水质净化与生态修复的水生植物优选指标体系构建

李锋民，陈琳，姜晓华，李晨光，赵莎莎，种云霄，胡洪营，高帅强

1. 中国海洋大学环境科学与工程学院/海洋环境与生态教育部重点实验室/近海环境污染控制研究所，山东 青岛 266100；

2. 华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；3. 清华大学环境学院，北京 100084

近年来，环境保护、生态修复逐渐成为全社会关注的焦点。中央相继提出了生态文明建设、长江经济带生态修复、黄河流域生态保护和高质量发展等战略目标，推进绿色发展理念。在水生生态系统修复和水质改善方面，水生植物发挥着重大作用并受到广泛的关注。植物修复具有操作简单、成本低、生态友好并能增强生态可持续性等特点，可原位修复污染水域（Odoh et al.，2019）。但是在运用水生植物进行生态系统修复时，仍存在许多问题。

许多湖泊及河流利用水生植物进行水质净化及生态修复的效果不显著，滇池自20世纪90年代起开始通过生态建设与恢复工程进行水环境的综合治理，但截至2016年沉水植物盖度仅占10%左右，且水质仍未见根本好转（王琦等，2018）。作为水质净化先锋种引入河流或湖泊的水生植物会因控制管理不佳而阻碍生态修复的进程。如菹草（Potamogeton crispus）是一种具有较强耐污能力的沉水植物且对弱光的适应性强，能大量吸收氮磷营养物及重金属，对于控制水体富营养化具有极大意义（Zhou et al.，2017）。但由于菹草的生长能力较强，在水生生态系统中若不对其加以控制，群落会不断扩张，山东省东平湖中的菹草群落在 1985—2017年间由零星式分布发展为全湖连片式分布（梁莉莉等，2019），由此引发湖泊物种单一、限制其他水生植物生长的问题。与此同时，到了夏季大片菹草整株死亡释放营养盐和有机质会导致水体二次污染（Du et al.，2014）。在管控水生植物的过程中，发挥水生植物的资源化利用潜力至关重要。南四湖新薛河人工湿地曾引入芦竹（Arundo donax）以改善当地水生生态环境，芦竹具有较强的环境适应性及水质净化能力，可有效改善水质（侯端环等，2008）。但由于对芦竹的经济价值认识不足及周围产业结构变化，致使出现无人管理、收割芦竹的情况，原本的人工生态系统逐步变成半自然生态系统，既没有实现彻底的水质净化也没有取得经济效益，阻碍了“退耕还湿”政策的推进。

因此，目前在利用水生植物进行生态修复的过程中仍存在一定的盲目性，对于水生植物的生长条件及生长特性、生态修复适宜程度及资源利用潜力等方面认识不足。为提高水生植物生态修复效率并避免水生植物物种选择的盲目性，本文从水生植物的功能、生长特性和生物量资源化3个方面来阐述水生植物水质净化与生态修复的适应度及潜力，建立如表1所示的指标体系，为水生植物在生态修复工程中的应用提供理论基础。

表1 水质净化与生态修复植物优选指标体系Table 1 The optimization index system of water purification and ecological restoration plant

1 功能指标

1.1 水质净化能力

1.1.1 促进悬浮物沉降

水体中悬浮物（SS）的含量是影响水体透明度和光学衰减系数的重要因素，含量高时会削弱水下光强，对植物光合作用和水体初级生产力产生不良影响（Chandra et al.，2021）。因此，降低水中悬浮物含量是水质净化与生态修复工作的重要部分。水生植物可通过根茎和叶片的拦截吸附作用、减缓水流和风浪扰动或通过表面微生物分泌黏液的凝聚作用有效降低水中悬浮物的浓度（Hanafiah et al.，2018；乔娜等，2016）。对于悬浮物浓度较高亟需治理及对悬浮物指标要求较高的水域，需选用具有根茎粗壮发达、叶片宽大肥厚、边缘具齿或叶片生长密集特点的水生植物，以达到降低水中悬浮物的良好效果，如莲（Nelumbo nucifera）、芦苇（Phragmites communis）、香蒲（Typha orientalis）、菹草、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、光叶眼子菜（Potamogeton lucens）等（乔娜等，2016）。

