沉水植物在水生態(tài)系統(tǒng)恢復中的作用及局限性

趙星雨 王軻 孫響鈴 潘紅忠

摘要：沉水植物凈化水質(zhì)，抑制水體富營養(yǎng)化，在水生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。沉水植物生長受諸多環(huán)境條件的影響，又對水環(huán)境按一定規(guī)律不斷地正反饋或負反饋?；谟绊懸蛩胤治?，分別探討高氨氮、低透明度及硬底質(zhì)等場景下沉水植物種植需攻克的關(guān)鍵問題，最終達到水體凈化、水生態(tài)環(huán)境改善的目的。

關(guān)鍵詞：沉水植物;水生態(tài)修復;生長影響因子;硬底質(zhì);高氨氮

中圖分類號：S931.3? ? ? ? 文獻標識碼：A

恢復和重建水生態(tài)系統(tǒng)，已成為水生態(tài)修復的主要內(nèi)容之一。近年來，隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，大量的氮、磷等污染物進入湖泊、河道，導致水體富營養(yǎng)化頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。國內(nèi)的太湖、巢湖、武漢東湖[1]、云南滇池[2]，國外的阿勒湖[3]、德國東北部湖泊[4]等都出現(xiàn)了沉水植被退化，甚至消失的現(xiàn)象，造成了一系列生態(tài)環(huán)境問題?，F(xiàn)有的沉水植物恢復技術(shù)在應(yīng)用過程中，存在工作量大、成活率低以及修復效果有待提高等問題。本文將對沉水植物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的作用及局限性進行系統(tǒng)性總結(jié)及分析，旨在為水生態(tài)系統(tǒng)恢復、水環(huán)境改善服務(wù)。

1? 沉水植物在水域生態(tài)系統(tǒng)中的作用

沉水植物直接或間接地吸收和轉(zhuǎn)化水中的無機鹽，為水生動物提供棲息地和隱蔽場所，還可增加水中的溶解氧，凈化水質(zhì)，抑制水體的富營養(yǎng)化，從而控制藻類的大爆發(fā);沉水植物在為水生動物提供更多生存空間的同時，幼嫩部分枝葉還可為水生動物提供食物，從而改善整個水生生態(tài)系統(tǒng)。此外，沉水植物還有助于調(diào)節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)速度，提高生物多樣性，增強水體環(huán)境的穩(wěn)定性。所以，沉水植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)。

2? 沉水植物生長影響因子

已有研究表明，沉水植物生長受水體透明度、水溫、水體營養(yǎng)物質(zhì)、魚類養(yǎng)殖、藻類、水域底質(zhì)情況等多種環(huán)境因子的影響[10]。光照對沉水植物種子發(fā)芽無明顯影響，但對沉水植物存活及生長有重要影響。研究表明，藻型富營養(yǎng)湖泊透明度不高是沉水植被恢復的關(guān)鍵制約因素[11]。沉水植物對水溫敏感，其生長受季節(jié)的影響很顯著，水溫決定植物的萌發(fā)、生長量和最大生長程度，甚至還決定萌發(fā)期和休眠期[12]。在貧營養(yǎng)水體或重富營養(yǎng)水體中，沉水植物生長限制因子是礦物元素[13]。但在光照充足的水體中，隨著沉水植物光合作用強度增加，碳酸離子成為水中優(yōu)勢種類，而碳酸分子在水體中幾乎消失，從而導致沉水植物的生長受到無機碳源的限制[14]。魚類養(yǎng)殖對沉水植物的生長和區(qū)域水體群落結(jié)構(gòu)有較大的影響，漁業(yè)強度較小時，魚類適量的消耗沉水植物可加速沉水植物更新生長，可進行良性循環(huán)。沉水植物整株植物都處于水中，通過根、莖、葉來吸收生長所需營養(yǎng)物質(zhì)，底質(zhì)中有機質(zhì)總含量、氮總含量和磷總含量對沉水植物起重要作用，而無著根的條件下，沉水植物抗風浪能力極差，不僅不能吸收底泥的營養(yǎng)物質(zhì)，植株還會隨水流波動漂浮而爛根。

