李鋒民，陳琳，姜曉華，李晨光，趙莎莎，種云霄，胡洪營(yíng)，高帥強(qiáng)

1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/近海環(huán)境污染控制研究所，山東 青島 266100；

2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642；3. 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084

近年來(lái)，環(huán)境保護(hù)、生態(tài)修復(fù)逐漸成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。中央相繼提出了生態(tài)文明建設(shè)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)修復(fù)、黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等戰(zhàn)略目標(biāo)，推進(jìn)綠色發(fā)展理念。在水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和水質(zhì)改善方面，水生植物發(fā)揮著重大作用并受到廣泛的關(guān)注。植物修復(fù)具有操作簡(jiǎn)單、成本低、生態(tài)友好并能增強(qiáng)生態(tài)可持續(xù)性等特點(diǎn)，可原位修復(fù)污染水域（Odoh et al.，2019）。但是在運(yùn)用水生植物進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)時(shí)，仍存在許多問(wèn)題。

許多湖泊及河流利用水生植物進(jìn)行水質(zhì)凈化及生態(tài)修復(fù)的效果不顯著，滇池自20世紀(jì)90年代起開(kāi)始通過(guò)生態(tài)建設(shè)與恢復(fù)工程進(jìn)行水環(huán)境的綜合治理，但截至2016年沉水植物蓋度僅占10%左右，且水質(zhì)仍未見(jiàn)根本好轉(zhuǎn)（王琦等，2018）。作為水質(zhì)凈化先鋒種引入河流或湖泊的水生植物會(huì)因控制管理不佳而阻礙生態(tài)修復(fù)的進(jìn)程。如菹草（Potamogeton crispus）是一種具有較強(qiáng)耐污能力的沉水植物且對(duì)弱光的適應(yīng)性強(qiáng)，能大量吸收氮磷營(yíng)養(yǎng)物及重金屬，對(duì)于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化具有極大意義（Zhou et al.，2017）。但由于菹草的生長(zhǎng)能力較強(qiáng)，在水生生態(tài)系統(tǒng)中若不對(duì)其加以控制，群落會(huì)不斷擴(kuò)張，山東省東平湖中的菹草群落在 1985—2017年間由零星式分布發(fā)展為全湖連片式分布（梁莉莉等，2019），由此引發(fā)湖泊物種單一、限制其他水生植物生長(zhǎng)的問(wèn)題。與此同時(shí)，到了夏季大片菹草整株死亡釋放營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)會(huì)導(dǎo)致水體二次污染（Du et al.，2014）。在管控水生植物的過(guò)程中，發(fā)揮水生植物的資源化利用潛力至關(guān)重要。南四湖新薛河人工濕地曾引入蘆竹（Arundo donax）以改善當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境，蘆竹具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及水質(zhì)凈化能力，可有效改善水質(zhì)（侯端環(huán)等，2008）。但由于對(duì)蘆竹的經(jīng)濟(jì)價(jià)值認(rèn)識(shí)不足及周圍產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化，致使出現(xiàn)無(wú)人管理、收割蘆竹的情況，原本的人工生態(tài)系統(tǒng)逐步變成半自然生態(tài)系統(tǒng)，既沒(méi)有實(shí)現(xiàn)徹底的水質(zhì)凈化也沒(méi)有取得經(jīng)濟(jì)效益，阻礙了“退耕還濕”政策的推進(jìn)。

因此，目前在利用水生植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的過(guò)程中仍存在一定的盲目性，對(duì)于水生植物的生長(zhǎng)條件及生長(zhǎng)特性、生態(tài)修復(fù)適宜程度及資源利用潛力等方面認(rèn)識(shí)不足。為提高水生植物生態(tài)修復(fù)效率并避免水生植物物種選擇的盲目性，本文從水生植物的功能、生長(zhǎng)特性和生物量資源化3個(gè)方面來(lái)闡述水生植物水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)的適應(yīng)度及潛力，建立如表1所示的指標(biāo)體系，為水生植物在生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

表1 水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)植物優(yōu)選指標(biāo)體系Table 1 The optimization index system of water purification and ecological restoration plant

1 功能指標(biāo)