1.1.2 水体增氧

水生植物光合作用产生的氧气可以通过根系释放到周围水体中，有效提高水体的溶解氧含量并引起水体pH值、氧化还原电位和养分利用效率等性质的变化，改变微生物群落组成，从而表现出不同的生态修复能力（Sun et al.，2019）。水体溶解氧含量与水质情况密切相关，溶解氧含量低的水域往往会出现水质劣化、生态系统受损，最终出现发黑发臭的现象（Rixen et al.，2010）。因此，维持适当的溶解氧含量是水生植物去除水中污染物的前提。水生植物的泌氧量与生物量、相对生长速率呈显著正相关，研究表明，香蒲、美人蕉（Canna indica）、灯芯草（Juncus effusus）、纸莎草（Cyperus papyrus）、菖蒲（Acorus calamus）、千屈菜（Lythrum salicaria）、水芹（Oenanthe javanica）、芦竹等须根系植物泌氧能力较强。水生植物的泌氧能力会影响污染物净化中微生物的好氧过程，因而会影响污染物的净化效率，应根据实际净化需求选取具有适宜泌氧能力的水生植物。

1.1.3 藻类抑制

水中藻类含量过高会引发一系列生态环境问题，包括水中透明度低、溶解氧不足、水生生物死亡、食物链多样性破坏等，影响水生生态系统的平衡（Li et al.，2021）。其中，由于藻类会与水生植物竞争光照、养分，从而在藻密度过大的水域常常会影响水生植物的生长，特别是在沉水植物修复的工程应用中，表层水中过量藻类的存在会阻碍沉水植物生态作用的发挥。因此，控制水中藻类含量对水生生态系统的稳定具有重要作用。水生植物可以通过与藻类竞争养分、光照等非生物因素抑制藻类的生长，或通过分泌化感物质达到抑藻效果（Zhu et al.，2021）。研究表明，金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、穗花狐尾藻、水蕴草（Egeria densa）、菹草、苦草（Vallisneria natans）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）、千屈菜（Lythrum salicaria）、芦苇、荇菜（Nymphoides peltatum）等对常见水华藻类具有较好抑制效果且存在植物最佳抑制生物量（Xian et al.，2007；Nakai et al.，2010；Zuo et al.，2015；Zhang et al.，2019）。因此，运用水生植物的化感抑藻时可选择合适的水生植物并结合投入的最佳生物量及化感物质浓度状况，实现良好的抑藻效果。

1.1.4 氮、磷吸收及蓄积

随着人类活动产生的氮、磷元素大量进入自然水体，水中出现富营养化现象，并可能引发藻华等生态危机，由此危害生态环境。调控水中氮、磷含量是河流、湖泊等水体普遍需要且应持续进行的治理工作。氮、磷是水生植物生长所必须的营养元素，水生植物通过同化作用、植物吸附与附着微生物的协同作用可大量去除水体中的氮、磷营养物（Li et al.，2015）。氮、磷在水生植物中的蓄积情况可通过氮磷储量衡量，氮磷储量越大的植物对水体中相应营养盐的吸收潜力也越大。氮磷储量能反映植物在不同水体中对营养元素的转移能力，根据植物对营养元素的蓄积阈值，合理选择植物的收割时间能更好地发挥植物的净化功能。

水生植物的营养盐去除能力常受其本身的生物量、氮磷储量等因素影响，所以净化效率因种而异。研究表明，凤眼莲（Eichhornia crassipes）、大薸（Pistia stratiotes）、芦苇（Phragmites communis）、再力花（Thalia dealbata）、浮萍（Lemna minor）等都属于高效净化氮磷营养物的水生植物，被广泛应用于水中氮磷营养盐的净化（Iamchaturapatr et al.，2007；张倩妮等，2019）。此外，在不同的环境条件下，如水体富营养化程度、水力停留时间、其他微污染物的共存等，水生植物的去除能力也表现出不同特征，因此要实现氮磷营养物的高效去除需要选用高效植物并在适宜的条件下进行（Qin et al.，2019）。

