△ 2018年 太湖 · 貢湖灣濕地 生態(tài)修復區和未修復區

在水生態(tài)修復工作中，恢復水生植物尤其是恢復沉水植物被廣泛認為是水體治理的有效途徑。太多實(shí)踐表明，有沉水植物生長(cháng)的區域，水體大多清澈；缺少沉水植被的水體，則往往渾濁或長(cháng)藻，水底荒漠化，甚至黑或臭。

以淺水湖泊成功修復的典型——惠州西湖為例，通過(guò)恢復沉水植物群落結構，惠州西湖子湖南湖從以浮游植物為主導初級生產(chǎn)力的“藻型湖泊”轉變?yōu)橐猿了参餅橹饕跫壣a(chǎn)力的“草型湖泊”，形成了穩定的食物網(wǎng)結構，透明度由30 cm提高至150 cm，水體總磷、總氮含量分別降低54.50%和52.70%，實(shí)現了華麗的蛻變。

小小的水草，為何能有如此大的功效？

在水生態(tài)治理中，沉水植物到底扮演了什么樣的角色，又運轉著(zhù)怎么樣的機理，本文將圍繞此進(jìn)行展開(kāi)。

每一秒，都在凈化水質(zhì)，納污吐新

|  吸收N、P營(yíng)養鹽，改善水下富氧條件

氮、磷是植物生長(cháng)的必需營(yíng)養元素。長(cháng)勢良好的水生植物可使水體中總氮、總磷含量明顯降低 。

沉水植物除了通過(guò)根、葉吸收水體中的氮、磷及控制水體中營(yíng)養鹽濃度外，還可在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生氧氣擴散到根際并進(jìn)入沉積物，影響沉積物氮、磷的循環(huán)。

相關(guān)研究表明，沉水植物覆蓋的區域中，氧氣可以滲透至沉積物表層20 mm處，而在無(wú)沉水植物覆蓋的區域，氧氣的滲透深度僅4 mm；沉積物中的Fe2+在沉水植物根際氧化作用下形成Fe3+,并與PO43--P形成鐵-磷復合體,抑制磷從沉積物釋放到水體中。

同時(shí)，沉水植物通過(guò)促進(jìn)沉積物-水界面的反硝化作用，還原硝酸鹽，釋放出N2或N2O，減少水體中的氮營(yíng)養鹽。研究表明，苦草(Vallisneria L.)、黑藻(Hydrilla verticillata L.)、金魚(yú)藻(Ceratophyllum demersum)、伊樂(lè )藻(Elodea nuttalli)、狐尾藻(Myriophyllum L.)、菹草(Potamogeton crispus L.)均能有效去除水體中的氮、磷等營(yíng)養鹽含量,其中以苦草有效果。

金魚(yú)藻、伊樂(lè )藻、眼子菜(Potamogeton L.)、狐尾藻、苦草等沉水植物通過(guò)葉片吸收等方式，對水體中總磷具有較好的去除效果，尤其在春季和秋季，金魚(yú)藻對水體中總磷的去除率高達92.00%，且對總溶解性磷的去除率也高達90.93%。在太湖梅梁灣的生態(tài)修復工程區中，沉水植物的根系吸收作用和化學(xué)反應促進(jìn)作用使沉積物總氮、總磷營(yíng)養鹽分別由修復前(2003年)的7 043、1 370 mg/kg降低至2 929、352 mg/kg。

|  提高水體透明度，打造優(yōu)美水下森林

沉積物再懸浮會(huì )直接影響水體的透明度，而沉水植物可以減緩水流速度和風(fēng)力，并且通過(guò)根部固定沉積物，抑制再懸浮。同時(shí)，沉水植物還可作為懸浮物的捕獲器，促進(jìn)沉降，進(jìn)而提高水體透明度。

Horppila等進(jìn)行為期83天的研究發(fā)現，在沉水植物金魚(yú)藻和鈍葉眼子菜(Potamogeton obtusifolius)生長(cháng)的區域，表層沉積物再懸浮量為793 g(DW)/m2，而在無(wú)沉水植物生長(cháng)的區域，表層沉積物再懸浮量為1 701 g(DW)/m2。

該研究發(fā)現，沉水植物覆蓋率大于30%的湖泊能夠長(cháng)期維持清水態(tài)，而沉水植物覆蓋率小于30%的湖泊則再度發(fā)展為濁水態(tài)湖泊。