1.1 水質(zhì)凈化能力

1.1.1 促進(jìn)懸浮物沉降

水體中懸浮物（SS）的含量是影響水體透明度和光學(xué)衰減系數(shù)的重要因素，含量高時(shí)會(huì)削弱水下光強(qiáng)，對(duì)植物光合作用和水體初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生不良影響（Chandra et al.，2021）。因此，降低水中懸浮物含量是水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)工作的重要部分。水生植物可通過(guò)根莖和葉片的攔截吸附作用、減緩水流和風(fēng)浪擾動(dòng)或通過(guò)表面微生物分泌黏液的凝聚作用有效降低水中懸浮物的濃度（Hanafiah et al.，2018；喬娜等，2016）。對(duì)于懸浮物濃度較高亟需治理及對(duì)懸浮物指標(biāo)要求較高的水域，需選用具有根莖粗壯發(fā)達(dá)、葉片寬大肥厚、邊緣具齒或葉片生長(zhǎng)密集特點(diǎn)的水生植物，以達(dá)到降低水中懸浮物的良好效果，如蓮（Nelumbo nucifera）、蘆葦（Phragmites communis）、香蒲（Typha orientalis）、菹草、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、光葉眼子菜（Potamogeton lucens）等（喬娜等，2016）。

1.1.2 水體增氧

水生植物光合作用產(chǎn)生的氧氣可以通過(guò)根系釋放到周圍水體中，有效提高水體的溶解氧含量并引起水體pH值、氧化還原電位和養(yǎng)分利用效率等性質(zhì)的變化，改變微生物群落組成，從而表現(xiàn)出不同的生態(tài)修復(fù)能力（Sun et al.，2019）。水體溶解氧含量與水質(zhì)情況密切相關(guān)，溶解氧含量低的水域往往會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)劣化、生態(tài)系統(tǒng)受損，最終出現(xiàn)發(fā)黑發(fā)臭的現(xiàn)象（Rixen et al.，2010）。因此，維持適當(dāng)?shù)娜芙庋鹾渴撬参锶コ形廴疚锏那疤?。水生植物的泌氧量與生物量、相對(duì)生長(zhǎng)速率呈顯著正相關(guān)，研究表明，香蒲、美人蕉（Canna indica）、燈芯草（Juncus effusus）、紙莎草（Cyperus papyrus）、菖蒲（Acorus calamus）、千屈菜（Lythrum salicaria）、水芹（Oenanthe javanica）、蘆竹等須根系植物泌氧能力較強(qiáng)。水生植物的泌氧能力會(huì)影響污染物凈化中微生物的好氧過(guò)程，因而會(huì)影響污染物的凈化效率，應(yīng)根據(jù)實(shí)際凈化需求選取具有適宜泌氧能力的水生植物。

1.1.3 藻類抑制

水中藻類含量過(guò)高會(huì)引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，包括水中透明度低、溶解氧不足、水生生物死亡、食物鏈多樣性破壞等，影響水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡（Li et al.，2021）。其中，由于藻類會(huì)與水生植物競(jìng)爭(zhēng)光照、養(yǎng)分，從而在藻密度過(guò)大的水域常常會(huì)影響水生植物的生長(zhǎng)，特別是在沉水植物修復(fù)的工程應(yīng)用中，表層水中過(guò)量藻類的存在會(huì)阻礙沉水植物生態(tài)作用的發(fā)揮。因此，控制水中藻類含量對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要作用。水生植物可以通過(guò)與藻類競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分、光照等非生物因素抑制藻類的生長(zhǎng)，或通過(guò)分泌化感物質(zhì)達(dá)到抑藻效果（Zhu et al.，2021）。研究表明，金魚(yú)藻（Ceratophyllum demersum）、穗花狐尾藻、水蘊(yùn)草（Egeria densa）、菹草、苦草（Vallisneria natans）、黃菖蒲（Iris pseudacorus）、狹葉香蒲（Typha angustifolia）、千屈菜（Lythrum salicaria）、蘆葦、荇菜（Nymphoides peltatum）等對(duì)常見(jiàn)水華藻類具有較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，運(yùn)用水生植物的化感抑藻時(shí)可選擇合適的水生植物并結(jié)合投入的最佳生物量及化感物質(zhì)濃度狀況，實(shí)現(xiàn)良好的抑藻效果。

1.1.4 氮、磷吸收及蓄積

隨著人類活動(dòng)產(chǎn)生的氮、磷元素大量進(jìn)入自然水體，水中出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，并可能引發(fā)藻華等生態(tài)危機(jī)，由此危害生態(tài)環(huán)境。調(diào)控水中氮、磷含量是河流、湖泊等水體普遍需要且應(yīng)持續(xù)進(jìn)行的治理工作。氮、磷是水生植物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素，水生植物通過(guò)同化作用、植物吸附與附著微生物的協(xié)同作用可大量去除水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物（Li et al.，2015）。氮、磷在水生植物中的蓄積情況可通過(guò)氮磷儲(chǔ)量衡量，氮磷儲(chǔ)量越大的植物對(duì)水體中相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收潛力也越大。氮磷儲(chǔ)量能反映植物在不同水體中對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)移能力，根據(jù)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的蓄積閾值，合理選擇植物的收割時(shí)間能更好地發(fā)揮植物的凈化功能。

