河北环境工程学院校园木本植物生态修复功能分析

柏 祥

(1.淄博职业学院,山东 淄博 255314;2.河北环境工程学院,河北 秦皇岛 066102)

当前,针对形势严峻的环境污染问题和日益复杂的治理难题,寻求切实可行的治理途径势在必行。与传统的理化措施相比,植物修复技术因其经济、安全、绿色、可持续以及环境扰动小和美学价值高等特点得到了迅速发展,并逐渐形成了污染环境的“植物疗法”体系。植物修复是利用植物及其共有的微生物体系来清除环境中的污染物。其中,木本植物因其生物量大、根系发达、生长迅速、生命周期长等特点和优势,成为污染环境生物修复的一大热点[1]。

木本植物是校园绿化的重要组分,也是校园生态系统的重要构成要素,为师生提供了良好的生活学习空间。长期以来,校园绿化的关注点多集中于园林植物及其组合的形姿、色彩、季相变化等,从而在较大程度上忽视了园林植物的生态修复功能,未考虑其生态附加值,更是与“生态园林”理念相去甚远。鉴于此,本研究以河北环境工程学院校园为例,在前期校园木本植物多样性调查[2]的基础上,以环境修复植物资源为依据,分析了校园现有木本植物的生态修复功能,以期为明确校园木本植物生态修复功能现状、指导生态校园建设提供科学参考和依据。

1 研究方法

河北环境工程学院地处秦皇岛市北戴河区(39°52′1.85″N,119°26′49.71″E),属暖温带半湿润大陆性季风气候,发源于抚宁区的新河穿校园而过。本地区的植被类型为暖温带落叶阔叶林,伴有温性针叶林[3]。

作为新建校园,河北环境工程学院校园构建了优美、舒适、惬意的绿化环境。前期已对校园木本植物多样性进行了调查,在此基础上,参照《环境修复植物学》[4]一书中的环境修复植物资源,筛选出具有生态修复功能的校园木本植物,从污染大气、污染土壤和污染水体三方面分析了校园木本植物的生态修复对象,从每一种污染介质中的生态修复特点明确了其具体的生态修复功能类别,同时分析了生态修复功能及其类别的科属差异。

采用Excel 2016 对结果进行统计计算、分析和制图。

2 结果与分析

2.1 校园木本植物概况

据前期调查,河北环境工程学院校园内共有木本植物107 种,分属于37 科75 属,其中包括69种乔木、37 种灌木和1 种藤本。物种数量和生物多样性指数与国内其他高校相比,均处于相对较低的水平,这主要与校园建设历史有关,同时也与学校地理位置、发展情况、校园面积等因素有关[2]。

2.2 生态修复功能及类别

通过对比修复植物资源,发现校园107 种木本植物中,具有生态修复功能的有44 种,隶属于21 科34 属。其中对污染大气具有生态修复功能的种数最多,为43 种,污染土壤的次之,为38 种,污染水体的则最少,为6 种(表1)。相应地,兼具污染大气和污染土壤复合生态修复功能的最多,为38 种。而对污染水体具有生态修复功能的种数较少,因此涉及污染水体的兼具复合生态修复功能的种数均较少。

表1 校园木本植物的生态修复功能统计

污染大气的修复功能主要有滞纳粉尘、吸收有毒气体、耐受有毒气体、杀菌、吸收空气重金属、抗烟尘和减噪共7 个方面,具有相应生态修复功能的木本植物种类依次降低。滞纳粉尘功能的木本植物种类为最多,达32 种,分属于18 科29 属,减噪功能的植物种类最少,为3 种(图1),分属于3 科(松科、悬铃木科和蔷薇科)3 属。污染土壤的修复功能主要有富集土壤重金属、耐受土壤重金属、水土保持和抗盐碱4 个方面,其中吸收富集土壤重金属的木本植物种类最多,达37 种,分属于20 科33 属,这也是校园木本植物最主要的生态修复功能。具有耐受土壤重金属和水土保持的木本植物均为9 种,而抗盐碱的最低,为2 种,分属于2 科(松科和蔷薇科)2 属。污染水体的修复功能主要是吸收富集水体中的N、P 等营养物质或重金属等污染物,校园木本植物中具有此功能的有6 种,分属于5 科6 属,分别为桑科、杨柳科、蔷薇科(2 种)、木犀科和锦葵科。

