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1、杭州人工湿地与西溪湿地4种植物光合生理生态比较1、(1.浙江大学生命科学学院,浙江杭州310012;2.杭州植物园,浙江杭州310008)摘要:比较了夏季杭州植物园观鱼池人工湿地和西溪湿地的4种植物,鸢尾(Iristectorum)、菖蒲(Acoruscala2mus)、美人蕉(Cannaindica)和旱柳(Salixmatsudana)的生理生态差异。测定了植物的光饱和曲线,蒸腾速率(Tr),计算了表观光量子效率(AQY)、水分利用效率(WUE)和呼吸速率(Rd)等生理参数。研究发现,夏季人工湿地植物的生长状态优于西溪湿地的植物,最大光合速率和蒸腾速率都是人工湿
2、地大于西溪湿地,而呼吸速率则是西溪湿地大于人工湿地。人工湿地为净化鱼池水的沙基质结构以及间歇式供水条件在净化富营养化水的同时也为其中生长的植物创造了好于自然湿地的生长环境。关键词:光合作用;土壤湿度;蒸腾作用;水分利用效率人工湿地(constructedwetland)污水处理是近年来迅速发展起来的一种污水处理技术。在城市生活污水、工农业生产废水和暴雨径流处理,废水管理和水污染控制方面发挥越来越重要的作用[1～3]。2001年,浙江大学与杭州植物园合作在玉泉观鱼池建立了一个人工湿地生态工程,经过5a的运行,该湿地使观鱼池水得到有效处理,完全达到了循环利用和节约地下水
3、的目的[4]。该湿地除了种植一些人工湿地常用的植物外[5～7],还引入了一些乡土种类、园艺栽培种,甚至木本植物[8,9]。西溪湿地位于杭州城市西缘,面积10.08km2。这里水网交错,河渚重叠,芦苇茂密,水鸟栖息,被誉为杭州的“城市之肾”,已经在2005年成为中国的第一个“国家湿地公园[10]。由于西溪湿地与杭州植物园距离只有4km,环境背景相似,可将两湿地进行对比研究。已有的研究表明,植物的生长和生理特征与其营养吸收和净化污水有明显的相关性,例如植物在春夏季长势旺盛的时候去除N、P的效果较好[11];最大光合速率与植物叶片的N含量正相关[12]。可见,要保持高的污
4、水净化能力,维持植物良好的生长生理状态很重要。因自然湿地植物的生长状况主要受自然气候的影响,而人工湿地的植物除了自然影响外还受到了人工设置的条件,如基质土壤、间歇供水等因素的影响。为了研究人工条件对植物的生长是否产生了正面或负面的作用,研究和比较了人工湿地与自然西溪湿地的4种植物的生长状态,包括光合作用、蒸腾作用和呼吸作用等,分析人工湿地的环境对植物生理状态的影响,进而为选择净化效果好的植物和设置合理的生长条件提供理论依据。1 材料和方法1.1 所选湿地的概况杭州植物园的人工湿地位于观鱼池附近,用于净化观鱼池水,植物在该湿地中起到了很好的净化和美化效果。该湿地系统总
5、面积为600m2,底部和四周以水泥墙封闭防渗,以沙(厚40cm)和砾石(厚70cm)为基质。鱼池水通过所布设的水管均匀流入系统各处,总注水量为160m3/d,自动间歇式注水。这种新型人工湿地地表无积水,大部分面积经常接近中生环境,适合更多植物种类的生长[8]。西溪湿地下伏白垩系砂岩,上覆40～50cm厚的第四系亚砂土、亚粘土层[10]。西溪湿地中不仅有自然湿地植物,也有一些栽培植物,选择了两湿2期张骁栋等:杭州人工湿地与西溪湿地4种植物光合生理生态比较139地中的4种植物:菖蒲(Acoruscalamus)和美人蕉(Cannaindica)有较好的吸收N、P的功能,
6、在多处人工湿地中被广泛应用[8,13];鸢尾(Iristectorum)是常见的园艺植物,生长力强,在湿润和干燥的环境中均能生长[14];旱柳(SalixmatsudanaL)是分布广泛的喜湿木本植物。1.2 植物材料和生理生态测定方法鸢尾、菖蒲、美人蕉和旱柳这4种植物在人工湿地和西溪湿地中都生长良好。2004年7月上、中旬,分别在人工湿地和西溪湿地选取长势良好、有代表性的植株,测量这4种植物的生理参数。使用英国ADC公司生产的LCA-4型便携式全自动光合测定系(AnalyticaIDevelopmentCompanyLimited,ADC,Hoddesdon,En
7、gland)进行活体测量。在上午9:00～11:00之间测定植物光饱和曲线。在上午的9:00～11:00,下午的2:00～4:00,在仪器设定的1000μmol/(m2·s)下测定植物的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr),重复3次。取得的数据经过Excel软件处理,用Logistic模型方程模拟出光饱和曲线,根据曲线可算出光补偿点〔LCP,μmol/(m2·s)〕和光饱和点〔LSP,μmol/(m2·s)〕[15];表观量子效率(AQY)用光合有效辐射(PAR)0～200μmol/(m2·s)的起始斜率表示。两湿地植物在1000μmol/(m2·s)下的Pn和