水生植物的營(yíng)養(yǎng)鹽去除能力常受其本身的生物量、氮磷儲(chǔ)量等因素影響，所以凈化效率因種而異。研究表明，鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）、大薸（Pistia stratiotes）、蘆葦（Phragmites communis）、再力花（Thalia dealbata）、浮萍（Lemna minor）等都屬于高效凈化氮磷營(yíng)養(yǎng)物的水生植物，被廣泛應(yīng)用于水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的凈化（Iamchaturapatr et al.，2007；張倩妮等，2019）。此外，在不同的環(huán)境條件下，如水體富營(yíng)養(yǎng)化程度、水力停留時(shí)間、其他微污染物的共存等，水生植物的去除能力也表現(xiàn)出不同特征，因此要實(shí)現(xiàn)氮磷營(yíng)養(yǎng)物的高效去除需要選用高效植物并在適宜的條件下進(jìn)行（Qin et al.，2019）。

1.1.5 促進(jìn)有機(jī)污染物降解

水中有機(jī)污染物種類多樣且成分復(fù)雜，有機(jī)物分解會(huì)大大降低水中溶解氧含量從而破壞水生環(huán)境，而不易分解的有毒有害成分在水體中持續(xù)存在則會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生不利影響，還有些有機(jī)物會(huì)與重金屬等螯合改變重金屬毒性和遷移行為從而引發(fā)危害（Ravich，2004）。水中有機(jī)物的濃度水平常通過(guò) COD進(jìn)行表征，并且國(guó)家各水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)COD數(shù)值進(jìn)行了限制。水生植物可通過(guò)吸收、吸附、截留及附著微生物的降解作用來(lái)降低水中COD值。微生物的附著生長(zhǎng)情況及泌氧能力是影響水生植物COD去除率的重要因素，氣溫、pH、水體營(yíng)養(yǎng)狀況等環(huán)境因素也會(huì)影響COD去除效率（周玥等，2016）。蘆葦、美人蕉、香蒲、旱傘草（Cyperus alternifolius）、再力花、鳳眼蓮等對(duì)COD的去除能力較強(qiáng)。但是，值得注意的是水生植物本身還具有向水體釋放有機(jī)物的能力，包括根系分泌物和殘?bào)w分解釋放，因此在選用水生植物凈化水體時(shí)需關(guān)注其本身對(duì)水體 COD影響情況。旱傘草、再力花屬于COD釋放量較高的水生植物（孫金昭等，2016）。

有機(jī)物中包含一類環(huán)境中含量較低、有毒有害且難降解、危害極大的物質(zhì)，即微量有機(jī)污染物，包括藥品和個(gè)人護(hù)理品、內(nèi)分泌干擾物、持久性有機(jī)污染物、消毒副產(chǎn)物等。研究證實(shí)，水生植物具有一定去除各種微污染物的能力（Hijosa-Valsero et al.，2010；Liu et al.，2016；Matamoros et al.，2012；Lv et al.，2016）。但是與水生植物的種類相比，具體污染物去除情況更多受污染物的性質(zhì)影響，特別是污染物的脂溶性和水溶性。研究表明，正辛醇/水分配系數(shù)對(duì)數(shù)（logKOW）在0.5—3.5范圍內(nèi)的物質(zhì)既具有親脂性也具有水溶性，可穿過(guò)植物細(xì)胞膜的雙層脂質(zhì)并進(jìn)入細(xì)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，需根據(jù)水體中污染物的具體性質(zhì)來(lái)選擇具體修復(fù)方式。