1.1.5 促进有机污染物降解

水中有机污染物种类多样且成分复杂，有机物分解会大大降低水中溶解氧含量从而破坏水生环境，而不易分解的有毒有害成分在水体中持续存在则会对水生生物产生不利影响，还有些有机物会与重金属等螯合改变重金属毒性和迁移行为从而引发危害（Ravich，2004）。水中有机物的浓度水平常通过 COD进行表征，并且国家各水质标准都对COD数值进行了限制。水生植物可通过吸收、吸附、截留及附着微生物的降解作用来降低水中COD值。微生物的附着生长情况及泌氧能力是影响水生植物COD去除率的重要因素，气温、pH、水体营养状况等环境因素也会影响COD去除效率（周玥等，2016）。芦苇、美人蕉、香蒲、旱伞草（Cyperus alternifolius）、再力花、凤眼莲等对COD的去除能力较强。但是，值得注意的是水生植物本身还具有向水体释放有机物的能力，包括根系分泌物和残体分解释放，因此在选用水生植物净化水体时需关注其本身对水体 COD影响情况。旱伞草、再力花属于COD释放量较高的水生植物（孙金昭等，2016）。

有机物中包含一类环境中含量较低、有毒有害且难降解、危害极大的物质，即微量有机污染物，包括药品和个人护理品、内分泌干扰物、持久性有机污染物、消毒副产物等。研究证实，水生植物具有一定去除各种微污染物的能力（Hijosa-Valsero et al.，2010；Liu et al.，2016；Matamoros et al.，2012；Lv et al.，2016）。但是与水生植物的种类相比，具体污染物去除情况更多受污染物的性质影响，特别是污染物的脂溶性和水溶性。研究表明，正辛醇/水分配系数对数（logKOW）在0.5—3.5范围内的物质既具有亲脂性也具有水溶性，可穿过植物细胞膜的双层脂质并进入细胞液，被植物吸收（Chen et al.，2001）。此外，污染物logKOW越大就越易在植物根部富集（Zhang et al.，2012）。因此，需根据水体中污染物的具体性质来选择具体修复方式。

1.1.6 重金属吸附沉淀

工农业生产过程中产生的重金属可通过一定途径进入水体中，由于重金属具有毒性、难降解性、生物积累性等有害特征，大量存在必然会威胁到水体的生态安全性（柳后起等，2020）。因此，降低水中重金属含量是水质净化和生态修复工作中不可缺少的内容之一。水生植物可通过植物提取、植物过滤、植物稳定、植物挥发和植物降解等途径固定或转化水体中一些常见的重金属如铁、铜、镉、铅、锰等（Ali et al.，2013）。水生植物对重金属的吸收积累能力与植物的生活类型有关，一般表现为沉水植物＞漂浮、浮叶植物＞挺水植物，根系发达的水生植物＞根系不发达的水生植物（李春华等，2018）。凤眼莲、大薸、香蒲、旱伞草、眼子菜、轮叶狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）能去除的重金属类型比较广泛且去除效率较高。此外，水中离子竞争、pH、盐度、光照、气温、其他重金属的存在等环境因素均会影响水生植物的重金属净化效率，通过优化环境条件也可以提高水生植物对重金属的净化能力（Shahid et al.，2020；史广宇等，2021）。收获水生植物可达到将重金属从水体中去除的目的，但需注意重金属在植物体内可能产生过量积累，需要妥善处置吸收了重金属的植物，避免造成进一步的环境污染。

