全 文 ：风车草和香根草在人工湿地中迁移养分
能力的比较研究 3
廖新亻弟 3 3 　骆世明　吴银宝　汪植三
(华南农业大学热带亚热带生态研究所 , 广州 510642)
【摘要】　为研究风车草 ( Cyperus alternif olius) 和香根草 ( V etiveria z iz anioides)迁移养分的能力 ,建立 1710
m
2 风车草潜流式人工湿地和 1313 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 3406147 g·m - 2 ,比香根草的 1483188 g·m - 2高 2. 3 倍 ;风车草的氮含量为
22169 mg·g - 1 ,比香根草的 15144 mg·g - 1高 7125 mg·g - 1 ;风车草的磷含量为 6109 mg·g - 1 ,比香根草的
5147 mg·g - 1高 0162 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 68172 g·m - 2和 P
18149 g·m - 2 ,香根草迁移 N 8193 g·m - 2和 P 3169 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.
关键词 　风车草 　香根草 　人工湿地 　养分
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 01 - 0156 - 05 　中图分类号 　X703 　文献标识码 　A
Comparison of nutrient removal ability between Cyperus alternif olius and Vetiveria zizanioides in constructed
wetlands. L IAO Xindi ,LUO Shiming ,WU Yinbao ,WAN G Zhisan( Institute of Tropical and S ubt ropical Ecolo2
gy , South China A gricultural U niversity , Guangz hou 510642 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (1) :
156～160.
In order to compare the nutrient removal ability of Cyperus alternif olius and V etiveria z iz anioides ,a 17. 0 m2
subsurface flow wetland covered with Cyperus alternif olius and another 13. 3 m2 one covered with V etiveria
z iz anioides were constructed for piggery wastewater treatment ,and the biomass as well as the N ,P ,Cu and Zn
contents in the root and shoot of the plants was measured by the end of each season. The results showed that the
below2ground biomass of V . z iz anioides was greater than that of C. alternif olius . By the contrary ,the above2
ground biomass of C. alternif olius was greater than that of V . z iz anioides . The annual biomass yield of C. al2
ternif olius was 2. 3 times higher than that of V . z iz anioides ,which was 3406. 47g·m - 2 and 1483. 88 g·m - 2 ,
respectively. The N concentration in C. alternif olius tissue was higher than that in V . z iz anioides tissue ,being
22. 69 mg·g - 1 and 15. 44 mg·g - 1 respectively ,and similarly ,the P concentration in C. alternif olius tissue was
higher than that in V . z iz anioides tissue ,being 6. 09 mg·g - 1 and 5. 47 mg·g - 1 respectively. The Cu and Zn
concentrations in C. alternif olius tissue were a little higher than those in V . z iz anioides . 68. 72 g N·m - 2 and
18. 49 g P·m - 2 were removed by harvesting C. alternif olius vegetation ,while 8. 93 g N·m - 2 and 3. 69 g·P
m
- 2
were removed by harvesting V . z iz anioides vegetation. It was concluded that the removals of N ,P ,Cu and
Zn by harvesting vegetation were 4～7 times higher in C. alternif olius wetland than in V . z iz anioides wetland.
Key words 　Cyperus alternif olius , V etiveria z iz anioides , Constructed wetland , Nutrient .3 国家“九五”重点科技攻关资助项目 (962003204201203) .3 3 通讯联系人.
2003 - 12 - 10 收稿 ,2004 - 06 - 14 接受.
1 　引 　　言
在净化废水的人工湿地系统中 ,植物起着重要
的作用[1 ] ,湿地植物对污染物的迁移能力直接关系
到湿地系统的运行效果. 这种迁移能力与污染物种
类、植物地上部净生长量、单位生物量的污染物蓄积
强度和生物量的生产速度有关. 同时 ,影响植物生长
量的因素又都会影响植物对污染物的同化和迁移 ,
比如植物种类、生长期、季节、收获方式和种植密度
等因素. 迁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. 研究表明[8 ] ,
风车草 ( C. alternif oli us ) 和香根草 ( V . z iz an2
ioi des)人工湿地可以用于处理猪场废水 ,对废水氮
和磷有不同程度的去除效果. 前人报道了风车草或
香根草人工湿地或浮床可以有效地去除废水中的氮
和磷[2 ,3 ,6 ,7 ,12 ,13 ,15 ] ,但主要涉及废水的处理效率 ,
而有关风车草和香根草在废水处理人工湿地中的植
物化学组成和营养吸收的研究报道极少. 本研究拟
比较湿地环境下风车草和香根草的生物量、化学成
应 用 生 态 学 报 　2005 年 1 月 　第 16 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2005 ,16 (1)∶156～160
分含量以及分布的差异 ,进而推测它们的养分迁移
能力 ,为深入研究湿地植物在净化中的作用提供科
学依据.