在沉水植物生長(cháng)的區域，通過(guò)沉積物再懸浮帶入水體中的磷元素含量為11.8 mg/(m2·d)，無(wú)沉水植物生長(cháng)區域的磷元素含量為24.5 mg/(m2·d)。由此可知，在缺乏沉水植物的富營(yíng)養化湖泊中，沉積物再懸浮會(huì )導致水體磷營(yíng)養鹽濃度增加。

也很容易讓外界產(chǎn)生一種理解，即水生態(tài)修復就是種水草（沉水植物），甚至業(yè)內一些水環(huán)境綜合整治的EPC/PPP項目中，水生態(tài)內容有時(shí)會(huì )被直接歸為綠化工程。畢竟，水生態(tài)修復呈現給大家的，也就是種了種水草，撒了撒藥/微生物，水就逐漸清了。

每一秒，都在與藻類(lèi)抗爭，重建平衡

|  掠奪營(yíng)養，競爭生存空間

沉水植物可以通過(guò)吸收氮、磷營(yíng)養鹽、無(wú)機碳等競爭限制藻類(lèi)的生長(cháng)。離子態(tài)氮(NO3-、NH4+)、磷(PO43-)是初級生產(chǎn)者直接吸收利用的營(yíng)養形態(tài)。

不論沉水植物是否存在，藻類(lèi)的生物量與湖水中氮、磷的含量呈正相關(guān) 。但藻類(lèi)生命周期短，對水體中氮、磷營(yíng)養鹽固定能力弱，而沉水植物具有過(guò)量吸收營(yíng)養物質(zhì)的特性，個(gè)體大，生活周期長(cháng)，體內積累的氮、磷多，儲存較藻類(lèi)穩定，能有效降低氮、磷循環(huán)速度、控制藻類(lèi)的暴發(fā)。

研究表明，大量沉水植物可以導致水體中磷含量急劇下降，造成浮游植物缺乏營(yíng)養鹽而難以在夏天形成水華。

對于根系發(fā)達的沉水植物如眼子菜、苦草、狐尾藻等，可通過(guò)根吸收和促進(jìn)沉積物中化學(xué)反應等方式對內源污染進(jìn)行控制，削減浮游植物營(yíng)養鹽來(lái)源。

對于根系不發(fā)達的沉水植物如黑藻、伊樂(lè )藻、金魚(yú)藻等,主要依靠自身葉片吸收水體中的營(yíng)養鹽，如NO3-、PO43-、CO2和HCO3-，進(jìn)而與浮游植物形成競爭關(guān)系。

|  化感作用

沉水植物分泌的化感物質(zhì)可抑制水體中浮游植物的生長(cháng)，減弱浮游植物或附著(zhù)藻的遮陰效應，促進(jìn)自身生長(cháng)。

化感物質(zhì)可使藻類(lèi)細胞的生理作用產(chǎn)生變化，如影響抗氧化酶活性、堿性磷酸酶活性，促進(jìn)丙二醛等有毒物質(zhì)積累，從而引起藻類(lèi)生物量的減少。通過(guò)化感物質(zhì)抑制藻類(lèi)生長(cháng)的沉水植物至少有37種，其中以狐尾藻、金魚(yú)藻、伊樂(lè )藻、茨藻、輪藻等的化感作用較明顯。

不同沉水植物分泌的化感物質(zhì)對藻類(lèi)的作用不同，從而影響浮游植物種類(lèi)組成。研究發(fā)現，狐尾藻通過(guò)分泌化感物質(zhì)抑制堿性磷酸酶活性，減少葉片表面磷的釋放量，降低附著(zhù)藻的磷元素來(lái)源，限制附著(zhù)藻的生長(cháng)；水蘊草(Elodea densa(Planch.)Casp.)和伊樂(lè )藻可以通過(guò)化感作用抑制附著(zhù)藍藻的生長(cháng)，進(jìn)而限制附著(zhù)藻生物膜的形成，促進(jìn)葉片表面對光照和營(yíng)養鹽的吸收。

|  削減風(fēng)浪、固封底泥等其他作用

浮游植物不具有主動(dòng)運動(dòng)能力，通常需要借助風(fēng)浪、水流等外力作用，而沉水植物可以減弱風(fēng)浪對水體的擾動(dòng),使浮游植物失去漂浮的助力,加速其沉降。

