dynam ics of TN and TP accumu lat ion in d ifferent
organs ofPha laris arund inacea Linn
综合以上研究结果 ,虉草中的氮含量和积累普
遍高于磷含量和磷积累.叶 、茎中的氮磷含量在 3、4
月份较高 ,此阶段是快速生长期 ,虉草对氮磷的吸
收能力强;而在 4月份以后氮磷浓度下降 ,这是由于
经过快速生长期后 , 虉草进入抽穗期 ,需要大量的
营养元素 ,所以茎叶中的氮磷大量转移到穗中 ,致
676
4期 吴春笃等:北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究
使茎叶中的氮磷含量下降;但虉草并没有停止生
长 ,生物量继续增加 , 所以单位面积的氮磷积累量
均在五月份达到峰值 ,此后开始下降. 到 6月份以
后 ,虉草被大水淹没 ,进入衰亡期 ,氮磷含量和氮磷
积累量继续下降 ,但氮磷含量的下降速度趋缓.
3. 3　区域养分限制状况
生态系统中氮和磷的供应情况对于植物生长
具有重要的影响 (U lrike Ruckauf et a l. , 2004),
W illem等曾对欧洲淡水湿地中植物体中 N∶P进行
测定 ,并指出植物体中 N∶P有一个重要的值 ,即 N∶P
>16时 ,区域中植物生长受 P限制 , N∶P <14时 ,受
N限制 ,而 N∶P在 14 ～ 16之间 ,则 N和 P同时限制
植物生长.本研究中虉草 N∶P的平均值为 3. 868,虉
草的生长可能受氮元素的限制 ,即氮元素的增加会
引起虉草生物量的增加.
3. 4　虉草叶茎 (即地上部分 )氮磷含量 、生物量与
氮磷积累的相关性分析
用 SPSS软件对虉草叶茎 (即地上部分 )氮磷含
量 、生物量与氮磷积累进行相关性分析 , 采用
Spearman相关系数 , n=25,得表 1和表 2.表中**
表示相关性高度显著 (p﹤ 0. 01);*表示相关性显
著 (p﹤ 0. 05).
表 1　虉草地上部分生物量 、总氮含量及积累之间的相关关系
Tab le 1 　 The correlation of the biom ass w ith the conten t and
accumu lation of TN in overg round organs
氮积累 生物量 氮含量
氮积累 1 0. 932** - 0. 282
生物量 0. 932** 1 - 0. 665
氮含量 -0. 282 - 0. 665 1
表 2　虉草地上部分生物量 、总磷含量及积累之间的相关关系
Tab le 2 　 The correlation of the biom ass w ith the conten t and
accumu lation of TP in overground organs
磷积累 生物量 磷含量
磷积累 1 0. 597* 0. 323
生物量 0. 597* 1 - 0. 184
磷含量 0. 323 - 0. 184 1
由表 1和表 2可见 ,植物地上部分对氮磷的积
累主要受生物量的影响 ,与生物量高度相关;生物
量与氮积累的相关性大于与磷积累的相关性 ,这个
结果与上述虉草的生长受氮限制的结论一致.
3. 5　虉草对氮磷的吸收估计
植物从湿地中转移养分主要是通过收获的途
径 ,其转移能力与植株地上部分的生物量及化学成
分相关(Be ritA rheimer et a l. , 2002). 由虉草在湿地
环境中的生物量及其氮磷含量峰值数据 ,可得虉草
地上茎叶部分氮的最高吸收量为 22. 43 g m -2 ,磷
的最高吸收量为 5. 90 g m -2. 北固山湿地的虉草总
面积约为 44688 m2 ,如果在 5月初对其中的虉草进
行收割 ,每年即可从湿地带走 1002 kg总氮和 263
kg总磷. 并且此时收割的虉草植株幼嫩 ,营养丰富 ,
是优良的草料 (W illem K et a. l, 1996). 既从湿地转
移了一部分的氮磷 ,解决了虉草死亡带来的二次污
染的问题 ,又创造了一定的经济价值.
4　结论(Conc lusions)
1)北固山虉草生物量随生长的时间呈先增加
后减少的趋势 ,茎的生物量远大于叶和根.
