芦苇生态功能与景观应用研究进展

摘要  介绍了禾本科芦苇属芦苇［Phragmites australis（Cav.）Trin.ex Steud.］的概况。对芦苇的生态功能进行了全面的归纳总结，包括稳固土壤、削弱风浪、减少噪声、净化水体、抑制水华、提供栖息地等方面。进而从芦苇的配置与建植方面探讨了芦苇的园林应用及将生态功能与景观应用的结合要点。旨在为充分利用芦苇群落在生态建设、园林景观应用方面提供依据和参考。

关键词  芦苇；生态功能；景观应用

中图分类号  S688  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0014-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.004

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on the Ecological Functions and Landscape Applications of Phragmites australis

LI Jing1，2，3， ZHU Ying1，2，3

（1.Beijing Botanical Garden， Beijing 100093;2.Beijing Floriculture Engineering Technology Research Centre， Beijing 100084;3.Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Plant Ex situ Conservation， Beijing 100093）

Abstract  This paper introduces the overview of Phragmites australis （Cav.） Trin. ex Steud.. It comprehensively summarizes the ecological functions of reeds， including stabilizing soil， weakening wind and waves， reducing noise， purifying water bodies， inhibiting water blooms， and providing habitats. Furthermore， it discusses the garden applications of reeds and how to combine ecological functions with landscape applications from the perspective of reed configuration and planting. The aim is to provide a basis and reference for fully utilizing reed communities in ecological construction and garden landscape applications.

Key words  Phragmites australis;Ecological functions;Landscape application

作者简介  李静（1981—），女，河北邯郸人，高级工程师，从事园林绿化栽培与设计工作。

*通信作者，教授级高级工程师，硕士，从事园林植物栽培与繁育工作。

收稿日期  2023-10-17

芦苇属（Phragmites Adans.）为禾本科多年生挺水草本植物［1］，营养繁殖能力极强，具有丰富的遗传多样性和很强的表型可塑性。由于该属的植物具有高度的表型变异且物种之间存在重叠，很难依据某个典型性状划分［2］。经WCPS统计，芦苇属共有127个种及亚种、变种被命名，目前被承认的种仅包括芦苇（P.australis（Cav.）Trin.ex Steud.）、卡开芦［P.karka（Retz.）Trin.ex Steud.］、毛里求斯芦苇（P.mauritianus Kunth）和日本芦苇（P.japonica Steud.）。其中卡开芦和毛里求斯芦苇分布在热带，日本芦苇仅分布在东北亚地区，而芦苇是全球性广布的［3］。该研究仅以芦苇属芦苇种作为讨论对象。

芦苇大部分为多倍体，一般学者认为二倍体芦苇在进化的过程中已经消失。四倍体和八倍体最为常见，欧洲、美洲和非洲以四倍体为主，亚洲和大洋洲以八倍体为主［4］。在我国芦苇分布极广，有14个主产区，总面积约1.3×106 hm2［5］，其中八倍体芦苇占绝对优势［4-6］。由于芦苇具有非常高的种内遗传多样性和表型可塑性［7-8］，导致种内的分类难以清晰划分。目前一般以地理生态型、生境生态型以及表型可塑性3种类型进行划分［9］，以地理空间划分的有博斯腾苇、黑龙江苇、内蒙古苇、盘锦苇、射阳苇、白洋淀苇、洞岳阳苇、鄱阳苇等［10］；以生境特点划分的有淡水沼泽芦苇、咸水沼泽芦苇、低盐草甸芦苇、高盐草甸芦苇等［ 11-12 ］；表型可塑性指改变表型以适应环境条件的变化［9］，如同一芦苇克隆在不同的立地条件下，氮含量不同、株体形态不同，而将不同克隆移栽到相同立地条件中，各克隆间氮含量基本相同，株体形态未受影响［13］。由此可见，芦苇环境适应能力强，不但能在江河湖沼沿岸、河口、滩涂、荒滩地等地形成大面积的单优群落，也能在一些较为极端的环境，如盐碱地、荒漠等呈斑块状集群分布［14］。

芦苇不仅是人工湿地内重要的植物群落组成部分，具有重要的生态价值，也是风景园林植物配置中优良的植物景观材料。该研究综述了近年来学者对其生态功能与景观应用的一系列研究成果，并讨论了如何将生态功能与景观应用良好的结合，为其园林应用提供理论依据。

1  芦苇生态功能研究

20世纪70年代开始，水生植物的耐污和净化污染物的能力被发现和研究［15］。水生植物通过根系吸附作用、产氧作用、分泌有机物、为微生物提供栖息地和改善水力条件等途径净化水体［16］。芦苇作为一种适应性和抗逆性很强的水生植物，被学者进行了大量的研究，具有广泛的生态功能，主要表现在稳固土壤、削弱风浪、减少噪声、净化水体、抑制水华、为动物提供营养源和栖息地等方面。

