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水生植物的应用与管理

水生植物以其特有的形态美和意境美在历代园林中得到了广泛应用。除了观赏作用外,水生植物及其为主要材料的湿地对水体有净化作用和生物多样性高的特点受到了全世界的高度重视。在我国大中城市水生植物引种、驯化与应用、湿地公园建设、城市河道生态修复与景观构建等工作迅速发展,成为城市生态建设一个重要内容。
相关课题研究和建设项目积极推动了城市生态建设和景观风貌的改善,但也出现了一些科学和技术应用上的问题,严重影响这一事业的健康发展。主要原因一是该领域涉及水生植物生物学、水生生态学、湿地科学、环境科学等学科知识的综合应用。这些学科研究和应用水平不一致,其中一些学科研究仍处于初级阶段,例如,分布于我国大量的水生植物,其生物学生态学研究工作基本处于观察阶段,缺乏详细的实验研究,这给实际应用带来困难;二是理论成果、技术开发和实际应用三者严重脱节,表现为缺乏相应的技术研发,使理论成果不能转化为可操作性技术;三是从事该领域工作的多为新近成立或改行的单位,缺乏相关人才和技术储备等。所以,他们承担的项目从规划、设计、施工到后期养护管理都缺乏理论指导和技术支撑。
城市环境中水生植物的应用,除了景观和艺术要求外,主要是在保护的基础上,有效发挥水生植物生态和观赏作用。本文针对应用中一些问题,师法自然,联系水生植物个体生态学、水生植物群落结构和动态等基本特性,提出科学应用水生植物的基本要求。例如,某种水生植物准确的名称、物候、对水质和基质的要求、群落特征等等,只有具备了这些知识,才能保证项目的科学实施。
1   水生植物的生活型和种类
城市生态建设中应用的水生植物主要是维管植物,被子植物占绝大多数,典型的水生植物多为被子植物的单子叶纲植物。水生植物是生态学范畴上的类群,是不同分类群植物长期适应水环境而形成的趣同性生态适应类型。
水生植物生活型系统由许多学者以不同的方式提出过,但仍然有争议。不管争议如何,大部分学者认为水生植物按生活型还是可以初步分为:湿生植物、挺水植物、浮叶植物和沉水植物四大类,其中浮叶植物又分根生浮叶植物(如菱)和漂浮植物(如凤眼莲)。可以说湿生植物是偶然或不经常的水生植物;挺水植物是根茎水生的水生植物;浮叶植物是叶片一面气生的水生植物;只有沉水植物是完全的水生植物。
按照上述生活型分类,实际应用的常见水生植物生活型见表1。
表1中的分类,基于应用和管理考虑,并尽量兼顾水生植物生活型研究的成果,表中菱类、香蒲类、灯心草、荷花等包含了不同种类或品种。
在实际应用中应避免根据生境,凭想象自定义的分类群名称,例如,岸边植物、池边植物、浮水植物等。“岸边植物”或“池边植物”是生长在水体岸边一类植物的总称,它可能包括耐湿的木本、湿生植物、挺水植物,浮叶植物和沉水植物等,因为在一个水体中,水生植物的分布规律是自沿岸带向深水区的同心圆分布,各生活型带间是连续的:从沿岸带至湖心方向各生活型的位置依次为:湿生植物—挺水植物—浮叶植物—沉水植物。深度是各生活型向内分布的限制因子,竞争是其向外分布的限制因子。一个水体中水生植物是沿岸分布的,但岸边植物不一定都是水生植物。
       水生植物特别是园艺品种,经常出现同种异名、同名异种以及望文生义现象。一些设计方案中苗木清单水生植物名称混乱,导致苗木采购和施工困难。本来水生植物许多种类就有一个或几个俗名。例如,天南星科的菖蒲俗名又叫臭蒲子、水菖蒲和白菖蒲;藨草俗名又叫光棍草等;大漂俗名也叫水浮莲和大浮萍等。在此将常见水生植物的“俗名”列出(见表2),建议在实际应用中了解俗名,而使用通用中文名。
2  水生植物生态学特征
水生植物生物学、生态学特征与实际应用最相关的特征有:生长式样、生长节律(物候)、对环境因子的生态适宜性、种群更新与扩张(繁殖)以及越冬休眠情况。对沉水植物来说,水深、流速和水质状况等也至关重要。除此之外,水位的波动也是限制水生植物分布的重要因子。这些特征是长期适应不同生境形成的,构成了某种水生植物本身的属性,理解这些特征是正确使用水生植物材料的基础。
