利用水生植物修复富营养化水体研究

赵兵

摘要：我国的水资源现状是，水资源总量居世界第六位，但人均水资源量严重短缺。在淡水资源严重短缺的背景下，环境退化已经成为国家不稳定的重要起因之一。在严峻的水资源现状条件下，湖泊富营养化问题已经成为突出的社会经济问题，它所导致的藻类水华爆发给我国经济发展和环境安全带来了巨大影响。利用水生植物修复富营养水体的相关研究很多，总结相关的研究成果以期对环境管理提供借鉴参考。

关键词：水生植物；水体富营养化；系统修复

中图分类号：TB 文献标识码：A

文章编号：1672—3198（2014）16—0186—02

2007年，中国197个河流监测结果显示；其中过半的河流受到硝酸铵、高锰酸和石油的严重污染。超过60%的中国大型湖泊，其无机矿物元素浓度过高导致植物体大量繁殖（特别是藻类），水体溶解氧减少进而使得湖泊众多鱼类和其它有机体大量死亡。在我国严峻的水资源现状条件下，湖泊富营养化问题已经成为突出的社会经济问题，它所导致的藻类水华爆发给我国经济发展和环境安全带来了巨大影响。伴随着水体富营养化，对于维持淡水生态系统的平衡有重要意义的沉水植被迅速退化。原有的生态系统平衡被打破，引发了各种环境问题。例如：2007年，太湖、巢湖和滇池发生大片水华导致当地居民饮水安全受到影响。

富营养化引起水生生态系统失衡的机理是：富营养化的体中氮磷含量较高，高水平的NP因子与光照、水温等环境因素综合作用在一定条件下会引发水华暴发，进而导致水体溶解氧大量消耗，水体透明度下降，有些藻类还会产生影响其它水生生物的生长和繁殖的有毒物质，破坏生境的平衡引起水质恶化。N、P的升高使得湖泊的类型有草型转变为藻型，而藻型湖泊由于其N、P的循环速度极快会打破原生态系统的平衡引起水生环境的退化。

水生环境退化的重要表现就是，其水生植被的退化。水生高等植物在湖泊系统生态系统中有重要的生态功能，水生植物的消退与过量生长都会导致湖泊生态系统的不稳定。有研究者认为良性的湖泊生态系统要求：水生植物的生物量要大于1000g/m2，覆盖度要大于30%。同时不同类型水生植物间的合适比例对于维持水生态系统的稳定也有重要意义。

总而言之，我国水体富营养化问题严重，由其所引发的各种环境社会问题已经引起人们的关注。同时，水体富营养化对水生植物的生长而言是灾难性的，它导致大面积水域的水生植被退化，特别是沉水植被。

1富营养化水体N、P含量对沉水植被恢复影响研究进展

我国水体富营养化问题严重，同时由其所引发的各种环境社会问题已经引起人们的关注。水体富营养化对水生植物的生长而言是灾难性的，它导致大面积水域的水生植被退化，特别是沉水植被。对富营养化水体对沉水植物重建的研究主要集中在：沉水植物与富营养化水体中N的关系、沉水植物与富营养水体中P的关系和利用沉水植被修复富营养水体技术等方面。

1.1水生植物对水体中N的关系

富营养水体中的氮形态包括：硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮和有机氮等。不同的物种对不同形态的氮有不同的响应。总体而言，在较低浓度范围内，氮盐的增加可以促进水生植物的生长。但当浓度过高时则会对水生植物的生长产生抑制作用甚至导致其死亡。即对于每个物种而言都有促进其生长的合适的N盐浓度范围。相关的研究进展如下：

叶春等使用NH4NO3作为氮源，对马莱眼子菜、苦草和黑藻进行了45天的水培实验，研究不同总氮浓度对三种沉水植物生长的影响，发现当以NH4NO3作为氮源时，在2-16mg/L浓度范围内，三种沉水植物的生物量均显著增加且马来眼子菜生物量增量最大，苦草次之，黑藻最小。同时三种植物的株高和鲜重与总氮浓度正相关，而根长则表现出相反的规律。