1.2 生态修复能力

1.2.1 水生植物群落构建能力

恢复水生高等植物往往是人工种植水生植物进行生态修复的核心，而水生植物的茂盛程度也是衡量生态修复成效的关键指标（秦伯强等，2005）。选择具有较强群落构建能力的水生植物对生态修复工作的有序开展至关重要。水生植物能否在水体中稳定生长并扩散成群取决于水生植物的生态位宽度、繁殖能力、不同植物间组合的稳定性及环境条件的适宜情况等。生态位宽的水生植物具有较大的竞争优势，研究表明漂浮植物的光竞争能力和根系吸收能力较强，生态位宽度显著高于浮叶植物，在对人工重建的水生植物演替情况的调查中发现浮叶植物几乎完全被漂浮植物所取代（王文林等，2009）。同时，尽量避免选择生态位重叠的水生植物组合且注意植物时间序列及空间结构的分离，可有效减少植物对环境资源的竞争并增强群落稳定性。当生态位重叠发生时，具有强繁殖能力的物种通常具有稳定形成种群的能力。因此，选择生态位较宽、繁殖能力较强且适应性较好的水生植物能在长时间尺度的群落演替过程中占据主导地位。

1.2.2 提高水生动物多样性能力

提高水生动物多样性是水生植物的生态价值的另一种体现，也是选择生态修复水生植物的重要指标。水生植物的存在可为植食性和杂食性水生动物提供天然饵料。浮萍、凤眼莲、大薸、伊乐藻、苦草、黑藻（Hydrilla verticillata）等漂浮植物和沉水植物营养成分含量，水生动物对其消化率和粗蛋白质利用率均较高，其粗纤维含量低、适口性好且营养价值较高，是河蟹、草鱼、团头鲂等常见水生动物重要的食物来源（孟祥雨等，2013）。此外一些结构复杂、叶片宽阔的沉水植物和挺水植物是粘性鱼卵如麦穗鱼卵、鲤鱼卵、鲫鱼卵良好的产卵介质（王金庆等，2014）。茎叶宽大、生长茂密的水草可以为鱼、虾、蟹等动物提供育幼场和庇护所，避免种内斗争或捕食。在水生植物栽种后，可通过整个水生生态系统的生物多样性提升效果，衡量水生植物的生态修复能力。

1.2.3 生态风险

在实际生态修复工程中，可能由于对水生植物的生长习性和生物活性等认识不足而引发生态危机（叶有华等，2020）。一些适应性极强的水生植物在异地引种后可能会与本地物种竞争光照、养分而大面积取代本地物种，造成生物多样性锐减并阻碍生态修复进程。此外，外来水生植物还可通过化感作用使部分土著物种难以生存，除了产生抑藻的正面效应外，还可能对一些伴生的水生植物产生毒害作用，引起群落更替（Hierro et al.，2003）。凤眼莲、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）、水盾草（Cabomba caroliniana）、再力花、伊乐藻等具有良好生态修复潜力的物种在中国属于外来入侵水生植物，需慎重选用，充分了解其生长习性并做好管控工作。水生植物的生态安全性可从物种多样性、生态系统稳定性、人类健康和社会经济等方面展开评价，是工程应用中需要考虑的重要指标。

2 生长特性指标

2.1 生活型

依据水生植物的形态特征及其对水体的适应性，水生植物的生活型包括挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。水生植物适应水深与生活型密切相关，如图1所示（Robert et al.，1983）。除此之外，不同生活型水生植物的泌氧能力、抑藻能力、微生物附着生长能力及污染物净化能力都具有不同的特点。研究表明，挺水植物和沉水植物通常是水体修复和水质净化中作用较大的两种类型。明确水生植物的生长形态及其所适宜生长和修复的水域范围，可根据不同水体环境特点和不同水生态修复工作目标选择适用的水生植物类型，以确保植物良好的生长状态和高效的修复效率。

图1 水生植物茎叶与水关系及适应水深Fig. 1 Relationship between stems and leaves of aquatic plants and water and adaptive depth

