沉水植物在修复富营养湖体的研究进展

谢亭亭

（广州太和水生态科技有限公司 广东广州）

沉水植物在修复富营养湖体的研究进展

谢亭亭

（广州太和水生态科技有限公司 广东广州）

沉水植物修复水体技术是当前水体修复技术中的热点。本文针对沉水植物的特点，探讨了沉水植物对湖泊修复的主要原理、技术和方法、研究热点和存在的问题以及该领域的未来研究方向，最后表明：沉水植物修复富营养湖体具有很广阔的应用前景，将成为修复技术的热点导向。

沉水植物；富营养湖体；修复；N、P；光合作用

N、P是造成湖体富营养化的主要物质，是大型植物和浮游植物初级生产的主要限制因子。湖泊由草型清水态转变为藻型浊水态后，外源营养物质的输入不但使浮游植物迅速增长，而且加速湖体中的内源营养物质循环，显著提高水体初级生产力。

沉水植物是湖泊生态系统的初级生产者之一，它们不仅可以净化富营养化的湖体，也可以利用水体和底泥中的N、P和难降解有机污染物吸收、转化并合成自身物质，而且还能控制藻类生长，增加水体生物多样性，调节水生态系统的物质循环速度，从而有效提高水质，增加水体的透明度，改善水体生态环境。沉水植物的修复，对改善浅水湖泊生态环境，修复水体生态食物链，促使水体生产者、消费者、分解者的健康生长。因此，沉水植物的生态修复是控制水体富营养化的重要环节。

水生植物在抑制藻类生长，促进营养物质沉积、稳定沉积物，降低水体营养盐含量等方面起到了重要作用。因此，在湖体中恢复和重建水生植物对维持水生态系统健康至关重要。水生植被的恢复已被认为是湖泊富营养化治理的一种有效方法。恢复以沉水植物为主的水生植被，可以有效地降低N、P营养循环速度，控制浮游植物过度增长，是重建富营养湖泊生态系统的重要措施。大量的研究表明，在水体中恢复与重建水生植物尤其是沉水植物已经成为治理水体富营养化的一种有效手段。如今沉水植物在水生生态系统中的修复技术倍受青睐，已经成为环境领域和水生态学研究的热点之一。

1 沉水植物修复原理与物种选择

沉水植物是指植物体全部位于水层下面营固着生活的大形水生植物。因为沉水植物在水中进行光合作用并释放出氧气，这对富营养化水体自净作用至关重要。沉水植物和其它的水生植物相同，都是构成水体食物链的基础，吸收引起水体富营养化的物质，为促进良好生态循环提供氧气，具有较强的净化水质的功能。

沉水植物的叶子大多为带状或丝状，常见的水体修复的沉水植物有苦草（Vallisneria spiralis）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.）、伊乐藻（Elodea nuttalli）、菹草（Potamogeton crispus Linn）等。

沉水植物物种的选择应以当地土著物种为主，限制外来物种。否则可能造成难以估测的生态失衡问题并增加培养难度。物种的选择应保证多样性，单一的物种的沉水植物群落，是很难维持水体生态系统稳定的。由于湖泊常用于娱乐目的，例如游泳、划船等，故低茎的轮藻植物是沉水植物恢复的首选。

沉水植物因为自身独特的生长方式，茎、叶和表皮与根可以进行营养元素的吸收和分解，表层细胞都含有叶绿素，可以进行光合作用，这种特殊的植物生长结构，使得沉水植物在净化水体方面的作用特别突出，特别是对金属和盐类元素的吸收能力更强。所以，在水体中种植沉水植物，能够有效的净化营养物质。

沉水植物作为主要初级生产者，在水生态系统中起着重要的作用。在富营养湖体中，恢复与重建沉水植物是关键性的步骤。研究表明：沉水植被恢复后，溶解氧增加，水体透明度提高，各主要形式的N、P及叶绿素a浓度均明显降低，原生动物多样性也显著增加。沉水植物作为湖泊水主要的生物组分和重要的生物环境，对湖泊生态系统的结构和功能起关键作用。它们不仅会影响食物链结构、控制其它生物类群的结构和大小、维持水环境的稳定性，而且在恢复水生态环境也起着显著的作用，其群落的重建与恢复是水生态系统修复工程的基础和关键。

沉水植物完全浸没于水中，一方面因呼吸作用消耗水中的氧气，另一方面因光合作用释放氧气于水体，两种作用随时间不同互有强弱，导致水中溶解氧（DO）浓度时高时低。当呼吸作用强于光合作用时，消耗的氧气大于产生的氧气，水中DO浓度逐渐下降；当光合作用强于呼吸作用时，产生的氧气大于消耗的氧气，水中DO浓度逐渐上升。沉水植物的这种净化作用在水体修复中至关重要，其技术的研发均建立在此基础之上。

