深圳市河道沉水植物群落構(gòu)建的工程要點(diǎn)綜述

摘 要：“十三五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，深圳市河道綜合治理取得了顯著的成績(jī)，但缺少以沉水植物為主的水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，景觀性及抗污染負(fù)荷沖擊能力較弱，難以滿足城市居民日益增長(zhǎng)的親水需求。基于深圳河道基本情況，探討了沉水植物在河道生態(tài)系統(tǒng)中的功能，分析了沉水植物生長(zhǎng)影響因子，點(diǎn)明了河道沉水植物群落構(gòu)建工程要點(diǎn)，為河道水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：沉水植物；底泥；流速；水質(zhì)；水深

中圖分類號(hào)：Q948.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–00-03

根據(jù)國(guó)家“十四五”規(guī)劃，深圳市制定了生態(tài)環(huán)境保護(hù)、碧道建設(shè)、生態(tài)美麗河湖建設(shè)等規(guī)劃及方案，要求大力推動(dòng)河道水生態(tài)修復(fù)，優(yōu)先對(duì)具有重要生態(tài)功能且具備較好修復(fù)條件的河流實(shí)施水生態(tài)修復(fù)。沉水植物不僅能凈化水質(zhì)、固化底泥，還能通過(guò)化感作用抑制藻類生長(zhǎng)，為微生物、魚類、底棲動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境，是河道生態(tài)修復(fù)中最關(guān)鍵的一環(huán)。因此，主要探討河道沉水植物群落構(gòu)建的工程要點(diǎn)，以期促進(jìn)生態(tài)健康、環(huán)境優(yōu)美。

1 深圳河道基本情況

深圳河流分布受沿海山脈和丘陵地貌影響，自西向東分為珠江口水系、東江水系、粵東沿海水系3個(gè)水系，河流眾多、河道短小，流域面積＞100 km2的河道僅有茅洲河、觀瀾河、深圳河和坪山河。大部分河道均屬于雨源型，每年豐水期降雨量充沛時(shí)，河道徑流量大、流速快，極易發(fā)生洪澇災(zāi)害，同時(shí)，河流槽蓄條件不佳，雨洪利用率低，枯水期河道徑流不足，水動(dòng)力條件差。

“十三五”期間，深圳市河道綜合整治工程的措施以防洪、治污為主，基本完成黑臭水體的消除。在此基礎(chǔ)上，“十四五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái)進(jìn)行了碧道工程建設(shè)，增強(qiáng)了河道的親水性和景觀性，但河道仍缺乏水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建，河道水質(zhì)極度依賴于補(bǔ)水，抗污染負(fù)荷沖擊能力弱，特別是雨后，河道水質(zhì)面臨渾濁及返黑返臭等問(wèn)題。

2 沉水植物在河道生態(tài)系統(tǒng)中的功能

完整的河道生態(tài)系統(tǒng)包括水生植物、水生動(dòng)物、微生物及無(wú)機(jī)環(huán)境。作為初級(jí)生產(chǎn)力，沉水植物在河道生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著關(guān)鍵作用。

沉水植物的根系可以固定河道底泥，植物莖葉也可以減緩水流對(duì)底泥的沖刷作用，有效防止底泥再懸浮對(duì)河道水質(zhì)和水體景觀產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，沉水植物根系的泌氧作用可提升表層底泥中好氧微生物活性，減少沉積物—水界面中污染物含量，避免底泥中污染物的二次釋放。

沉水植物除本身因生長(zhǎng)吸收N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，其葉片還有較大的比表面積，可快速吸附水中的固態(tài)懸浮物，為附著藻類和微生物提供生長(zhǎng)環(huán)境，再通過(guò)光合作用和呼吸作用，在莖葉表面形成硝化—反硝化膜界面，促進(jìn)水體中污染物特別是總氮的降解。除水質(zhì)凈化功能外，沉水植物還在水體中形成了復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，為水生動(dòng)物和底棲動(dòng)物提供繁殖、覓食及庇護(hù)場(chǎng)所，有利于提升河道生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

3 沉水植物生長(zhǎng)影響因子

江浙地區(qū)是我國(guó)最早開展黑臭河道綜合整治工作的區(qū)域之一，在河道生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，如南京市金川河、杭州清暉河、杭州沿山河、后橫港河、無(wú)錫白家濱河、舟山畢家支河等河道，主要工程措施有水生植物群落構(gòu)建（沉水植物為主要凈水單元）、水生動(dòng)物及微生物操縱，經(jīng)生態(tài)修復(fù)后，河道水質(zhì)明顯提升，從地表劣Ⅴ類穩(wěn)定提升至地表Ⅴ類，部分河道甚至達(dá)到地表Ⅲ～Ⅳ類[1-5]。但這些河道均設(shè)置了攔水壩或閘門，整體水動(dòng)力條件較弱，處于封閉、半封閉的狀態(tài)，類似于城市內(nèi)湖，無(wú)法為流動(dòng)性較強(qiáng)的河道沉水植物群落恢復(fù)提供參考。