挺水植物是指根及根状茎生长在水体底泥中，茎和叶挺出水面的水生植物，适应水深为0—1.5 m（吴振斌，2011）。挺水植物通常适用于处理浅水区域的污水，可以在沿岸地带引植，在人工湿地中的应用也较为广泛，常见应用种类包括芦苇、水葵（Pontederia cordata）、美人蕉（Canna indica）、水葱（Scirpus validus）、黄菖蒲等。沉水植物是指大部分生活周期内营养体全部沉没水中，植株扎根基底的水生植物（陈耀东，2012）。沉水植物适宜的水深范围较广，可在0.3—6 m的水域内生长，是目前较高效的原位去除水体中污染物的水生植物（吴振斌，2011）。由于水底光照限制，对于藻密度和浊度较高的水域，需要经过一定处理提高水体透明度后再栽种沉水植物进行修复。常见修复植物包括苦草（Vallisneria natans）、矮慈姑（Sagittaria pygmaea）、金鱼藻等。浮叶植物是指植株扎根基底，光合作用部分仅叶漂浮于水面或仅部分叶漂浮于水面的水生植物，其适应水深范围为0.15—5 m，可与其他生活型植物组合达到净化水质和美化景观的作用（吴振斌，2011）。常见用于水质净化和生态修复的浮叶植物主要有睡莲（Nymphaea tetragona）、荇菜、水鳖（Hydrocharis dubia）、菱（Trapa bispinosa）等。漂浮植物是指整个植物体浮悬水面，根在水面下但不接触基底的水生植物，所需水深能使植株漂浮即可（吴振斌等，2011）。漂浮植物中的凤眼莲、大薸、浮萍等植物生长速度快、适应能力较强、养分去除能力显著，适用于处理氮磷含量较高的生活污水和工业废水。

2.2 温度

水生植物的生长通常都有适宜的温度范围，水温的变化会通过影响光合作用、呼吸作用及细胞分裂和伸长来影响水生植物的生长、生理特征，温度过高或过低都不利于水生植物的生存（Zhang et al.，2020），因此生态治理工作需要掌握不同水生植物的适宜温度范围。水生植物一般能在 5—35 ℃的温度范围内正常生长，其中大部分植物的适宜水温为10—30 ℃，为常温种，在春夏季生长较为旺盛，如苦草、穗花狐尾藻、金银莲花、芡实（Euryale ferox）、菰（Zizania latifolia）、菖蒲（Acorus calamus）、小香蒲（Typha minima）、水烛（Typha angustifolia）、宽叶香蒲（Typha latifolia）、假马齿苋（Bacopa monnieri）、旱伞草等（赵家荣等，2003；陈耀东等，2012）。部分水生植物能够在小于10 ℃的低温下维持生长，为耐低温种，在秋冬春低温季节仍能保持正常生长。如菹草、水毛茛（Batrachium bungei）、粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）、香菇草（Hydrocotyle vulgaris）、鸢尾（Iris ptectorum）、菖蒲等（于丹，1994；周金波等，2011）。此外，能够在30 ℃以上生长的水生植物具有耐高温的特性，为耐高温种，如水蕴草（Egeria densa）、金鱼藻、凤眼莲、大薸、槐叶萍、荷花（Nelumbo nucifera）、梭鱼草、蕹菜等（赵家荣等，2003；陈耀东等，2012；白明等，2014）。利用水生植物进行生态修复时，在不同温度特点的地区，应选择合适的水生植物。

2.3 水体pH

pH会通过影响水中溶解性无机碳的存在形式而影响水生植物的光合作用（Wetzel，2001）。游离的CO2是最主要的用于光合作用的溶解性无机碳形式，一定条件下也可利用HCO3−。因此，较高的pH条件不利于水生植物的生长。而高pH还会加剧非离子态氨的解离，从而会对水生植物生长有一定的抑制作用（Wang，1991）。多数水生植物的pH适宜范围在6—8左右，为中性种，如伊乐藻、金鱼藻、大薸、紫萍（Spirodela polyrrhiza）、睡莲、芦苇、旱伞草、石菖蒲（Acorus tatarinowii）等（种云霄等，2003；韦三立，2004；白明等，2014）。可在pH大于8的水体中正常生长的水生植物具有耐碱特性，为耐碱种，如苦草、穗花狐尾藻、浮萍（李恒，1987；李益健等，1996；种云霄等，2003）。部分水生植物可在pH小于6的水域中正常生长，具有耐酸特性，如穗花狐尾藻、黑藻、金鱼藻、萍蓬草、水芹等（韦三立，2004；白明等，2014）。

