北京城市河流常見(jiàn)水生植物特性及種植配置建議

王昕然 金寶光 邢振興

（北京市朝陽(yáng)區(qū)水務(wù)局，北京 100025）

城市河流是指流經(jīng)城市，具備自然和社會(huì)雙重功能和特征的中小型河流。城市河流主要存在連通性差、河流形狀單一、水體富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重等問(wèn)題［1］。北京市共有流域面積10km2及以上河流425條［2］，其中城市中心城六區(qū)共有河流90條。北京城市河流水源多為再生水，河道渠道化率高，有閘壩控制運(yùn)行，除在汛期雨后有短暫的水位變化外，其余時(shí)間水位基本穩(wěn)定。浮物、污染物質(zhì)的沉積，提高水體透明度；?形成多樣化的小生境，為魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)等提供食物和棲息地，增加生態(tài)位；?對(duì)藻類(lèi)的化感作用；?具有景觀效應(yīng)等。水生植物是生態(tài)學(xué)范疇的群類(lèi)界定［3］，原本指生活在水中或生活在水分充足環(huán)境中的植物類(lèi)群［4］。隨著水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸將應(yīng)用到水生態(tài)修復(fù)技術(shù)（如人工濕地技術(shù)）中的陸生植物、濕生植物、沼生植物納入到水生植物的研究體系［5］。根據(jù)水生植物生活型分類(lèi)，不同學(xué)者［6-7］分類(lèi)結(jié)果不同，Wetzel［8］將水生植物分為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物4 種，是被廣為接受的一種分類(lèi)方法。從20 世紀(jì)80—90 年代開(kāi)始，水生植物因水體污染而衰退，尤其是完全生活在水中的沉水植物，在一些污染嚴(yán)重的水體中一度消失［9］。近些年隨著水污染治理效果的逐步顯現(xiàn)，北京城市河流水體質(zhì)量有所提升，沉水植物逐漸恢復(fù)，但城市河流污染情況仍然不容樂(lè)觀，城市河流中沉水植物仍以耐污種為主。北運(yùn)河水系是北京市五大水系中城區(qū)流域面積占比最大的水系，以北運(yùn)河流域?yàn)槔?，根?jù)《2019 年北京市水務(wù)統(tǒng)計(jì)年鑒》中數(shù)據(jù)可知，北運(yùn)河水系50 個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面中，Ⅴ類(lèi)及劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的斷面12 個(gè)，占總考核斷面數(shù)的24%。水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，恢復(fù)城市河流中的水生植物，是修復(fù)河流水生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文將梳理國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水生植物生態(tài)修復(fù)作用的研究成果，根據(jù)北京城市河流生境特點(diǎn)，挑選出適宜不同類(lèi)型河流栽種的水生植物。

1 北京城市河流常見(jiàn)水生植物

1.1 沉水植物

北京城市河流常見(jiàn)的沉水植物根據(jù)生長(zhǎng)季節(jié)的不同分為暖季型和冷季型，只有菹草在冬季生長(zhǎng)，是冷季型植物。在調(diào)查北京市朝陽(yáng)區(qū)水生植物種類(lèi)時(shí)，12月、1 月在部分河流中發(fā)現(xiàn)菹草、篦齒眼子菜和金魚(yú)藻，根據(jù)劉國(guó)才［10］對(duì)東北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)冬季水體中沉水植物的調(diào)查結(jié)果，冰面下菹草、穗花狐尾藻、微齒眼子菜、金魚(yú)藻可以生存，且均能產(chǎn)生溶解氧。北京城市河流常見(jiàn)沉水植物特性見(jiàn)表1，生長(zhǎng)周期見(jiàn)表2。表1 中所列沉水植物除大茨藻外，均為多年生植物，一次種植成功后，后續(xù)只需養(yǎng)護(hù)管理，不需重新種植。故種植時(shí)應(yīng)根據(jù)生境條件、種植目的慎重選擇品種，以達(dá)到省工、經(jīng)濟(jì)、吸附營(yíng)養(yǎng)鹽效果好等目標(biāo)。

