全 文 ：河岸带中荆三棱的生长特性及其腐烂规律研究
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 ,
深圳 518055;4.清华-京大环境技术联合研究和教育中心 , 深圳 518055)
摘要:为了了解在河岸带生态恢复中植物的生长及其作用 ,在中试规模上对河岸带中的荆三棱进行了 1 a 研究.荆三棱在不同
水深区域的生长高度与密度表明荆三棱对水深的耐受性不强 , 更适合于在浅水域生长.秋季收割与不收割的对比表明秋季收
割有利于荆三棱第 2年的生长与发芽.荆三棱生物量及其中的 N、P在地上 、地下的分布表明地下荆三棱的生物量比地上多大
约55%,地下荆三棱生物固定的N、P总量分别大约比地上荆三棱生物固定的 N、P总量多 50%和 126%.在河岸带通过收割荆
三棱可以分别带走荆三棱所固定的全部 N、P 的 40.5%和 30.6%.地上荆三棱经过 130 d 的浸泡 , 其重量损失率有 27.10%,
TN、TP 的损失分别为 40.80%和 76.80%.浸泡植物释放出的污染物基本没有积累现象.
关键词:河岸带;荆三棱 ,生长特性;植物体腐烂
中图分类号:X173 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2007)05-1011-05
收稿日期:2006-06-02;修订日期:2006-07-10
基金项目:国家“十五”重大科技专项(2003AA601080)
作者简介:李睿华(1967～ ),男 ,副教授 ,主要研究方向为水处理理论
与技术 , E-mail:liruihua@nju.edu.cn
Research on Growth Characteristic of Scirpus yagara Ohw and Its Decomposition on
the Riparian Zone
LI Rui-hua1, 2 , GUAN Yun-tao1, 3 , 4 , HE Miao1 , HU Hong-yin1 , JIANG Zhan-peng1
(1.Department of Environmental Science and Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China;2.Department of Environmental
Engineering , School of Environment , Nanjing University , Nanjing 210093 , China;3.Graduate School at Shenzhen , Tsinghua University ,
Shenzhen 518055 , China;4.Cooperative Research and Education Center for Environmental Technology , Kyoto University & Tsinghua
University , Shenzhen 518055 , China)
Abstract:In order to understand growth of plant and its effect on ecological restoration of riparian zone , pilot-scale Scirpus yagara Ohw riparian
zone had been studied for one year.Height and density of Scirpus yagara Ohw in different water depth showed that the water depth endurance
of Scirpus yagara Ohw was not strong , and it growed and germinated better in shallow water.Contrast between harvest area and without harvest
area showed that harvest was good for germination and growth of Scirpus yagara Ohw in next year.Distribution of biomass and N and P fixation
between the underground and overground Scirpus yagara Ohw showed that N and P fixation of the underground was 50% and 126%more than
that of the overground , respectively.Harvest of the overground Scirpus yagara Ohw can remove 40.5% of the total N and 30.6% of the total
P.Dunked in water for 130 days , the overground Scirpus yagara Ohw lose 27.10% of its dry weight , 40.80% of the total N and 76.80% of
tha total P.And the released pollutants have no serious cumulation in water.
Key words:riparian zone;Scirpus yagara Ohw;growth characteristic;plant decomposition
为了恢复受损的河流 ,研究者们根据河流的具
体情况采取了多种措施对河流进行修复[ 1 ～ 4] , 其中
河岸带生态修复技术在受损河流生态修复中占有重
要地位[ 5] .在河道浅水处种植水生植物 ,恢复河岸植
物带是一种重要的河流生态修复措施[ 6 , 7] .水深对河
岸带中的植物影响很大 ,它影响植物的分布[ 8] 、生长
与繁殖[ 9 ,10] ,不同植物对水深的耐受性差别很大[ 11] .
因此在河岸带恢复中 ,有必要就植物对水深的耐受
性进行系统研究.同时 ,植物对营养物质的固定与释
放规律也备受关注 ,它对河岸带的作用与功能有很
大的影响 ,也值得系统研究.