2 　材料与方法
211 　人工湿地处理床的建立
试验用潜流式人工湿地 . 香根草湿地长 ×宽为 319 m ×
314 m ,面积 13126 m2 ,风车草湿地长 ×宽为 510 m ×314 m ,
面积 17100 m2 ;两湿地深 018 m ,池内填粒径 3～5 cm 的碎
石 016 m 厚作为处理床. 从池的前端底部进水 ,从后端的上
部出水 ,出水孔高度距池底 55 cm ,即低于床面 5 cm ,废水在
床面下经过.
212 　湿地植被的建立、启动与日常管理
为了测定湿地植物的作用 ,每块湿地只种一种植物 ,分
别为香根草和风车草. 均采用每兜 2～3 个分枝种植 ,按株行
距 30 cm ×30 cm 栽种 ,6 月初种植 ,同年 9 月 3 日统一收割 ,
从此启动试验. 湿地连续运行一年. 湿地植物均在完成各季
节测试后按留茬 30 cm 的规格收割. 秋、冬、春和夏四个季节
的平均气温依次为 : 2114、1719、2318 和 2712 ℃;降雨量为
7815、1415、12415 和 27313 mm ;光照时数为 16917、14312、
6812 和 14919 h.
213 　废水性质
每天往湿地中灌一次经沉淀和厌氧处理的猪场废水上
清液 ,全年废水成分 :化学耗氧量 (COD) 490135～867107 mg
·L - 1 、生物需氧量 (BOD) 141193～489190 mg·L - 1 、氨态氮
(NH32N) 103107～216131 mg·L - 1和磷酸盐 (S2PO43 - ) 30156
～143160 mg·L - 1 .
214 　采样
21411 废水 　水质测试按秋、冬、春和夏四个季节顺序进行 ,
测试期间每天从各湿地室出水口取水样分析 COD、BOD、
NH32N 和 S2PO43 - 等指标. 分析方法 (国家环保局 ,1997) [5 ] :
COD用重铬酸钾法 ,BOD 用稀释与接种法 ( GB7488287) ,
NH32N 用纳氏试剂比色法 ( GB7481287) , S2PO43 - 用氯化亚
锡还原光度法.
21412 植物 　植物采样分秋、冬、春和夏四个季节进行 ,依次
于秋末、冬末、春末和夏末在两个湿地各取 3 株植物测定地
上部生物量和地下部生物量 ,烘干后测定其干重 ,并按地上
部、地下部粉碎制样分别测定其氮、磷、铜、锌含量. 植物样品
测试 :氮、磷含量测定用浓 H2 SO42H2O2 消化测定 ,铜、锌用
原子吸收光谱法测定.
3 　结果与分析
311 　不同季节香根草和风车草生物量
由图 1 可见 ,单位面积湿地中香根草总生物量
(干重)秋季最低 ,春季最高 ,平均每个季节的总生物
量达 1680 g·m - 2 ;而风车草总生物量冬季最高 ,夏
季最低 ,平均每个季节的总生物量达 2335 g·m - 2 .
图 1 亦见 ,单位面积湿地中香根草和风车草地下部
生物量均为秋季最低 ,春季最高 ,平均每个季节香根
草和风车草地下部生物量 (干重) 分别为 505 和 487
g·m - 2 . 结果说明 ,在总生物量风车草比香根草大的
情况下 ,香根草根生物量大于风车草 ,因此根冠比香
根草比风车草大. 相对而言 ,湿地中的风车草地上部
生长强度大 ,而湿地中的香根草地下部生长强度大 ,
香根草在湿地中根生长比风车草明显 ,根形变得短
而更加簇生. 影响植物根系生长的因素很多 ,这里至
少涉及水生 (湿生) 以及营养成分的差别 ,例如在水
生环境中 ,在合适的营养负荷下 ,养分充足主要促进
植物茎叶生长 ,养分贫乏促使根系向四周伸长[11 ] .
