全 文 ：河岸美人蕉和香根草的生长繁育及其腐烂规律*
李睿华 1 , 2**　管运涛 1 , 3, 4　何　苗 1 　胡洪营 1　蒋展鹏 1
(1清华大学环境科学与工程系 , 北京 100084;2南京大学环境学院环境工程系 , 南京 210093;3清华大学深圳研究生院 ,
广东深圳 518055;4清华 -京大环境技术联合研究和教育中心 , 广东深圳 518055)
摘　要　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 >20 cm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 130 d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、NH +4 -N和 TP浓度并不持续增加。
关键词　河岸带;美人蕉;香根草;水深耐受性;腐烂规律
中图分类号　X703.1　文献标识码　A　文章编号　1000 -4890(2007)03 - 0338 - 06
Grow th and decay patterns of r iparian Canna glauca and Ve tiveria zizanio ides. LI Rui-
hua
1, 2 , GUAN Yun-tao1, 3, 4 , HEM iao1 , HUHong-y ing1 , JIANG Zhan-peng1(1Department of En-
vironmental Science and Eng ineering , Tsinghua University, Beijing 100084, China;2School of
Environmen t, NanjingUniversity , Nanjing 210093, China;3GraduateS choola tShenzhen , Tsing-
hua University, Shenzhen 518055, Guangdong , China;4Cooperative Research and Education
Center forE nvironmental Technology, KyotoUniversity＆ TsinghuaUniversity, Shenzhen 518055,
Guangdong , China) . Chinese Journal of Ecology, 2007, 26(3):338 -343.
Abstract:The study on the g row th and decay ofCanna glauca andVetiveria zizanioides in a pilo t
sca le tria l of riparian ecosy stem restora tion show ed tha t bo th C. glauca and V. zizanioides didn’
t have strong endurance in deep wa ter. C. g lauca did no t adapt to the w a ter body in a dep th
mo re than 20 cm , butV. zizanioides cou ld grow in deeperw a ter dep th. The aboveground biomass
ofC. g lauca and V. zizanioides was 27. 5% and 79% more than the ir underground biomass, and
the ha rvest of the ir aboveg round biomass cou ld remove 59% and 57%o f to tal N and 55% and
57% of to tal P, respec tive ly. A fter dunked in w ater for 130 days, the aboveground pa rt o fC.
glauca lost 31.89% of its dry mass, 49.43% of to talN , and 77.30% of to tal P, while tha t o f
V. zizanioides lo st 19.8% of its drymass, 47.54% of to talN , and 86.06% o f totalP. The dun-
