1990-2019年城市湿地沉水植物恢复的文献计量学分析

张春松

沉水植物是城市湿地，如河道、湖泊等重要的初级生产者，可以提供食物与氧气，净化水质、创造生态空间等。本文以中国知网收录的1990-2019年沉水植物恢复研究文献为分析对象，采用CiteSpace软件对该领域主要研究方向进行分析，揭示研究热点与前沿，并对主要植物以及植物恢复的影响因子进行介绍，以期对今后相关领域的研究提供借鉴。

沉水植物；恢复；影响因子

沉水植物是指植物体全部或大部分沉浸在水下边，根固着在水下泥土里或漂浮于水中的植物[1]，是城市湿地生态系统中的重要组成部分，是水生演替系列达到顶级的标志植物[2]。沉水植物是城市湿地生态系统中重要的初级生产者，通过光合作用高效地积累有机质，不仅可以为鱼、虾、蟹、贝等生物提供饵料，还可以通过自我繁殖，营造生物栖息地，提高水体空间异质性。由于沉水植物繁殖速度较快，对水体中的营养元素具有较强吸收能力，可以有效降低水体中的氮、磷等元素，抑制藻类的爆发，有效缓解城市水体污染现象。某些沉水植物，如轮叶黑藻、狐尾藻等，还可以有效吸附污水中的重金属和有毒有害元素，对于提高城市水体的水生态安全意义重大[3-5]。此外，沉水植物在提升水生生态系统生物多样性、改善沉积物微环境以及维持水体清水状态等方面均发挥了重要作用。

1.中国知网数据库关于沉水植物恢复的论文发表量

随着人口密度的上升和城市面积的增加以及用地类型的调整，城市湿地沉水植物退化严重[4]，湿地水生态功能失调，湖泊、河道等水生生态系统由“草型”向“藻型”转变，并引发了水质恶化、水华频发、生态系统破坏等一系列生态环境问题，严重影响了人们身体健康和水体功能的正常发挥。因此，沉水植物在水体生态系统的恢复和重建中的重要性不断凸显，通过生境修复、人工或自然的繁殖手段进行沉水植物群落的重建，恢复水生生态系统的功能，逐步成为污染水体整治工程的重要内容[2]。

本文利用CiteSpace软件对中国知网数据库中1990至2019年的沉水植物恢复研究状况进行了分析，探究其主要研究机构与关键词，对沉水植物修复的主要影响因子进行介绍，对城市湿地主要沉水植物汇总并简要分析其在工程修复方面的适用情况，以期对该领域未来的研究工作提供借鉴与参考。

1 论文发表量与主要研究机构

本研究在中国知网数据库检索了1990～2019年沉水植物恢复的年度发表量，结果如图1所示，在2001年之前，年度发表量低于50篇，属于缓慢发展阶段；在2006年发表量显著上升，达到150篇以上；在2011年之后，论文发表量均高于170篇，2020年预计发表量接近250篇。总体而言，关于沉水植物恢复的论文发表量呈明显的上升态势，尤其是近十年，随着经济的快速发展，土地利用模式迅速转变以及大量工业废水与生活污水的产生，城市水体生态功能受到破坏，水生植物生态系统退化，严重影响了水体的生态系统结构与功能和景观价值，因此沉水植物修复作为有效的水体生态功能提升途径与水工手段，得到了广泛的认可与重视。

图2是关于沉水植物恢复的国内主要研究机构发文数概况，其中发文数前六的单位分别为中国科学院南京地理与湖泊研究所、中国科学院水生生物研究所、上海海洋大学、中国环境科学研究院、河海大学和南京师范大学，其中中国科学院南京地理与湖泊研究所以总发文量111篇遥遥领先，中国科学院水生生物研究所和上海海洋大学分别以78篇和61篇位列第二与第三。中国沉水植物修复的研究相对于国外发达国家起步较晚，在学科领域发展前期，只有中国科学院南京地理与湖泊研究所和中国科学院水生生物研究所等少数的研究所进行相关领域的研究，但是随着我国综合国力和科研实力的增强，现在已经有越来越多的高校和科研院所参与沉水植物恢复的研究。此外，随着水生态修复项目的不断开展，也有一些公司与社会组织创立相关领域的攻关团队，探究沉水植物恢复的工程应用，为该领域的发展贡献巨大。