此外，沉水植物還可以影響浮游植物對光照的吸收，限制其群落的發(fā)展水植物分泌。

對浮游動(dòng)物的影響

沉水植物群落可為浮游動(dòng)物提供主要的棲居地和避難場(chǎng)所。

在淺水湖泊中，水平遷移(Diel Horizontal Migration,DHM)是浮游動(dòng)物常見(jiàn)的行為。浮游動(dòng)物遷移至沿岸帶或沉水植物茂盛的水域中，躲避魚(yú)類(lèi)等的捕食，維持種群數量、群落結構穩定發(fā)展,加強對浮游植物個(gè)體、種群甚至群落結構的控制作用。

水體中的浮游甲殼類(lèi)動(dòng)物生物量與沉水植物在水體中的占有體積(Plant Volume Inhabited,PVI)呈顯著(zhù)正相關(guān)(R=0.47,p=0.0001)。

當缺乏沉水植物時(shí)，浮游動(dòng)物的種群密度處于較低水平(<1 ind>15%~20%時(shí)，浮游甲殼類(lèi)動(dòng)物生物量處于較高水平，且體型較大的個(gè)體居多 。

由此可見(jiàn)，沉水植物群落在某種程度上可保證浮游動(dòng)物的種群數量，實(shí)現對浮游植物的控制，有利于維持湖泊的清水狀態(tài)。

沉水植物的生態(tài)效應機理

不同營(yíng)養級的上行效應(Bottom-up Effect)和下行效應(Top-down Effect)相結合維持著(zhù)生態(tài)系統群落結構的穩定。沉水植物對無(wú)機環(huán)境的影響以及與其他生物之間的相互作用保證了生態(tài)系統中上行效應和下行效應及其他級聯(lián)效應的正常發(fā)揮。

| 淺水湖泊中沉水植物對湖泊水環(huán)境的影響

沉水植物對營(yíng)養鹽的吸收和鈍化抑制上行效應對浮游植物的促進(jìn)作用，降低水華暴發(fā)的可能性。

另外，沉水植物群落結構促進(jìn)肉食性魚(yú)類(lèi)生長(cháng)，保證生態(tài)系統中下行效應的發(fā)揮，即肉食性魚(yú)類(lèi)捕食草食性魚(yú)類(lèi)、浮游生物魚(yú)類(lèi)，優(yōu)化魚(yú)類(lèi)種群結構，降低沉水植物、浮游動(dòng)物被大量捕食的壓力，達到控制浮游植物的效果。

| 湖泊生態(tài)系統上行效應(通過(guò)營(yíng)養鹽)—下行效應(通過(guò)攝食)和其他效應模式

沉水植物的恢復步驟

富營(yíng)養化淺水湖泊修復過(guò)程中，控制營(yíng)養鹽和構建健康的生態(tài)系統是主要目標。而恢復沉水植物群落，則是富營(yíng)養化淺水湖泊修復的重要途徑。

作為維持湖泊清水態(tài)的關(guān)鍵因子，沉水植物自身受到諸多因素的影響，比如光照條件、營(yíng)養鹽濃度、底質(zhì)環(huán)境、氣候條件以及自身生長(cháng)特性等等。因此，在通過(guò)沉水植物群落進(jìn)行富營(yíng)養水體修復時(shí)，一般需首先改善水體本底環(huán)境，營(yíng)造沉水植物生長(cháng)的必要外部條件。常規流程建議如下：

1、針對不同地區(如不同氣候帶等)的修復對象，結合客觀(guān)實(shí)際,優(yōu)先選用土著(zhù)種、化感作用強、根際固定作用強的沉水植物用于控制藻類(lèi)及沉積物內源污染；

2、在沉水植物群落構建初期，采取相應措施減少相關(guān)因素對沉水植物生長(cháng)的影響，如通過(guò)添加絮凝劑等透明度提升工程、浮游動(dòng)物控藻手段等，保證沉水植物在修復初期快速生長(cháng)；

3、為促進(jìn)沉水植物群落結構的快速形成，建議在初期去除水體中草食性魚(yú)類(lèi)和底層魚(yú)類(lèi)，以減少魚(yú)類(lèi)對沉水植物的攝食及對沉積物的擾動(dòng)；

4、當系統趨于穩定時(shí)，適當放養肉食性魚(yú)類(lèi)和少量雜食性魚(yú)類(lèi)，結合生物操縱原理，進(jìn)行水生態(tài)系統構建，使生態(tài)系統中的上行效應和下行效應得以發(fā)揮，從而進(jìn)一步加強系統的穩定性。

-THE END-

參考文獻：

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