沉水植物對水體凈化的進(jìn)展分析

李飛亞

摘要：沉水植物對水生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的水體凈化與修復(fù)的功能，也是水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展程度的重要標(biāo)志，保證水體的良性循環(huán)，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出多樣性，優(yōu)化水體的自凈能力。本文從沉水植物對水體的凈化機(jī)理入手，深入分析沉水植物對水體凈化產(chǎn)生的影響，以實(shí)際情況為主明確其對水體凈化的效果，以供參考。

關(guān)鍵詞：沉水植物;水體凈化;影響因素

引言

在上世紀(jì)八十年代，沉水植物逐漸被應(yīng)用在水體治理與生態(tài)修復(fù)中，充分發(fā)揮出其功能性，凈化水體水質(zhì)，優(yōu)化水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與其他類型的技術(shù)相比，沉水植物對水體凈化更具有優(yōu)勢，成本相對較低，治理方式較為簡單，整體安全性高，并兼具一定的水體觀賞價(jià)值。

一、沉水植物對水體凈化的機(jī)理分析

在富營養(yǎng)化水體中，水體的生物多樣性較高，水體透明度也較高，相對的藻類等浮游植物較少，溶解氧含量高，由此可見沉水植物在富營養(yǎng)化的水體中具有良好的重建與恢復(fù)作用，促使生態(tài)環(huán)境得到改善。沉水植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，自身對水生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定具有良好的促進(jìn)性，優(yōu)化物種的多樣性，促使階段的水體體質(zhì)得到凈化，以達(dá)到改善的目的。在凈化過程中，沉水植物以自身的根、莖、葉為基礎(chǔ)吸收與吸附水體中存在的懸浮顆粒與可溶性物質(zhì)，達(dá)到除去水體中存在的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)[1]。在發(fā)展過程中，為滿足現(xiàn)階段的水體多變環(huán)境，沉水植物也不斷進(jìn)化，促使自身的根莖葉表皮細(xì)胞排列呈現(xiàn)出緊密性，以避免自身的同化功能降低，保證水體得到凈化，具有較強(qiáng)的耐污性。

沉水植物與水體的接觸面較大，利用這一優(yōu)勢形成天然的過濾層，靈活利用莖葉表面具備的離子交換、吸附以及絡(luò)合的能力，將有機(jī)的懸浮物沉降，同時(shí)還能避免水體中已經(jīng)沉降的營養(yǎng)物質(zhì)與泥中的物質(zhì)出現(xiàn)再度懸浮情況，加快懸浮性顆粒的沉降速度，降低底泥沉積物的再懸浮速度，以發(fā)揮出自身的作用[2]。沉水植物在生長過程中，利用自身的能力開展光合作用，將產(chǎn)生的溶解氧傳輸至根系，促使根系周圍的氧化還原電位發(fā)生變化，促使根系周圍形成溶解氧的復(fù)雜環(huán)境，為多種微生物的成長創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的環(huán)境條件。沉水植物的根系會(huì)產(chǎn)生一定的酶分泌物，進(jìn)而形成大量的微生物基質(zhì)，營造優(yōu)質(zhì)的生長環(huán)境促使其成為生物膜，提升微生物的分解代謝水平，以滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求。據(jù)相關(guān)的研究顯示，沉水植物的生長環(huán)境中，原有的底泥中鐵離子（Fe2+）被根際氧化為三價(jià)鐵離子（Fe3+），在該環(huán)境中與磷酸鹽形成鐵磷絡(luò)合物，促使底泥中存在的磷酸鹽的釋放得到抑制[3]。

二、沉水植物對水體凈化的影響因素

（一）沉水植物的種類因素

沉水植物的種類不同導(dǎo)致自身的生活習(xí)性存在明顯的不同，進(jìn)而對水體中營養(yǎng)鹽的需求不同，進(jìn)而對水體中存在的氮磷去除率產(chǎn)生明顯的區(qū)別，例如不同的沉水植物對水體中TP與TN的除去方式存在明顯的不同，常見的去除方式主要有三種：第一種，靈活利用植物自身的功能通過葉片或者根莖對磷酸鹽進(jìn)行吸收，合成為磷脂、核酸、蛋白質(zhì)等達(dá)到去除目的，如黑藻與金魚藻。第二種，靈活利用莖葉吸附水體中存在的懸浮物，通過根莖葉分泌出一種物質(zhì)促使其加速沉降速度，達(dá)到凈化的目的，如篦齒眼子菜和馬來眼子菜[4]。第三類為通過改變泥底的氧化還原狀態(tài)抑制其存在的營養(yǎng)鹽釋放，以達(dá)到最終的目的。