图 1 　一年四季香根草和风车草总生物量和地下部生物量的比较
Fig. 1 Comparison of total biomass and below2ground biomass of plants
in four seasons.
Ⅰ1 香根草总生物量 Total biomass of V . zizanioides ; Ⅱ1 香根草地下
部生物量 Below2ground biomass of V . zizanioides ; Ⅲ1 风车草总生物
量 Total biomass of C. alternif oli us ; Ⅳ1 风车草地下部生物量 Below2
ground biomass of C. alternif oli us .
312 　风车草、香根草植株化学成分含量和分布
31211 风车草、香根草植株化学成分含量 　由表 1
可见 ,就植株氮含量来看 ,香根草为 15144 mg·g - 1 ,
风车草为 22169 mg ·g - 1 , 二者差异显著 ( P <
0105) ,风车草含 N 较高. 据此推测 ,风车草和香根
草在湿地中对废水具有氮营养吸收的功能 ,而且风
车草氮营养吸收能力比香根草强. 就植株磷含量来
看 ,风车草磷含量为 6109 mg·g - 1 ,香根草磷含量为
5147 mg·g - 1 ,风车草磷含量比香根草高 0162 mg·
g - 1 ,差异极显著 ( P < 0101) . 这说明处理猪场废水
湿地中的香根草植株磷含量比湿地中风车草的磷含
量低 ,这预示这两种植物在废水处理系统中具有不
同的去磷潜力.
湿地风车草和香根草与废水净化塘芦苇含 N
18 mg·g - 1干重、含 P 3 mg·g - 1干重[17 ]比较 ,N 含
量顺序为风车草 > 芦苇 > 香根草 ; P 含量顺序为风
车草 > 香根草 > 芦苇.
7511 期 　　　　　　　　　　廖新 　等 :风车草和香根草在人工湿地中迁移养分能力的比较研究 　　　　　　　　　　　
表 1 　四季湿地植物(全株)氮、磷、铜、锌含量比较
Table 1 Comparison of contents of N, P,Cu & Zn of plants in four seasons
含量
Content
(mg·g - 1)
风车草 C. alternif oli us
春
Spring
夏
Summer
秋
Autumn
冬
Winter
平均
Average
香根草 V . zizanioides
春
Spring
夏
Summer
秋
Autumn
冬
Winter
平均
Average
N 22127 17117 23153 27179 22169 ±2119a 14187 13169 15109 18110 15144 ±0194b
P 5159 5129 4199 8147 6109 ±0180a 4191 4184 4141 7170 5147 ±0165b
Cu 9121 14113 5176 10162 9193 ±1173b 4132 13116 5166 8187 8100 ±1170b
Zn 33100 46165 21192 50165 38106 ±6157b 24174 64104 24195 30175 36112 ±9141b
注 :表中每个数字均为 3 个植株测定结果的平均值 Data resulted from three tested plants by average.
　　就植株铜含量来看 ,风车草含铜为 9193 mg·
kg - 1 ,香根草含铜为 8100 mg·kg - 1 ,湿地中两种植
物铜含量差异不显著 ( P > 0105) . 就植株锌含量来
看 ,风车草植株锌含量比香根草的高 (秋季相近外) ,
但差异不显著 ( P > 0105) .
31212 风车草和香根草植株氮、磷、铜、锌分布 　风车
草和香根草植株氮、磷、铜和锌在地上部、地下部的分
布情况见图 2a、b.从图 2a 可看出 ,氮在香根草分布是
地下比地上高 ,在风车草分布是地上比地下高 ;风车
草的地上部氮含量比香根草的地上部氮含量高 ,前者
为 2144 % ,后者为 1142 % ,差异极显著 ( P < 0101) . 图
2a 亦见 ,两种植物磷分布均呈现植株地上部比地下部
多 ;风车草和香根草地上部磷含量差异显著 ( P <
0105) ,风车草地上部含磷较高. 这有助于估测通过收
获植物地上部从湿地所带走的氮和磷量.
　　由图 2b 可见 ,风车草和香根草地下部铜含量分
别为 14144 和 11104μg·g - 1 ,二者无显著差异 ( P >
0105) ;风车草和香根草地下部含锌量无显著差异
( P > 0105) . 通过了解铜、锌在植株的分布特点 ,可
以为采收后植物的利用或处理提供参考.
