沉水植物在修復(fù)富營養(yǎng)湖體的研究進展

謝亭亭

（廣州太和水生態(tài)科技有限公司 廣東廣州）

沉水植物在修復(fù)富營養(yǎng)湖體的研究進展

謝亭亭

（廣州太和水生態(tài)科技有限公司 廣東廣州）

沉水植物修復(fù)水體技術(shù)是當(dāng)前水體修復(fù)技術(shù)中的熱點。本文針對沉水植物的特點，探討了沉水植物對湖泊修復(fù)的主要原理、技術(shù)和方法、研究熱點和存在的問題以及該領(lǐng)域的未來研究方向，最后表明：沉水植物修復(fù)富營養(yǎng)湖體具有很廣闊的應(yīng)用前景，將成為修復(fù)技術(shù)的熱點導(dǎo)向。

沉水植物；富營養(yǎng)湖體；修復(fù)；N、P；光合作用

N、P是造成湖體富營養(yǎng)化的主要物質(zhì)，是大型植物和浮游植物初級生產(chǎn)的主要限制因子。湖泊由草型清水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵逍蜐崴畱B(tài)后，外源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入不但使浮游植物迅速增長，而且加速湖體中的內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，顯著提高水體初級生產(chǎn)力。

沉水植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者之一，它們不僅可以凈化富營養(yǎng)化的湖體，也可以利用水體和底泥中的N、P和難降解有機污染物吸收、轉(zhuǎn)化并合成自身物質(zhì)，而且還能控制藻類生長，增加水體生物多樣性，調(diào)節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)速度，從而有效提高水質(zhì)，增加水體的透明度，改善水體生態(tài)環(huán)境。沉水植物的修復(fù)，對改善淺水湖泊生態(tài)環(huán)境，修復(fù)水體生態(tài)食物鏈，促使水體生產(chǎn)者、消費者、分解者的健康生長。因此，沉水植物的生態(tài)修復(fù)是控制水體富營養(yǎng)化的重要環(huán)節(jié)。

水生植物在抑制藻類生長，促進營養(yǎng)物質(zhì)沉積、穩(wěn)定沉積物，降低水體營養(yǎng)鹽含量等方面起到了重要作用。因此，在湖體中恢復(fù)和重建水生植物對維持水生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要。水生植被的恢復(fù)已被認(rèn)為是湖泊富營養(yǎng)化治理的一種有效方法?；謴?fù)以沉水植物為主的水生植被，可以有效地降低N、P營養(yǎng)循環(huán)速度，控制浮游植物過度增長，是重建富營養(yǎng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要措施。大量的研究表明，在水體中恢復(fù)與重建水生植物尤其是沉水植物已經(jīng)成為治理水體富營養(yǎng)化的一種有效手段。如今沉水植物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的修復(fù)技術(shù)倍受青睞，已經(jīng)成為環(huán)境領(lǐng)域和水生態(tài)學(xué)研究的熱點之一。

1 沉水植物修復(fù)原理與物種選擇

沉水植物是指植物體全部位于水層下面營固著生活的大形水生植物。因為沉水植物在水中進行光合作用并釋放出氧氣，這對富營養(yǎng)化水體自凈作用至關(guān)重要。沉水植物和其它的水生植物相同，都是構(gòu)成水體食物鏈的基礎(chǔ)，吸收引起水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)，為促進良好生態(tài)循環(huán)提供氧氣，具有較強的凈化水質(zhì)的功能。

沉水植物的葉子大多為帶狀或絲狀，常見的水體修復(fù)的沉水植物有苦草（Vallisneria spiralis）、金魚藻（Ceratophyllum demersum L.）、伊樂藻（Elodea nuttalli）、菹草（Potamogeton crispus Linn）等。

沉水植物物種的選擇應(yīng)以當(dāng)?shù)赝林锓N為主，限制外來物種。否則可能造成難以估測的生態(tài)失衡問題并增加培養(yǎng)難度。物種的選擇應(yīng)保證多樣性，單一的物種的沉水植物群落，是很難維持水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的。由于湖泊常用于娛樂目的，例如游泳、劃船等，故低莖的輪藻植物是沉水植物恢復(fù)的首選。