2 研究关键词情况

2.中国沉水植物恢复研究主要发文机构

3.沉水植物恢复研究主要关键词

目前国内对沉水植物研究的主要关键词如图3所示，热点主要集中在恢复水生植物类型、富营养化问题的调控与影响以及生态修复的应用等方面。

沉水植物因其独特的生理结构在湖泊、河道等水体中占据着独特的生态位，但是不同的沉水植物的存活率、耐受力、适应的环境因子、适用的恢复方法和手段以及产生的生态价值差异较大，因此研究适宜进行恢复的水生植物种类至关重要。在进行水生植物修复工作中，要依据因地制宜的原则，参考本地水生植物类型、生态位以及恢复目的和要求选择合适的植物种类。

随着我国城市化进程的加快和经济的迅速发展，产生的大量氮、磷等物质造成水体富营养化现象频发，造成水生生态系统严重退化，沉水植物大量死亡，进而引发水体黑臭现象发生[6-7]。因此，目前的许多机构和团体都在研究沉水植物在富营养化水体中的恢复以及遏制富营养化现象发生能力和机理。

沉水植物作为湖泊水体生态系统的重要组成部分，在整个水体生态系统的构建、维持、恢复等过程中发挥着不可取代的作用，由于沉水植物是水体中重要的初级生产者同时也是一些水生动物生活、繁殖的场所，因此沉水植物的恢复既是水生生态修复的重要目标之一，也是促进水生生态系统整体恢复的重要手段之一。

3 影响沉水植物恢复的因子

3.1 水位深度

水位深度是影响浅水湖泊沉水植物生长、分布和繁殖策略的主要因素之一[8]，沉水植物对水位的响应机制较为复杂，不同物种对于水位抬升或降低的适应机制不同，具体表现为生长形式不同和光合作用的差异。合适的水位深度会为沉水植物生长创造优质的温度、光资源、能量物质等条件，并且会增加沉水植物对干扰的耐受上限。在一定范围内，水深降低会提高水体光照强度，增强植物的光利用率，从而实现碳水化合物的高效积累，增加生物多样性和植物的有效分布面积。在我国很多湖泊的生态修复工程中，经常通过降低水深来迅速提升水体光照条件，进而为沉水植被的恢复创造条件，这在一定程度上提高了恢复工作的效率。但是，并不是所有的沉水植物类型都适合这种方式，如苦草等沉水植物，其正常的生活、繁殖和扩散都对水位深度有较大的需求，适当的抬升水位可以有效增强其对营养物质的获取能力，增加生物量，繁殖体的产生速度和数量上升，从而实现种群的快速扩增，显著增大其覆盖范围。此外，由于不同植物光合特征、形态可塑性以及繁殖策略的差异，水深变化还可能会改变沉水植物的种间关系以及群落结构，不同水位深度下植物的优势种会存在明显差异，造成水生态功能与景观价值存在差别。因此在具体的沉水植物恢复工作中可以利用水位的变化来促进沉水植物的定殖、生长以及群落的结构调整和自然演替。

3.2 富营养化情况

水体富营养化问题已经成为目前全球重大的生态环境问题之一，其所导致的水华现象严重损害了水生生态系统[8-10]，所带来的连锁效应导致了沉水植物的大规模衰退和植被群落的逆行演替，由于沉水植物对淡水湖泊的生态系统具有构建作用，同时又可以吸收一定的氮磷等物质维持水生态系统的稳态，沉水植物的消亡将直接加剧水体环境的恶化，产生严重的水生态危机。在沉水植物的快速生长阶段，其需要吸收大量的营养元素用于自身的组织结构构建，从而维持正常的生活、繁殖活动，因此水体中适量的增加氮、磷元素会促进沉水植物的恢复，但是当水体大量吸纳氮、磷后，水体中的藻类会大量爆发，出现水华现象，最终导致水生态系统受到破坏，沉水植物发生退化。