1.1.6 重金屬吸附沉淀

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的重金屬可通過(guò)一定途徑進(jìn)入水體中，由于重金屬具有毒性、難降解性、生物積累性等有害特征，大量存在必然會(huì)威脅到水體的生態(tài)安全性（柳后起等，2020）。因此，降低水中重金屬含量是水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)工作中不可缺少的內(nèi)容之一。水生植物可通過(guò)植物提取、植物過(guò)濾、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)和植物降解等途徑固定或轉(zhuǎn)化水體中一些常見(jiàn)的重金屬如鐵、銅、鎘、鉛、錳等（Ali et al.，2013）。水生植物對(duì)重金屬的吸收積累能力與植物的生活類型有關(guān)，一般表現(xiàn)為沉水植物＞漂浮、浮葉植物＞挺水植物，根系發(fā)達(dá)的水生植物＞根系不發(fā)達(dá)的水生植物（李春華等，2018）。鳳眼蓮、大薸、香蒲、旱傘草、眼子菜、輪葉狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）能去除的重金屬類型比較廣泛且去除效率較高。此外，水中離子競(jìng)爭(zhēng)、pH、鹽度、光照、氣溫、其他重金屬的存在等環(huán)境因素均會(huì)影響水生植物的重金屬凈化效率，通過(guò)優(yōu)化環(huán)境條件也可以提高水生植物對(duì)重金屬的凈化能力（Shahid et al.，2020；史廣宇等，2021）。收獲水生植物可達(dá)到將重金屬?gòu)乃w中去除的目的，但需注意重金屬在植物體內(nèi)可能產(chǎn)生過(guò)量積累，需要妥善處置吸收了重金屬的植物，避免造成進(jìn)一步的環(huán)境污染。

1.2 生態(tài)修復(fù)能力

1.2.1 水生植物群落構(gòu)建能力

恢復(fù)水生高等植物往往是人工種植水生植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的核心，而水生植物的茂盛程度也是衡量生態(tài)修復(fù)成效的關(guān)鍵指標(biāo)（秦伯強(qiáng)等，2005）。選擇具有較強(qiáng)群落構(gòu)建能力的水生植物對(duì)生態(tài)修復(fù)工作的有序開(kāi)展至關(guān)重要。水生植物能否在水體中穩(wěn)定生長(zhǎng)并擴(kuò)散成群取決于水生植物的生態(tài)位寬度、繁殖能力、不同植物間組合的穩(wěn)定性及環(huán)境條件的適宜情況等。生態(tài)位寬的水生植物具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，研究表明漂浮植物的光競(jìng)爭(zhēng)能力和根系吸收能力較強(qiáng)，生態(tài)位寬度顯著高于浮葉植物，在對(duì)人工重建的水生植物演替情況的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)浮葉植物幾乎完全被漂浮植物所取代（王文林等，2009）。同時(shí)，盡量避免選擇生態(tài)位重疊的水生植物組合且注意植物時(shí)間序列及空間結(jié)構(gòu)的分離，可有效減少植物對(duì)環(huán)境資源的競(jìng)爭(zhēng)并增強(qiáng)群落穩(wěn)定性。當(dāng)生態(tài)位重疊發(fā)生時(shí)，具有強(qiáng)繁殖能力的物種通常具有穩(wěn)定形成種群的能力。因此，選擇生態(tài)位較寬、繁殖能力較強(qiáng)且適應(yīng)性較好的水生植物能在長(zhǎng)時(shí)間尺度的群落演替過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.2.2 提高水生動(dòng)物多樣性能力

提高水生動(dòng)物多樣性是水生植物的生態(tài)價(jià)值的另一種體現(xiàn)，也是選擇生態(tài)修復(fù)水生植物的重要指標(biāo)。水生植物的存在可為植食性和雜食性水生動(dòng)物提供天然餌料。浮萍、鳳眼蓮、大薸、伊樂(lè)藻、苦草、黑藻（Hydrilla verticillata）等漂浮植物和沉水植物營(yíng)養(yǎng)成分含量，水生動(dòng)物對(duì)其消化率和粗蛋白質(zhì)利用率均較高，其粗纖維含量低、適口性好且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，是河蟹、草魚(yú)、團(tuán)頭魴等常見(jiàn)水生動(dòng)物重要的食物來(lái)源（孟祥雨等，2013）。此外一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、葉片寬闊的沉水植物和挺水植物是粘性魚(yú)卵如麥穗魚(yú)卵、鯉魚(yú)卵、鯽魚(yú)卵良好的產(chǎn)卵介質(zhì)（王金慶等，2014）。莖葉寬大、生長(zhǎng)茂密的水草可以為魚(yú)、蝦、蟹等動(dòng)物提供育幼場(chǎng)和庇護(hù)所，避免種內(nèi)斗爭(zhēng)或捕食。在水生植物栽種后，可通過(guò)整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性提升效果，衡量水生植物的生態(tài)修復(fù)能力。