3? 沉水植物在水生態(tài)系統(tǒng)修復中的局限性

為恢復受損的水生態(tài)系統(tǒng)，在很多工程實踐中，都采取了通過沉水植物種植來恢復沉水植被的方法，但效果不佳。究其原因，因為沉水植物生長過程中受到諸多因子的共同作用，且這些因子的影響程度又未必等價，所以沉水植物作為一種水生態(tài)修復方法，其具有以下局限性：

3.1? 高氨氮背景下

未截污或截污不徹底引起的氨氮濃度偏高，直接影響水體水質(zhì)，造成水體透明度下降，造成陽光難以到達水底，從而影響沉水植物光合作用，進而造成水體中溶解氧含量減少。同時，水體富營養(yǎng)化情況下，以藍藻、綠藻為優(yōu)勢種的藻類大量繁殖，在水面形成一層“綠色浮渣”。其后，沉水植物會因得不到陽光照射而難以進行光合作用而死亡。

3.2? 水體透明度不高背景下

透明度不高的水體存在光照不足的問題，沉水植物的光合作用及其產(chǎn)氧量隨之減弱，沉水植物生長及富營養(yǎng)化水體的凈化效果也會受到顯著影響，造成沉水植物生長大大受限。

可通過設(shè)置深度可變的種植裝置，實現(xiàn)沉水植物在不同生長階段對于光的不同需求。針對因懸浮物等因素導致的水體透明度降低，可優(yōu)先選擇對水體懸浮物耐受性最強的沉水植物;或者使用絮凝劑等產(chǎn)品消除懸浮物質(zhì)，先在一定程度上提高水體透明度，再考慮后續(xù)沉水植物的種植。

3.3? 硬底質(zhì)背景下

在硬質(zhì)水底環(huán)境下，因為水體底部沒有淤泥或者淤泥層較薄，植物根系不好定植擴繁，沉水植物常出現(xiàn)爛根，造成沉水植物成活率低，進而導致水景效果生硬、水體自凈能力差、水質(zhì)維護困難，水質(zhì)惡化、水體富營養(yǎng)化等情況頻發(fā)。

研究中可通過鋪灑粘土、硬地打孔栽種，包裹沉栽法等方法固著沉水植物來克服硬底質(zhì)背景下帶來的問題。

4? 未來的研究方向

未來的水生生態(tài)修復過程中，將會不斷完善沉水植物恢復技術(shù)，構(gòu)建健康、完善的水域生態(tài)系統(tǒng)，讓沉水植物真正成為生態(tài)修復的主力軍，尤其應(yīng)著重關(guān)注一下幾個方面。

4.1? 沉水植物生長基本條件研究

不同生長環(huán)境對沉水植物的發(fā)芽、生長產(chǎn)生的效果差異很大，需要進一步探究適宜沉水植物生存、生長所需要的最佳條件。

4.2? 沉水植物種植模型研究

目前已呈現(xiàn)出的研究，如人工打穴、石籠沉底、生態(tài)草包、含基質(zhì)層的種植容器等，雖在一定程度上提高了沉水植物的成活率，但對于模型的廣泛應(yīng)用還存在操作復雜、耗時費力、成活率偏低的問題。因此，一種新型的沉水植物種植模型的研究還需要深入，以便為后續(xù)沉水植物在湖泊中應(yīng)用時實現(xiàn)快速復綠的目標提供更高的可能性。

4.3? 湖泊外源污染問題

單純依靠沉水植物的凈水作用，不能從根本上解決湖泊水質(zhì)的基本問題，必須通過外界措施提前預(yù)防，減少高氨氮污水、生活垃圾等直排進入河湖。以便為沉水植物在湖泊中進一步凈化水質(zhì)，完善水生生態(tài)系統(tǒng)提供條件。

5? 結(jié)論

水生植物生態(tài)修復是通過恢復水生植物群落來削減水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，進而重建水生態(tài)系統(tǒng)的復雜、動態(tài)且長期的過程。沉水植物的生態(tài)修復與水體富營養(yǎng)化治理相結(jié)合，是科學有效治理水體富營養(yǎng)化的重要舉措。針對不同富營養(yǎng)化水體形成原因、周期及環(huán)境特點，因地制宜地恢復沉水植物，科學有效凈化水質(zhì)，以構(gòu)建健康、完善的水域生態(tài)系統(tǒng)，尚需大量研究。

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