3.3 光照强度

水下不同深度光照强度的分布是影响沉水植物恢复的一个重要因素，沉水植物光合作用的光补偿点决定了沉水植物可以生存的最大水位和竞争能力[11]，对植物的萌发与芽库构建也意义重大[12]。悬浮物以及有机质的含量都会通过影响水体的透光性进而影响沉水植物的生长繁殖。此外，光质也会对沉水植物产生影响，不同沉水植物主要的可见光吸收波峰存在差异，因此在不同的时间空间尺度下，不同沉水植物对光资源的利用效率存在差异。在重建或搭配沉水植物进行生态修复时，一定要考虑沉水植物群落的类型及其合适的生物量，根据环境条件和种群特性的差异，在时间、空间分布上按—定比例进行合理的安排，以达到恢复原有水体群落结构与功能的目标。当沉水植物生长旺盛以致会产生自遮作用或衰败、消亡时，要及时地进行打捞与清理，以免造成水体的二次污染，并防止由此而产生水体透光性的降低与水下光分布的改变，这将直接或间接地导致修复植物的退化。

3.4 捕食者

沉水植物作为水体中重要的初级生产者之一，为一些草食性鱼类、螺类等大型底栖动物以及少量的浮游动物直接或间接地提供食物来源[13]。在沉水植物恢复初期，植物种群比较脆弱，稳态阈值较低，若水体中的草食性动物丰度较高，会造成沉水植物中期发育缓慢，严重的甚至会造成植物种群大面积退化。因此在沉水植物修复工作中，应该从生态系统食物网的整体角度出发，合理配置沉水植物的种类，使其既能满足沉水植物初级生产者的功能，又要确保不会出现捕食者数量的突然爆发而导致沉水植物在恢复初期迅速退化。

3.5 盐度

在我国沿海地区的很多湖泊、河流受到潮汐的影响较大，伴随着周期性的潮水涨落，河水的盐度会随着发生变化。研究表明，盐度也是影响沉水植物恢复重建的重要因子之一[6]，不同植物对盐度的耐受范围不同，盐度过高或者过低都可能会严重影响沉水植物的生理过程，造成植物衰退乃至消亡。当盐度过高时，高盐度水体会破坏植物叶面结构，造成植物细胞液外流，长期暴露在高盐环境下会造成植物细胞死亡，最终造成沉水植物大面积衰亡。当一些盐生沉水植物处于盐度较低的水体环境时，植物细胞会迅速吸水，造成细胞壁破裂、细胞膜正常功能受损、植物体脆弱、易受细菌和病毒的侵扰，造成沉水植物功能损坏、退化甚至消失。此外，随着我国工农业的加速发展，湖泊底质盐碱化日渐严重，沉水植物的种子更多地面临高盐生境，这也是很多沉水植物消亡的原因之一。

4 沉水植物研究种类

沉水植物是湖泊等生态系统的重要生产者[14]，目前国内关于沉水植物恢复研究的种类较多的是苦草、菹草、黑藻、马来眼子菜、伊乐藻和狐尾藻，具体介绍归纳见表1。

5 展望

人类活动造成的大量污染使得沉水植物大面积退化甚至消失，进而导致湖泊、河道水体持续恶化，严重影响其生态与景观价值，沉水植物恢复工作已经迫在眉睫。近年来，关于沉水植物恢复的研究持续开展，但是关于在严重富营养化水体或者沉水植物完全消失的水体中如何进行恢复工作，学界尚未达成一致；在水体生态系统构建过程中人工干预与自然演替的比例尚未完全把握。在今后相关工作开展过程中，应该更加注重不同水生植物的搭配，做到优势互补，合理利用空间现状与小环境异质性，并综合考虑各种沉水植物恢复过程中的环境上限和下限，灵活把握人工干预的界限与时机，由人工创造转折，将未来交给自然。

表1 沉水植物恢复主要种类及其特性一览表