沉水植物与富营养化水体恢复的关系研究

肖淑燕

摘要：阐述了沉水植物在富营养化水体生态恢复中维护生态的完整性和稳定性、净化水质的生态功能和作用，探讨了沉水植物对水体水质的影响，并介绍了受损水体沉水植被的生态恢复方法，展望了沉水植物在富营养化水体处理中的应用前景。

关键词：沉水植物；富营养化；生态恢复

文献标识码：A文章编号：16749944（2014）09001903

1引言

目前，中国湖泊污染情况严重，部分湖泊甚至成为纳污水体[1]。尽管已有大量针对湖泊富营养化现状及产生的原因开展研究，但仍未有效控制我国湖泊富营养化加强的趋势。在各种工程治理措施未能取得良好和持续的效果情况下，水生植物以其较好的净化效果、良好的经济效益、简单易行和有利于重建和修复水生生态系统等特点，已得到了研究人员的关注和重视，并已被逐步用于富营养化水体修复的研究和实践中[2]。

沉水植物是指植物体（根茎叶）全部浸没于水层下生存的完全和典型的水生植物，部分沉水植物仅在开花时露出水面。沉水植物的根有时不发达或完全退化，沉水植物的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。常见的沉水植物有苦草、马来眼子菜、伊乐藻、金鱼藻、黑藻、石龙尾等。

沉水植物作为水生植物的重要组成部分，在水生生态系统中发挥着重要的初级生产者的作用。当沉水植物在水体生态系统中生长丰富时，其所在水体环境可表现为水质清澈、溶解氧高、藻类少、生物多样性高等特点。因此，富营养化水体中沉水植物的恢复与重建已成为水生环境生态学研究的重要内容[3]。本文对相关文献资料进行综述，探讨了沉水植物的生态环境功能及其在富营养化水体生态恢复中的关系，旨在为富营养化水体的生态恢复提供科学依据。

2沉水植物在水体生态系统中的功能

2.1影响水体流速和含沙量

沉水植物通过其自身的弹性扭曲而影响水流速度，进而留住和去除水体中的颗粒物。但沉水植物本身也会因其扭曲限度限制，对水体流动速度的减缓和影响有一个极限。沉水植物对流速的影响力通常与其自身的植株高度成正比[4]。沉水植物可减少水体含沙量，有研究表明在夏秋季与冬春季沉水植物恢复后，水体平均含沙量较自然条件下分别降低了11.11%和11.15%[5]。

2.2维持水体生物多样性

沉水植物可有效提高空间生态位，优化水体水下光照和溶解氧含量等因素，可为复杂的食物链提供栖息场所、食物和其他环境必备条件，也间接地促进了肉食食物链，是维持水体生物多样性的基础[6]。

沉水植物的衰败或消亡，将导致水体中浮游藻类大量繁殖，使浮游动物、底栖动物乃至鱼类等水生动物群落结构趋于简单化，使得水体系统的生物多样性降低。有研究发现，水草（沉水植物）丰富的东太湖底栖硅藻、底栖动物种类与数量和价值高的经济鱼类种类与数量均较水草受破坏的西太湖多[7]。沉水植物表面还伴生有大量藻类、原生动物和螺类等，一旦沉水植物消失，将使得水体生物群落结构发生改变，导致食物链缩短，将严重影响水体生物群落结构[8]。

2.3改善水体环境

沉水植物的生长和分布受水体环境的光强、水温和矿物营养元素等环境因子影响较大。沉水植物的光补偿点决定其在水下可分布的最大深度、光合产量及竞争能力[9]。正是由于这种特征，在所有水生植物中，沉水植物具有较强的水体净化能力。

为适应水体环境中的生长，沉水植物的茎和叶都与根一样具有较强的吸收作用，且皮层细胞含有叶绿素，能够进行光合作用。正是由于沉水植物的这些特征和结构，其对水体中富营养物质和重金属的吸收都有很强的能力[7]。研究表明：一般情况下，沉水植物体内的氮含量为13mg/g，磷含量为3mg/g以上，以一个面积为30km2的中型湖泊为例，如果植物生物量平均为500g/m2DW，那么沉水植物可固定的氮为195t，磷为45t，另外，沉水植物还具有过量吸收营养元素的能力[10]，这一显著的特征可有效改善水体环境，修复水体富营养化。

3沉水植物对水体水质的影响

3.1透明度

沉水植物通过吸附和吸收水体中生物性和非生物性悬浮物，从而提高水体透明度，这是沉水植物对水体环境优化的最显著的表现。

沈耀良等[11]研究表明，随着沉水植物对氮、磷等营养盐的吸收，水体浊度有明显的改善效果，3种沉水植物对提高水体透明度的净化能力表现为：伊乐藻效果最好、苦草次之、金鱼藻相对较差。这说明，沉水植物伊乐藻不仅生长速度快，而且具有良好的吸附和吸收水体中悬浮物质的能力。

3.2溶解氧（DO）

挺水植物、浮水植物和沉水植物这3种典型的水生植物中，挺水植物产生的氧气完全释放于空气中，浮水植物仅有少部分的氧气溶入水中。只有沉水植物所产生的氧气全部释放于水中，因此，沉水植物的生长对增加水体含氧量的贡献和作用最大[12]。

研究表明：在沉水植物生长较好的水体中，其溶解氧含量要明显高于比缺乏沉水植物或者只以浮水植物为主的水体[9]。黄文成[13]的研究同样证实了浮水植物水体中的溶解氧大大低于沉水植物水体中的溶解氧，这说明在沉水植物较多的水生生态系统中水体的溶解氧较高。沉水植物的生长不仅能提高水体的溶氧，还有利于形成水体的弱碱环境。