沉水植物因為自身獨特的生長方式，莖、葉和表皮與根可以進行營養(yǎng)元素的吸收和分解，表層細(xì)胞都含有葉綠素，可以進行光合作用，這種特殊的植物生長結(jié)構(gòu)，使得沉水植物在凈化水體方面的作用特別突出，特別是對金屬和鹽類元素的吸收能力更強。所以，在水體中種植沉水植物，能夠有效的凈化營養(yǎng)物質(zhì)。

沉水植物作為主要初級生產(chǎn)者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。在富營養(yǎng)湖體中，恢復(fù)與重建沉水植物是關(guān)鍵性的步驟。研究表明：沉水植被恢復(fù)后，溶解氧增加，水體透明度提高，各主要形式的N、P及葉綠素a濃度均明顯降低，原生動物多樣性也顯著增加。沉水植物作為湖泊水主要的生物組分和重要的生物環(huán)境，對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起關(guān)鍵作用。它們不僅會影響食物鏈結(jié)構(gòu)、控制其它生物類群的結(jié)構(gòu)和大小、維持水環(huán)境的穩(wěn)定性，而且在恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境也起著顯著的作用，其群落的重建與恢復(fù)是水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

沉水植物完全浸沒于水中，一方面因呼吸作用消耗水中的氧氣，另一方面因光合作用釋放氧氣于水體，兩種作用隨時間不同互有強弱，導(dǎo)致水中溶解氧（DO）濃度時高時低。當(dāng)呼吸作用強于光合作用時，消耗的氧氣大于產(chǎn)生的氧氣，水中DO濃度逐漸下降；當(dāng)光合作用強于呼吸作用時，產(chǎn)生的氧氣大于消耗的氧氣，水中DO濃度逐漸上升。沉水植物的這種凈化作用在水體修復(fù)中至關(guān)重要，其技術(shù)的研發(fā)均建立在此基礎(chǔ)之上。

2 沉水植物修復(fù)水體的主要方法

2.1 沉水植物修復(fù)技術(shù)的基本分類

一般沉水植物恢復(fù)可分為自然恢復(fù)和人工恢復(fù)。自然恢復(fù)是沉水植物恢復(fù)的基本方法。湖泊底泥中的沉水植物的繁殖體存活時間久，在20年后仍具有活性。當(dāng)湖泊中具有較好的透光性，其他條件也良好的情況下，此時沉水植物的可以很快進行自然恢復(fù)。但在現(xiàn)如今的情況下，沉水植物自然恢復(fù)比較緩慢，無法跟上水體污染的步伐，因此主要采取人工方法對湖體進行恢復(fù)。以下幾種情況可采用人工恢復(fù)：湖泊中沉水植物消亡，底泥中沉水植物繁殖體比較缺乏，湖水的濁度低且保持時間較短，這種情況，想要迅速恢復(fù)沉水植物，就需要引入外來物種，或者因娛樂等需要引入特定品種的沉水植物。人工恢復(fù)沉水植物，需要先選擇適合的品種進行局部試驗，再進行推廣，當(dāng)生長達(dá)到一定的規(guī)模，就可以迅速繁殖，自然生長。

2.2 沉水植物斷枝再生能力研究

在可能的情況下，沉水植物應(yīng)采取以扦插為主的種植方法，但對于某些品種拋擲或者扦插對其芽的形成和生物量無顯著影響。比如對金魚藻進行拋擲，既可以得到很好的效果，又可以提高施工效率、降低采挖和運輸種苗的成本。在沉水植物物種的選擇上，可優(yōu)先選擇黑藻，其無論須根和新芽的產(chǎn)生還是生物量、株高和節(jié)數(shù)的增加都有一定的優(yōu)勢。自然狀態(tài)下，許多沉水植物可以通過內(nèi)在機制或者外力作用下形成斷枝，并逐漸發(fā)育形成新個體。對許多沉水植物影響斷枝形成的環(huán)境因素以及通過內(nèi)在機制自動形成斷枝的過程已有諸多研究。沉水植物退化水體的恢復(fù)、修復(fù)和重建需要人為干預(yù)下進行，這為人為利用沉水植物修復(fù)、恢復(fù)和重建退化水體提供了依據(jù)。