根據(jù)自然河道中沉水植物的生境調(diào)研，沉水植物在河道中的分布具有明顯的區(qū)域差異性，以桂林寨底地下河為例，水流湍急的砂石基底河段，根系發(fā)達(dá)的海菜花為單一優(yōu)勢(shì)物種，水流適中及緩慢的砂石、砂泥基底河段，苦草和竹葉眼子菜為優(yōu)勢(shì)物種，并且大部分生物量集中在水深50～85 cm，在河尾流速緩慢的砂泥基底河段，黑藻、穗花狐尾藻、苦草、竹葉眼子菜等沉水植物共生[6-8]。此外，水質(zhì)較好的山區(qū)河段沉水植物多樣性要高于水質(zhì)較差的城區(qū)河段，沉水植物與氨氮、總磷和水深呈顯著的負(fù)相關(guān)，有沉水植物分布的河道水深更淺、水質(zhì)更優(yōu)。因此，在河道生態(tài)修復(fù)時(shí)，應(yīng)著重考慮底泥、流速、水質(zhì)和水深（光照、溫度、溶解氧）對(duì)沉水植物的影響。

4 河道沉水植物群落構(gòu)建工程要點(diǎn)

4.1 底質(zhì)

河道清淤分為水利清淤和環(huán)保清淤，但環(huán)保清淤并無(wú)可參照的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，深圳河道清淤以水利清淤為主，為保證河道的行洪斷面，通常將河道底泥清至原狀土，工程量巨大，也沒(méi)有考慮到河道底泥與河道生態(tài)修復(fù)之間的關(guān)系。

河道底質(zhì)是沉水植物根系提供附著的場(chǎng)所，也是沉水植物提供生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素，不同物理、化學(xué)性質(zhì)的底質(zhì)對(duì)沉水植物生根、繁殖和生長(zhǎng)也有不同的影響。底泥營(yíng)養(yǎng)鹽含量豐富時(shí)，沉水植物具有較高的地上部分生物量，而根系生物量隨著底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽含量的降低而增大，因此河道清淤時(shí)，必須清除表層的浮淤，但不能清除全部河道淤泥[9-10]。這是因?yàn)樵瓲钔凛^為板結(jié)，不利于沉水植物扎根，同時(shí)缺乏營(yíng)養(yǎng)元素，植物的分株數(shù)和存活率都會(huì)明顯下降。以苦草為例，植物扎根深度在10 cm左右，可保留15～20 cm的底層淤泥作為植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)土，再通過(guò)添加一定比例的細(xì)砂和生土改變底質(zhì)密度和顆粒組成，增強(qiáng)沉水植物生根能力及促進(jìn)根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[11-12]。此外，通過(guò)改變底泥性狀，還可以增強(qiáng)底泥的耐沖擊能力，減輕洪水沖擊的影響，提高沉水植物存活率。

4.2 流速

水流對(duì)于沉水植物有一定的脅迫作用，與靜水中苦草植株相比，流動(dòng)水體（流速0.3～0.4 m/s）中苦草植株矮小、葉片較窄。有學(xué)者在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了沉水植物生物量和群落組成隨水流變化的概念模型，表明當(dāng)植物生長(zhǎng)季節(jié)河水流量恒定時(shí)，0.6 m/s可作為河道沉水植物布置的臨界流速，當(dāng)流速超過(guò)0.6 m/s時(shí)，沉水植物生物量大大減少；而當(dāng)流速超過(guò)0.9 m/s時(shí)，沉水植物群落則完全消失[13]。

水流對(duì)沉水植物的影響可分為直接影響（拉扯、損壞和其他機(jī)械損傷）和間接影響（氣體交換、底質(zhì)性狀）兩部分，最終可以反映沉水植物生物量及群落組成的變化。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)河道水文參數(shù)計(jì)算河道在不同季節(jié)及河段的流速，差異性布置沉水植物，黑藻、金魚藻、小辭藻等莖脆、易斷、根系不發(fā)達(dá)的品種只可在流速＜0.1 m/s的區(qū)域布置；莖相對(duì)堅(jiān)韌、根系較為發(fā)達(dá)的苦草、穗花狐尾藻可在流速0.1～0.6 m/s的區(qū)域布置；莖堅(jiān)韌且節(jié)節(jié)生根的竹葉眼子菜、篦齒眼子菜可在流速0.6～0.9 m/s的區(qū)域布置。

4.3 水質(zhì)

氮、磷濃度在一定范圍內(nèi)時(shí)能促進(jìn)沉水植物的生長(zhǎng)，超過(guò)閾值后則對(duì)沉水植物的生長(zhǎng)有脅迫作用，其中，氨氮會(huì)對(duì)沉水植物的代謝產(chǎn)生直接影響，是影響沉水植物生長(zhǎng)的主要因素。