1.2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

在實(shí)際生態(tài)修復(fù)工程中，可能由于對(duì)水生植物的生長(zhǎng)習(xí)性和生物活性等認(rèn)識(shí)不足而引發(fā)生態(tài)危機(jī)（葉有華等，2020）。一些適應(yīng)性極強(qiáng)的水生植物在異地引種后可能會(huì)與本地物種競(jìng)爭(zhēng)光照、養(yǎng)分而大面積取代本地物種，造成生物多樣性銳減并阻礙生態(tài)修復(fù)進(jìn)程。此外，外來(lái)水生植物還可通過(guò)化感作用使部分土著物種難以生存，除了產(chǎn)生抑藻的正面效應(yīng)外，還可能對(duì)一些伴生的水生植物產(chǎn)生毒害作用，引起群落更替（Hierro et al.，2003）。鳳眼蓮、喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）、水盾草（Cabomba caroliniana）、再力花、伊樂(lè)藻等具有良好生態(tài)修復(fù)潛力的物種在中國(guó)屬于外來(lái)入侵水生植物，需慎重選用，充分了解其生長(zhǎng)習(xí)性并做好管控工作。水生植物的生態(tài)安全性可從物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面展開(kāi)評(píng)價(jià)，是工程應(yīng)用中需要考慮的重要指標(biāo)。

2 生長(zhǎng)特性指標(biāo)

2.1 生活型

依據(jù)水生植物的形態(tài)特征及其對(duì)水體的適應(yīng)性，水生植物的生活型包括挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。水生植物適應(yīng)水深與生活型密切相關(guān)，如圖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、微生物附著生長(zhǎng)能力及污染物凈化能力都具有不同的特點(diǎn)。研究表明，挺水植物和沉水植物通常是水體修復(fù)和水質(zhì)凈化中作用較大的兩種類型。明確水生植物的生長(zhǎng)形態(tài)及其所適宜生長(zhǎng)和修復(fù)的水域范圍，可根據(jù)不同水體環(huán)境特點(diǎn)和不同水生態(tài)修復(fù)工作目標(biāo)選擇適用的水生植物類型，以確保植物良好的生長(zhǎng)狀態(tài)和高效的修復(fù)效率。

圖1 水生植物莖葉與水關(guān)系及適應(yīng)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狀莖生長(zhǎng)在水體底泥中，莖和葉挺出水面的水生植物，適應(yīng)水深為0—1.5 m（吳振斌，2011）。挺水植物通常適用于處理淺水區(qū)域的污水，可以在沿岸地帶引植，在人工濕地中的應(yīng)用也較為廣泛，常見(jiàn)應(yīng)用種類包括蘆葦、水葵（Pontederia cordata）、美人蕉（Canna indica）、水蔥（Scirpus validus）、黃菖蒲等。沉水植物是指大部分生活周期內(nèi)營(yíng)養(yǎng)體全部沉沒(méi)水中，植株扎根基底的水生植物（陳耀東，2012）。沉水植物適宜的水深范圍較廣，可在0.3—6 m的水域內(nèi)生長(zhǎng)，是目前較高效的原位去除水體中污染物的水生植物（吳振斌，2011）。由于水底光照限制，對(duì)于藻密度和濁度較高的水域，需要經(jīng)過(guò)一定處理提高水體透明度后再栽種沉水植物進(jìn)行修復(fù)。常見(jiàn)修復(fù)植物包括苦草（Vallisneria natans）、矮慈姑（Sagittaria pygmaea）、金魚(yú)藻等。浮葉植物是指植株扎根基底，光合作用部分僅葉漂浮于水面或僅部分葉漂浮于水面的水生植物，其適應(yīng)水深范圍為0.15—5 m，可與其他生活型植物組合達(dá)到凈化水質(zhì)和美化景觀的作用（吳振斌，2011）。常見(jiàn)用于水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)的浮葉植物主要有睡蓮（Nymphaea tetragona）、荇菜、水鱉（Hydrocharis dubia）、菱（Trapa bispinosa）等。漂浮植物是指整個(gè)植物體浮懸水面，根在水面下但不接觸基底的水生植物，所需水深能使植株漂浮即可（吳振斌等，2011）。漂浮植物中的鳳眼蓮、大薸、浮萍等植物生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)能力較強(qiáng)、養(yǎng)分去除能力顯著，適用于處理氮磷含量較高的生活污水和工業(yè)廢水。

