沉水植物在水生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮的作用

2020年，我國開展?fàn)I養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測的110個重要湖泊（水庫）中，

貧營養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫）占9.1%,中營養(yǎng)狀態(tài)占61.8%,輕度富營養(yǎng)

狀態(tài)占23.6%,中度富營養(yǎng)狀態(tài)占4.5%,重度富營養(yǎng)狀態(tài)占0.9%。

——生態(tài)環(huán)境部

2021年3月，W態(tài)環(huán)境部發(fā)布《2020上全國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量簡報》

顯示，過去的一年中，太湖和巢湖均表現(xiàn)為輕度污染、輕度富營養(yǎng)，

主要污染指標(biāo)為總磷；滇池為輕度污染、中度富營養(yǎng)，主要污染指標(biāo)

為化學(xué)需氧量和總磷；丹江口水庫和洱海水質(zhì)均為優(yōu)、中營養(yǎng)；白洋

淀為輕度污染、輕度富營養(yǎng)，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量和總磷。水

體富營養(yǎng)化不僅影響著水資源的利用與開發(fā)，阻礙漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,

而且也在刺激著有害藻類的暴發(fā)，使水域逐淅喪失生態(tài)功能和價值；

與此同時，給地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人們的生產(chǎn)生活也帶來極大的危害和損失。

在水生態(tài)修復(fù)工作中，恢復(fù)水生植物尤其是恢復(fù)沉水植物被廣泛

認(rèn)為是水體富營養(yǎng)化治理的有效途徑。太多實踐表明，有沉水植物生

長的區(qū)域，水體大多清澈；缺少沉水植被的水體，則往往渾濁或長藻，

水底荒漠化，甚至黑或臭。以淺水湖泊成功修復(fù)的典型一一惠州西湖

為例，通過恢復(fù)沉水植物群落結(jié)構(gòu)，惠州西湖子湖南湖從以浮游植物

為主導(dǎo)初級生產(chǎn)力的“藻型湖泊”轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿了参餅橹饕跫壣a(chǎn)

力的“草型湖泊”，形成了穩(wěn)定的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，透明度由30cm提高

至150cm,水體總磷、總氮含量分別降低54.50%和52.70%,實現(xiàn)了

華麗的蛻變。小小的水草，為何能有如此大的功效？

在富營養(yǎng)水體治理中，沉水植物到底扮演了什么樣的角色，又運

轉(zhuǎn)著怎么樣的機(jī)理，本文將圍繞此進(jìn)行展開。

1每一秒，都在凈化水質(zhì)，納污吐新

|吸收N、P營養(yǎng)鹽，改善水下富氧條件

氮、磷是植物工長的必需營養(yǎng)元素。長勢良好的水生植物可使水

體中總氮、總磷含量明顯降低。

沉水植物除了通過根、葉吸收水體中的氮、磷及控制水體中營養(yǎng)

鹽濃度外，還可在光合作用過程中產(chǎn)生氧氣擴(kuò)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(qū)域中，

氧氣可以滲透至沉積物表層20mm處，而在無沉水植物覆蓋的區(qū)域，

氧氣的滲透深度僅4mm；沉積物中的Fe2+在沉水植物根際氧化作用

下形成Fe3+,并與P043--P形成鐵-磷復(fù)合體，抑制磷從沉積物釋放到

水體中。同時，沉水植物通過促進(jìn)沉積物-水界面的反硝化作用，還

原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮(N2)或一氧化二氮(N20),減少水體中的

氮營養(yǎng)鹽。研究表明，苦草(VallisneriaL.)、黑藻(Hydrilla

verticillataL.)、金魚藻(Ceratophyllumdemersum)伊樂藻

(Elodeanuttalli)狐尾藻(MyriophyllumL.)、Q草(Potamogeton

crispusL.)均能有效去除水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽含量，其中以苦草

效果最好。金魚藻、伊樂藻、眼子菜(PotamogetonL.)、狐尾藻、苦

草等沉水植物通過葉片吸收等方式，對水體中總磷具有較好的去除效

果，尤其在春季和秋季，金魚藻對水體中總磷的去除率高達(dá)92.00%,

旦對總?cè)芙庑粤椎娜コ室哺哌_(dá)90.93%O在太湖梅梁灣的生態(tài)修復(fù)

