利用水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體研究

趙兵

摘要：我國(guó)的水資源現(xiàn)狀是，水資源總量居世界第六位，但人均水資源量嚴(yán)重短缺。在淡水資源嚴(yán)重短缺的背景下，環(huán)境退化已經(jīng)成為國(guó)家不穩(wěn)定的重要起因之一。在嚴(yán)峻的水資源現(xiàn)狀條件下，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題已經(jīng)成為突出的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，它所導(dǎo)致的藻類水華爆發(fā)給我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境安全帶來了巨大影響。利用水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)水體的相關(guān)研究很多，總結(jié)相關(guān)的研究成果以期對(duì)環(huán)境管理提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：水生植物；水體富營(yíng)養(yǎng)化；系統(tǒng)修復(fù)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—3198（2014）16—0186—02

2007年，中國(guó)197個(gè)河流監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示；其中過半的河流受到硝酸銨、高錳酸和石油的嚴(yán)重污染。超過60%的中國(guó)大型湖泊，其無機(jī)礦物元素濃度過高導(dǎo)致植物體大量繁殖（特別是藻類），水體溶解氧減少進(jìn)而使得湖泊眾多魚類和其它有機(jī)體大量死亡。在我國(guó)嚴(yán)峻的水資源現(xiàn)狀條件下，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題已經(jīng)成為突出的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，它所導(dǎo)致的藻類水華爆發(fā)給我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境安全帶來了巨大影響。伴隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)于維持淡水生態(tài)系統(tǒng)的平衡有重要意義的沉水植被迅速退化。原有的生態(tài)系統(tǒng)平衡被打破，引發(fā)了各種環(huán)境問題。例如：2007年，太湖、巢湖和滇池發(fā)生大片水華導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐用耧嬎踩艿接绊憽?/p>

富營(yíng)養(yǎng)化引起水生生態(tài)系統(tǒng)失衡的機(jī)理是：富營(yíng)養(yǎng)化的體中氮磷含量較高，高水平的NP因子與光照、水溫等環(huán)境因素綜合作用在一定條件下會(huì)引發(fā)水華暴發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致水體溶解氧大量消耗，水體透明度下降，有些藻類還會(huì)產(chǎn)生影響其它水生生物的生長(zhǎng)和繁殖的有毒物質(zhì)，破壞生境的平衡引起水質(zhì)惡化。N、P的升高使得湖泊的類型有草型轉(zhuǎn)變?yōu)樵逍?，而藻型湖泊由于其N、P的循環(huán)速度極快會(huì)打破原生態(tài)系統(tǒng)的平衡引起水生環(huán)境的退化。

水生環(huán)境退化的重要表現(xiàn)就是，其水生植被的退化。水生高等植物在湖泊系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)中有重要的生態(tài)功能，水生植物的消退與過量生長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。有研究者認(rèn)為良性的湖泊生態(tài)系統(tǒng)要求：水生植物的生物量要大于1000g/m2，覆蓋度要大于30%。同時(shí)不同類型水生植物間的合適比例對(duì)于維持水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定也有重要意義。

總而言之，我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化問題嚴(yán)重，由其所引發(fā)的各種環(huán)境社會(huì)問題已經(jīng)引起人們的關(guān)注。同時(shí)，水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水生植物的生長(zhǎng)而言是災(zāi)難性的，它導(dǎo)致大面積水域的水生植被退化，特別是沉水植被。

1富營(yíng)養(yǎng)化水體N、P含量對(duì)沉水植被恢復(fù)影響研究進(jìn)展

我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化問題嚴(yán)重，同時(shí)由其所引發(fā)的各種環(huán)境社會(huì)問題已經(jīng)引起人們的關(guān)注。水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水生植物的生長(zhǎng)而言是災(zāi)難性的，它導(dǎo)致大面積水域的水生植被退化，特別是沉水植被。對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體對(duì)沉水植物重建的研究主要集中在：沉水植物與富營(yíng)養(yǎng)化水體中N的關(guān)系、沉水植物與富營(yíng)養(yǎng)水體中P的關(guān)系和利用沉水植被修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)水體技術(shù)等方面。

1.1水生植物對(duì)水體中N的關(guān)系

富營(yíng)養(yǎng)水體中的氮形態(tài)包括：硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮和有機(jī)氮等。不同的物種對(duì)不同形態(tài)的氮有不同的響應(yīng)?？傮w而言，在較低濃度范圍內(nèi)，氮鹽的增加可以促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)。但當(dāng)濃度過高時(shí)則會(huì)對(duì)水生植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用甚至導(dǎo)致其死亡。即對(duì)于每個(gè)物種而言都有促進(jìn)其生長(zhǎng)的合適的N鹽濃度范圍。相關(guān)的研究進(jìn)展如下：

葉春等使用NH4NO3作為氮源，對(duì)馬萊眼子菜、苦草和黑藻進(jìn)行了45天的水培實(shí)驗(yàn)，研究不同總氮濃度對(duì)三種沉水植物生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)以NH4NO3作為氮源時(shí)，在2-16mg/L濃度范圍內(nèi)，三種沉水植物的生物量均顯著增加且馬來眼子菜生物量增量最大，苦草次之，黑藻最小。同時(shí)三種植物的株高和鮮重與總氮濃度正相關(guān)，而根長(zhǎng)則表現(xiàn)出相反的規(guī)律。