（二）沉水植物的種植方式

實(shí)際上不同種植方式的沉水植物對水體凈化產(chǎn)生的影響存在明顯的差異性，例如對于菹草選擇就沉栽法進(jìn)行種植成活率約為80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于播種法，對黑藻與苦草來說選擇扦插法的成活率約為90%與78%，合理的種植方式有助于促使現(xiàn)階段的水體凈化效果提升，以達(dá)到水體凈化的目的[5]。與此同時(shí)，沉水植物的栽種品種與栽種密度也對當(dāng)前的沉水植物生長與水體的凈化效果產(chǎn)生影響，當(dāng)密度較低時(shí)，雖然其植物生長空間較大，但其群落的發(fā)展速度較慢，而如果密度較大，則造成現(xiàn)階段的植物交錯(cuò)，影響生態(tài)位，資源競爭較大，生長受到抑制，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對其種植方式產(chǎn)生控制，保證其密度合理。

（三）底質(zhì)條件因素

水體中的沉積物為沉水植物提供了良好的供固著點(diǎn)，同時(shí)也為其提供優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)物質(zhì)與微量元素，保證其健康生長。沉水植物的生長情況直接影響自身對水體的凈化效果，如沉水植物所需要的氮與磷物質(zhì)均從沉積物中吸收，因此豐富的營養(yǎng)鹽底泥條件有助于植物生長，但不同的植物對其需求不同，需要根據(jù)實(shí)際情況明確其環(huán)境而選擇植物。如馬來眼子菜與苦草在營養(yǎng)較低的沉積物種可以良好的生長，而黑藻則可以在高營養(yǎng)環(huán)境中生長，但如果銨鹽過多則可能對黑藻產(chǎn)生影響，限制生長[6]。

（四）水體環(huán)境條件

水體環(huán)境條件包含的內(nèi)容較多，如溫度條件、營養(yǎng)鹽條件、光照條件、透明度條件、pH值條件等，均對沉水植物的生長產(chǎn)生影響，進(jìn)而沉水植物的凈化效果產(chǎn)生影響。對于沉水植物來說，在生長過程中，可以吸收大量的營養(yǎng)物質(zhì)，但如果氮磷濃度過高，也可能對植物的生長產(chǎn)生影響，甚至嚴(yán)重時(shí)造成沉水植物死亡，再次產(chǎn)生污染。當(dāng)?shù)缀窟^高時(shí)，藻類會(huì)大量的生長，降低透明度，惡化水下光環(huán)境，降低植物的生長速度。溫度是植物生長的必要條件，影響自身的生活理性，如過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）的活性受到直接的影響，最終影響光合作用[7]。

三、沉水植物對水體凈化的效果分析

（一）可以合理的穩(wěn)定水生態(tài)系統(tǒng)

沉水植物是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在生長過程中直接或者間接的為水生態(tài)系統(tǒng)中其他物種提供良好的養(yǎng)分或者食物，營造優(yōu)質(zhì)的水生態(tài)環(huán)境，例如沉水植物是魚類、底棲動(dòng)物等水生動(dòng)物的主要食物來源，以保證物種的種類多樣化。沉水植物還可以為魚類、蝦類、螺類等水生生物提供良好的躲避天敵的場所，進(jìn)行產(chǎn)卵或?qū)で蟊幼o(hù)。由此可知，沉水植物可以為現(xiàn)階段的水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供促進(jìn)作用，保證物種的多樣性，降低外界環(huán)境對水體產(chǎn)生的干擾。當(dāng)沉水植物的生長環(huán)境被破壞或者植物消亡時(shí)，可能對其他生物與植物的生長產(chǎn)生影響，破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性，縮短食物鏈，將原有的穩(wěn)定“水草型”水體變?yōu)榇嗳醯摹霸逍汀彼w，凸顯出沉水植物的重要性[8]。

（二）促使水體中的富營養(yǎng)化因子降低

現(xiàn)階段，水體中存在的富營養(yǎng)化因子主要為氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，靈活運(yùn)用沉水植物可以促使其富營養(yǎng)化因素減少，直接吸收與轉(zhuǎn)化，將水體與底泥中的氨氮、可溶性磷酸鹽、硝態(tài)氮等吸收，轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)或者其他物質(zhì)。沉水植物的存在還可以促使水體中氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和總氮（TN）等降解，但該過程需要與微生物協(xié)同合作，以達(dá)到最終的目的。例如在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)黑藻、金魚藻、馬來眼子菜等植物對水體中的氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和總氮（TN）具有較強(qiáng)的去除效果，其除去效率可達(dá)70%，并且在植物生長過程中，沉水植物還可以有效的利用富集作用降低水體中有機(jī)物濃度與重金屬濃度，以提升水體的整體質(zhì)量，而菹草則對底泥中存在的 Cu、Pb、Zn、As等具有較強(qiáng)的吸收效果與富集作用，凈化水體。