313 　湿地风车草和香根草营养吸收性能估计
植物从湿地中迁移养分主要是通过收获物的途
径 ,其迁移能力与植株地上部生物量和地上部化学
成分含量直接相关. 上文已分析了风车草和香根草
在湿地环境中的生物量及其化学成分含量的变化 ,
如下推算秋、冬、春、夏四季以及全年这两种植物从
湿地中迁移氮、磷、铜和锌的强度 (表 2 和表 3) . 由
表 2、3 可看出 ,风车草每年去氮 68172 g·m - 2 ,去磷
　
图 2 　氮磷铜锌在湿地植株地上部 ( Ⅰ)和地下部 ( Ⅱ)的分布
Fig. 2 N , P , Cu and Zn concentration between above ( Ⅰ) and below2
ground ( Ⅱ) of plants.
A : V . zizanioides ;B : C. alternif oli us .
18149 g·m - 2 ,香根草去氮 8193 g·m - 2 ,去磷 3169 g
·m - 2 ;风车草人工湿地由植物带走的氮、磷、铜、锌
比香根草高 4～7 倍 1 与湿地中芦苇每年去除 N
36115 g·m - 2 ,P 5197 g·m - 2 [4 ]比较 ,风车草去氮磷
能力比芦苇强 ,香根草去氮磷能力则比芦苇差. 分析
可知 ,之所以收获湿地风车草所带走的氮比收获香
根草所带走的氮多 ,一是由于风车草生物量比香根
草大 ,二是由于同样湿地环境下风车草地上部氮含
量比香根草地上部的高 ;而磷、铜、锌的差异主要由
于两种植物地上部生物量差异所致.
表 2 　香根草人工湿地四季通过植物营养吸收去除氮、磷、铜、锌量
Table 2 Amount of N, P,Cu and Zn removed by V. zizanioides assimilation in wetland in four seasons
季　节
Seasons
收获生物量
Harvesting
(kg DM)
含 N
N con.
(N %)
去 N
N removal
(g)
含 P
P con.
( P2O5 %)
去 P
P removal
(g)
含 Cu
Cu con.
(μg·g - 1)
去 Cu
Cu removal
(mg)
含 Zn
Zn con.
(μg·g - 1)
去 Zn
Zn removal
(mg)
秋季 Autumn 119584 1137 26183 0144 8154 5175 11126 18100 35125
冬季 Winter 117568 1161 28128 0189 15178 6117 10184 16139 28179
春季 Spring 119612 1157 30179 0155 10179 3180 7145 23184 46176
夏季 Summer 219016 1112 32149 0148 13193 9159 271833 9159 114187
合计 Total 81578 118139 49104 57138 225167
年单位面积去除量 Removal per unit per year (g·m - 2·yr - 1)
646191 8193 3169 4133 17102
N、P、Cu 和 Zn 含量指收获物 ,非全株 Concentration of N , P , Cu and Zn resulted from harvest , not completed plant . con :Concentration. 下同 The
same below.
851　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 3 　风车草人工湿地四季通过植物吸收去除氮、磷、铜、锌量
Table 3 Amount of N, P,Cu and Zn removed by C. alternif olius assimilation in wetland in four seasons
季　节
Seasons
收获生物量
Harvesting
(kg·DM - 1)
含 N
N con.
(N %)
去 N
N removal
(g)
含 P
P con.
( P2O5 %)
去 P
P removal
(g)
含 Cu
Cu con.
(μg·g - 1)
去 Cu
Cu removal
(mg)
含 Zn
Zn con.
(μg·g - 1)
去 Zn
Zn removal
(mg)
秋季 Autumn 1314868 2142 326138 0150 67143 5100 67143 14117 191111
冬季 Winter 1213087 3103 372195 0193 114147 9107 111164 34135 422180
春季 Spring 811144 2144 197199 0164 51193 5193 48112 17176 144111
夏季 Summer 1416459 1185 270195 0155 80155 12179 187132 31109 455134
合计 Total 4815558 1168127 314138 414151 1213136
年单位面积去除量 Removal per unit per year (g·m - 2·yr - 1)
2856122 68172 18149 24138 71137
相当于香根草去除量的倍数 (倍) Higher than removal by V . zizanioides (times)
414 717 510 516 412
4 　讨 　　论
研究表明 ,通过收割风车草和香根草可以从人
工湿地中迁移一定的氮、磷、铜和锌等养分 ,这与
Tanner [14 ]研究结果相符 ,即湿地养分去除与植物生
物量呈正相关. 湿地植物迁移养分的强度及其对整
个湿地系统去污的贡献值不仅与植物本身的生物学
特性有关 ,还与气候、湿地运行负荷、植被收获方式
以及湿地结构等有关. 因此 ,在利用人工湿地处理废
水的实践中 ,首先要重视湿地植被的选择 ,其次要尽
可能完善有利于植株地上部与地下部生长的湿地运
行条件和植被管理方式 ,确保系统高效、连续运转.