工程區(qū)中，沉水植物的根系吸收作用和化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)作用使沉積物總

氮、總磷營養(yǎng)鹽分別由修復(fù)前(2003年)的7043、1370mg/kg降低

至2929>352mg/kgo

I提高水體透明度，打造優(yōu)美水下森林

沉積物再懸浮會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，并且通過根部固定沉積物，抑制再懸浮。同時，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(xiàn)，在沉水植物金魚藻和鈍葉眼

子菜(Potamogetonobtusifolius)生長的區(qū)域，表層沉積物再懸浮量為

793g(DW)/m2,而在無沉水植物生長的區(qū)域，表層沉積物再懸浮量為

1701g(DW)/m2o該研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物覆蓋率大于30%的湖泊能夠

長期維持清水態(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。在沉水植物生長的區(qū)域，通過沉積物再懸浮帶入水體中的

磷元素含量為11.8mg/(m2-d),無沉水植物生長區(qū)域的磷元素含量為

24.5mg/(m2.d)o由此可知，在缺乏沉水植物的富營養(yǎng)化湖泊中，沉積

物再懸浮會導(dǎo)致水體磷營養(yǎng)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(fù)就是種水草(沉水植物)，甚至業(yè)內(nèi)一些水環(huán)境綜

合整治的EPC/PPP項目中，水生態(tài)內(nèi)容有時會被直接歸為綠化工程。

畢竟，水生態(tài)修復(fù)呈現(xiàn)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。

2每一秒，都在與藻類抗?fàn)帲亟ㄆ胶?/p>

I掠奪營養(yǎng)，競爭生存空間

沉水植物可以通過吸收氮、磷營養(yǎng)鹽、無機(jī)碳等競爭限制藻類的

生長。離子態(tài)氮(N03?、NH4+)、磷(PO43.)是初級生產(chǎn)者直接吸收利

用的營養(yǎng)形態(tài)。

不論沉水植物是否存在，藻類的生物量與湖水中氮、磷的含量呈

正相關(guān)。但藻類生命周期短，對水體中氮、磷營養(yǎng)鹽固定能力弱，

而沉水植物具有過量吸收營養(yǎng)物質(zhì)的特性，個體大，生活周期長，體

內(nèi)積累的氮、磷多，儲存較藻類穩(wěn)定，能有效降低氮、磷循環(huán)速度、

控制藻類的暴發(fā)。

研究表明，大量沉水植物可以導(dǎo)致水體中磷含量急劇下降，造成

浮游植物缺乏營養(yǎng)鹽而難以在夏天形成水華。

對于根系發(fā)達(dá)的沉水植物如眼子菜、苦草、狐尾藻等，可通過根

吸收和促進(jìn)沉積物中化學(xué)反應(yīng)等方式對內(nèi)源污染進(jìn)行控制，削減浮游

植物營養(yǎng)鹽來源。

對于根系不發(fā)達(dá)的沉水植物如黑藻、伊樂藻、金魚藻等，主要依靠

自身葉片吸收水體中的營養(yǎng)鹽，如NO3?、PO43?、CO2和HCO3?，

進(jìn)而與浮游植物形成競爭關(guān)系。

I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，減弱浮

游植物或附著藻的遮陰效應(yīng)，促進(jìn)自身生長。

化感物質(zhì)可使藻類細(xì)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，從而引起藻類生

物量的減少。通過化感物質(zhì)抑制藻類生長的沉水植物至少有37種，

其中以狐尾藻、金魚藻、伊樂藻、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)對藻類的作用不同，從而影響浮游

植物種類組成。研究發(fā)現(xiàn)，狐尾藻通過分泌化感物質(zhì)抑制堿性磷酸酶

活性，減少葉片表面磷的釋放量，降低附著藻的磷元素來源，限制附

著藻的生長；水蘊(yùn)苴(Elodeadensa(Planch.)Casp.)和伊樂藻可以通過化

感作用抑制附著藍(lán)藻的生長，進(jìn)而限制附著藻生物膜的形成，促進(jìn)葉

片表面對光照和營養(yǎng)鹽的吸收。

I削減風(fēng)浪、固封底泥等其他作用

浮游植物不具有主動運動能力，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,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。