金相灿等通过狐尾藻和黑藻研究水体氮的浓度和形态对沉水植物的光合特征影响，发现黑藻在总氮低于4mg/L、狐尾藻在总氮低于3mg/L时，其各个光合特征指标随总氮浓度的增加而增大，即在此范围内总氮的增加有利于植物体光合作用的进行。如果总氮含量超出这个范围会对着两种沉水植物的光合作用产生抑制。结合我国的湖泊氮浓度水平，研究者认为大部分湖泊中的氮素不会对这两种沉水植物的光合作用产生直接危害，但由于水生植物对于氮形态的喜好不同，所以在富营养水体修复过程中，应根据水质条件选择合适的先锋物种。

水体中的氮盐含量对水生植物的生长有影响，同时水生植物对水体氮盐的形态转换亦会发生影响。王圣瑞等在室内模拟条件下研究沉水植物黑藻对水-沉积物界面的氮形态影响发现：水体中氮不同形态含量的顺序为：有机氮>氨氮>硝态氮，其中氨氮为主要的可交换态无机氮。沉水植物黑藻并没有该变这种形态格局，但降低了硝态氮和氨氮的扩散通量。

1.2水生植物对水体中P的关系

水体中适量的磷盐可以促进水生植物的生长，但磷含量过高会使藻类过度繁殖进而引起水质条件的恶化，影响水生植物特别是沉水植物的生长。磷是影响水体中藻类生长的重要生长因子，按其来源可分为外源性磷和内源性磷。在富营养湖泊修复过程中，当控制好外源性磷之后，内源性磷的治理就成为治理的重点。而内源性磷主要集中在富营养的底泥中，对于底泥磷释放的研究对湖泊修复就显得尤为有指导意义。

关于水体中磷盐含量与沉水植物生长之间关系的较多，研究结果显示外源性磷增加会使得磷在上覆水和底质的分配比例趋于平衡，同时外源性磷形态决定平衡点。同时沉水植物对磷在底质和上覆水中的分配有重要影响，而底质的吸附作用则对磷分配影响相对较小。

底泥中磷的释放设计物理、化学、生物等多方面的相互作用，是一个复杂的过程。姜敬龙等分析认为：溶解氧、温度、PH值、扰动是主要的物理环境影响因子。而沉水植物则是影响底泥磷释放的一个重要的生物因子。胡俊等研究苦草和狐尾藻对沉积物中不同磷形态间转化的影响发现：沉水植物能够有效降低沉积物中的磷含量，但对其形态并不产生影响。吴振斌等在武汉东湖的大型围隔系统中研究沉水植被对水体营养盐水平的影响，经过一年的实验周期发现：沉水植物苦草、菹草、狐尾藻重建后水体的氮磷含量水平明显降低，并认为恢复水生植被，特别是沉水植被可以有效降低营养盐循环速度进而抑制浮游植物的过度生长。

2利用沉水植被修复富营养水体技术问题

关于沉水植物修复技术的研究涉及的问题较多例如：水体营养盐最优氮磷比的确定、沉水植被修复植物收获问题以及修复先锋物种的选择和不同水生植物的搭配问题。文明章等研究富营养水体中不同的氮磷比对苦草生长的影响发现：当水体营养浓度不对苦草产生胁迫时，较12.5：1和50：1，TN/TP为25：1时，苦草的生物量增长速度最快，生长状态最好。

湖泊底质积累的磷通常远大于水体在的磷含量，有些湖泊中底质中的磷含量含量可以高达水体中的100倍，所以即使切断了外源性的磷，内源性的磷释放控制任务依然艰巨。陈春花分析武汉东湖底子磷释放，认为东湖底泥磷释放对水体磷水平的贡献达25%，并预测在无外源性磷输入情况下，东湖的内源磷释放会使得水体在近20年内保持高的磷含量水平。

对于特定的环境，不同的种修复效果存在差异。高镜清、熊治廷、张维昊等，研究包括金鱼藻、伊乐藻、菹草、湖尾藻和苦草的六种沉水植物对武汉东湖重度富营养化水体磷的去除效果发现：五种沉水植物均能较好吸收上覆水中的磷，抑制底泥中磷的释放保证水体磷浓度处于低含量水平。

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