2.2 溫度

水生植物的生長(zhǎng)通常都有適宜的溫度范圍，水溫的變化會(huì)通過(guò)影響光合作用、呼吸作用及細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)來(lái)影響水生植物的生長(zhǎng)、生理特征，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于水生植物的生存（Zhang et al.，2020），因此生態(tài)治理工作需要掌握不同水生植物的適宜溫度范圍。水生植物一般能在 5—35 ℃的溫度范圍內(nèi)正常生長(zhǎng)，其中大部分植物的適宜水溫為10—30 ℃，為常溫種，在春夏季生長(zhǎng)較為旺盛，如苦草、穗花狐尾藻、金銀蓮花、芡實(shí)（Euryale ferox）、菰（Zizania latifolia）、菖蒲（Acorus calamus）、小香蒲（Typha minima）、水燭（Typha angustifolia）、寬葉香蒲（Typha latifolia）、假馬齒莧（Bacopa monnieri）、旱傘草等（趙家榮等，2003；陳耀東等，2012）。部分水生植物能夠在小于10 ℃的低溫下維持生長(zhǎng)，為耐低溫種，在秋冬春低溫季節(jié)仍能保持正常生長(zhǎng)。如菹草、水毛茛（Batrachium bungei）、粉綠狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）、香菇草（Hydrocotyle vulgaris）、鳶尾（Iris ptectorum）、菖蒲等（于丹，1994；周金波等，2011）。此外，能夠在30 ℃以上生長(zhǎng)的水生植物具有耐高溫的特性，為耐高溫種，如水蘊(yùn)草（Egeria densa）、金魚(yú)藻、鳳眼蓮、大薸、槐葉萍、荷花（Nelumbo nucifera）、梭魚(yú)草、蕹菜等（趙家榮等，2003；陳耀東等，2012；白明等，2014）。利用水生植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，在不同溫度特點(diǎn)的地區(qū)，應(yīng)選擇合適的水生植物。

2.3 水體pH

pH會(huì)通過(guò)影響水中溶解性無(wú)機(jī)碳的存在形式而影響水生植物的光合作用（Wetzel，2001）。游離的CO2是最主要的用于光合作用的溶解性無(wú)機(jī)碳形式，一定條件下也可利用HCO3?。因此，較高的pH條件不利于水生植物的生長(zhǎng)。而高pH還會(huì)加劇非離子態(tài)氨的解離，從而會(huì)對(duì)水生植物生長(zhǎng)有一定的抑制作用（Wang，1991）。多數(shù)水生植物的pH適宜范圍在6—8左右，為中性種，如伊樂(lè)藻、金魚(yú)藻、大薸、紫萍（Spirodela polyrrhiza）、睡蓮、蘆葦、旱傘草、石菖蒲（Acorus tatarinowii）等（種云霄等，2003；韋三立，2004；白明等，2014）?？稍趐H大于8的水體中正常生長(zhǎng)的水生植物具有耐堿特性，為耐堿種，如苦草、穗花狐尾藻、浮萍（李恒，1987；李益健等，1996；種云霄等，2003）。部分水生植物可在pH小于6的水域中正常生長(zhǎng)，具有耐酸特性，如穗花狐尾藻、黑藻、金魚(yú)藻、萍蓬草、水芹等（韋三立，2004；白明等，2014）。

2.4 生物量

水生植物的生物量是指在單位空間內(nèi)植物的重量，在一定程度上能指示水生植物的個(gè)體大小，水體水生植物生物量的恢復(fù)與管理對(duì)于水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)工作的開(kāi)展十分重要。依據(jù)水生植物的生物量水平可以將水生植物分為高生物量植物、低生物量植物和中等生物量植物，生物量大于 1 kg·m?2的水生植物屬于高生物量水平，如鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、美人蕉等（Sudiarto et al.，2019；林劍華等，2015）；而生物量小于 0.5 kg·m?2的水生植物屬于低生物量水平，如金魚(yú)藻、伊樂(lè)藻、槐葉萍、浮萍等（Zhou et al.，2017；El-Sheekh et al.，2018；Thompson et al.，2019）；介于兩者之間的水生植物屬于中等生物量水平，如黑藻、再力花等（Zhou et al.，2017；林劍華等，2015）。