2)叶中的氮含量大于茎和根 ,在 4月份时达到
峰值 33. 02 mg g -1;根中的磷含量远大于叶和茎 ,
在 8. 94 ～ 9. 83mg g- 1之间.
3)虉草各器官对氮的累积以茎为最高 ,在 5月
份时达峰值 ,为 16272mg m -2;根中的磷累积最高 ,
茎其次 ,峰值分别为 3196mg m -2 、5097 mg m -2.
4)镇江市北固山湿地虉草对氮磷的吸收量与
其生物量成正相关 ,适时收割虉草可以从湿地中转
移氮和磷 ,防止湿地水体富营养化.
References:
BeritA rheim er, Hans BW ittgren. 2002. Modelling ni trogen rem oval in
po ten tial w et land s at the catchm en t scale [ J ] . Eco logica l
Engineering, 19(1):63— 80
Chap inⅢ , F. S. 1980. The m ineral nu trit ion of w i ld p lan ts[ J] . A nnua l
Review ofE cology and System atics, 11:233— 260
Cheng S P, Wu Z B, K uang Q J. 2004. The Research of th e P lants in
the con structedw et land [ J] . Jou rn al of Lak e S cien ces, 24(4):56—
58( in Ch inese)
Ding F Y. 2003. The p rim ary s tudies on n itrogen and phosphorus cycling
and po llu tan t refin ing in th e coastalw etland ofYangtae estuary[ D] .
Shanghai:Shangh aiNorm alUn iversity, 36— 45( in Ch inese)
Em ily K Green, Su sanM , G alatow itsch. 2001. Dif feren ces in w etland
p lan t comm uni ty estab lishm en t w ith add ition of n itrate - N and
invasive species(Phalaris arund inacea and Typha xg lau ca)[ J] . C an
J Bot, 79:170— 178
Em ily K , Green, Su san M , G alatow i tsch. 2002. E ffects of Pha laris
arund inacea and n itrate -N add ition on the estab lish ofw etland p lant
commun ities[ J] . Journa l ofApp lied Eco logy, 39:134— 144
Johansson A E, Kasim ir K lem edtsson A , K lem ed tsson L, et a l. 2003.
N i trous oxide exchangesw ith th e atm osphere of a con structedw etland
treating w astew ater[ J] . Te llus, 55B:737— 750
677
环　　境　　科　　学　　学　　报 26卷
Liao X D, Luo S M , W u Y B, et a l. 2005. C om parison of nu trien t
rem ova l abi lity betw eenC yperus a lterni folius andV etiveria zizanioides
in constructed w etland s [ J] . Ch inese Jou rn al ofApp lied E cology, 16
(1):156— 160 ( in C hinese)
Peng Y L, Chen J Z, L iu Z , et a l. 2003. The exp loitation and u ti lize of
the resou rces of Pha laris arund inacea in th ew et land ofDongting Lake
[ J] . Jou rnal of H unan Univers ity of A rts and S cien ce(Natu ral
Science Ed ition), 15(4):35— 36( in Ch inese)
U lrike Ruckau f, Jurgen Augu stin, Rolf Ru ssow et al. 2004. N i trate
rem ova l f rom d rained and reflooded fen soi ls affected by soil N
trans form ation processes and p lant uptake [ J] . Soil B io logy and
B iochem istry, 36:77— 90
W illem K, A rthu r F M. 1996. V egetation N:P ratio:a new too l to detect
the natu re of nu trien t lim i tation[ J] . JApp lE col, 33:1441— 1450
中文参考文献:
成水平 ,吴振斌 ,况琪军. 2004. 人工湿地植物研究 [ J] .湖泊科学 ,
24(4):56— 58
丁峰元. 2003. 长江口滨海湿地氮 、磷循环及污染净化初步研究
[ D ] .上海:上海师范大学 , 36— 45
廖新俤 , 骆世明 ,吴银宝 ,等. 2005.车草和香根草在人工湿地中迁
移养分能力的比较研究 [ J] .应用生态学报 , 16(1):156— 160
彭友林,陈建中 ,刘　珍 ,等. 2003.洞庭湖湿地虉草资源的开发和利
用 [ J] .湖南文理学院学报(自然科学版), 15(4):35— 36
678