水生植物多为多年生宿根草本植物,有发达的地下根茎系统。地下根茎初步分为两种,一种是集群式的,如黄菖蒲、花叶芦竹等,另一种是游击式的,如香蒲、苦草等。根茎系统在地下的分布与泥土类型、营养及其水分状况有关;根茎上抽条与水深密切相关。如果在一个人工恢复或营建的水域,这些特征决定着选用某种水生植物需要怎样的底泥、栽植时应该在多少水深范围内、地下根茎应入底泥多少深度等技术要求。例如,菰(Zizania latifolia Stapf.)发达的地下根茎为合轴分枝,向上产生抽条,向下向前产生新的根状茎,根状茎在底泥中的分布可达50 cm以上。菰从岸边湿地到水体较深的地区均可生长,它的耐水深度优于芦苇和荻(Miscanthus sacchariflorus Benth),抽条的生长式样与水深有密切关系。
水生植物的生活周期是以一年为单位:从萌发生长到生殖、死亡或休眠都是在一年中完成。水生植物的繁殖方式以无性繁殖为主,通常有性繁殖只占25%。无性繁殖的主要方式是休眠体;以植株作为繁殖体的多年生方式(如微齿眼子菜)不占优势。强烈的无性繁殖特点使水生植物在生长季节产生大量的新植株,侵入其他植物的地域空间,形成竞争。无性繁殖量大的特点对景观水域的水生植物来说,并不是一个好的作用,因为,大量新植株可能破坏通过艺术加工的景观。
水生植物的传播和扩张也依赖无性繁殖,例如,穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L)一般在开花以后,植物体即自行断裂成茎段,水位波动以及人为活动也能产生茎段并传播。
不同生活型的水生植物对水质要求不同。除园艺品种外,挺水植物一般对水质的耐受性广。例如慈姑和菰从寡营养水域到富营养化的水域都能正常生长;沉水植物是完全的水生植物,对水质有较强的依赖性,表现出沉水植物光合作用、矿质营养吸收、生活策略等方面都对水环境的依赖。同时,水域的理化环境、底质结构、藻类和水中生物又对沉水植物生长产生影响。因此,在一个水域恢复沉水植物时,在什么水深范围种植呢?一个首要的问题是达到沉水植物光补偿点的光强、水质(浊度、营养水平等)、温度和流速等应予以考虑。例如穗花狐尾藻的光补偿点大约为水面光照的2%左右,那么在不同水质状况的水域,穗花狐尾藻分布的水深范围应该不同。
3 水生植被的营建和管理
对水生植被营建和管理具有指导作用的群落特征主要有群落结构特征、植被的动态和功能特征等。
3.1 考虑水生植物群落的结构特征
水生植物群落基本结构是层片,其植被的结构为群丛植被类型;各层片基本不重叠,水生植物群丛基本为单优势群丛或两种共同优势群丛,伴生种为不同生态位或生态型的种类,水生植被结构较陆生植被简单。自然水生湿生植物种群以集群分布为主,因此,在实际应用时人工种植或布置水生植物时要呈丛或块,切不可等距离或均匀种植;不能在同一地方,单凭想象进行多种水生植物的群落搭配,如果是这样的话,就违背了师法自然的原则,即浪费又别扭。因为水生植物与木本植物不一样,水生湿生植物具有强烈的无性繁殖克隆生长特点,单从景观配置出发考虑其多种水生植物搭配与布置,不可能维持其景观,也不自然。经过一个季节的生长,水生植物种群数量可以增加好几倍,甚至可以侵入其它植物的生长空间,从而破坏景观效果。因此,在景观水域进行水生植物布置时,一定要考虑有效的隔离,特别是沿岸水平隔离尤为重要。隔离方式可以多种多样,土工布、木板、水泥板、种植容器等等都可以。
3.2 考虑水体和水生植被的发展阶段
描述水生植被演替系列多通过植物群落的空间排列顺序(生态系列)来推断时间演替系列。水体沿岸带有沉水植物群落、挺水植物群落和湿生植物群落,它们代表了淡水水生植物群落演替的不同阶段。水生植被的演替以植被优势种的演替为代表。水生境中的原生演替是从藻类开始,路径是:藻类→沉水植被→浮叶植被→挺水植被→湿生植被→陆生植被,最终结局是水生植物和水体消失。逆向演替也称为退化,表现为其演替方向与原生演替相反。演替的结果是植被结构趋于简化,生物多样性下降。
水生植被的生态恢复与景观构建应遵循上述动态规律,同时还要考虑与水体的发展水平相适应。因为,任何水体包括景观水体一经产生就开始了在物理、化学和生物因子等方面的相互作用,早期环境因子起主导作用,到后期生物因子又占主导作用。同一生活型的不同水生植物可能是水体和水生植被不同发展阶段的代表性种类。例如,沉水植物苦草和竹叶眼子菜是水体发展早期的优势种,适宜水位波动大的环境,它们呈稀疏分布,群落生物量低。当水位逐步稳定后,水生植物的优势种可能更替为微齿眼子菜、黑藻和穗花狐尾藻等,水底密闭起来,群落生物量增加。