不同沉水植物對(duì)氨氮有不同的耐受性，輪葉黑藻對(duì)氨氮的耐受性最低，為1.5 mg/L；穗花狐尾藻、黑藻、小茨藻在氨氮＞4 mg/L時(shí)生長(zhǎng)受到明顯抑制；金魚藻對(duì)氨氮的耐受性較高，氨氮＞8 mg/L時(shí)生長(zhǎng)才受到影響，苦草對(duì)氨氮的耐受性最高，氨氮為16 mg/L時(shí)也能存活15 d以上，并且能長(zhǎng)出新根[14-16]。

從以上研究可以看出，大部分沉水植物對(duì)于氨氮的耐受限值為4 mg/L，因此，一級(jí)A的出水標(biāo)準(zhǔn)不能直接作為河道生態(tài)修復(fù)補(bǔ)水，需降低氨氮含量。此外，部分截污不完全或雨季污水溢流的河道，河水中氨氮含量長(zhǎng)時(shí)間＞4 mg/L，也不適合進(jìn)行沉水植物群落的構(gòu)建，應(yīng)徹底整治入河污水，促進(jìn)河道生態(tài)修復(fù)。

4.4 水深

水深對(duì)沉水植物的影響是多方面的，包括溫度、光照、酸堿性、溶解氧、浮游植物等，不同沉水植物對(duì)水深的適應(yīng)性不同，實(shí)際工程中應(yīng)重點(diǎn)考慮溫度和光照對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響[17]。

光照是沉水植物生長(zhǎng)的必要因素，而光補(bǔ)償深度是沉水植物生長(zhǎng)的臨界水深，只有實(shí)際水深≤光補(bǔ)償深度時(shí)，沉水植物才能正常生長(zhǎng)和萌發(fā)。沉水植物光補(bǔ)償深度與水體透明度正相關(guān)，不同沉水植物間的光補(bǔ)償深度有差異，狐尾藻、金魚藻、菹草和黑藻喜強(qiáng)光，輪葉黑藻和篦齒眼子菜較喜陽(yáng)但不耐強(qiáng)光照射，苦草則有較強(qiáng)的耐弱光能力[18-19]。溫度對(duì)沉水植物也有顯著的影響，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)抑制沉水植物的生長(zhǎng)?？嗖莺洼喜菰诟邷丨h(huán)境下生長(zhǎng)受到明顯抑制，狐尾藻、金魚藻和竹葉眼子菜生長(zhǎng)不受高溫影響，黑藻則適合在中高溫的環(huán)境中生長(zhǎng)[20-21]。

在一定河道水深的情況下，苦草因耐低溫、耐低光照的特性適合在較深水區(qū)域布置，狐尾藻、金魚藻、黑藻3種沉水植物耐高溫、耐強(qiáng)光，適合在淺水區(qū)布置，菹草雖然喜強(qiáng)光，但是不耐高溫，適合作為冬、春季節(jié)淺水區(qū)的布置品種。這也與植物的生長(zhǎng)形態(tài)相符，狐尾藻、金魚藻、菹草和黑藻等品種均能在水表形成密集的冠層，增強(qiáng)對(duì)光的掠奪能力，以在種群競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)地位。竹葉眼子菜具有較強(qiáng)的株高延伸性，雖然喜歡中等強(qiáng)度光照，但在湖泊中能耐受較深的水深，篦齒眼子菜和微齒眼子菜也有類似的特性，在河道中應(yīng)在較深水域布置[22]。

5 常用沉水植物適宜生境分析

河道沉水植物群落恢復(fù)需考慮多種因素，在綜合國(guó)內(nèi)外研究成果及自身工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)常用沉水植物適宜的生境，為河道沉水植物群落恢復(fù)工程提供參考數(shù)據(jù)（表1）。

深圳地區(qū)河道豐水期入河徑流較多，流速大、水體渾濁，易布置耐陰、耐沖擊的沉水植物生長(zhǎng)，如苦草、穗花狐尾藻。此外，福壽螺、羅非魚等入侵生物在深圳河道中有龐大的種群數(shù)量，對(duì)沉水植物生長(zhǎng)也有巨大影響，需在設(shè)計(jì)施工和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)中進(jìn)行考慮。

6 結(jié)論

相較于挺水、浮葉等水生植物，沉水植物生長(zhǎng)的條件相對(duì)苛刻，一旦受到破壞，難以恢復(fù)，現(xiàn)有的沉水植物研究多集中在靜止的水域中，流動(dòng)性較強(qiáng)河道中的沉水植物群落恢復(fù)還需進(jìn)一步研究和工程實(shí)踐，以提高沉水植物恢復(fù)成功率，為營(yíng)造更健康、生態(tài)的河道水環(huán)境提供保障。

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