荆三棱(Scirpus yagara Ohw)是我国常见的水生
植物 ,它适应性强 ,在河岸带分布广泛 ,是进行河岸
带生态修复中普遍采用的水生植物.本研究在中试
规模上研究河岸带中荆三棱对水深的耐受性 、荆三
棱的生长与繁殖 、荆三棱腐烂释放污染物的规律 ,以
期为荆三棱河岸带的生态修复提供科学指导.
1 材料与方法
1.1 河水水质
试验从 2004-06-10 ～ 2005-06-01 ,历时近 1 a.在
此期间 , 河水水质变化较大.COD 20 ～ 140 mg L ,
NH
+
4 -N 2 ～ 30 mg L ,TP 0.05 ～ 0.4 mg L ,河水的可生
化性较差 ,可生化系数一般只有 0.1 ～ 0.2.
1.2 中试场地与种植方式
第 28 卷第 5期
2007 年5 月 环 境 科 学ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol.28 , No.5
May , 2007
DOI :10.13227/j.hjkx.2007.05.015
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.植物种植方
式为行距 25 cm ,列距 25 cm ,菱形种植 , 种植植物
2 400棵左右.
将河水通过潜水泵直接打入中试场地 ,通过阀
门调节进水流量.水力停留时间(HRT)为 2 d ,水力
负荷为 8 cm d.在进水槽和出水槽取水样进行水质
分析 ,每周 2次.
1.3 分析与监测方法
整个试验主要获取了植物高度 、密度 、地上与地
下生物量 、COD 、NH+4 -N 、TP 、浊度 、水温 、DO等数据.
取一定量的荆三棱 ,将其浸泡在一定量的蒸馏
水中 ,定期分析水中的 COD 、NH+4 -N 、TP ,始终保持
水量不变.COD分析采用重铬酸钾法;NH+4 -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[ 12 , 13] ;浊度采用浊度计测量.
2 结果与分析
2.1 荆三棱在中试河岸带中的生长
荆三棱于 2004-05月初种植 , 2004-06-25开始监
测高度与密度 ,到 8月底监测结束 ,此时荆三棱基本
枯黄.在荆三棱河岸带中的浅水区域生长有许多香
根草 ,深水区域生长有少量香蒲 ,它们应该是在种植
荆三棱时混杂带入的.
将整个河岸带分为 0 ～ 10 、10 ～ 20和 20 ～ 30 cm
3个水深区域 ,每水深区域分为左 、中 、右 3个区块 ,
这样每个中试河岸带共分为 9个区块.每周 1次测
量各区块中株高最高的 1 株植物的高度 ,代表该时
间该区块植物的高度.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 ,每月
1次测量其中的露出水面的植物株数代表该水深区
域植物的密度.
图1是对荆三棱河岸带中荆三棱及相关植物高
度的监测情况.可以发现各水深区域中荆三棱的高
度顺序为 h10 ～ 20>h20 ～ 30>h0 ～ 10.0 ～ 10 cm 水域的荆
三棱生长高度最矮 ,这可能是因为该水域生长有许
多香根草 ,影响了荆三棱的正常生长.
图 2是 7 月份不同水深区域荆三棱的密度情
况.图 2表明水域越深 ,在其中生长的荆三棱密度越
小.d20～ 30只有 d0 ～ 10的 25%左右 ,说明水深对荆三棱
的繁殖有抑制作用.结合荆三棱河岸带不同水深区
图 1 河岸带中荆三棱的生长(0点为 2004-06-18)
Fig.1 Growth of Scirpus yagara Ohw in riparian zone
(Zero point is 2004-06-18)
图 2 河岸带不同水深区域的荆三棱的密度
Fig.2 Scirpus yagara Ohw density in different
water depth in riparian zone
域荆三棱的高度与密度可知荆三棱对水深的耐受性
不强 ,更适合于在浅水域生长.
在植物生长停止后 ,完整地取出包括地上和地
下部分的荆三棱植株 ,在距离地面以上 20 cm 处截
断分为荆三棱地上部分和荆三棱地下部分.烘干 、称
重 ,计算各部分的重量比.
在所有植物全部枯黄后 ,沿进出水方向将中试
河岸带划分为左右 2部分 ,将其中 1块中的植物从
地上20 cm处截断收割 ,另 1块保留.一方面用来确
定荆三棱河岸带的植物量 ,另一方面用来比较收割
与不收割对第2 a植物生长的影响.