3.3 选择正确的水生植物种类
水生植被生态恢复和景观构建首先要选择正确的水生植物种类。要分析水生植物生物学特性、耐污性,对氮磷去除能力以及光补偿点等因素,筛选出几种具有一定耐性的,能适应水体发展现状的物种作为恢复物种,并为水生植被恢复和景观构建提供植物材料。其次要按水生植物群落特点和沿岸带生态系列进行配置。在水平上,恢复区功能决定了植被分布和类型。从景观视觉角度,满足生态恢复的前提下,对水生植物的色彩进行搭配。在垂直上,主要根据水文条件来配置湿生、挺水、浮水和沉水植物群落,并考虑不同植被的层次搭配和时间搭配。不论是垂直上,还是水平上植物群落配置都必须与整体景观保持一定的平衡和比例关系等。
3.4 水生植被养护与水体的管理
除了对水生植物的栽培和养护技术,对枯萎死亡植物收割,防治二次污染的管理外,还要从生态系统水平,对水生植物及其相适应的水体环境进行管理。这种系统水平的管理只是对水生植物及其水体系统发展方面的调控,尽量减少人工和外来资源(例如水、能量、杀虫剂和化肥等)的投入,形成了水生植物群落自维持的良性循环。有这样一个案例,某湿地公园内一个浅水人工湖泊,沿岸带种植的水生植物生长旺盛,特别是沉水植物穗花狐尾藻和黑藻等基本长满了整个水域,影响到水域景观。管理人员问笔者如何管理和控制水生植物,保持好的景观效果。笔者问他这一湖泊水域如何功能定位,也就是说需要的是一个景观水面还是沼泽?如果是景观水面,那么需要对沉水植物进行控制或部分清除,太多的沉水植物冬季死亡后会影响水质,垫厚底泥层,改变湖泊的性质,向沼泽化方向发展。如果是需要典型沼泽,那么对现在沉水植物不仅不需要控制,而且还要人工加速其生长,促使湖泊沼泽化。针对这个湖泊,需要景观水面的管理是把该湖泊及其水生植被发育控制在一个阶段,采取的是使系统逆向演替的管理方法。需要典型沼泽的管理是把湖泊和水生植被目前的发育水平人工加速顺向的推到某一个发育阶段,是原生演替的方向。总之,从生态系统水平,对水生植物及其相适应的水体环境的管理,管理者是在开动水生植物及其环境系统这部“汽车”,而不是在骑“自行车”。系统演替及动态发展是它前进的动力,管理者主要任务是把握方向。
4 水生植物应用中应注意的其他问题
水生植物多为多年生宿根草本,既有丛生的,又有散生的,产生的新植株或芽等在密度和规格上是不一样的,给几乎“公式化”的设计、苗木采购和种植带来了诸多不便。因此,在实际应用中,水生植物的密度和规格没有乔木、灌木的苗木规格和密度那样表述的清楚。对于丛生性植物,建议以丛作为密度单位进行设计,要求每丛3~4株或芽;对于散生性植物,可以株或芽作为密度单位。种植密度需要根据植物个体大小、繁殖能力以及环境条件等情况确定,不可千篇一律。水生植物苗规格表述,尽量不要采用蓬径,而采用一年生苗、二年生苗、当年苗生长繁育几个月以及植株高度作为依据,这样更为科学。
城市生态建设中常用的水生植物主要有本地乡土种类、从外地或国外引进种类以及观赏园艺品种,它们发挥着不同的作用。例如,大面积河道沿岸带生态恢复和景观构建采用较多的是本地乡土种类以及少量引进种或园艺品种;公园景观水体或住宅区水景的布置,则使用更多的为园艺品种。本地乡土种类、从外地或国外引进种类以及观赏园艺品种对环境要求不一样。如果考虑对水质的耐受程度,本地乡土种类好于引进种,最差的是园艺品种;对于同一富营养化的环境,本地乡土种类生长发育情况也好于引进种,最差的仍为园艺品种。
此外,水生植物及其环境是许多鸟类、鱼类和其他动物的栖息地和繁殖场所,在生物多样性保护方面具有重要意义。另一方面,水生植物及其环境又是一种脆弱的生态系统,易受到人类活动的影响。因此,需要我们重视水生植物及其环境,更需要科学地保护和营建它,这样水生植物及其环境才能可持续发展,我们也才会得到所需要的效果。

添加时间:2012-3-30 14:03:26    
 
 
 
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