金相燦等通過狐尾藻和黑藻研究水體氮的濃度和形態(tài)對(duì)沉水植物的光合特征影響，發(fā)現(xiàn)黑藻在總氮低于4mg/L、狐尾藻在總氮低于3mg/L時(shí)，其各個(gè)光合特征指標(biāo)隨總氮濃度的增加而增大，即在此范圍內(nèi)總氮的增加有利于植物體光合作用的進(jìn)行。如果總氮含量超出這個(gè)范圍會(huì)對(duì)著兩種沉水植物的光合作用產(chǎn)生抑制。結(jié)合我國(guó)的湖泊氮濃度水平，研究者認(rèn)為大部分湖泊中的氮素不會(huì)對(duì)這兩種沉水植物的光合作用產(chǎn)生直接危害，但由于水生植物對(duì)于氮形態(tài)的喜好不同，所以在富營(yíng)養(yǎng)水體修復(fù)過程中，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)條件選擇合適的先鋒物種。

水體中的氮鹽含量對(duì)水生植物的生長(zhǎng)有影響，同時(shí)水生植物對(duì)水體氮鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)換亦會(huì)發(fā)生影響。王圣瑞等在室內(nèi)模擬條件下研究沉水植物黑藻對(duì)水-沉積物界面的氮形態(tài)影響發(fā)現(xiàn)：水體中氮不同形態(tài)含量的順序?yàn)椋河袡C(jī)氮>氨氮>硝態(tài)氮，其中氨氮為主要的可交換態(tài)無機(jī)氮。沉水植物黑藻并沒有該變這種形態(tài)格局，但降低了硝態(tài)氮和氨氮的擴(kuò)散通量。

1.2水生植物對(duì)水體中P的關(guān)系

水體中適量的磷鹽可以促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)，但磷含量過高會(huì)使藻類過度繁殖進(jìn)而引起水質(zhì)條件的惡化，影響水生植物特別是沉水植物的生長(zhǎng)。磷是影響水體中藻類生長(zhǎng)的重要生長(zhǎng)因子，按其來源可分為外源性磷和內(nèi)源性磷。在富營(yíng)養(yǎng)湖泊修復(fù)過程中，當(dāng)控制好外源性磷之后，內(nèi)源性磷的治理就成為治理的重點(diǎn)。而內(nèi)源性磷主要集中在富營(yíng)養(yǎng)的底泥中，對(duì)于底泥磷釋放的研究對(duì)湖泊修復(fù)就顯得尤為有指導(dǎo)意義。

關(guān)于水體中磷鹽含量與沉水植物生長(zhǎng)之間關(guān)系的較多，研究結(jié)果顯示外源性磷增加會(huì)使得磷在上覆水和底質(zhì)的分配比例趨于平衡，同時(shí)外源性磷形態(tài)決定平衡點(diǎn)。同時(shí)沉水植物對(duì)磷在底質(zhì)和上覆水中的分配有重要影響，而底質(zhì)的吸附作用則對(duì)磷分配影響相對(duì)較小。

底泥中磷的釋放設(shè)計(jì)物理、化學(xué)、生物等多方面的相互作用，是一個(gè)復(fù)雜的過程。姜敬龍等分析認(rèn)為：溶解氧、溫度、PH值、擾動(dòng)是主要的物理環(huán)境影響因子。而沉水植物則是影響底泥磷釋放的一個(gè)重要的生物因子。胡俊等研究苦草和狐尾藻對(duì)沉積物中不同磷形態(tài)間轉(zhuǎn)化的影響發(fā)現(xiàn)：沉水植物能夠有效降低沉積物中的磷含量，但對(duì)其形態(tài)并不產(chǎn)生影響。吳振斌等在武漢東湖的大型圍隔系統(tǒng)中研究沉水植被對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平的影響，經(jīng)過一年的實(shí)驗(yàn)周期發(fā)現(xiàn)：沉水植物苦草、菹草、狐尾藻重建后水體的氮磷含量水平明顯降低，并認(rèn)為恢復(fù)水生植被，特別是沉水植被可以有效降低營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)速度進(jìn)而抑制浮游植物的過度生長(zhǎng)。

2利用沉水植被修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)水體技術(shù)問題

關(guān)于沉水植物修復(fù)技術(shù)的研究涉及的問題較多例如：水體營(yíng)養(yǎng)鹽最優(yōu)氮磷比的確定、沉水植被修復(fù)植物收獲問題以及修復(fù)先鋒物種的選擇和不同水生植物的搭配問題。文明章等研究富營(yíng)養(yǎng)水體中不同的氮磷比對(duì)苦草生長(zhǎng)的影響發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水體營(yíng)養(yǎng)濃度不對(duì)苦草產(chǎn)生脅迫時(shí)，較12.5：1和50：1，TN/TP為25：1時(shí)，苦草的生物量增長(zhǎng)速度最快，生長(zhǎng)狀態(tài)最好。

湖泊底質(zhì)積累的磷通常遠(yuǎn)大于水體在的磷含量，有些湖泊中底質(zhì)中的磷含量含量可以高達(dá)水體中的100倍，所以即使切斷了外源性的磷，內(nèi)源性的磷釋放控制任務(wù)依然艱巨。陳春花分析武漢東湖底子磷釋放，認(rèn)為東湖底泥磷釋放對(duì)水體磷水平的貢獻(xiàn)達(dá)25%，并預(yù)測(cè)在無外源性磷輸入情況下，東湖的內(nèi)源磷釋放會(huì)使得水體在近20年內(nèi)保持高的磷含量水平。

對(duì)于特定的環(huán)境，不同的種修復(fù)效果存在差異。高鏡清、熊治廷、張維昊等，研究包括金魚藻、伊樂藻、菹草、湖尾藻和苦草的六種沉水植物對(duì)武漢東湖重度富營(yíng)養(yǎng)化水體磷的去除效果發(fā)現(xiàn)：五種沉水植物均能較好吸收上覆水中的磷，抑制底泥中磷的釋放保證水體磷濃度處于低含量水平。

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