沉水植物修復(fù)技術(shù)與方法樣本

沉水植物修復(fù)湖泊水體研究中的熱點(diǎn)問題及其技術(shù)前景

摘要:沉水植物修復(fù)水體技術(shù)是當(dāng)前水體修復(fù)技術(shù)中的熱點(diǎn)，本文針對(duì)沉水植

物自身的修復(fù)特點(diǎn)，探討了沉水植物對(duì)湖泊水庫污染物修復(fù)的主要技術(shù)和方法、

當(dāng)前的研究的熱點(diǎn)和存在的問題以及未來該領(lǐng)域的研究方向，最后表明：沉水植

物修復(fù)湖泊污染水體技術(shù)有很廣闊的領(lǐng)域和應(yīng)用前景，成為修復(fù)技術(shù)的熱點(diǎn)導(dǎo)

向。

關(guān)鍵詞:湖泊水庫;沉水植物;修復(fù)技術(shù)；問題；前景

當(dāng)前湖泊水庫污染已經(jīng)是不爭的事實(shí)，成了全球關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是中國，

湖泊的生態(tài)環(huán)境狀況普遍存在幾大問題：湖泊中的重金屬污染，泥沙淤積、湖面

退縮、鹽化、富營養(yǎng)化等等，以及由此引起的生態(tài)環(huán)境惡化和資源退縮。恃別

是在東部人口稠密地區(qū)：湖泊所受的污染越來越嚴(yán)重。很多地區(qū)的湖泊是飲用水

源地，湖泊喪失了自凈能力，飲用水源水質(zhì)更是受到威脅。

湖泊水庫的富營養(yǎng)化急劇導(dǎo)致水體浮游植物增加，沉水植物消亡。在外源污染

物降低后,沉水植物的恢復(fù)依然滯后相當(dāng)長的時(shí)間,而沉水植物的恢復(fù)對(duì)淺水湖泊

修復(fù)的長期效益至關(guān)重要。本文探討了湖泊中沉水植物的修復(fù)技術(shù)，降低湖泊水

體的P含量,增加水體的透明度是沉水植物恢復(fù)的關(guān)鍵。沉水植物的修復(fù)主要以自

然修復(fù)為主，人工修復(fù)為輔的方法。發(fā)展以輪藻植物為優(yōu)勢(shì)種群,雜草類沉水植物

共生的多樣性植物群落，沉水植物的修復(fù),對(duì)改進(jìn)淺水湖泊生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)湖泊向

健康化發(fā)展起到重要的作用。李順鵬等人的研究表明降低水體中N、P含量以及

底泥中有機(jī)C和N、P的負(fù)荷富營養(yǎng)化修復(fù)的關(guān)鍵問題而針對(duì)湖波水庫富營養(yǎng)

化的修復(fù)技術(shù)國內(nèi)外研究很多，并取得了大量的成果2”其中沉水植物在水生

生態(tài)系統(tǒng)中的修復(fù)技術(shù)倍受青睞，己經(jīng)成為環(huán)境領(lǐng)域和水生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之

一。鑒于此，本文重點(diǎn)對(duì)沉水植物對(duì)湖泊水庫的修復(fù)技術(shù)和方法加以研究和探索,

以期能為水修復(fù)工作者提供參考和依據(jù)。

L沉水植物修復(fù)水體技術(shù)原理

1.1沉水植物基本概念和物種的選擇

沉水植物是指植物體全部位于水層下面營固著生活的大形水生植物。它們的

根有時(shí)不發(fā)達(dá)或退化，植物體的各部分都可吸收水分和養(yǎng)料，通氣組織特別發(fā)達(dá),

有利于在水中缺乏空氣的情況下進(jìn)行氣體交換。因?yàn)槌了参镌诠夂献饔孟箩尫?/p>

氧氣在水體中，這對(duì)富營養(yǎng)化水體自凈作用至關(guān)重要，決定了沉水植物在水生態(tài)

系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，也對(duì)沉水植物的水質(zhì)改進(jìn)效應(yīng)研究是基礎(chǔ)的理論研究，