2.4 生物量

水生植物的生物量是指在单位空间内植物的重量，在一定程度上能指示水生植物的个体大小，水体水生植物生物量的恢复与管理对于水质净化和生态修复工作的开展十分重要。依据水生植物的生物量水平可以将水生植物分为高生物量植物、低生物量植物和中等生物量植物，生物量大于 1 kg·m−2的水生植物属于高生物量水平，如凤眼莲、芦苇、香蒲、美人蕉等（Sudiarto et al.，2019；林剑华等，2015）；而生物量小于 0.5 kg·m−2的水生植物属于低生物量水平，如金鱼藻、伊乐藻、槐叶萍、浮萍等（Zhou et al.，2017；El-Sheekh et al.，2018；Thompson et al.，2019）；介于两者之间的水生植物属于中等生物量水平，如黑藻、再力花等（Zhou et al.，2017；林剑华等，2015）。

水生植物生物量会直接影响其污染物去除能力，植物生物量与根系泌氧量之间呈显著正相关，且生物量大的植物有利于微生物附着，同时氮磷储量也相应较大（林剑华等，2015）。但值得注意的是，成倍增加的生物量并不会使水中的污染物去除率成倍增加，反而会由于生物量密度过大导致生存空间不足而不利于水生植物生存，使植物死亡、腐烂从而影响水质（Portielje et al.，1999）。大量水生植物残体的堆积将会导致生态淤积，从而造成水体沼泽化，减小水域面积并阻塞航道（谷孝鸿等，2005）。也有研究表明即使在收割利用水生植物的情况下，挺水植物和浮叶植物的单位面积干物质残留量是沉水植物的 4—5倍，将会增加水体的生物沉积量，加速沼泽化进程。因此，植物生物量过大也会增加生态修复工程开展的负担，结合生长繁殖特性选择适宜生物量的植物并加以管控，是工程应用中必不可少的环节。

2.5 生长速率

生长速率是水生植物生物量的增加率，反映了水生植物生长的旺盛程度。生长速率受环境条件和底泥及水体的营养程度的影响较大，且不同种类表现出不同的规律。衡量水生植物生长速率的指标主要有绝对生长速率（AGR）和相对生长速率（RGR），绝对生长速率代表单位时间内水生植物生物量的绝对增加量，相对生长速率代表水生植物单位生物量对生物量变化率的瞬时值，可以缩小由植物本身生物量差异带来的数据变异性（邱念伟等，2007）。水生植物的生长速率可以划分为快速、慢速和中等速率。AGR＞10 g·m−2·d−1或 RGR＞0.1 mg·g−1·d−1的水生植物生长率较快，如凤眼莲、大薸等（Sudiarto et al.，2019；秦红杰等，2016）；AGR＜5 g·m−2·d−1或RGR＜0.05 mg·g−1·d−1的水生植物生长率较慢，如菖蒲、马蹄莲、梭鱼草等；介于两者之间的水生植物生长速率处于中等水平，如轮叶狐尾藻、芦苇、千屈菜等（杨皓然，2016）。

在选用水生植物进行生态修复时，需考虑植物的生长速率。水生植物的污染物去除能力与其生长速率存在一定正相关关系（Riis et al.，2019；张倩妮等，2019），但需要注意的是生长速率较快的植物可能不易控制甚至出现大面积扩张的情形而引起更大的危害（Boudouresque et al.，2002；Brundu，2015）。因此，了解水生植物的生长速率有助于判断其对于污染物的去除能力并为水生植物的管理提供依据。