k ing of the p lants induced the re lease o f organic m aterials, N and P, but the concentra tions o f
COD, NH+4 -N and TP in w a te r didn’ t have a persisten t increase.
Key words:ripa rian zone;Canna g lauca;Vetiveria zizan ioides;endurance in deep w ater.
*国家 “十五 ”重大科技专项资助项目(2003AA601080)。
**通讯作者 E-m ail:liruibua@ n ju. edu. cn
收稿日期:2006-06-06　　接受日期:2006-09-30
1　引　言
河岸水生植物带对稳定河岸 ,提供野生动物栖
息地 ,维持河流生态系统的完整性起着重要作用
(杨海军等 , 2004;钟春欣和张玮 , 2004)。同时 ,可
以去除河水中的营养物质 (Jiang et a l. , 2001;王超
等 , 2003), 减轻河流的非点源污染 (Ralf＆ Pea ll,
2001;Stone et al. , 2003),对改善河水水质 ,提高河
流自净能力有重要作用 (李睿华等 , 2006a, b)。在
河道浅水处种植水生植物 ,恢复河岸植物带是一种
生态学杂志 Chine se Journal o f Eco logy　2007, 26(3):338 - 343　　　　　　　　　　　　　
重要的河流生态修复措施 (郑天柱等 , 2002;封福记
等 , 2003)。水深对河岸带中的植物影响较大 ,它影
响植物的分布 (Riis et al. , 2001)、生长与繁殖
(G race, 1989;K irkman＆ Sharitz, 1993),不同植物对
水深的耐受性差别很大(B lanch et al. , 1999)。因此
在河岸带恢复中 ,有必要对植物的水深耐受性进行
系统研究。植物对氮 、磷的固定与释放规律对河岸
带的作用与功能影响很大 (Cey et al. , 1999;C la rke,
2000)。美人蕉 (Canna glauca)(鲁敏和曾庆福 ,
2004)和香根草(Vetiveria zizanioides)(廖新俤和骆世
明 , 2002)在人工湿地研究中应用较多 ,在河岸带很
常见 ,是进行河岸带生态修复中普遍采用的水生植
物 。在对美人蕉和香根草河岸带的短期研究的基础
上 (李睿华等 , 2006a),着重对美人蕉和香根草对水
深的耐受性 、它们的生长与繁殖 、生物体腐烂释放污
染物的规律等进行了 1年的研究 ,旨在为河岸带的
生态修复提供科学依据。
2　材料与方法
2.1　河水水质
试验从 2004年 6月 10日 — 2005年 6月 1日 ,
历时近 1年 。在此期间 ,河水水质变化较大 。有机
碳 (COD)为 20 ～ 140 mg L -1 , NH4 +-N为 2 ～ 30
mg L -1 ,总氮(TP)为 0.05 ～ 0.4 mg L- 1 ,河水的
可生化性较差 ,可生化系数一般只有 0.1 ～ 0.2。
2.2　中试场地与种植方式
中试河岸带位于山东省淄博市孝妇河黄土崖段
的河滩地上。整个香根草或者美人蕉中试场地长
15 m ,宽 10 m。从进水到出水形成了水深从 0 ～ 30
cm的水面 (图 1)。
植物种植方式为行距 25 cm ,列距 25 cm ,菱形
种植 ,种植植物约 2 400株 。
通过潜水泵将河流直接打入中试场地 ,通过阀
门调节进水流量。水力停留时间 (HRT)为 2 d时 ,
水力负荷为 8 cm d-1。在进水槽和出水槽取水样
进行水质分析。
2.3　样品处理与分析
整个试验主要获取了植物高度 、密度 、地上与地
下生物量 、监测进出水的 COD、NH4 +-N、全磷(TP)、
浊度 ,同时监测水温和溶解氧(DO)等参数。
在植物生长停止后 ,完整地取出包括地上和地
下部分的美人蕉和香根草植株 , 在距离地面以上
20 cm处截断分为地上部分和地下部分。将所得到
图 1　香根草河岸带中试场地
Fig. 1　R ipar ian V. zizan io ides zone
的美人蕉和香根草的地上与地下部分晒干 ,分析其
全氮 、全磷与水分 ,计算地上与地下的质量百分比。
然后综合分析美人蕉和香根草河岸带中美人蕉和香
根草的生物量 、地下和地上生物量及固定的氮 、磷
量。
　　取美人蕉和香根草地上干物质 55 g左右放入
塑料盆中 ,加入 6 L蒸馏水放在房间里进行浸泡试