可為利用沉水植物修復(fù)受污染水體提供一定的理論依據(jù)，這類植物的葉子大多為

帶狀或絲狀，常見的水體修復(fù)的沉水植物有伊樂藻(Elodeanuttalli).金魚藻

(CeratophyllumdemersumL.)、苦草(Vallisneriaspiralis)、范草

(PotamogetoncrispusLinn)來眼子菜(Potamogctonmalaianus)等。和其它

的水生植物相同是構(gòu)成水體生物鏈的基礎(chǔ)，吸收水體中引起富營養(yǎng)化的物質(zhì)，為

促進(jìn)生態(tài)良好循環(huán)提供氧氣,有很強(qiáng)的凈水功能。

沉水植物物種的選擇應(yīng)以當(dāng)?shù)赝林锓N為主,限制外來物種。否則可能造成難

以估測(cè)的生態(tài)失衡問題和培養(yǎng)難度。物種的選擇應(yīng)保證多樣性，單一的物種的沉水

植物群落,是很難維持穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)的⑹。由于湖泊常見于娛樂目的,例如劃船、

游泳等,故高莖植物在沉水植物恢復(fù)過程往往與其矛盾,從而低莖的輪藻植物是沉

水植物恢復(fù)的首選。因?yàn)檩喸逯参锬軌驈?qiáng)化水體雜質(zhì)沉淀，降低水體濁度⑺,而且

對(duì)水體的富營養(yǎng)化物質(zhì)有效去除⑻,降低浮游植物的生長。

1.2沉水植物修復(fù)水體的作用機(jī)理

沉水植物作為主要初級(jí)生產(chǎn)者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。在湖泊生

態(tài)系統(tǒng)重建與恢復(fù)中，重建沉水植物是關(guān)鍵性的步驟。文獻(xiàn),⑹研究表明：沉水

植被恢復(fù)后，水體透明度提高，溶解氧增加，各主要形式的N,P及浮游植物

葉綠素a濃度均明顯降低，原生動(dòng)物多樣性也顯著增加。沉水植物在水體生

態(tài)修復(fù)中具有重要的作用，其對(duì)藻類化感抑制作用的研究己有較多的報(bào)道。圍隔

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了范草對(duì)柵藻有顯著抑制效應(yīng)，堂齒眼子菜對(duì)柵藻和微囊藻也有一定的

化感作用。

濮培民，邵留⑴⑵等人的文獻(xiàn)表明沉水植物作為湖泊水主要的生物組分和重

要的生物環(huán)境，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起關(guān)鍵作用。它們不但會(huì)影響食物鏈

結(jié)構(gòu)、控制其它生物類群的結(jié)構(gòu)和大小、維持水環(huán)境的穩(wěn)定性，而且在恢復(fù)環(huán)境

生態(tài)中也起舉足輕重的作用，其群落的重建與恢復(fù)是水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程的基礎(chǔ)

和關(guān)鍵。而沉水植物群落重建和恢復(fù)首要環(huán)節(jié)是沉水植物的引種，因此了解沉水植

物繁殖和定居能力對(duì)于沉水植物重建和恢復(fù)具有重要的意義。沉水植物以無性繁

殖為主，無性繁殖體主要有匍匐莖、根狀莖、鱗莖、塊莖和斷枝等。沉水植物

的生長,對(duì)改進(jìn)水體生態(tài),促進(jìn)湖泊向健康化發(fā)展有著重要的作用。

另外曾愛平等人的文獻(xiàn)I⑶中提到沉水植物完全浸沒于水中，一方面因呼吸作

用消耗水中的氧氣，另一方面因光合作用釋放氧氣于水體，兩種作用隨時(shí)間不同

互有強(qiáng)弱，導(dǎo)致水中溶解氧(DO)濃度時(shí)高時(shí)低。當(dāng)呼吸作用強(qiáng)于光合作用時(shí)、消

耗的氧氣大于產(chǎn)生的氧氣，水中DO濃度逐漸下降；當(dāng)光合作用強(qiáng)于呼吸作用時(shí),

產(chǎn)生的氧氣大于消耗的氧氣，水中DO濃度逐漸上升。沉水植物的這種凈化作用在

水體修復(fù)中至關(guān)重要，其技術(shù)的研發(fā)均建立在在此基礎(chǔ)。

2.沉水植物修復(fù)水體的主要方法，研究熱點(diǎn)及其實(shí)施新技術(shù)