2 沉水植物修复水体的主要方法

2.1 沉水植物修复技术的基本分类

一般沉水植物恢复可分为自然恢复和人工恢复。自然恢复是沉水植物恢复的基本方法。湖泊底泥中的沉水植物的繁殖体存活时间久，在20年后仍具有活性。当湖泊中具有较好的透光性，其他条件也良好的情况下，此时沉水植物的可以很快进行自然恢复。但在现如今的情况下，沉水植物自然恢复比较缓慢，无法跟上水体污染的步伐，因此主要采取人工方法对湖体进行恢复。以下几种情况可采用人工恢复：湖泊中沉水植物消亡，底泥中沉水植物繁殖体比较缺乏，湖水的浊度低且保持时间较短，这种情况，想要迅速恢复沉水植物，就需要引入外来物种，或者因娱乐等需要引入特定品种的沉水植物。人工恢复沉水植物，需要先选择适合的品种进行局部试验，再进行推广，当生长达到一定的规模，就可以迅速繁殖，自然生长。

2.2 沉水植物断枝再生能力研究

在可能的情况下，沉水植物应采取以扦插为主的种植方法，但对于某些品种抛掷或者扦插对其芽的形成和生物量无显著影响。比如对金鱼藻进行抛掷，既可以得到很好的效果，又可以提高施工效率、降低采挖和运输种苗的成本。在沉水植物物种的选择上，可优先选择黑藻，其无论须根和新芽的产生还是生物量、株高和节数的增加都有一定的优势。自然状态下，许多沉水植物可以通过内在机制或者外力作用下形成断枝，并逐渐发育形成新个体。对许多沉水植物影响断枝形成的环境因素以及通过内在机制自动形成断枝的过程已有诸多研究。沉水植物退化水体的恢复、修复和重建需要人为干预下进行，这为人为利用沉水植物修复、恢复和重建退化水体提供了依据。

2.3 沉水植物对降低水体与底泥营养盐含量的研究

沉水植物对富营养化湖水、底泥具有一定的耐受能力，在试验条件中生长良好，长度与生物量都明显增加，并能有效地降低水体中的总磷、氨氮及总氮浓度。沉水植物对底泥向水体中氮、磷的输送转移有明显的抑止作用，并且其生长可使底泥中氮、磷及有机质含量降低。

通过对生态环境的模拟，不同沉水植物对于富营养化水体中的不同元素在净化方面的效果各不相同，但是都有一定的净化作用，通过研究发现，金鱼藻的净化能力更强。

P容易在底泥中富集，又可由于厌氧细菌的活动而缓慢释放并进入上层水，这就是营养物质循环。有机氮氧化成无机氮后通过反硝化作用形成N2进入大气，因此在天然富营养化条件下，易于沉积的P元素成为浮游植物生长的限制因子，也成为水中难以去除的营养物质。在天然水体中，大型根着植物因其可以直接从底泥中吸收营养而在与浮游植物的竞争中占优势。沉水植物对生态系统物质循环起着重要的调控作用。

沉水植物重建、修复、定期收获是净化水质的重要治理举措之一。沉水植物对淡水生态系统的生物和非生物过程都有极为重要的作用。沉水植物占优势时，水体清澈、生物多样性高。沉水植物可以净化水体并稳定生态系统。水生植物能够创造遮阴和躲藏环境，为植食性浮游动物提供逃避鱼类摄食的场所，可以吸收过量营养物质，并使水体呈现贫营养状态，不利于水华现象想产生，提高水体透明度。

湖体富营养化是人类亟待解决的环境问题，沉水植物修复是治理富营养化湖体的重要方法。而沉水植物产生良好的环境效应是水环境质量改善和水生态系统稳定的基础。大量研究表明沉水植物能显著降低水中的TN、TP、NH3-N浓度。如黑藻、金鱼藻、伊乐藻和苦草，对TN去除效果较好；黑藻对NH3-N去除的效果较好，其次是金鱼藻与伊乐藻，最差的是苦草。黑藻去除TP的效果较好，其次是金鱼藻与苦草，最差的是伊乐藻。综合来看，治污效果较好的沉水植物是黑藻，较差的是苦草。

当然这只是沉水植物修复性能的一部分，大量的沉水植物修复性能和特性有待进一步研究和摸索。沉水植物的研究技术和领域为解决湖体的富营养化问题奠定了基础，当然这些方法的大面积推广和应用有尚需进一步的研究。目前，沉水植物修复富营养湖体在国内得到成功应用，比如广州海珠湿地公园，佛山梁园、上海闻道园等等。总之，该技术在湖泊水库的修复中具有广阔的前景。

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A

1004-7344（2016）01-0329-02

2015-12-2

谢亭亭（1987-），女，汉族，内蒙古人，生态学硕士，研究方向为水生态修复与污染治理。