（三）促使水體的透明度提升

通過研究發(fā)現(xiàn)沉水植物可以有效的提升水體的透明度，以保證水體的質(zhì)量提升，例如利用沉水植物自身的優(yōu)勢促使有機(jī)物分子降低，將有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，進(jìn)而可以被水體中的浮游動(dòng)物、水生生物或者其他植物吸收，以此來降低水體中存在的懸浮性物質(zhì)，或者選擇直接與間接的吸附吸收方式達(dá)到凈化的目的。沉水植物對于水體的底泥還具有良好的固定作用，有效的促使其穩(wěn)定性提升，避免出現(xiàn)再次懸浮的情況，同時(shí)莖葉還可以有效的降低水體的流速，避免由于水體流速太快造成水體波動(dòng)產(chǎn)生底泥再次出現(xiàn)再次懸浮情況，滿足當(dāng)前的發(fā)展需求。沉水植物的存在還可以為浮游生物提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)繁殖場所，利用浮游生物的吞食降低懸浮，凈化水體，部分學(xué)者在研究過程中發(fā)現(xiàn)沉水植物可以從根本上降低水體的懸浮物（SS），保證水體的透明度在合理的范圍標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，優(yōu)化水體生態(tài)環(huán)境[9]。

（四）有效的抑制藻類生長

實(shí)際上，藻類與沉水植物均是水體中的初級生產(chǎn)者，但二者也存在明顯的不同，沉水植物自身的體型較大，生長周期較長，具有明顯的競爭優(yōu)勢，進(jìn)而對藻類的生長產(chǎn)生明顯的抑制性，同時(shí)自身為浮游生物提供良好的棲息場所，加速浮游生物的生長速度，增大其對藻類的攝取量，降低藻類的數(shù)量。通過生長空間、營養(yǎng)物質(zhì)的需求競爭也產(chǎn)生明顯的抑制性。在沉水植物的生長過程中，沉水植物自身分泌出一種化感物質(zhì)，常見焦性沒食子酸（PA）、兒茶酸（CA），2- 甲基乙酰乙酸乙酯（EMA）等，該類物質(zhì)對藻類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的破壞作用，同時(shí)還可以影響藻類的光合作用、蛋白質(zhì)合成以及呼吸作用等，最終抑制藻類的生長，達(dá)到凈化水體的目的。例如部分學(xué)者在研究過程中發(fā)現(xiàn)穗花狐尾藻分泌的多酚類物質(zhì)對銅綠微囊藻的光合作用產(chǎn)生直接的影響，其主要是限制電子的傳遞，造成藻類的生長受到限制。

結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，人們對自然環(huán)境的保護(hù)力度加大，促使水體的凈化成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題。沉水植物自身的凈化優(yōu)勢促使其被廣泛的應(yīng)用在水體的修復(fù)與凈化中，合理對水體的富營養(yǎng)化進(jìn)程控制，豐富水體中的生物種類，抑制藻類的生長，吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)的氮磷含量，優(yōu)化水體環(huán)境，但在應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況明確沉水植物的種類與特性，進(jìn)而保證充分發(fā)揮出自身的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]趙賀芳.挺水與沉水植物對景觀水體凈化的研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，34（06）：104-107.

[2]曹欠欠，于魯冀，呂翠美.四種沉水植物對城市污染水體的凈化效果研究[J].人民黃河，2018，39（05）：76-80.

[3]趙建成，楊揚(yáng)，鐘勝強(qiáng).沉水植物水槽對農(nóng)村水體凈化效果與機(jī)制的模擬[J].湖泊科學(xué)，2018，28（06）：1274-1282.

[4]鄭小燕，.以沉水植物主導(dǎo)的水質(zhì)凈化技術(shù)在城市景觀水體治理中的應(yīng)用案例分析——以揚(yáng)州豪第坊社區(qū)景觀為例[J].凈水技術(shù)，2018，35（S1）：60-65+77.

[5]雷婷文，魏小飛，戴耀良.6種常見沉水植物對水體的凈化作用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，43（36）：160-161+196.

[6]常素云，吳濤，趙靜靜.不同沉水植物組配對北大港水庫水體凈化效果的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2018，10（01）：439-444.

[7]李雪娟，和樹莊，常學(xué)秀.螺蚌和沉水植物搭配對微污染水體的凈化作用[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2018，10（01）：95-102.

[8]張萌，李雄清，李中強(qiáng).兩種多裂葉型沉水植物組合凈化富營養(yǎng)水體氮磷的對比實(shí)驗(yàn)研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2019，24（S1）：182-190.

[9]范云鵬. 用于藻華抑制及水質(zhì)凈化的水生植被系統(tǒng)構(gòu)建及效能機(jī)制研究[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（02）：95-97.