表1 北京城市河流常見(jiàn)沉水植物特性

表2 沉水植物生長(zhǎng)周期

續(xù)表

1.2 浮葉植物和漂浮植物

北京城市河流常見(jiàn)的浮葉植物和漂浮植物中許多品種是考慮景觀、水體污染物去除等因素人工引入的外來(lái)品種，許多品種冬季不能在室外過(guò)冬，為避免植物枯萎死亡破壞水質(zhì)，需要在入冬前將植物打撈出水。常見(jiàn)浮葉植物和漂浮植物品種及特性見(jiàn)表3。

表3 北京城市河流常見(jiàn)浮葉植物和漂浮植物特性

續(xù)表

1.3 挺水植物

本文所提及的挺水植物包含濕生、沼生植物。挺水植物種類(lèi)繁多，北京地區(qū)常見(jiàn)的有蘆葦、香蒲、蓮、菰、水蔥、黃花鳶尾、西伯利亞鳶尾、千屈菜、菖蒲、蘆竹（花葉蘆竹）、荻、花菖蒲（黃菖蒲）、紅蓼、水芹、花藺、雨久花、鴨拓草、慈姑、澤瀉、黑三棱、馬藺、豆瓣菜、薄荷、石龍芮等［24］。

2 水生植物去除水體污染物效果比較

城市再生水河流普遍存在水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，本底污染物含量較高［25］。種植高凈化能力的水生植物，去除水體中的污染物，是選擇栽培水生植物品種的重要原因之一。在地域較遠(yuǎn)、生境差異較大的情況下，實(shí)驗(yàn)時(shí)水溫、光照、水質(zhì)不同可能會(huì)影響水生植物吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故本文只選擇我國(guó)華北地區(qū)水生植物吸收營(yíng)養(yǎng)鹽和去除水體有機(jī)污染物方面實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，比較水生植物去除水體中污染物的能力。

在Ⅴ類(lèi)水體室內(nèi)水培實(shí)驗(yàn)中，沉水植物穗花狐尾藻、金魚(yú)藻、輪葉黑藻和菹草，去除污染物能力最強(qiáng)的是穗花狐尾藻，菹草在冬季也有良好的去除污染物的能力［26］。在V2類(lèi)水體室內(nèi)水培實(shí)驗(yàn)中，單一品種比較，挺水植物旱傘草、黃菖蒲、水蔥、西伯利亞鳶尾、千屈菜、蒲葦、水生美人蕉、黃花鳶尾和花葉蘆竹，黃菖蒲總氮去除效果最優(yōu)，西伯利亞鳶尾總磷的去除效果最優(yōu)［27］。水蔥、千屈菜、黃花鳶尾、小香蒲和狐尾藻5 種水生植物，水蔥+黃花鳶尾+狐尾藻的組合對(duì)水中總氮和總磷的去除率最高［28］。挺水植物蘆葦、西伯利亞鳶尾，沉水植物輪葉黑藻、金魚(yú)藻和微齒眼子菜5 種水生植物組合實(shí)驗(yàn)中，西伯利亞鳶尾和金魚(yú)藻組合去除氨氮、總磷、COD效果最佳，西伯利亞鳶尾和金魚(yú)藻組合去除總氮效果最佳［29］。根據(jù)植物生物量比較石龍芮、蘆葦、酸模、車(chē)前草4 種水生植物氮磷凈化能力，蘆葦吸收氮磷能力最強(qiáng)［30］。在V4類(lèi)水體室外栽培實(shí)驗(yàn)中，選取千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚(yú)草、蘆葦、香蒲、睡蓮11 種水生植物單種栽植和組合栽植方式實(shí)驗(yàn)，千屈菜+水生鳶尾+水生美人蕉+旱傘草組合種植去除氨氮、總磷、COD效果最佳［31］。比較千屈菜、菖蒲、蘆葦、香蒲、荷花5種水生植物去除水體污染物能力，香蒲凈化水體能力最強(qiáng)［32］。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，去除水體污染物能力最強(qiáng)的挺水植物為蘆葦、香蒲，去除污染物能力較強(qiáng)的沉水植物為穗花狐尾藻。石龍芮、千屈菜、西伯利亞鳶尾、黃花鳶尾、千屈菜、黃菖蒲、荷花、花葉蘆竹、水蔥、金魚(yú)藻、輪葉黑藻、微齒眼子菜、菹草等也具備較強(qiáng)的去除水體污染物能力。

