周漢娥，羅 鑫，孫紫童，吳中奎，馮 智，簡俊杰，劉國芳

(武漢航發(fā)瑞華生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

近年來，隨著城市的高速發(fā)展，加大了對淺水湖泊的開發(fā)力度，同時湖泊過度接納大量人類生產生活的產生的氮、磷等營養(yǎng)物質[1]，從而加速了湖泊的富營養(yǎng)化進程，導致湖泊陸續(xù)出現水環(huán)境質量惡化、水生態(tài)系統(tǒng)結構和功能穩(wěn)定性退化、水體服務功能降低、水資源開發(fā)失衡等問題[2]。水利部公布的《2018年中國水資源公報》顯示，121個湖泊中富營養(yǎng)湖泊占73.5%，足見富營養(yǎng)化是我國湖泊的一個通病。對于富營養(yǎng)化湖泊的防治，恢復湖泊以水生高等植物為主的生態(tài)系統(tǒng)應與控制外源污染降低營養(yǎng)鹽濃度同時進行[3]。

在富營養(yǎng)化水體修復的各種手段中，相比物理修復和化學修復，植物修復耗能低、效果更好[4～6]。水生植物群落存在與否對水生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能均構成顯著的影響，可反映湖泊生態(tài)是否健康[7]，是湖泊清水穩(wěn)態(tài)的維持者[8]。相關研究學者通過對武漢東湖[9]、太湖[10,11]、滆湖[12,13]、滇池[14]等研究結果表明，水生植被對富營養(yǎng)化湖泊水質有良好的凈化效果，水生植被恢復是解決湖泊富營養(yǎng)湖泊問題的有效途徑之一[15]。

2 水生植物在水環(huán)境中的作用

針對富營養(yǎng)化湖泊，水生植物主要起到對湖泊外源物質的吸收凈化作用，以及對內源物質的凈化和克藻效應[16]。例如，苦草和輪黑藻可以降低初期雨水對水體水質的影響[17]；水生植物對外源氮去除率達95%以上[18]。水生植物不僅可以吸收凈化外源營養(yǎng)物質，還可以去除重金屬。在一定條件下，鳳眼蓮對Zn的去除率可達82%以上[19]。個別水生植物對Hg、Co、Cu、Mn去除率可達99.53%[20]。水生植物對內源物質的凈化主要表現為通過生長繁殖吸收降低沉積物中N、P含量[21]。種植水生植物可使表層沉積物中氨氮含量降低40%左右[22]。水生植物的克藻效應主要表現為水生植物釋放的化感物質可以抑制藻類的生長[23～25]。個別高等水生植物對銅綠微囊藻和蛋白核小球藻的最大抑制率高于70%[26]。

挺水植物有阻止水流和減小風浪的作用，有利于懸浮質沉降。它主要吸取深部底泥中的營養(yǎng)鹽，對淺水處的內源污染有一定的控制作用[27,28]。浮葉植物在一定程度上可以控制浮游植物，改善水體的透明度。浮葉植物容易種植和收獲，有一定的經濟和觀賞價值。沉水植物能消耗水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質，對有毒藻類的生長具有明顯的抑制作用，為固著性藻類提供附著表面，為水體中部分水生動物等提供餌料和棲息、繁殖場所[7]。

3 水生植物選種與配置原則

3.1 水生植物選種

富營養(yǎng)湖泊生態(tài)恢復的關鍵就是引入水生植物并使其成為優(yōu)勢種。種植水生植物凈化水質、降低人為因素對湖泊的影響。因此在選擇水生植物時，應該考慮以下幾點：①耐污性強，凈化效果好[29]；②滿足環(huán)境功能需求；③構建空間搭配合理的植物群落；④盡量使用具有強抗干擾能力的鄉(xiāng)土種，避免生物入侵[30～32]。

3.2 水生植物配置原則

在對水生植物進行群落配置時，應考慮以下幾點：

(1)空間布置。根據自然湖泊中水生植物群落在空間梯度上的分布規(guī)律(水平、垂直結構)進行群落配置[33]。根據水域深度、設計需要，從水體的深水區(qū)至陸地沿岸帶，按照沉水植物群落、浮葉植物群落、挺水植物群落、濕生植物群落系列進行空間配置[31]。

