沉水植物在水生态系统恢复中的作用及局限性

赵星雨 王轲 孙响铃 潘红忠

摘要：沉水植物净化水质，抑制水体富营养化，在水生态系统中发挥着至关重要的作用。沉水植物生长受诸多环境条件的影响，又对水环境按一定规律不断地正反馈或负反馈。基于影响因素分析，分别探讨高氨氮、低透明度及硬底质等场景下沉水植物种植需攻克的关键问题，最终达到水体净化、水生态环境改善的目的。

关键词：沉水植物;水生态修复;生长影响因子;硬底质;高氨氮

中图分类号：S931.3        文献标识码：A

恢复和重建水生态系统，已成为水生態修复的主要内容之一。近年来，随着工业化和城市化进程的加快，大量的氮、磷等污染物进入湖泊、河道，导致水体富营养化频发，生态系统遭到严重破坏。国内的太湖、巢湖、武汉东湖[1]、云南滇池[2]，国外的阿勒湖[3]、德国东北部湖泊[4]等都出现了沉水植被退化，甚至消失的现象，造成了一系列生态环境问题。现有的沉水植物恢复技术在应用过程中，存在工作量大、成活率低以及修复效果有待提高等问题。本文将对沉水植物在水生生态系统中的作用及局限性进行系统性总结及分析，旨在为水生态系统恢复、水环境改善服务。

1  沉水植物在水域生态系统中的作用

沉水植物直接或间接地吸收和转化水中的无机盐，为水生动物提供栖息地和隐蔽场所，还可增加水中的溶解氧，净化水质，抑制水体的富营养化，从而控制藻类的大爆发;沉水植物在为水生动物提供更多生存空间的同时，幼嫩部分枝叶还可为水生动物提供食物，从而改善整个水生生态系统。此外，沉水植物还有助于调节水生态系统的物质循环速度，提高生物多样性，增强水体环境的稳定性。所以，沉水植物是水域生态系统中非常重要的一环。

2  沉水植物生长影响因子

已有研究表明，沉水植物生长受水体透明度、水温、水体营养物质、鱼类养殖、藻类、水域底质情况等多种环境因子的影响[10]。光照对沉水植物种子发芽无明显影响，但对沉水植物存活及生长有重要影响。研究表明，藻型富营养湖泊透明度不高是沉水植被恢复的关键制约因素[11]。沉水植物对水温敏感，其生长受季节的影响很显著，水温决定植物的萌发、生长量和最大生长程度，甚至还决定萌发期和休眠期[12]。在贫营养水体或重富营养水体中，沉水植物生长限制因子是矿物元素[13]。但在光照充足的水体中，随着沉水植物光合作用强度增加，碳酸离子成为水中优势种类，而碳酸分子在水体中几乎消失，从而导致沉水植物的生长受到无机碳源的限制[14]。鱼类养殖对沉水植物的生长和区域水体群落结构有较大的影响，渔业强度较小时，鱼类适量的消耗沉水植物可加速沉水植物更新生长，可进行良性循环。沉水植物整株植物都处于水中，通过根、茎、叶来吸收生长所需营养物质，底质中有机质总含量、氮总含量和磷总含量对沉水植物起重要作用，而无着根的条件下，沉水植物抗风浪能力极差，不仅不能吸收底泥的营养物质，植株还会随水流波动漂浮而烂根。

3  沉水植物在水生态系统修复中的局限性

为恢复受损的水生态系统，在很多工程实践中，都采取了通过沉水植物种植来恢复沉水植被的方法，但效果不佳。究其原因，因为沉水植物生长过程中受到诸多因子的共同作用，且这些因子的影响程度又未必等价，所以沉水植物作为一种水生态修复方法，其具有以下局限性：

3.1  高氨氮背景下

未截污或截污不彻底引起的氨氮浓度偏高，直接影响水体水质，造成水体透明度下降，造成阳光难以到达水底，从而影响沉水植物光合作用，进而造成水体中溶解氧含量减少。同时，水体富营养化情况下，以蓝藻、绿藻为优势种的藻类大量繁殖，在水面形成一层“绿色浮渣”。其后，沉水植物会因得不到阳光照射而难以进行光合作用而死亡。

3.2  水体透明度不高背景下

透明度不高的水体存在光照不足的问题，沉水植物的光合作用及其产氧量随之减弱，沉水植物生长及富营养化水体的净化效果也会受到显著影响，造成沉水植物生长大大受限。

可通过设置深度可变的种植装置，实现沉水植物在不同生长阶段对于光的不同需求。针对因悬浮物等因素导致的水体透明度降低，可优先选择对水体悬浮物耐受性最强的沉水植物;或者使用絮凝剂等产品消除悬浮物质，先在一定程度上提高水体透明度，再考虑后续沉水植物的种植。

3.3  硬底质背景下

在硬质水底环境下，因为水体底部没有淤泥或者淤泥层较薄，植物根系不好定植扩繁，沉水植物常出现烂根，造成沉水植物成活率低，进而导致水景效果生硬、水体自净能力差、水质维护困难，水质恶化、水体富营养化等情况频发。

研究中可通过铺洒粘土、硬地打孔栽种，包裹沉栽法等方法固着沉水植物来克服硬底质背景下带来的问题。

4  未来的研究方向

未来的水生生态修复过程中，将会不断完善沉水植物恢复技术，构建健康、完善的水域生态系统，让沉水植物真正成为生态修复的主力军，尤其应着重关注一下几个方面。

4.1  沉水植物生长基本条件研究

不同生长环境对沉水植物的发芽、生长产生的效果差异很大，需要进一步探究适宜沉水植物生存、生长所需要的最佳条件。

4.2  沉水植物种植模型研究

目前已呈现出的研究，如人工打穴、石笼沉底、生态草包、含基质层的种植容器等，虽在一定程度上提高了沉水植物的成活率，但对于模型的广泛应用还存在操作复杂、耗时费力、成活率偏低的问题。因此，一种新型的沉水植物种植模型的研究还需要深入，以便为后续沉水植物在湖泊中应用时实现快速复绿的目标提供更高的可能性。

4.3  湖泊外源污染问题

单纯依靠沉水植物的净水作用，不能从根本上解决湖泊水质的基本问题，必须通过外界措施提前预防，减少高氨氮污水、生活垃圾等直排进入河湖。以便为沉水植物在湖泊中进一步净化水质，完善水生生态系统提供条件。

5  结论

水生植物生态修复是通过恢复水生植物群落来削减水体中氮、磷等营养物质，进而重建水生态系统的复杂、动态且长期的过程。沉水植物的生态修复与水体富营养化治理相结合，是科学有效治理水体富营养化的重要举措。针对不同富营养化水体形成原因、周期及环境特点，因地制宜地恢复沉水植物，科学有效净化水质，以构建健康、完善的水域生态系统，尚需大量研究。

参考文献

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