验 ,浸泡时间从 2005年 1月 21日开始 ,到 2005年 6
月 1日结束 ,历时 130 d。每周取样 1 ～ 2次 ,监测浸
泡水过滤后水的 COD、NH4 +-N 、全磷浓度 , 并补充
蒸馏水保持水面高度恒定。
COD分析采用重铬酸钾法;NH4 +-N分析采用
纳氏试剂分光光度法;TP采用钼锑抗分光光度法
(蒋展鹏和祝万鹏 , 1997;国家环保总局 , 1998);浊度
采用浊度计测量。水温和 DO用溶解氧测定仪测量。
3　结果与分析
3.1　中试河岸带美人蕉 、香根草的生长状况
美人蕉于 2004年 5月初种植 ,在 6月 25日开
始测试 , 11月 11日监测结束 。香根草种植时间为
2004年 6月初 ,从 6月 25日开始测试 ,到 8月 14日
左右香根草的高度达到最高点 ,随后基本保持不变 ,
到 9月 10日监测停止。
　　将整个河岸带分为 0 ～ 10、0 ～ 20和 20 ～ 30 cm
3个水深区 9个区块 ,分别位于左 、中 、右 3个区块。
对各区块中株高每周测量 1次 。同一水深区域的 3
个区块植物高度的平均值代表该水深区域植物的高
度。在各水深区域选取目测植物最茂密的 1 m2的
区域 , 1月 1次测量其中的露出水面的植物株数代
339李睿华等:河岸美人蕉和香根草的生长繁育及其腐烂规律
表该水深区域植物的密度 。
图 2是对美人蕉河岸带中美人蕉高度的监测情
况。开始监测时 ,各水深区域美人蕉的高度基本一
致 ,随后由于受到水深的影响 ,它们的生长出现差异 ,
到 9月底后美人蕉的高度基本不再增加 ,但是依然在
开花 ,直到衰败。各水深区域植物高度顺序为 h0 - 10
>h10 - 20 >h20 -30。浅水水域美人蕉的高度在 260 cm
左右 ,而深水水域只有 100 cm左右 ,差别巨大。
图 3是美人蕉在不同水深区域密度的变化情
图 2　美人蕉河岸带中美人蕉的生长
F ig. 2　Grow th ofC. g lauca in C. g lauca r iparian zone
0点为 2004年 6月 18日。
图 3　美人蕉河岸带不同水深区域美人蕉的密度
F ig. 3　C. glauca density in d ifferen t w ater dep th s in C.
g lauca zone
况。在浅水水域美人蕉的密度增加很快 ,水域越深 ,
密度增加越慢 。在同一时间 ,各水深区域植物的密
度顺序为 d0 -10 >d10 - 20 >d20 -30。 d20 -30只有 d0 - 10的
20%左右 。
　　结合美人蕉河岸带中各水深区域美人蕉高度和
密度的变化情况 ,可以认为美人蕉适合在浅水水域
生长 ,水深超过 20 cm ,美人蕉的生长较差 。
　　图 4是香根草河岸带各水深区域香根草的生长
情况 。从图 4,可见浅水水域香根草的高度大于深
水水域 ,即 h0 - 10 >h10 -20 >h20 -30。也可以发现浅水
水域香根草高度可达 240 cm左右 , 20 ～ 30 cm水域
中香根草高度也可以达到 180 cm左右。
图 4　香根草河岸带中香根草的生长
Fig. 4　Grow th ofV. zizan ioides in V. zizan ioides zone
0点为 2004年 6月 18日。
　　从图 5可知 , 0 ～ 10 cm水域中香根草密度最
大 , 10 ～ 20和 20 ～ 30 cm水域中香根草的密度相差
不大 。 d20 - 30只有 d0 - 10的 50%左右。
　　结合香根草河岸带中各水深区域香根草的高度
与密度变化情况 ,可以认为香根草更适合于浅水水
域生长 ,但是它对水深的耐受性比美人蕉要强。
3.2　美人蕉 、香根草的生物量及氮 、磷固定与释放
从表 1可见 ,美人蕉植物体氮含量比香根草高 ,
其中地上部分的氮含量高 1倍以上 。在植物的地上
地下部分两种植物磷含量相差都不大。
　　从表 1和表 2可见 ,美人蕉地上的生物量比地
下的多 27.5%。地上和地下美人蕉的氮 、磷含量差
别不大。地上美人蕉固定的氮 、磷总量分别比地下
美人蕉固定的氮 、磷总量大约多 45%和 22%。在河
岸带通过收割美人蕉可以分别带走美人蕉所固定的
340 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 26卷　第 3期　
图 5　香根草河岸带不同水深区域香根草的密度
F ig. 5　V. zizan ioides density in d ifferen t wa ter dep th s in