图1 校园木本植物生态修复功能类别

可见,校园木本植物的生态修复功能最多地体现在污染土壤的生态修复方面,特别是通过富集土壤重金属来净化污染土壤。当前我国土壤污染特别是重金属污染形势相当严峻,且治理难度巨大,传统治理措施“副作用”突出。在利用植物修复重金属污染土壤的过程中,超富集植物多为草本植物,筛选具有生物量大、富集量高和修复时间久的木本植物用于重金属污染土壤修复成为研究的重心[5]。校园木本植物的生态修复功能分析表明,校园木本植物在满足校园绿化的同时还具有重要的污染土壤(特别是重金属污染)生态修复功能,可为污染场地生态修复的物种选择提供参考和依据。另外,校园木本植物的污染大气生态修复功能主要有滞纳粉尘、吸收和耐受有毒气体、吸收空气重金属、减噪、抗烟尘和杀菌等方面,这也是园林植物能够成为生态宜居城市建设关键指标的原因之一[6]。滞纳粉尘功能可在一定程度上有效降低空气中的TSP 含量,而耐受和吸收有毒气体的功能可为不同场地因地制宜选择木本植物物种等提供参考。同时木本植物中有吸收空气重金属功能的有9 种,分属于7 科8 属,这是降低大气重金属含量的有效生态措施,也是重金属污染土壤生态修复的有效补充。减噪、抗烟尘和杀菌3 种功能可满足不同场地对木本植物的“生态需求”。在污染水体的生态修复中,草本植物占有很大的比例,但也面临着冬季地上部分枯死的问题,因此木本植物成为解决这一问题的有效途径[7]。在具有污染水体生态修复功能的6 种木本植物中,校园新河两侧的木本植物多以杨柳科为主,这与杨柳科植物因其快速生长的特点可用于生态修复的观点相一致[4],而其他4 科的植物相对较少,因此不能充分发挥这些植物的水体生态修复功能。

2.3 生态修复功能科级和类型差异

校园木本植物共有37 科,与环境修复植物资源对比发现,具有生态修复功能的木本植物共有21 科。其中松科和蔷薇科的生态修复功能类别相对较多,均为9 种,如表2 所示,但仅在耐受土壤重金属和修复水体两方面存在差异。桑科和木犀科的生态修复功能类别均为7 种,但在吸收空气重金属、耐受土壤重金属、净化水体和抗烟尘方面有所不同。七叶树科植物的生态修复功能种类最低,仅富集土壤重金属1 种,其他的生态修复功能有待于进一步探索和挖掘。木本植物因其生理生态学特性的差异表现出对污染物耐受性、吸收富集和净化等方面的不同,进而对污染环境的修复能力也存在显著差异。在面对污染这一特殊逆境时,植物会表现出不同的适应性并在这一强大有力的选择压力下进行微进化[8],这也应成为植物修复的关注点之一。

表2 不同科的木本植物生态修复功能种类

对校园内具有生态修复功能的木本植物类型分析发现,乔木的种类为最多,达30 种,其次为灌木(7 种),小乔木或灌木为6 种,藤本植物仅1种,为紫藤。这与校园木本植物多样性调查中乔木种类大于灌木种类的结果相一致[2],但灌木、小乔木或灌木的比例相对较低,这需要进一步对这两种类型木本植物的生态修复功能进行挖掘和补充完善。

3 建议

3.1 增加木本植物多样性时考虑其生态修复功能

与国内其他高校相比,校园木本植物多样性较低,具有很大的提升空间。在优化校园木本植物配置、增加生物多样性的同时,应充分考虑其生态修复功能,如增加校园内新河河滨带木本植物绿化时统筹木本植物的水体修复功能,以维持和改善新河水体生态系统的稳定,增加藤本植物种类以完善其生态系统功能等,发挥校园木本植物的绿化美化和生态修复的双重功能,巩固和优化其在生态校园中的地位。

3.2 开展校园草本植物生态修复功能调查

本研究对校园木本植物的生态修复功能进行了分析,而种类繁多的草本植物是当前污染环境生态修复的主力,其生态修复功能是不可忽视的生态功能要素[9-10]。校园内丰富的草本植物资源既是校园生态系统的重要组成部分,也是发挥植物群落生态功能的关键要素,在开展草本植物调查的基础上,分析其生态修复功能,可更全面地完善和明确校园植物的生态功能。

4 结论

河北环境工程学院校园木本植物中具有生态修复功能的有44 种,隶属于21 科34 属,其中具有污染大气生态修复功能的木本植物种类最多,为43 种。在生态修复功能类别中,富集土壤重金属的木本植物种类最多,达37 种,其次为具有滞纳粉尘、吸收和耐受有毒气体功能的木本植物种数,分别为32 种、30 种和26 种。松科和蔷薇科的生态修复功能类别最多,均为9 种。同时乔木是校园内具有生态修复功能的木本植物的主体。鉴于当前校园木本植物生态修复功能现状,建议在增加校园木本植物多样性时考虑其生态修复功能,开展草本植物生态修复功能调查,以更全面地认识校园植物的生态功能,更好地指导生态校园建设。

本研究从校园木本植物种类方面对其生态修复功能进行了分析,有关这些木本植物生态修复功能大小、生态修复应用中的选择顺序、适用范围等有待于进一步分析和明确。