2.1沉水植物修復(fù)技術(shù)的基本分類

一般沉水植物恢復(fù)可分為自然恢復(fù)和人工恢復(fù)。自然恢復(fù)是沉水植物恢復(fù)的

基本方法。湖泊底泥中的沉水植物的繁殖體,能夠存在相當(dāng)長的時(shí)間，DeWinton

等人皿的研究表明，繁殖體在20年后仍具有活性。當(dāng)水湖泊的透光性良好,條件合

適的情況下,沉水植物的自然恢復(fù)是很迅速的口咒但在現(xiàn)有情況下,沉水植物自然

恢復(fù)相當(dāng)較緩慢，無法跟上水體污染，水體需要修復(fù)使用的步伐，故采取人工方

法進(jìn)行恢復(fù)，提高水體回復(fù)效率?？墒侨斯せ謴?fù)可能需要大量的資金。采用人工

恢復(fù)的情況有:湖泊中沉水植物徹底死亡，底泥中也缺乏沉水植物繁殖體;湖水

的低濁度只能保持較短的時(shí)間，可是要求沉水植物迅速恢復(fù)；(3)沉水植物的恢復(fù)

需要引入外來物種,或者因?yàn)閵蕵返刃枰l(fā)展特定的沉水植物。采用人工方法進(jìn)行

沉水植物修復(fù),應(yīng)首先進(jìn)行局部試驗(yàn),選擇適合的植物種群，然后進(jìn)行推廣，當(dāng)生長

達(dá)到一定的規(guī)模，就能夠迅速繁殖，自然生長。

2.2沉水植物修復(fù)水體技術(shù)研究熱點(diǎn)和現(xiàn)有問題

2.2.1沉水植物種源的研究

沉水植物是淡水生態(tài)系統(tǒng)特別是淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的主要成員，在維持水生

態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及生物多樣性方面執(zhí)行非常重要的作用:⑺。由于水體污染和

漁業(yè)養(yǎng)殖過度,沉水植物群落普遍退化或消失(⑻,隨之造成整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)功能的

普遍退化,常引起水華暴發(fā),嚴(yán)重妨害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民健康。

安彥杰等人的研究㈣結(jié)果表明，不同的氮磷水平對(duì)著草人工種子萌發(fā)轉(zhuǎn)株影

響不顯著?？赡茉蚴侨斯しN子萌發(fā)主要靠消耗人工胚乳內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，這同天然

種子萌發(fā)特點(diǎn)類似。天然種子萌發(fā)時(shí)貯臧的有機(jī)物如淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)在酶的

作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠?/p>

機(jī)物。高健研究皿顯示:水中氮磷水平對(duì)殖草冬芽萌發(fā)的影響不顯著。

沉水植物的恢復(fù)成為水污染綜合治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。資料表明?⑼由于大多沉水

植物種子難以獲得,當(dāng)水體的植物種子庫受到嚴(yán)重破壞時(shí),水生植被的恢復(fù)工程不

可避免對(duì)水生植物種苗有大量需求。當(dāng)前水生植被恢復(fù)工程的種苗都是從自然水

體撈取,這就對(duì)種源地的植物種群造成了破壞。另外,種苗的獲得也會(huì)受到季節(jié)所

限。利用人工種子技術(shù)可避免對(duì)種源地植物資源的破壞,且操作簡易。范草

(PotamogtoncrispusL.)是中國常見的沉水植物,有較好的耐污能力和除污能力,

常作為水生植被重建工程首選的先鋒植物。該文獻(xiàn)報(bào)道的沉水植物殖草人工種子

的制作方法及萌發(fā)的影響因素等研究結(jié)果，為沉水植物種子的培養(yǎng)提供理論依

據(jù)。

另外文獻(xiàn)表明“"a激素及水環(huán)境條件，溫度，光強(qiáng)，氮磷及水體底質(zhì)均對(duì)

種子的萌發(fā)有很大影響，人工種子與植物種子一樣,其萌發(fā)也受到環(huán)境因素影響。

該文獻(xiàn)也表明：適當(dāng)?shù)募に亟M合能大大提高萌發(fā)率和轉(zhuǎn)株率；水溫對(duì)沉水植物的

影響較氣溫對(duì)陸生植物的影響要弱，殖草是喜低溫的沉水植物；同時(shí)萌發(fā)也受光

照影響，實(shí)驗(yàn)中40umol/m??s的萌發(fā)率約70%,高于在溫度實(shí)驗(yàn)中20℃的萌發(fā)率

50%,這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的條件即光照時(shí)間、光照強(qiáng)度、溫度均相同，其萌發(fā)率的差異,