荆三棱在2004-08-30日左右基本枯黄.在 2005-
03-30左右开始发芽 ,所有的幼芽都是从地下长出.
收割过的地块发芽较早 ,生长较快 ,未收割的地块 ,
发芽较晚 ,生长较慢.同样是收割或未收割的地块 ,
深水区比浅水区发芽晚且少.
从图3可知 ,对于未收割区域 ,不同水深区域荆
三棱高度的顺序为 h0 ～ 10
h10 ～ 20≈h20～ 30.在监测的第 8周 ,大部分荆三棱都已
经开花 ,因此高度一般不会再增长.但是会有新的荆
三棱长出 ,直到 8月底 9月初大部分水中的荆三棱
1012 环 境 科 学 28 卷
枯黄.对于同一水深区域 ,未收割区域中的荆三棱高
度比收割区域中的荆三棱矮小.
从图 4可知 ,无论是未收割区域还是收割区域 ,
不同水深区域荆三棱的密度顺序都为 d0 ～ 10 >d10 ～ 20
>d20 ～ 30.对于同一水深区域 ,未收割区域的密度小
于收割区域的密度.这充分表明收割有利于荆三棱
的发芽与生长.
图 3 不同水深区域收割与未收割荆三棱高度的变化
(0点为 2005-04-04)
Fig.3 Scirpus yagara Ohw height in the harvested and without
harvested area in different water depth(Zero point is 2005-04-04)
图 4 不同水深区域收割与不收割荆三棱密度
的变化(0点为 2005-04-04)
Fig.4 Scirpus yagara Ohw density in the harvested and without
harvested area in different water depth(Zero point is 2005-04-04)
2.2 荆三棱河岸带荆三棱生物量与污染物质的固
定与释放
将所得到的荆三棱的地上与地下部分晒干 ,分
析其 TN 、TP 与水分 , 计算地上与地下的重量百分
比.然后综合起来分析荆三棱河岸带中荆三棱的生
物量 、地下和地上生物量及固定的N 、P量.
表1和表 2是分析 、称重与计算结果(忽略种苗
的重量),每hm2 荆三棱河岸带 1 a的生物量大约为
6 488 kg ,其中地上 、地下的生物量分别约为2 544 、
3 944 kg.地上植物固定的N 、P量分别为 34 、5.3 kg ,
地下植物固定的 N 、P 量分别为 51 、12 kg.
荆三棱地下的生物量比地上多大约 55%.地下
荆三棱生物固定的 N 、P 总量分别大约比地下荆三
棱生物固定的 N 、P 总量多 50%和 126%.在河岸带
通过收割荆三棱可以分别带走荆三棱所固定的全部
N 、P的 40.5%和 30.6%,因此收割荆三棱不能完全
消除荆三棱腐烂释放的 N 、P 等营养物质.
表 1 荆三棱地上 、地下重量分配与植物体 TN 、TP含量 %
Table 1 Weight distribution in overground and underground Scirpus
yagara Ohw and TN and TP in Scirpus yagara Ohw %
地上干
重量
地下干
重量
地上 地下
TN TP TN TP
39.21 60.79 1.33 0.22 1.30 0.30
表 2 荆三棱总植物量与 N 、P量及其地上 、地下分布 kg·(hm2·a)-1
Table 2 Biomass , N and P and their distributions in overground
and underground Scirpus yagara Ohw kg·(hm2·a)-1
干重 N 量 P量
总重 地上 地下 地上 地下 总量 地上 地下 总量
6488 2 544 3 944 34 51 85 5.3 12.0 17.3
2.3 地上荆三棱释放污染物试验
取荆三棱地上干物质 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2005-01-21 ～ 2005-06-01 ,历时 130 d.每周取样 2
次 ,监测浸泡水过滤后水的 COD 、NH+4 -N 、TP 浓度 ,
并补充蒸馏水保持水面高度恒定.
图 5 ～ 7 分别是释放 COD 、NH+4 -N 和 TP 的
情况.