V. zizan ioides zone
表 1　美人蕉 、香根草地上 、地下质量分配与全氮 、全磷含量
Tab. 1　W eigh t d istr ibut ion and TN and TP in overground
and underground C. glauca and V. zizan ioides
植物 地上质量(%) 地下质量(%)
地上(g kg- 1)
全氮 全磷
地下(g kg -1)
全氮 全磷
美人蕉 56. 04 43. 96 16. 7 2. 4 14.5 2.5
香根草 64. 20 35. 80 8. 1 2. 3 11.3 2.8
表 2　各河岸带总植物量与氮 、磷含量及其地上 、地下分布
Tab. 2　Biomass, N and P and the ir d istr ibu tion s in over-
ground and underground C. g lauca and V. zizan io ides
植物
干质量(kg hm - 2)
总质量 地上 地下
氮含量(kg hm - 2)
地上 地下 总量
磷含量(kg hm - 2)
地上 地下 总量
美人蕉 7936 4447 3489 74 51 125 11 9 20
香根草 8312 5337 2975 43 33 76 12 9 21
全部氮 、磷的 59%和 55%,因此收割美人蕉可以在
一定程度上消除美人蕉腐烂释放的氮 、磷等营养物
质 。
香根草地上的生物量比地下的多 79%。地上
香根草氮 、磷含量比地下的氮 、磷含量小 ,但是地上
香根草固定的氮 、磷总量分别大约比地下香根草固
定的氮 、磷总量多 30%和 33%。在河岸带通过收割
香根草可以分别带走香根草所固定的全部氮 、磷的
57%,因此收割香根草也可以在一定程度上也可消
除香根草腐烂释放的氮 、磷等营养物质。
依照所得数据计算 ,美人蕉和香根草河岸带一
年的生物量分别为 7 936和 8 312 kg hm -2 ,其中
美人蕉地上 、地下的生物量分别为 4 447和 3 489 kg
hm -2 ,香根草地上 、地下的生物量分别为 5 337和
2 975 kg hm -2。美人蕉地上植物固定的氮 、磷量
分别为 74和 11 kg km -2 ,地下植物固定的氮 、磷
量分别为 51和 9 kg hm -2。香根草地上植物固定
的氮 、磷量分别为 43和 12 kg hm -2 ,地下植物固
定的氮 、磷量分别为 33和 9 kg hm - 2。
3.3　美人蕉和香根草中释放污染物试验
从图 6可知 ,美人蕉开始浸泡后 ,水中 COD的
浓度迅速上升至 400 mg L -1左右 , 20 d后 COD在
100mg L -1左右波动 。到第 100天 (时间为 2005年
5月 1日)以后 , COD的浓度上升至 300mg.L - 1以上。
香根草开始浸泡后 , COD浓度在 150 mg L -1 ,此后
COD基本在 150 ～ 200mg L -1范围内变化 。 100 d
以后 COD浓度上升至 350 mg L -1以上。
图 6　美人蕉和香根草浸泡释放的 COD浓度
Fig. 6　COD concen tration re leased by dunked C. g lauca
and V. zizan ioides in water
0点为 2005年 1月 21日。
　　刚开始浸泡时 ,美人蕉 、香根草释放的 COD使
得 COD浓度迅速上升 ,随着时间的延长 ,水中的微
生物生长 ,分解有机物 ,植物的释放与微生物的分解
达到相对的平衡 ,因而 COD浓度变化不大。 100 d
以后气温较高 ,植物腐烂加快 ,释放的有机物增多 ,
相对而言微生物降解量较少 , 因而 COD上升到
300 mg L - 1以上 。可能是因为美人蕉植物体中所
341李睿华等:河岸美人蕉和香根草的生长繁育及其腐烂规律
表 3　美人蕉和香根草浸泡 130 d后重量 、全氮 、全磷含量及损失
Tab. 3　Losing ofm ass, N aod P and con ten ts ofTN and TP in overground C. g lauca and V. zizan ioides after dunked in wa-
ter for 130 d
植物 损失量(g)全氮 全磷 质量
损失率(%)
全氮 全磷 质量
原干质量(g)
原含量(%)
全氮 全磷
浸泡后干质量(g)
浸泡后含量(%)
全氮 全磷