可能是這兩批人工種子來源于不同健壯程度的無菌芭草苗；天然種子萌發(fā)時(shí)貯藏

的有機(jī)物如淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)在酶的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠袡C(jī)物，而水中氮

磷水平對(duì)殖草冬芽萌發(fā)的影響不顯著；底質(zhì)類型對(duì)殖草人工種子的萌發(fā)和轉(zhuǎn)株也

有顯著影響，黃沙壤是菸草人工種子萌發(fā)的最佳底質(zhì)，砂石底質(zhì)上人工種子萌發(fā)

率和轉(zhuǎn)株率也要高于淤泥關(guān)于影響程度只有少部分的文獻(xiàn)，亟待進(jìn)一步研究和證

實(shí)。

2.2.2沉水植物斷枝再生能力研究

由于水體和外界復(fù)雜的環(huán)境干擾引起植物的斷枝，因此葛緒廣等人網(wǎng)對(duì)4種

沉水植物斷枝再生能力進(jìn)行了研究，指出穗花狐尾藻、黑藻、伊樂藻和金魚藻

因其具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)、生存能力而常被選作退化水體生態(tài)修復(fù)、恢復(fù)和重

建的先鋒物種?？墒巧鲜鰩追N沉水植物的種子萌發(fā)、幼苗生長都需要一定的環(huán)境

條件,如溶解氧和光照等。而需要修復(fù)、恢復(fù)和重建的水體中，其水底的溶解氧常

常很低,而且光照條件也難于達(dá)到它們的光照強(qiáng)度要求即使種子萌發(fā)形成幼苗，也

難于存活并拓殖成一定規(guī)模的種群。能否找些植物能在惡劣環(huán)境下培育種子和具

有良好的修復(fù)效果有待進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)⑸中指出斷枝在穗花狐尾藻、黑藻、伊

樂藻和金魚藻物種的快速傳播方面起著重要作用。因機(jī)械折斷形成的斷枝無論在

拋擲條件下還是在桿插條件下都具有較強(qiáng)的繁殖生長能力，多數(shù)斷枝都有不定根

和芽發(fā)生。不同移植方式對(duì)不定根和芽發(fā)生沒影響、但影響了不定根和芽的發(fā)生時(shí)