1.1  芦苇在固土护坡、消浪缓冲方面的功能

孔杨勇［17］指出，芦苇根系发达，在一定程度上减弱了流水对两边驳坎的冲刷，有利于水土保持。水的流动性能够促进养分的溶解和运输，因此水的流动性越强，芦苇的长势就越好［18］。长期积水地区的芦苇地下茎细、节间短、节数居中、表层须根最多、芦苇密度最大，组成了典型的须系，消浪效果最明显［19］。李冬林等［20］在相同区域的研究显示，芦苇通过发达的茎秆和叶片，对自然风和航运造成的噪声具有明显的削减缓冲作用，低风弱噪区可以延续约2～10 m。通过计算，300 m宽芦苇荡能有效地衰减台风所产生的风浪，消浪效果显著［21］。芦苇依靠这种典型须系，地表土层形成盘根错节的网状根系，芦苇地下茎的抗阻拉力随着其平均直径的增大而增强，呈现出紧密的幂函数关系，可有效抗洪水和波浪冲击，具有很强的固土的能力［22-23］。但是芦苇种子萌发和幼苗生长需要在光照、好氧和低水位环境中进行［24-26］。因此，在生态护坡工程中种植芦苇时，应适当抬高堆土高度。

1.2  芦苇在净化水体方面的功能

1.2.1  芦苇对于有机物的去除。

芦苇根系强大，具有较强的泌氧能力，根系周围存在大量的需氧与厌氧微生物群，有机物降解功能菌属的丰富度较高［27］。正是芦苇的强大根系以及芦苇根系所形成的有氧无氧微生物环境中的微生物联合作用，可有效地降解水中有机物［28］。

芦苇对不同种类污水有机物的去除率不同。芦苇对乳制品废水中的COD的去除率达97%～98%，BOD5的去除率达98%～99%［29］。对城市污水BOD的去除率在5—10月均在90％以上，芦苇生长量最大的8月份，BOD的去除率最高，达到96%［30］。而对化工区污水厂尾水去除 COD的去除率不高，且波动较大，其中COD 的平均去除率12.62%，最高可达51.11%［31］。大型挺水植物都具有一定的净污能力，但经过试验发现芦苇的净水能力更好，对比芦苇与香蒲净污能力时发现，芦苇比香蒲对污泥中有机物和营养元素的截留效果更好［32-33］。韩苏娟等［34］对比黄菖蒲、臭蒲、香蒲、芦苇、水莎草、大红草综合除污效果，发现黄菖蒲、芦苇湿地效果较佳。但芦苇本身的净化效果较低，只有14.3%［35］。而其净化污水的能力主要是利用根系所形成的有氧无氧微生物环境中的微生物联合作用，除此之外还和芦苇种植基质及芦苇栽培条件等相关。王冰［36］发现，芦苇的种植基质对COD的去除也有一定的作用，其中炉灰渣和炉灰渣 + 土壤对生活污水中的COD 去除效果最佳，可能原因为炉灰渣比表面积大，吸附能力强。文佳俊等［37］发现，溶解性有机物中官能团含量与芦苇培养时间、淹水条件和根际环境有关。芦苇淹水时间的增长，芦苇根际沉积物中溶解性有机物官能团含量减小。根际环境下发酵铁还原菌的丰度越大，沉积物中溶解性有机物的羧基官能团积累量越小。

芦苇是一种吸附有机物较好的挺水植物，然而影响芦苇吸附有机物的条件较多，为达到更好的净污效果，应针对性地选择污水种类，种植基质，并满足适宜的栽培条件。

1.2.2  芦苇对于氮、磷元素的去除。

氮是水生态系统重要的限制性元素之一［38］。污水中N、P 元素的去除同样得益于植物根际的吸收和微生物的新陈代谢。芦苇对污水中N的去除主要是通过微生物的硝化作用和反硝化作用［28］。超过50%的氮通过微生物硝化和反硝化作用去除［39］。对P 的去除是通过苗床基质中的吸附、络合、沉淀反应和芦苇根际的吸收［40］。

芦苇对TN的累积作用以植株地上部分为主，植物对TP的吸收作用虽以根系为主，但受生物量的影响，TP含量仍以地上部分居多，超过50％［41］。湿地植物的净增生物量是决定湿地植物土壤氮、磷净化能力的一个重要因素［42］。温度、盐度、水位波动等因素对芦苇氮磷去除率同样存在影响。温度对挺水植物营养元素的吸收有显著影响，夏季温度较高时，芦苇生长旺盛，根系周围的微生物新陈代谢速度快，湿地内 N、P 元素含量较低［32，43］。芦苇去除水体中总氮及氨氮效率一定程度上受水位波动的影响［44-45］。 低频水位上升（每3 d上升2 cm）有利于总氮的去除，而高频水位上升（每3 d上升4 cm）则对氨氮和总氮的去除起到抑制作用。低频盐度上升（每3 d上升100 mg/L）有利于芦苇对水体中氨氮、总氮和总磷的去除，而高频盐度上升（每3 d上升200 mg/L）不利于其去除［46］。浅水位芦苇湿地较深水位芦苇湿地对氮磷的去除率更高，但后者对氮磷的去除速度更快［47］。

由于芦苇对于TN、TP的积累主要集中于植株地上部分，芦苇干枯后地上部分需要及时清除，否则就会在水体中累积、腐烂，并将其吸附、吸收和固定的污染物重新释放出来，导致水质的恶化［48］。反硝化微生物生长的根际微环境受植物地上部收割的影响，从而对湿地脱氮过程产生影响［49］。枯萎末期收割芦苇对湿地脱氮效果和根系呼吸代谢的影响较小，有利于保护植物根系，从而持续为根际环境供给氧气，能增加芦苇湿地的有机物去除效果［50-52］。长期芦苇收割能够影响芦苇地上和地下生物量的分配，并降低芦苇湿地土壤全氮含量［53］。由此可见，深入了解芦苇吸收氮磷的机理及影响因素，科学合理的利用，才能更好地发挥其净化效果。

1.2.3  芦苇对于重金属的去除。