图 5 荆三棱浸泡释放的 COD浓度(0点为 2005-01-21)
Fig.5 Law of released COD by dunking Scirpus yagara
Ohw in water(Zero point is 2005-01-21)
从图 5可知荆三棱开始浸泡后 ,水中 COD的浓
度迅速上升至 100 mg L左右 , 20 d 后 COD 在 100
mg L左右波动.到第 100 d(时间为 2005-05-01左右)
以后 ,COD的浓度持续上升至 200 mg L左右.这是因
为刚开始浸泡时 ,荆三棱释放的 COD 使得 COD浓
度迅速上升 100mg L ,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
10135 期 李睿华等:河岸带中荆三棱的生长特性及其腐烂规律研究
图 6 荆三棱浸泡释放 NH+4 -N浓度(0点为 2005-01-21)
Fig.6 Law of released NH+4 -N by dunking Scirpus yagara
Ohw in water(Zero point is 2005-01-21)
图 7 荆三棱浸泡释放 TP浓度(0点为 2005-01-21)
Fig.7 Law of released TP by dunking Scirpus yagara
Ohw in water(Zero point is 2005-01-21)
到一个相对的平衡 ,因而 COD浓度基本保持不变.
100 d以后气温较高 ,荆三棱腐烂加快 ,释放的有机
物增多 ,相对而言微生物降解量较少 ,因而 COD 持
续上升到 200mg L.
从图 6可知开始浸泡后 ,荆三棱释放 NH+4 -N ,
水中NH+4 -N浓度达到 5mg L左右 ,此后浓度一直在
5mg L左右波动 ,即使气温升高 ,水中的 NH+4 -N 浓
度也没有很大的变化.
从图 7可知开始浸泡时 ,水中TP浓度迅速达到
0.25mg L ,此后一直在其上下波动.总体上看 P 并
没有累积现象 ,这可能与 P的沉淀有关.
表3是荆三棱浸泡 130 d后的重量 、TN 、TP的变
化.从中可以看出经过 130 d的浸泡 ,荆三棱重量损
失率有27.10%,但是 TN 、TP的损失分别为 40.80%
和76.80%.如果将植物重量的损失看作是 COD 、
TN 、TP损失之和 ,那么可以认为植物中的N 、P 经过
浸泡后释放的速度较快 ,而COD的释放相对较慢.
然而N 、P 的迅速释放并不一定就表现为水中
NH
+
4 -N 、TP浓度的迅速增加 ,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 N ,
而且植物体腐烂也释放 Ca2+ 、Mg2+ ,它们会使大量
的 P沉淀下来.
表 3 荆三棱浸泡 130 d后重量 , TN、TP含量及损失
Table 3 Losing of weight and contents of TN and TP in
Scirpus yagara Ohw after dunked in water for 130 d
项目 TN TP 重量
浸泡前 % 1.33 0.22 56.1 g
浸泡后 % 1.08 0.07 40.9 g
损失量 g 0.30 0.10 15.2
损失率 % 40.80 76.80 27.10
3 结论
(1)荆三棱对水深的耐受性不强 ,更适合于在浅
水域生长.但是荆三棱也能在一定水深区域生长.收
割有利于荆三棱的生长与发芽.
(2)荆三棱地上的生物量比地下多大约 55%.
地下荆三棱生物固定的 N 、P 总量分别比地下荆三
棱生物固定的 N 、P 总量大约多 50%和 126%.在河
岸带通过收割荆三棱可以分别带走荆三棱所固定的
全部N 、P 的 40.5%和 30.6%.
(3)经过 130 d 的浸泡 ,荆三棱重量损失率有
27.10%,但是 TN 、TP 的损失分别为 40.80%和
76.80%.植物中的 N 、P 经过浸泡后释放较快 ,而
COD的释放相对较慢.释放出的污染物基本没有积
累现象.
参考文献:
[ 1 ] 徐颖 ,朱加征.河道人工曝气的试验研究[ J] .河海大学学
报 , 1995 ,23(3):127～ 130.
[ 2 ] Helf ield J M , Diamond M L.Use of constructed wetlands for urban
stream restoration: a crit ical analysis [ J ] . Environmental
Management , 1997, 21(3):329～ 341.
[ 3 ] Merza J E , Leigh K , Chan O.Ef fects of gravel augmentation on
macroinvertebrate assemblages in a regulated california river[ J] .