間,這對(duì)上述幾種沉水植物種群定居、拓殖有重要影響。特別是在退化水體中，

不定根和芽發(fā)生時(shí)間的長短,往往決定該物種是否能夠成功定居、拓殖，恢復(fù)健康

的生態(tài)系統(tǒng)。在可能的條件下,應(yīng)以打插為主，但金魚藻拋擲和打插對(duì)其生物量和

芽形成無顯著影響，能夠拋擲,既降低采挖和運(yùn)輸種苗的成木、提高施工效率，又

能夠得到很好的效果。經(jīng)過以上試驗(yàn)?zāi)軌蚩创嗽谖锓N的選擇上,可優(yōu)先選擇黑藻,

其無論生物量、株高和節(jié)數(shù)的增加，還是須根和新芽的產(chǎn)生,都具有優(yōu)勢(shì)。自然狀

態(tài)下，許多沉水植物能夠經(jīng)過內(nèi)在機(jī)制自動(dòng)形成斷枝或在外力作用下形成斷枝，并

發(fā)育形成新個(gè)體。催心紅的研究⑵表明對(duì)許多沉水植物經(jīng)過內(nèi)在機(jī)制自動(dòng)形成斷

枝的過程以及影響斷枝形成的環(huán)境因素已有很多研究而退化水體的修復(fù)、恢復(fù)和

重建需要在人為因素的作用下進(jìn)行，上述試驗(yàn)研究結(jié)果為人為利用沉水植物修復(fù)、

恢復(fù)和重建退化水體提供了依據(jù)。

2.2.3水體無機(jī)碳條件對(duì)常見沉水植物生長和生理的影響的研究

在水華暴發(fā)的富營養(yǎng)水體中，由于水華藻的快速生長一方面造成水體透明度

降低,影響沉水植被的光合作用；另一方面,這種現(xiàn)象造成水體的無機(jī)碳水平、組

成連同水體pH值劇烈變化,使水體中游離⑩幾乎消失，HCO「大幅下降，C03?成為

優(yōu)勢(shì)的無機(jī)碳離子種類:并引起水體pH升高,從而影響沉水植被的光合和生長，這

兩個(gè)方面的因素不但是水體富營養(yǎng)化引起沉水植被消亡的主要途徑，也是沉水植

被恢復(fù)或重建的關(guān)鍵限制因子。低透明度對(duì)沉水植物的影響已有較多研究,盡管水

生植物對(duì)無機(jī)碳的利用機(jī)理有較多研究報(bào)道。張彥輝,安彥杰等人的研究闔表明：

富營養(yǎng)化水體中藻類的大量繁殖,不但降低水下光強(qiáng),影響沉水植被的光合作用;

同時(shí)也大大降低水體無機(jī)碳源,并引起水體pH升甑影響沉水植物的碳同化和生

長。對(duì)于低植冠層沉水植物,上述兩個(gè)因素同樣重要,而對(duì)于高植冠層沉水植物，

由于能接受更多光照，使得后者的影響可能比前者更為顯著；無機(jī)碳實(shí)際上也和

光照，營養(yǎng)鹽以及食草動(dòng)物的牧食作用一樣，是水生植物初級(jí)生產(chǎn)力的潛在制約因

素爭一阿，水華水體中無機(jī)碳及pH條件對(duì)沉水植物也有很大的影響。經(jīng)過本文結(jié)果

還能夠推測(cè)，經(jīng)過調(diào)節(jié)水體中構(gòu)成比例和pH,將可能促進(jìn)富營養(yǎng)化水體沉水植被

的生長和擴(kuò)增，但這種方式具體操作仍有待驗(yàn)證。

2.3沉水植物實(shí)施新技術(shù)

另外一種沉箱法實(shí)施沉水植物凈水的方法的創(chuàng)造（專利號(hào)：10037597）出

現(xiàn)，該方法創(chuàng)造公開了一種沉箱法實(shí)施沉水植物凈水的方法，其步驟為：1）制作

沉箱；2）制作底泥；3）沉箱定位；4）移植水草；5）放水控制水位。經(jīng)過本創(chuàng)造沉

箱法實(shí)施沉水植物凈水的方法，具有使用簡單、維護(hù)方便、節(jié)約水資源、凈水

效果好的優(yōu)點(diǎn)，且存活率大，相比當(dāng)前沉水植物種植法的65%存活率，本創(chuàng)造

可達(dá)95%的存活率，大大降低了使用成本，有利于沉水植物的修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一

步推廣。當(dāng)然上述只是實(shí)施技術(shù)的一種，隨著科技的發(fā)展，會(huì)有更多的新技術(shù)新

創(chuàng)造。

3.結(jié)語

富營養(yǎng)化是當(dāng)前人類面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題，植物修復(fù)引起是治理富營養(yǎng)化的

一個(gè)重要手段而水生植物特別是沉水植物所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)是水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和

水環(huán)境質(zhì)量改進(jìn)的基礎(chǔ)。大量研究表明沉水植物均能明顯降低水中的TN、TP、

NH「N濃度，對(duì)TN去除效果較好，如黑藻、伊樂藻、金魚藻，苦草。對(duì)TP去除

效果較好的是黑藻，其次是金魚藻與苦草，最差的是伊樂藻，對(duì)NH「N去除效果

較好的是黑藻，其次是金魚藻與伊樂藻，最差的是苦草。綜合來看，治污效果較

好的沉水植物是黑藻，較差的是苦草。當(dāng)然這只是沉水植物修復(fù)性能的一點(diǎn)，大量

的沉水植物修復(fù)性能和特性有待于水體修復(fù)者進(jìn)一步研究和摸索。沉水植物的研

究技術(shù)和領(lǐng)域?yàn)榻鉀Q湖泊水庫的富營養(yǎng)化問題奠定了基礎(chǔ)，當(dāng)然這些方法的大面

積推廣和應(yīng)用有尚需進(jìn)一步的研究，總之，該技術(shù)在湖泊水庫的修復(fù)中具有廣闊

的前景。

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