3.3化学需氧量（COD）

沉水植物可使水体中溶解氧的提高，有利于增强水体中微生物对污染物的降解作用[14]，因此沉水植物同样也能降低水体中COD。黄文成[13]研究表明，在有沉水植物存在的水体环境，COD都远低于无沉水植物分布的水体，以沉水植物为基础的水生生态系统远优于浮水植物为基础的水生生态系统。

3.4总氮（TN）

沉水植物能有效地吸收水体中富余的氮营养元素以用作自身生长。包先明等[15]研究表明苦草、马来眼子菜、伊乐藻、金鱼藻、黑藻和石龙尾这六种沉水植物在太湖污染水体生长的某个阶段中对水体总氮浓度从4716mg/L降低到0666mg/L、076mg/L、0593mg/L、0606mg/L、0546mg/L和0685mg/L，去除率分别达到859 %、837 %、874 %、871 %、884 %和855 %，说明这几种典型的沉水植物对水体中的氮营养盐的去除具有显著成效。有时天气会影响沉水植物净化水体的效果，但沈耀良等[11]研究表明沉水植物吸收和去除水体中氮元素的效果受天气的影响不大。endprint

3.5总磷（TP）

水体中过量的磷元素是导致水体富营养化的关键原因，沉水植物对水体和沉积物中磷的吸收和去除同样具有重要的作用。

包先明等[16]研究发现，在实验开始未种植沉水植物时，沉积物中总磷的含量随深度的增加，其垂向变化没有明显规律。在沉水植物恢复生长后，沉积物中总磷的浓度有明显的降低，主要是由于沉水植物通过根系的直接吸收。从垂直方向看，表层0～4cm总磷含量降低的程度相对大于下层，这主要与沉水植物的根系较不发达和其根系主要集中在沉积物的表层有关[16]。

包先明等[15]研究对于总磷的去除效果可以看出，苦草、马菜眼子菜、伊乐藻、金鱼藻、黑藻和石龙尾这6种沉水植物使水体中总磷的浓度从0.459mg/L都降低到0.004mg/L，去除的效率都达到了99.1%，这足以说明沉水植物可以高效的吸收和去除水体中的总磷含量。

3.6叶绿素a

沉水植物能降低水体中叶绿素a的含量，抑制藻类生长，提高水体透明度，改善水质。沉水植物的生长能降低对水体中叶绿素a的含量，尤其是在开始生长阶段，效果十分显著[15]，这主要是由于沉水植物和浮游藻类在营养物质和光照的利用上存在竞争关系，沉水植物生长周期长，个体较大，吸收和储存营养物质的能力较强，从而抑制了浮游藻类的生长[17]。这说明沉水植物能够抑制浮游藻类的生长，从而降低和去除水体中叶绿素a，以缓解水体富营养化的趋势。

3.7化感作用

沉水植物的化感作用可认为是沉水植物的克藻效应。沉水植物能够分泌抑制藻类生长的化感物质，并且这些化感物质是水生植物生长过程中产生的次生代谢物质，一般能在自然条件下降解，不会在水生生态系统中长期积累，不会破坏水生生态系统的安全性。将沉水植物产生的这些化感物质应用于水体藻类控制具有良好的应用前景[18]。研究表明沉水植物如穗状狐尾藻、水盾草能够有效抑制铜绿微囊藻、水华鱼腥和小席藻在水体中的生长[19]。利用沉水植物的克藻效应，提高水体的自净能力，已成为修复湖泊富营养化的一种重要生物措施。

4沉水植被对富营养化水体的生态恢复

沉水植物的出现是湖泊富营养化发展过程中自然选择的结果。高等沉水植物种群的减少是健康水生态系统退化的重要变现[20]。因此对富营养化水体沉水植被的修复对维持良好水生生态系统具有重要意义。

沉水植物的恢复是湖泊水生植被恢复的重点和难点。沉水植物主要都浸没于水下生长，因而对水深和水下光照条件的要求都较高。在修复沉水植物时，应根据湖区沉水植物分布现状、底质、水质现状等因素，选择不同生态学特性的先锋种进行种植。沉水植物恢复时，应从水浅的岸边开始，并在较低水位的季节进行。水体污染严重或直接种植沉水植物难以存活时，可先种植浮水植物（如凤眼莲、大藻等）对水体先进行净水，待水体透明度提高后再种植沉水植物[21]。因此要根据当地具体自然条件因地制宜、因时制宜在时间和空间上予以优化组合，使不同种群在整体上互补共生，适应季节和环境变化[22]。

在利用沉水植物的组建技术进行水体水质净化或进行退化水体生态修复时，一定要考虑各种生态因子（如光照、pH值、营养盐、重金属、悬浮颗粒物及着生藻类）对沉水植物修复的影响[23]。

5沉水植物在富营养化水体恢复中的研究展望

水体富营养化从本质来看是生态问题，而生态问题应采用生态的方法来解决，所以应坚持以生态修复技术恢复富营养化水体。在水体生态恢复过程中，将工程和生物措施结合起来的生态修复技术如沉水植物修复富营养化水体，对水体富营养化的治理具有显著成效。但仍存在需要深入研究的问题，如净化效果较好的沉水植物在自然的水生生态系统中能否继续稳定生长并持续发挥作用，沉水植物的后续开发利用等，均待进一步深入研究和实践。因而，在未来富营养化水体生态修复中，必须重视将各项技术进行综合应用，以更有效地实现对富营养化水体的治理和恢复。

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