美人蕉 0. 46 0. 10 17. 7 49. 43 77. 30 31. 89 55.5 1. 67 0. 24 37. 8 1. 24 0.08
香根草 0. 22 0. 11 11. 2 47. 54 86. 06 19. 8 56.5 0. 81 0. 23 45. 3 0. 53 0.04
含的淀粉 、糖类等等物质比香根草多 ,因而美人蕉更
容易释放出 COD。
　　从图 7可知 ,开始浸泡后 ,美人蕉释放 NH 4 +-
N ,水中 NH4 +-N浓度达到 10mg L - 1左右;香根草
释放 NH4 +-N ,水中 NH 4 +-N浓度达到 15 mg L -1
左右。此后 NH4 +-N浓度各自在 10和 15 mg L -1
左右波动 ,即使气温升高也未有太大变化 。
图 7　美人蕉和香根草浸泡释放 NH+4 -N浓度
F ig. 7　NH+4 -N concen trat ion re leased by dunked C. g lauca
and V. zizan ioides in wa ter
0点为 2005年 1月 21日。
　　从图 8可知开始浸泡时 ,美人蕉释放全磷使水
中全磷浓度迅速达到 0.4 mg L - 1 ,然后全磷浓度
缓慢增长到 50 d时达到 0.9 mg L - 1左右 ,此后一
度有所波动但总体呈下降趋势 。香根草释放全磷使
水中全磷浓度迅速上升到 1.2 mg L - 1 ,此后虽有
波动 ,但总体上 ,全磷浓度呈下降趋势 。二者释放的
全磷并没有累积现象 ,这可能与磷的沉淀有关 。
表 3是植物浸泡 130 d后的质量 、全氮 、全磷的
变化。从表 3可以看出 ,经过 130 d的浸泡 ,美人蕉
质量损失率有 31.89%,但是全氮 、全磷的损失分别
为 49.43%和 77.30%。香根草的质量损失为
19.8%, 全 氮 、全磷的损 失分别为 47.54%和
86.06%。植物中的氮 、磷经过浸泡后会迅速释放出
图 8　美人蕉和香根草浸泡释放 TP浓度
Fig. 8　TP concen tration released by dunkedC. g lauca and
V. zizan ioides in water
0点为 2005年 1月 21日。
来 ,而 COD的释放相对较慢 。
　　从释放的总损失量可知 ,美人蕉释放的物质中
氮含量较多 ,香根草释放的物质中磷含量较多。美
人蕉更容易释放污染物质。植物浸泡释放 COD、
氮 、磷并不一定就表现为水中 COD、NH4 +-N、全磷
浓度的持续增加。这是因为水中枯死的植物上附着
有大量的微生物 ,它们会降解水中的 COD、NH4 +-
N ,而且植物体腐烂也释放 Ca2+、Mg2+ ,它们会使大
量的磷沉淀下来。
4　结　论
　　美人蕉和香根草二者对水深的耐受性均不强 ,
均适合于浅水中生长与繁殖 。相对而言 ,香根草对
水深的耐受性更强一些 ,美人蕉不适合于 +20 cm
的水域生长。
美人蕉地上的生物量比地下的多 27.5%。其
地上生物固定的氮 、磷总量分别比地下生物固定的
氮 、磷总量多 45%和 22%。在河岸带通过收割美人
蕉可以分别带走美人蕉所固定的全部氮 、磷的 59%
和 55%。
342 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 26卷　第 3期　
香根草地上的生物量比地下的多 79%。其地
上生物固定的氮 、磷总量分别比地下生物固定的氮 、
磷总量多 30%和 33%。在河岸带通过收割香根草
可以分别带走香根草所固定的全部氮 、磷的 57%,
因此收割美人蕉 、香根草可以在一定程度上消除植
物腐烂释放的氮 、磷等营养物质 。
经过 130 d的浸泡 , 美人蕉质量损失率有
31.89%,但是全氮 、全磷的损失分别为 49.43%和
77.30%。香根草的质量损失为 19.8%,全氮 、全磷
的损失分别为 47.54%和 86.06%。美人蕉比香根
草更容易释放污染物质 。植物中的 N、P经过浸泡
后会迅速释放出来 ,而 COD的释放相对较慢。植物
浸泡释放 COD、氮 、磷 ,但是水中 COD、NH4 +-N、全
磷浓度并会持续增加 ,它们不存在严重的累积现象 。
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作者简介　李睿华 , 男 , 1967年生 , 副教授。主要从事水处
理理论与技术研究。 E-m ail:liruihua@nju. edu. cn
责任编辑　李凤芹
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