在湿地环境下观察到 ,单位面积湿地年收获生
物量 (干重)风车草比香根草高 ,即香根草地下部比
风车草生长强度大 ,香根草地上部生长则不如风车
草 ;从植物组织化学成分含量看 ,不论氮磷还是铜
锌 ,风车草均比香根草高. 因此 ,如果从植物迁移养
分量来看 ,湿地风车草比香根草强 ;如果综合考虑植
物根系的作用 ,则需要权衡地上部与地下部生长强
度的关系 ;赵建刚等[18 ]研究表明 ,湿地植物根系生
物量与湿地净化效果存在明显正相关. 总的来说 ,作
为湿地植物 ,这两种植物的生物量都很可观 ,植株看
起来也很高大 ,而且茎秆强壮 ,比较抗倒伏. 这两种
植物在湿地环境下根系发展的差异 ,可能与它们的
进化有关 ,香根草属旱生种 ,而风车草属湿生种 ,香
根草就是以根香和强大的根系发展能力而称著的.
人工湿地净化废水的功能由多因素促成 ,例如
吸附、沉降、交换和生物吸收、富集等. 就以氮磷去除
来说 ,废水氮的去除与湿地处理床硝化、反硝化状态
关系极大 ,废水磷的去除与处理床介质材料有很大
关系. 缪绅裕等[10 ]利用人工污水在模拟秋茄湿地研
究中发现 ,对污水磷起净化作用的主要因子是土壤 ,
而且随着进水浓度增大 ,土壤去磷的主导作用更明
显 ;相对而言 ,植物的净化作用较小. 但是 ,介质的去
除作用存在饱和或更新的问题 ,而通过收割植物将
营养物不断从湿地中转移走 ,则具有长久效应. 针对
高效而稳定地去氮去磷的湿地设计与管理是今后倍
受关注的研究领域.
香根草和风车草根部积累铜和锌的比例比地上
部高 ,这与其它湿地植物对重金属富集的研究结果
相符[9 ,16 ] ,这样不容易造成地上部收获物铜、锌的
二次污染问题. 有关风车草和香根草在内的湿地收
获物的处理与综合利用问题需要进一步探讨.
5 　结 　　论
在人工湿地中风车草和香根草地下部和地上部
生长良好 ,均能通过收获地上部而迁移湿地养分. 比
较而言 ,单位面积湿地年收获生物量 (干重) 风车草
比香根草高 4. 4 倍 ;湿地风车草含氮量比湿地香根
草的约高 7125 mg·g - 1 ,湿地风车草磷含量比湿地
香根草的约高 0162 mg·g - 1 ;风车草人工湿地由植
物带走的氮、磷、铜、锌比香根草高 4～7 倍.
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作者简介 　廖新亻弟 ,男 ,1968 年 3 月出生 ,博士 ,副教授 ,主
要从事畜牧环境与生态学研究 ,发表论文 20 余篇. E2mail :
xdliao2002 @yahoo. com. cn
快 　讯
据 2004 年版中国科技期刊引证报告统计 (1576 种期刊) ,2003 年《应用生态
学报》总被引频次为 2253 次 ,总排序为第 19 名 ,在生物学类期刊排序为第 3 名 ;
影响因子为 0. 990 ,总排序为第 70 名 ,在生物学类期刊排序为第 3 名. 2003 年《生
态学杂志》总被引频次为 836 次 ,总排序为第 150 名 ,在生物学类期刊排序为第
10 名 ;影响因子为 0. 607 ,总排序为第 198 名 ,在生物学类期刊排序为第 13 名.
《应用生态学报》编辑部
《生态学杂志》编辑部
061　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