3 水生植物配置建議

在選擇水生植物前，應(yīng)調(diào)查相似河流水生植物狀況，或調(diào)查河流土壤種子庫(kù)情況，盡量選擇原生、土著水生植物品種，慎重選擇使用外來(lái)物種，以免因物種入侵造成生態(tài)破壞。在河流生境條件較差的情況下，水生植物栽培應(yīng)分步驟進(jìn)行，先選擇生命力頑強(qiáng)的水生植物搭配組合，作為先鋒種，待生境條件有所改善后，再進(jìn)行植物栽培種類(lèi)優(yōu)化選擇，或根據(jù)河流土壤種子庫(kù)情況，判斷植被恢復(fù)潛力，確定目標(biāo)種，營(yíng)造植被演替適宜的自然環(huán)境［33］。菹草在冬季可生長(zhǎng)并吸收營(yíng)養(yǎng)鹽，除菹草外的沉水植物冬季凋零或停止生長(zhǎng)。在水深等生境條件允許的情況下，可在入冬前種植菹草，構(gòu)成季節(jié)互補(bǔ)型的沉水植物配置。沉水植物的河道覆蓋度不宜超過(guò)70%。選擇浮葉植物和漂浮植物時(shí)要注意營(yíng)造適宜生境，避免河流水體流速過(guò)快損傷植物或沖走植物。一般在水深超過(guò)150cm的河流，可種植漂浮植物，不適宜種植浮葉植物，浮葉植物和漂浮植物的覆蓋度不宜超過(guò)30%。選擇挺水植物時(shí)要考慮適宜的生長(zhǎng)環(huán)境、吸收營(yíng)養(yǎng)鹽能力、植物與周邊景觀搭配、不同挺水植物相互間的搭配，形成錯(cuò)落有致的生態(tài)景觀。平行脈的水生植物對(duì)葉脈損傷具有較強(qiáng)的耐受性，如在風(fēng)浪較強(qiáng)或易受人為擾動(dòng)的位置，可優(yōu)先選取種植平行脈水生植物［34］。不同植物組合種植比單一種植具備更好的去除污染物和促進(jìn)生長(zhǎng)的效果。

3.1 水深50cm以下，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

此類(lèi)河流可選擇的植物品種較多，水質(zhì)Ⅳ類(lèi)或更好的情況下沉水植物可選擇篦齒眼子菜、穿葉眼子菜、大茨藻等，浮葉植物可選擇水鱉、睡蓮等，挺水植物根據(jù)周邊景觀搭配，可選擇豆瓣菜、馬藺、慈姑、鴨拓草、雨久花等。水質(zhì)Ⅴ類(lèi)及更差的情況下沉水植物可選擇苦草，浮葉植物和漂浮植物可選擇鳳眼蓮、大薸、滿(mǎn)江紅等，挺水植物可選擇蘆葦、香蒲、西伯利亞鳶尾等。調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在河流再生水補(bǔ)水口附近，因再生水溫度較自然水體溫度高，河水冬季不結(jié)冰，冬季石龍芮等植物在河邊小范圍內(nèi)正常生長(zhǎng)。種植菹草、豆瓣菜、石龍芮組合，可保證冬季河流也具備一定的凈化水體能力。