水生植物生物量會(huì)直接影響其污染物去除能力，植物生物量與根系泌氧量之間呈顯著正相關(guān)，且生物量大的植物有利于微生物附著，同時(shí)氮磷儲(chǔ)量也相應(yīng)較大（林劍華等，2015）。但值得注意的是，成倍增加的生物量并不會(huì)使水中的污染物去除率成倍增加，反而會(huì)由于生物量密度過(guò)大導(dǎo)致生存空間不足而不利于水生植物生存，使植物死亡、腐爛從而影響水質(zhì)（Portielje et al.，1999）。大量水生植物殘?bào)w的堆積將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)淤積，從而造成水體沼澤化，減小水域面積并阻塞航道（谷孝鴻等，2005）。也有研究表明即使在收割利用水生植物的情況下，挺水植物和浮葉植物的單位面積干物質(zhì)殘留量是沉水植物的 4—5倍，將會(huì)增加水體的生物沉積量，加速沼澤化進(jìn)程。因此，植物生物量過(guò)大也會(huì)增加生態(tài)修復(fù)工程開(kāi)展的負(fù)擔(dān)，結(jié)合生長(zhǎng)繁殖特性選擇適宜生物量的植物并加以管控，是工程應(yīng)用中必不可少的環(huán)節(jié)。

2.5 生長(zhǎng)速率

生長(zhǎng)速率是水生植物生物量的增加率，反映了水生植物生長(zhǎng)的旺盛程度。生長(zhǎng)速率受環(huán)境條件和底泥及水體的營(yíng)養(yǎng)程度的影響較大，且不同種類表現(xiàn)出不同的規(guī)律。衡量水生植物生長(zhǎng)速率的指標(biāo)主要有絕對(duì)生長(zhǎng)速率（AGR）和相對(duì)生長(zhǎng)速率（RGR），絕對(duì)生長(zhǎng)速率代表單位時(shí)間內(nèi)水生植物生物量的絕對(duì)增加量，相對(duì)生長(zhǎng)速率代表水生植物單位生物量對(duì)生物量變化率的瞬時(shí)值，可以縮小由植物本身生物量差異帶來(lái)的數(shù)據(jù)變異性（邱念偉等，2007）。水生植物的生長(zhǎng)速率可以劃分為快速、慢速和中等速率。AGR＞10 g·m?2·d?1或 RGR＞0.1 mg·g?1·d?1的水生植物生長(zhǎng)率較快，如鳳眼蓮、大薸等（Sudiarto et al.，2019；秦紅杰等，2016）；AGR＜5 g·m?2·d?1或RGR＜0.05 mg·g?1·d?1的水生植物生長(zhǎng)率較慢，如菖蒲、馬蹄蓮、梭魚(yú)草等；介于兩者之間的水生植物生長(zhǎng)速率處于中等水平，如輪葉狐尾藻、蘆葦、千屈菜等（楊皓然，2016）。

在選用水生植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，需考慮植物的生長(zhǎng)速率。水生植物的污染物去除能力與其生長(zhǎng)速率存在一定正相關(guān)關(guān)系（Riis et al.，2019；張倩妮等，2019），但需要注意的是生長(zhǎng)速率較快的植物可能不易控制甚至出現(xiàn)大面積擴(kuò)張的情形而引起更大的危害（Boudouresque et al.，2002；Brundu，2015）。因此，了解水生植物的生長(zhǎng)速率有助于判斷其對(duì)于污染物的去除能力并為水生植物的管理提供依據(jù)。

2.6 營(yíng)養(yǎng)吸收的主要部位

水生植物根、莖、葉的吸收作用是去除水和底泥中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的主要途徑，通常情況下水生植物的莖葉多吸收水中的氮、磷元素，而根或根狀莖多吸收底泥中的氮、磷元素。水生植物各部位對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收受到植物生理形態(tài)、底泥間隙水與上覆水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度比及水流情況的影響（Carignan，1982；Madsen et al.，2002）。對(duì)于挺水植物而言，由于大部分莖葉挺出水面，因此主要由根部從沉積物中吸收養(yǎng)分，莖從水體中少量吸收養(yǎng)分。而沉水植物整株生活在水面下，根、莖、葉均能從水體中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。一般情況下根系吸收是沉水植物獲取氮、磷和微量元素的主要途徑，葉片吸收則是獲取鈣、鎂、鈉、鉀和硫酸鹽等元素的主要途徑（Barko et al.，1991）。也有研究證實(shí)植物可以通過(guò)莖、葉獨(dú)立吸收養(yǎng)分（Zhou et al.，2017）。了解水生植物各部位吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的貢獻(xiàn)情況，可以根據(jù)水體的污染特點(diǎn)選擇相應(yīng)類型的植物進(jìn)行水質(zhì)凈化，增加選擇的針對(duì)性。