2.3 沉水植物對降低水體與底泥營養(yǎng)鹽含量的研究

沉水植物對富營養(yǎng)化湖水、底泥具有一定的耐受能力，在試驗條件中生長良好，長度與生物量都明顯增加，并能有效地降低水體中的總磷、氨氮及總氮濃度。沉水植物對底泥向水體中氮、磷的輸送轉(zhuǎn)移有明顯的抑止作用，并且其生長可使底泥中氮、磷及有機質(zhì)含量降低。

通過對生態(tài)環(huán)境的模擬，不同沉水植物對于富營養(yǎng)化水體中的不同元素在凈化方面的效果各不相同，但是都有一定的凈化作用，通過研究發(fā)現(xiàn)，金魚藻的凈化能力更強。

P容易在底泥中富集，又可由于厭氧細(xì)菌的活動而緩慢釋放并進入上層水，這就是營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)。有機氮氧化成無機氮后通過反硝化作用形成N2進入大氣，因此在天然富營養(yǎng)化條件下，易于沉積的P元素成為浮游植物生長的限制因子，也成為水中難以去除的營養(yǎng)物質(zhì)。在天然水體中，大型根著植物因其可以直接從底泥中吸收營養(yǎng)而在與浮游植物的競爭中占優(yōu)勢。沉水植物對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)起著重要的調(diào)控作用。

沉水植物重建、修復(fù)、定期收獲是凈化水質(zhì)的重要治理舉措之一。沉水植物對淡水生態(tài)系統(tǒng)的生物和非生物過程都有極為重要的作用。沉水植物占優(yōu)勢時，水體清澈、生物多樣性高。沉水植物可以凈化水體并穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)。水生植物能夠創(chuàng)造遮陰和躲藏環(huán)境，為植食性浮游動物提供逃避魚類攝食的場所，可以吸收過量營養(yǎng)物質(zhì)，并使水體呈現(xiàn)貧營養(yǎng)狀態(tài)，不利于水華現(xiàn)象想產(chǎn)生，提高水體透明度。

湖體富營養(yǎng)化是人類亟待解決的環(huán)境問題，沉水植物修復(fù)是治理富營養(yǎng)化湖體的重要方法。而沉水植物產(chǎn)生良好的環(huán)境效應(yīng)是水環(huán)境質(zhì)量改善和水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。大量研究表明沉水植物能顯著降低水中的TN、TP、NH3-N濃度。如黑藻、金魚藻、伊樂藻和苦草，對TN去除效果較好；黑藻對NH3-N去除的效果較好，其次是金魚藻與伊樂藻，最差的是苦草。黑藻去除TP的效果較好，其次是金魚藻與苦草，最差的是伊樂藻。綜合來看，治污效果較好的沉水植物是黑藻，較差的是苦草。

當(dāng)然這只是沉水植物修復(fù)性能的一部分，大量的沉水植物修復(fù)性能和特性有待進一步研究和摸索。沉水植物的研究技術(shù)和領(lǐng)域為解決湖體的富營養(yǎng)化問題奠定了基礎(chǔ)，當(dāng)然這些方法的大面積推廣和應(yīng)用有尚需進一步的研究。目前，沉水植物修復(fù)富營養(yǎng)湖體在國內(nèi)得到成功應(yīng)用，比如廣州海珠濕地公園，佛山梁園、上海聞道園等等。總之，該技術(shù)在湖泊水庫的修復(fù)中具有廣闊的前景。

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A

1004-7344（2016）01-0329-02

2015-12-2

謝亭亭（1987-），女，漢族，內(nèi)蒙古人，生態(tài)學(xué)碩士，研究方向為水生態(tài)修復(fù)與污染治理。