River Res Applic , 2005 , 21:61～ 74.
[ 4 ] 钟春欣 ,张玮.基于河道治理的河流生态修复[ J] .水利水电
科技进展 , 2004, 24(3):12～ 30.
[ 5 ] DeWall L C , Large A R G , Gippel C J , et al.River and floodplain
rehabilitat ion in Western Europe:Opportunities and constraints[ J] .
Arch Hydrobiol Suppl , 1995 , 9:679～ 693.
[ 6 ] 郑天柱 ,周建仁 ,王超.污染河道的生态修复机理研究[ J] .环
境科学 , 2002, 23(增刊):115～ 117.
[ 7 ] 封福记 , 杨海军 , 于智勇.受损河岸生态系统近自然修复实
验的初步研究[ J] .东北师大学报自然科学版 , 2003 , 36:101～
1014 环 境 科 学 28 卷
106.
[ 8 ] Riis T , Sand-Jensenl K , Larsen S E.Plant distribution and
abundance in relation to physical conditions and location wi thin
Danish stream systems[ J] .Hydrobiologia , 2001 , 448:217～ 228.
[ 9 ] Grace J B.Effects of water depth on Typha latifolia and Typha
domingensis[ J] .Am J Bot , 1989 , 76:762～ 768.
[ 10] Kirkman L K , Sharitz R R.Grawth in controlled water regimes of
three grass common in freshwater wetlands of the southeastern USA
[ J] .Aquat Bot , 1993 , 44:345～ 359.
[ 11] Blanch S J , Ganf G G , Walker K F.Tolerance of riverine plants to
flooding and exposure indicated by water regime[ J] .Regulated
Rivers:Research and Management , 1999 , 15:43～ 62.
[ 12] 蒋展鹏 ,祝万鹏.环境工程监测[ M] .北京:清华大学出版
社 , 1997.35～ 58.
[ 13] 国家环保总局.水和废水监测分析方法[M] .(第三版).北
京:中国环境科学出版社 , 1998.48～ 96.
2005年环境科学技术类期刊总被引频次和影响因子排序表1)
代码 期刊名称 总被引频次 学科内排名 影响因子 学科内排名
Z027 JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES 239 28 0.341 24
Z549 安全与环境学报 429 21 0.723 10
Z029 长江流域资源与环境 540 15 0.715 11
Z024 城市环境与城市生态 539 16 0.395 18
Z015 电镀与环保 332 26 0.479 15
Z013 工业水处理 786 9 0.348 23
Z032 工业用水与废水 179 30 0.171 29
Z010 海洋环境科学 472 18 0.474 16
Z009 化工环保 355 24 0.385 20
Z017 环境保护科学 233 29 0.160 31
Z005 环境工程 446 20 0.280 26
Z004 环境科学2) 2 270 1 1.342 2
Z003 环境科学学报 1 932 2 1.138 3
Z002 环境科学研究 887 7 0.776 7
Z025 环境科学与技术 459 19 0.354 21
Z019 环境污染与防治 571 13 0.389 19
Z021 环境污染治理技术与设备 1 141 6 0.536 14
Z023 农村生态环境 521 17 0.772 8
Z008 农业环境科学学报 1 273 5 0.726 9
Z011 上海环境科学 880 8 0.538 13
H784 生态环境 697 11 0.889 6
Z016 水处理技术 558 14 0.351 22
Z007 四川环境 243 27 0.209 28
T953 消防科学与技术 147 31 0.164 30
Z551 植物资源与环境学报 394 22 0.397 17
G129 中国安全科学学报 589 12 0.598 12
Z030 中国环境监测 340 25 0.274 27
Z001 中国环境科学 1 714 3 0.978 4
Z546 中国人口资源与环境 373 23 0.302 25
Z022 资源科学 763 10 0.974 5
Z012 自然资源学报 1 496 4 1.771 1
1)数据源于:中国科学技术信息研究所.2006年版中国科技期刊引证报告(核心版)[M] .北京:科学技术文献出版社.2006.202.
2)《环境科学》2002 、2003 、2004 、2005 、2006年连续 5届荣获“百种中国杰出学术期刊”称号
10155 期 李睿华等:河岸带中荆三棱的生长特性及其腐烂规律研究