(2)根據湖泊種植環(huán)境，選擇合適的水生植物。收集湖底形態(tài)、底質、水質和水深等基本信息。在不影響湖區(qū)通航的前提下，對水生植物進行空間配置。一般情況下，如果湖盆形態(tài)比較規(guī)則，水動力特性和底質條件也較為近似，那么水生高等植物可呈環(huán)帶狀分布[30]。挺水植物抗御風浪能力較強，布置在有底質條件的迎風岸以及進出水口河道；浮葉植物適合在湖灣深處或接近于靜水的環(huán)境；沉水植物可布置在挺水植物、浮葉植物最外沿[33]。

(3)植物多樣性[34]。多種水生植物的種植，不僅可以保證水生植物群落具有較強的生態(tài)環(huán)境功能和連續(xù)性，也可以保證湖泊中多種污染物的去除以及不同季節(jié)都有生長期的水生植物可以吸收湖泊中的污染物。

在湖泊水體修復過程中，常用的水生植物的生長習性、種植密度以及部分植物對氮、磷的凈化能力對比情況見表1～表3。表1、表2和表3分別列舉了挺水植物、浮葉植物和沉水植物。

表1 水體生態(tài)修復中常見挺水植物

表2 水體生態(tài)修復中常見浮葉植物

表3 水體生態(tài)修復中常見沉水植物

根據研究學者對滇池草海[35]、武漢東湖[36]的研究成果，湖泊生態(tài)系統(tǒng)修復應以種植沉水植物為主。馬凱等在保安湖的研究表明，周馳等[7]對湖北省的25 個典型淺水湖泊進行水生態(tài)健康評價，發(fā)現4個水生態(tài)健康評價為良好的湖泊共同特點是擁有較高覆蓋度的沉水植物。因此，可以認為富營養(yǎng)湖泊水生植被恢復應以沉水植物為主，浮葉植物和挺水植物為輔。

4 水生植物恢復的影響因素

對于湖泊水生植物恢復，需要先了解影響水生植物生長的環(huán)境因素，以及維持一個草型生態(tài)系統(tǒng)所需要的外部條件。一般而言，影響水生植物恢復的主要因素包括光照、水溫、透明度、風浪、營養(yǎng)鹽濃度、水深等[37,38]。

4.1 光照

水體光強是水生植物生長的必需環(huán)境因子，會影響水生植物的株高、枝長與葉面積，對水生植物存活率和生長有重要影響[39]。特別是對于沉水植物來說，光照直接影響其種子的萌發(fā)及植株存活。太湖沉水植物恢復的核心條件是水下光照條件[40]。因此，在水生植物種植中，要結合水生植物可利用的光照合理的設置水生植物恢復范圍。

4.2 水溫

水生植物對污染物的吸收受溫度的制約。當溫度適宜時，植物的生長速度隨溫度的升高而加快，同時加速吸收水體中氮磷，植物對水體中的氮磷的去除能力增強[41]。水溫對水生植物季節(jié)生長的影響很顯著，決定植物的萌發(fā)和休眠期。低溫脅迫對水生植物的光合作用以及正常的代謝活動均有極明顯的抑制作用。有研究結果表明沉水植物的生物量增加或減少時，水體水溫也相應的升高或降低[42]。而客涵[43]的研究結果表明：9月份水溫與水生植物的生物量呈強負相關關系，分析可能的原因是菹草的大量死亡對水生植物的生物量產生影響。

4.3 透明度

水體透明度能夠直觀反映湖泊水下光場的分布情況，是沉水植物生態(tài)恢復的基礎條件[44,45]。水體的透明度降低會影響光強從而阻礙沉水植物的光合作用，使其無法生存。王琦等[46]研究結果表明：透明度是影響滇池沉水植物蓋度的主要因素。水體透明度較好時，利于沉水植物光合作用，促進沉水植物生長繁殖。