3對浮游動物的影響

沉水植物群落可為浮游動物提供主要的棲居地和避難場所。

在淺水湖泊中，水平遷移(DielHorizontalMigration,DHM)是浮游

動物常見的行為。浮游動物遷移至沿岸帶或沉水植物茂盛的水域中,

躲避魚類等的捕食，維持種群數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定發(fā)展,加強(qiáng)對浮游植

物個體、種群甚至群落結(jié)構(gòu)的控制作用。

水體中的浮游甲殼類動物生物量與沉水植物在水體中的占有體

積(PlantVolumeInhabited,PVI)呈顯著正相關(guān)(R=0.47,p=0.0001)。

當(dāng)缺乏沉水植物時，浮游動物的種群密度處于較低水平(<1ind/L),

而浮游植物的密度則處于較高水平(38mm3/L)；當(dāng)沉水植物的

PVD15%?20%時，浮游甲殼類動物生物量處于較高水平，且體型較大

的個體居多。

由此可見，沉水植物群落在一定程度上可保證浮游動物的種群數(shù)

量，實現(xiàn)對浮游植物的控制，有利于維持湖泊的清水狀態(tài)。

4沉水植物的生態(tài)效應(yīng)機(jī)理

不同營養(yǎng)級的上行效應(yīng)(Bottom-upEffect)和下行效應(yīng)(Top-down

Effect)相結(jié)合維持著生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。沉水植物對無機(jī)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(tǒng)中上行效應(yīng)

和下行效應(yīng)及其他級聯(lián)效應(yīng)的正常發(fā)揮。

I淺水湖泊中沉水植物對湖泊水環(huán)境的影響

沉水植物對營養(yǎng)鹽的吸收和鈍化抑制上行效應(yīng)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(jié)構(gòu)促進(jìn)肉食性魚類生長，保證生態(tài)系統(tǒng)中

下行效應(yīng)的發(fā)揮，即肉食性魚類捕食草食性魚類、浮游生物魚類，優(yōu)

化魚類種群結(jié)構(gòu)，降低沉水植物、浮游動物被大量捕食的壓力，達(dá)到

控制浮游植物的效果。

上行效應(yīng)+

下行效應(yīng)放養(yǎng)肉食性魚類

其應(yīng)

去除草食性、食

人工種植/保護(hù).浮游生物魚類

沉水植物

湖水下層氧化

/底泥純化（鋁、鐵）

減少或控制

.'高外源營養(yǎng)鹽輸入內(nèi)源營養(yǎng)鹽輸入

I湖泊生態(tài)系統(tǒng)上行效應(yīng)（通過營養(yǎng)鹽）一下行效應(yīng)（通過攝食）和其他效應(yīng)模式

5沉水植物的恢復(fù)步驟

富營養(yǎng)化淺水湖泊修復(fù)過程中，控制營養(yǎng)鹽和構(gòu)建健康的生態(tài)系

統(tǒng)是主要目標(biāo)。而恢復(fù)沉水植物群落，則是富營養(yǎng)化淺水湖泊修復(fù)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、營養(yǎng)鹽濃度、底質(zhì)環(huán)境、氣候條件以及自身生

長特性等等。因此，在通過沉水植物群落進(jìn)行富營養(yǎng)水體修復(fù)時，一

般需首先改善水體本底環(huán)境，營造沉水植物生長的必要外部條件。常

規(guī)流程建議如下：

1、針對不同地區(qū)（如不同氣候帶等）的修復(fù)對象，結(jié)合客觀實際,

優(yōu)先選用土著種、化感作用強(qiáng)、根際固定作用強(qiáng)的沉水植物用于控制

藻類及沉積物內(nèi)源污染；

2、在沉水植物群落構(gòu)建初期，采取相應(yīng)措施減少相關(guān)因素對沉水植物生長的

影響,如通過添加絮凝劑等透明度提升工程、浮游動物控藻手段等，保證沉水

植物在修復(fù)初期快速生