3.2 水深50～120cm，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

如果水體透明度不高，沉水植物可選擇苦草、輪葉黑藻、微齒眼子菜等，浮葉植物可選擇荇菜、浮萍、槐葉萍等，挺水植物可選擇千屈菜、水蔥、蓮、香蒲、蘆葦?shù)?。水體透明度較好時(shí)沉水植物可選擇金魚(yú)藻或穗花狐尾藻等。金魚(yú)藻、篦齒眼子菜與穗花狐尾藻共同種植，能抑制穗花狐尾藻過(guò)度生長(zhǎng)［35］，比單獨(dú)種植具備更好的水體凈化效果。同時(shí)，種植菹草，使河流在冬季也具備一定的凈化水體能力。

3.3 水深120～200cm，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

如果水體透明度不高，沉水植物可選擇苦草；水體透明度較好的條件下沉水植物可選擇金魚(yú)藻或穗花狐尾藻。浮葉植物和漂浮植物可選擇荇菜、鳳眼蓮等，如果是矩形河流斷面，水深過(guò)深不宜種植挺水植物；如果是其他形式的河流斷面，可在水深適宜的地方種植挺水植物。

3.4 水深200cm以上的河流，水生植物配置方案

可嘗試種植沉水植物，但可能因?yàn)楣庹詹蛔愕仍驅(qū)е鲁了参餆o(wú)法生長(zhǎng)。浮葉植物可選擇荇菜，漂浮植物選擇不受水深影響的品種。挺水植物在河流中適宜水深處種植，如果河流斷面水深均超過(guò)200cm，那么不適宜種植挺水植物。如需水生植物消除水體污染物，可考慮使用生態(tài)浮床。

配置水生植物時(shí)需綜合考慮行洪、通航、景觀、管理等方面的因素，如城市河流種植水生植物，要考慮植物的高度、密度，不能因種植水生植物降低了河流行洪標(biāo)準(zhǔn)或影響通航，在景觀方面可以通過(guò)不同植物構(gòu)建高矮不同、錯(cuò)落有致的微景觀，但應(yīng)與周邊環(huán)境和諧一致。水生植物選擇還應(yīng)考慮為河流中底棲動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)動(dòng)物提供適宜的棲息地，為河流周邊存在的鳥(niǎo)類(lèi)提供覓食、棲息、筑巢的場(chǎng)所。

4 建 議

根據(jù)河流的生境特點(diǎn)栽培適宜的水生植物配置組合，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有著重要意義。本文對(duì)華北地區(qū)水生植物生態(tài)修復(fù)作用的研究成果進(jìn)行梳理，根據(jù)北京城市河流生境特點(diǎn)，對(duì)水生植物的種植提出以下幾點(diǎn)建議：

a.北京城市河流中常見(jiàn)的水生植物大多為耐污種，生境較差的河流水生植物恢復(fù)可分步驟進(jìn)行，先栽培先鋒種，由先鋒種提供適宜的光照、濕度等條件，促進(jìn)目標(biāo)種恢復(fù)。

b.本文中梳理的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基本上為靜水條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，水體流動(dòng)條件下植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收能力均會(huì)降低。有研究表明，流速增加有利降低水體中氨氮、COD和總磷含量，并增加溶解氧含量［36］，種植水生植物后會(huì)降低河流水體的流速［37］，流速降低對(duì)河流水體各項(xiàng)理化指標(biāo)均有不利的影響，建議開(kāi)展河流水生植物原位種植實(shí)驗(yàn)，分析河流水體自然流動(dòng)條件下多因素耦合對(duì)水生植物去除水體污染物的效果。

c.種植水生植物后管護(hù)措施要及時(shí)得當(dāng)，沉水植物河道覆蓋度不能超過(guò)70%，浮葉植物和漂浮植物覆蓋度不能超過(guò)水面的30%。沉水植物進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期后，每隔20 天收割1 次沉水植物去除水體中氮磷效果最好［38］。

d.在有限的空間內(nèi)選擇種植多樣品種、形態(tài)的植物，以增加生態(tài)位。

e.種植水生植物后，根據(jù)河流生態(tài)要素缺失情況，適當(dāng)投放螺、蚌、魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物，構(gòu)成穩(wěn)定的食物網(wǎng)，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)全面修復(fù)。