4.4 風浪擾動

風浪對水生植物的影響可以分為物理和生理影響。風浪過大將會使水生植物根莖折斷；水體底部光強減弱，沉水植物產生生理響應。例如，風浪擾動可以使狐尾藻的抗弱光性和光合作用能力增強[47]。在不同方式擾動下。金魚藻葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量和POD活性等會發(fā)生變化[48]。風浪適度有助于去除附著在水生植物上的藻類，有利于水生植物更好地進行光合作用。

4.5 營養(yǎng)鹽

理論上，水生植物的生長應該有適宜的營養(yǎng)鹽濃度范圍。在一定的濃度范圍內，營養(yǎng)鹽濃度的增長，對沉水植物的生長有促進作用；但當營養(yǎng)鹽濃度過高時，富營養(yǎng)化造成植物過量吸收水體營養(yǎng)，抑制沉水植物的生長[49]?？嗖?、馬來眼子菜和黑藻中，馬來眼子菜耐受營養(yǎng)鹽的范圍最小[50]。文明章通過實驗發(fā)現適合苦草生長最適宜的氮磷比(TN/TP)。因此，在水生植物修復水體的項目中，應根據水體營養(yǎng)鹽選擇合適的水生植物。

4.6 水深

水深是水生植物生長的重要限制性因子，大量研究發(fā)現水生植物的生物量及覆蓋度隨著水深增加有降低的趨勢，對水深適應能力強的物種在水深增加后具有更強的競爭優(yōu)勢[51]。太湖、洪澤湖、巢湖、東湖、沙湖等湖泊的水生植物一般分布在水深2 m以內淺水區(qū)。在開闊的敞水區(qū)，很難有水生植物存在[52]。

挺水植物生長主要影響因素就是水深[53～55]。挺水植物對水深要求較高，過高或過低的水深高度都會限制植物的生長[56]。湖泊水位的變化，會引起挺水植物被淹沒的部分受光合作用減弱或增強，植物為適應變化，植物的分蘗數、生物量累積、形態(tài)生長速率等受不同程度影響[55,56]。

浮葉植物中以鳳眼蓮為例，氮磷含量是影響鳳眼蓮生長的主要因素之一[57]。氮磷含量的增加增強了鳳眼蓮的生長繁殖能力[58]。周喆等[59]通過實驗發(fā)現，氮元素能促進鳳眼蓮的向上生長，提高總生物量；磷元素促進鳳眼蓮分裂和橫向生長，提高鳳眼蓮匍匐莖數和葉柄數。徐寸發(fā)等[60]也得出類似結論，認為氮磷含量顯著影響鳳眼蓮生長。因此，可以認為氮磷含量是影響鳳眼蓮生長的主要因素。

沉水植物生長的主要影響因素是光照強度[61,62]。對于沉水植物來說，弱光可以抑制在繁殖發(fā)育階段植物生長，一些植物的形態(tài)會因為光照的強度不同而不同，光照強度的變化能引起植物的生長代謝活動的變化(例如，生長率降低、體內含氮量升高)[63]。

除上述影響因子外，控制養(yǎng)魚[64]和水文條件[65]也是恢復水生植被的影響因素。水生植物和各影響因素間作用是相互的，水生植物的生長也會引起水體理化環(huán)境的變化[66]。

5 結論與展望

湖泊生態(tài)修復中，植物修復應以沉水植物為主，植物的選擇和配置應考慮植物對特定污染物的去除能力、成活率、生長環(huán)境、湖泊水力學特征等因素。影響水生植物生長的因素有很多，主要有光照、水溫、透明度、風浪、營養(yǎng)鹽濃度、水深。在選擇水生植物修復水體時，需提前了解水生植物對水體污染物的凈化效果與影響植物生長的主要因素，配合人工干預，保證水生植物的凈化效果，達到修復受污染的水體的目的。

富營養(yǎng)化湖泊水生植被恢復是個長期的過程，而水生植物群落的有效恢復是湖泊生態(tài)恢復成功與否的關鍵?，F有研究成果大多數基于實驗室模擬以及特定水體的研究，關于水生植物對湖泊水體的凈化效果有待進一步論證。在實際應用工程中，需根據項目需求、研究區(qū)域水體環(huán)境、水生植物等因素綜合考慮。