2.7 錨定（抗水流沖擊、風(fēng)浪擾動(dòng)）能力

水生植物在自然水域中常常會(huì)受到一系列機(jī)械脅迫，水生植物生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)實(shí)際種植的植物常因受到大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣影響而出現(xiàn)連根拔起、生物量減小甚至死亡的現(xiàn)象，因此水生植物抵御這些外界干擾因素的能力是影響生態(tài)修復(fù)效果的重要指標(biāo)（Havens et al.，2001）。水生植物的錨定能力是指水生植物通過(guò)根系及莖部將植株固定于底泥中的能力，即抗水流沖擊、風(fēng)浪擾動(dòng)等外力影響的能力。水生植物由于形態(tài)結(jié)構(gòu)的差異，抵御外界機(jī)械脅迫的策略也有所不同。挺水植物直立挺拔，莖較粗壯可支撐植物重量，在水流和風(fēng)浪作用下采取“強(qiáng)度和硬度”機(jī)械抵抗應(yīng)對(duì)策略。而沉水植物、浮葉植物和漂浮植物在浮力作用下，無(wú)需莖、葉支撐即可保持直立狀態(tài)，只需具有承受一定水流拖曳作用的柔韌性，采取“柔韌和延展”機(jī)械抵抗應(yīng)對(duì)策略（祝國(guó)榮等，2017）。此外，在沉積物中扎根形成的半球型表面面積、底泥粘性和根系強(qiáng)度都會(huì)影響水生植物的錨定能力（Schutten et al.，2005）。因此，在水生植物生態(tài)修復(fù)工程中需要選擇根系發(fā)達(dá)、莖部粗壯的水生植物以應(yīng)對(duì)不良天氣環(huán)境因素的干擾，確保后續(xù)修復(fù)工作的持續(xù)進(jìn)行。

3 生物量資源化利用

人工種植的水生植物若不加以管制極有可能出現(xiàn)瘋長(zhǎng)、腐爛分解等現(xiàn)象，不僅影響視覺(jué)效果，更會(huì)影響水生植物的凈化效率，甚至?xí)?duì)水體產(chǎn)生二次污染（Xu et al.，2014）。若在篩選水生植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)認(rèn)識(shí)并考慮其資源化利用潛力，選擇具有較高經(jīng)濟(jì)效益的水生植物，則有利于推進(jìn)水生植物管理與控制工作的實(shí)施，在發(fā)揮本身生態(tài)價(jià)值的同時(shí)產(chǎn)生附加的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。表2總結(jié)了常見(jiàn)水生植物的資源化利用途徑及相應(yīng)的植物特點(diǎn)，水生植物生物量一般可用于能源燃料生產(chǎn)、造紙、制備生物炭、作肥料和飼料以及食藥用等。鳳眼蓮、蘆葦、香蒲等水生植物的利用途徑較為廣泛，屬于資源化利用潛力相對(duì)較大的水生植物。

表2 常見(jiàn)水生植物的資源化利用途徑Table 2 Resource utilization ways of common aquatic plants

4 結(jié)論

水生植物具有良好的水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)潛力，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)從功能、生長(zhǎng)特性和資源化利用等3個(gè)方面考慮不同水域的植物適用性。功能指標(biāo)是篩選植物的核心指標(biāo)，可分為水生植物的水質(zhì)凈化能力和生態(tài)修復(fù)能力。水生植物的水質(zhì)凈化能力包括促進(jìn)懸浮物沉降、水體增氧、藻類抑制、氮磷吸收及蓄積、促進(jìn)有機(jī)污染物降解及重金屬吸附沉淀能力，而生態(tài)修復(fù)能力則可從水生植物的群落構(gòu)建能力、促進(jìn)水生動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育能力及生態(tài)安全性角度加以評(píng)判。生長(zhǎng)特性是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)指標(biāo)，水體水深、水溫、pH等環(huán)境條件是影響水生植物生長(zhǎng)的重要因素，需要根據(jù)待修復(fù)水域的環(huán)境條件特征進(jìn)行水生植物的選擇。水生植物的生物量、生長(zhǎng)速率、營(yíng)養(yǎng)吸收部位和錨定能力等指標(biāo)與植物種類和環(huán)境條件相關(guān)并能直接影響其水質(zhì)凈化能力和生態(tài)修復(fù)效果，也可以作為管控依據(jù)。在水生植物的資源化利用方面，選擇具有工業(yè)原料用途、食藥用途、生物能源用途等多種利用途徑的水生植物既能凈化水體，又能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，并避免水生植物在水體中自然腐爛而引發(fā)的二次污染。