水生植物根系生态化学作用及其生态响应研究进展

沈伟

摘 要：本文就水生植物主要是浮床植物的根系生态化学作用进行研究分析，并对生态响应的研究进展进行阐述，对未来浮床植物研究提供了方向。

关键词：水生植物；根系；生态化学作用；生态响应

我国养殖业的快速发展使各个湖泊的水质都收到了较大影响，由于大量肥料中具有的氮磷钾等有机肥料鱼类都不能实现有效吸收，使水质污染愈发严重。而浮床植物则良好的解决了这一问题，因此必须对植物根系的生态化学作用及其生态响应进行研究。

一、水生植物的生态化学作用

1.根系构型。在同一根系中会存在不同构型的根，这一现象出现的原因是植物根系生长的结果，其几何构型有多种，主要取决于周边环境，选择最为有利的方向改变自身根系结构。因此，根系构型在研究生态化学作用时尤为重要，其直接反应植物本身对周边环境的适应能力，也能体现植物的生产能力和净化能力。

2.生态化学研究。对植物的根系的生态化学研究一直处于十分重要的地位。对于浮床植物来说，其可以通过根系直接吸收培养基和底层泥土中的水分和养料来供自身发展所需。其吸收速率主要取决于植物本身的性质以及周围环境和水体本身的质量。因此，在一定环境条件下，浮床植物会通过营养繁殖这一手段来大幅度提升生物量在体内的积累，对氮磷钾等营养物质实现有效固定。而在这一过程中，根系起着十分重要的作用，其形态结构和吸收能力直接决定植物对各类营养以及水分的吸收能力。

二、水生植物的生态响应研究

1.根系分泌物。在很多年前就已经有科学家开始研究这一方面，经过多年积累，对根系分泌物有具体的定义：根系分泌物是指活的、未经外界干扰的植物根系将一些化学物质分泌到水体环境中。目前对根系分泌物的研究已经较为透彻，主要分为两种产生途径：代谢和非代谢。这些途径都十分复杂，不同的植物也会分泌大不相同的分泌物。其中，代谢过程也分为初级代谢和次生代谢，在植物的基本生长发育中，初级代谢为植物提供生存必需的营养物质以及一些信息。而次生代谢则是植物为适应环境而分泌的产物。比如美人蕉在含磷较多的水体中生存时，根系就会产生一些化学物质，这些化学物质能够和磷发生一系列化学反应，从而有效降低水体中磷含量。除此之外，非代谢途径也不可或缺，植物的一些根系脱落物质以及植物残枝可以在非代谢途径中分泌一些物質，正所谓“落红不是无情物，化作春泥更护花”。这些物质都具有化学感应性质，能够依据水体的环境产生分泌物从而改变环境。

2.根系微生物的研究。在许多植物的根系，往往存在一些菌落，这些菌落和植物根系互补，形成一种互惠的共同体。某些细菌的大量繁殖能够分解水中的有机物为植物提供养料，比如氨循环细菌总数以及硝化细菌等，有效分解水中的硝酸根和铵根，并将其转换为植物能够吸收的物质。因此，对植物和微生物产生的共同体进行研究十分重要。

在对大量植物进行研究后发现，在植物的所有部位，只有根际的微生物菌落数量最多，种类也最为丰富，根际效应十分显著。研究发现，被污染水体中氮的净化处理主要是通过是植物和微生物的氮循环。氮循环包括一系列步骤：固氮、硝化和反硝化、氨化。除了植物自身同化吸收作用之外，其余大部分步骤都需要微生物的协同和参与，而对磷和钾的处理也类似，需要大量不同微生物的参与才能完成。

3.根系微生物和根际环境之间的响应。根系微生物和根际环境，二者相互影响相互作用。浮床植物的微生物分布主要根据植物根系、周围环境、PH值等移速。从微生物的角度来说，其需要的营养和养分主要来源于植物所产生的有机物以及分解水中的化学物质，其繁殖主要取决于植物，除此之外一些厌氧和好氧细菌也会根据植物的光合作用，呼吸作用等分布在不同的位置。经研究发现，植物的分泌物是植物对环境的一种适应机制，在环境的影响下被迫产生的。所以，植物的种类和数量对根系微生物的分布起决定性作用，二者相辅相成。由于不同的微生物对不同的污染物能够进行特定的分解，在对一些已经破坏的生态系统进行修复时，需要某种微生物可以通过筛选特定的植物来进行。

根系微生物菌落也可对各级环境产生影响，但是相对来说比较复杂，主要可以分为以下几个方面：首先，改变根系细胞膜的通透性，使营养物质能够更加顺利的进入植物，同时阻隔一些有害物质。其次，一些微生物可以直接作用于根系细胞使其产生不同的分泌物以更好的促进微生物-植物共同体。除此之外，根际微生物还可降解和转换根系分泌物，从而降解水体中的有害物质。微生物在和外界进行物质和能量的交换同时，可以改变水体的PH值以及一些化学成分组成，从而使植物更有针对性的产生相关分泌物。

三、水生植物的选择

1.有利于改善水体的水生植物。每种水生植物对水里面物质的吸收是不一样的，依据它们对水处理效果的不同，把它们分为以下几类：第一，主要吸收氮的水生植物有睡莲、水葱、水葵、芦苇、丁香等。第二，主要吸收磷的有香蒲、美人蕉、菖蒲、紫芋等。第三，主要吸收总磷的有睡莲、红龙草、风车草、浮萍等。第四，主要吸收tn的有浮游、水生花、红龙草、香菇草等。第五，主要吸收COD的有宽叶香蒲。第六，主要吸收NH3-N的水生植物有水蕹菜以及美人蕉。第七，主要对重金属进行吸收的有狐尾草、野生稻、大米草等。

不同的水景植物对阳光的需求情况也不同，并按照需求量的不同分为喜阳植物与喜阴植物。其中睡莲以及荷花都是喜阳植物，而石菖是喜阴植物。

2.选择植物的原则。不同的水质要选择不同的水生植物，并且要依据植物对阳光的需求量进行选择。相关的选择标准是：第一，选择的水生植物要有观赏价值。第二，选择植物时要进行严格的考察，避免引起植物入侵的情况。第三，水质中含有氮以及磷比较多，要选择在这两方面吸收比较好的植物。第四，选择的植物要有适应水位变动的能力，确保水生植物在下雨比较多的季节以及干旱的季节能够维持浮床系统的正常运行。第五，选择的植物最好是不怕寒冷，这样在寒冷的冬季植物也能正常的清理水质。第六，选择的植物要根系发达，这样才能增加水内部的循环系统，进而使水质得到进一步的改善。

四、结语

本文从浮床植物角度阐述水生植物根系的生态化学特性以及目前生态响应的研究现状，希望能为未来水生植物对污染水体的净化作用提供理论依据，为植物根系方面的研究提供研究方向。

参考文献：

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