2.6 营养吸收的主要部位

水生植物根、茎、叶的吸收作用是去除水和底泥中氮、磷营养盐的主要途径，通常情况下水生植物的茎叶多吸收水中的氮、磷元素，而根或根状茎多吸收底泥中的氮、磷元素。水生植物各部位对氮、磷营养盐的吸收受到植物生理形态、底泥间隙水与上覆水中营养盐浓度比及水流情况的影响（Carignan，1982；Madsen et al.，2002）。对于挺水植物而言，由于大部分茎叶挺出水面，因此主要由根部从沉积物中吸收养分，茎从水体中少量吸收养分。而沉水植物整株生活在水面下，根、茎、叶均能从水体中吸收营养物质。一般情况下根系吸收是沉水植物获取氮、磷和微量元素的主要途径，叶片吸收则是获取钙、镁、钠、钾和硫酸盐等元素的主要途径（Barko et al.，1991）。也有研究证实植物可以通过茎、叶独立吸收养分（Zhou et al.，2017）。了解水生植物各部位吸收营养盐的贡献情况，可以根据水体的污染特点选择相应类型的植物进行水质净化，增加选择的针对性。

2.7 锚定（抗水流冲击、风浪扰动）能力

水生植物在自然水域中常常会受到一系列机械胁迫，水生植物生态修复工程应用中发现实际种植的植物常因受到大风、暴雨等恶劣天气影响而出现连根拔起、生物量减小甚至死亡的现象，因此水生植物抵御这些外界干扰因素的能力是影响生态修复效果的重要指标（Havens et al.，2001）。水生植物的锚定能力是指水生植物通过根系及茎部将植株固定于底泥中的能力，即抗水流冲击、风浪扰动等外力影响的能力。水生植物由于形态结构的差异，抵御外界机械胁迫的策略也有所不同。挺水植物直立挺拔，茎较粗壮可支撑植物重量，在水流和风浪作用下采取“强度和硬度”机械抵抗应对策略。而沉水植物、浮叶植物和漂浮植物在浮力作用下，无需茎、叶支撑即可保持直立状态，只需具有承受一定水流拖曳作用的柔韧性，采取“柔韧和延展”机械抵抗应对策略（祝国荣等，2017）。此外，在沉积物中扎根形成的半球型表面面积、底泥粘性和根系强度都会影响水生植物的锚定能力（Schutten et al.，2005）。因此，在水生植物生态修复工程中需要选择根系发达、茎部粗壮的水生植物以应对不良天气环境因素的干扰，确保后续修复工作的持续进行。

3 生物量资源化利用

人工种植的水生植物若不加以管制极有可能出现疯长、腐烂分解等现象，不仅影响视觉效果，更会影响水生植物的净化效率，甚至会对水体产生二次污染（Xu et al.，2014）。若在筛选水生植物进行生态修复时认识并考虑其资源化利用潜力，选择具有较高经济效益的水生植物，则有利于推进水生植物管理与控制工作的实施，在发挥本身生态价值的同时产生附加的经济效应。表2总结了常见水生植物的资源化利用途径及相应的植物特点，水生植物生物量一般可用于能源燃料生产、造纸、制备生物炭、作肥料和饲料以及食药用等。凤眼莲、芦苇、香蒲等水生植物的利用途径较为广泛，属于资源化利用潜力相对较大的水生植物。

表2 常见水生植物的资源化利用途径Table 2 Resource utilization ways of common aquatic plants

4 结论

水生植物具有良好的水质净化和生态修复潜力，在实际应用中应从功能、生长特性和资源化利用等3个方面考虑不同水域的植物适用性。功能指标是筛选植物的核心指标，可分为水生植物的水质净化能力和生态修复能力。水生植物的水质净化能力包括促进悬浮物沉降、水体增氧、藻类抑制、氮磷吸收及蓄积、促进有机污染物降解及重金属吸附沉淀能力，而生态修复能力则可从水生植物的群落构建能力、促进水生动物生长发育能力及生态安全性角度加以评判。生长特性是植物生长的基础指标，水体水深、水温、pH等环境条件是影响水生植物生长的重要因素，需要根据待修复水域的环境条件特征进行水生植物的选择。水生植物的生物量、生长速率、营养吸收部位和锚定能力等指标与植物种类和环境条件相关并能直接影响其水质净化能力和生态修复效果，也可以作为管控依据。在水生植物的资源化利用方面，选择具有工业原料用途、食药用途、生物能源用途等多种利用途径的水生植物既能净化水体，又能产生经济效益，并避免水生植物在水体中自然腐烂而引发的二次污染。