水生植物在湖泊富營養化生態修復中的應用

田 煒，沈曉強，林瑞峰，郭珊珊，沙洪利

(北京市北運河管理處，北京 101100)

隨著社會經濟的不斷進步，現代城市逐漸加快了發展步伐，加深了城市居民對美好生活的向往，生態環境優化逐漸進入人們的視野。湖泊水體作為美麗城市的重要組成部分，還可調節區域氣候，因此優化城市湖泊水環境是城市環境管理的重要內容。湖泊與人們的生活息息相關，具有維護城市多樣性、減少噪音、補充地下水等作用，水生植物是湖泊水體生態系統的重要組成部分，具有良好的觀賞價值[1]。但由于地域氣候的差異性及不同水生植物自身生長特性與修復能力，不同水生植物在湖泊富營養化生態修復中的凈化能力存在差異性。因此需合理選擇水生植物，維持湖泊生態環境的穩定性至關重要。

1 水生植物概述

水生植物是指生長在淡水中的植物，具有食用、藥用、觀賞、飼用、加工、綠肥等作用。主要可以分為水生維管束植物、水生藻類以及高等藻類三種[2]。目前富營養化生態修復中主要應用水生維管束植物，根據其生活習性可分為以下四個種類：

1.1 沉水植物

完全在水面下生長，植根于底泥或在水中漂浮，如金魚藻、狐尾藻等；

1.2 漂浮植物

漂浮在水面上，具有特殊的生物結構，如浮萍、鳳眼蓮等；

1.3 浮葉植物

根、根莖在水體底泥中生長，植物葉片浮于水面，如睡蓮、荇菜等；

1.4 挺水植物

根、根莖在水體底泥中生長，莖、葉在挺出水面以上，常見的有蘆葦、慈姑等。我國水生植物種植歷史已經超過數千年，古人對于水生植物最早的認識是作為食材，隨著后期生態治理觀念的提出，水生植物在富營養化湖泊水體的生態修復中逐漸起到了重要的作用[3]。

2 水生植物的作用

2.1 優化水體環境

水生植物在湖泊中能夠起到維持生態環境穩定的作用。一個環境良好的湖泊水體，具有生態多樣性穩定的特點，因此能夠維持正常的生態平衡。種植水生植物可減小風速對水面波動的影響，從而降低水流速度，為水生動物提供良好的活動空間，降低水體擾動；同時可避免懸浮物沉積，預防底層沉積物重新懸浮[4]。底層生長密集的根系可預防沖蝕縫隙的出現，并提高沉積物微團聚體的穩定性。此外，水生植物覆蓋在水底表面，可提高底泥的穩定性，減少微顆粒懸浮，增強水體的透明性。

2.2 優化底泥環境

水生植物作為生產者，可通過光合作用產生氧氣，一方面將氧氣傳送至植物本身根部，維持自身生命活動，同時也可以向周圍釋放氧氣，在底泥中形成良好的微環境，加速局部范圍內生物的生長和繁殖，還可加速有機物的分解，促進水生動物生長。水生植物根系的生長可促進好氧細菌的生長繁殖，形成底泥微生物群落，分解水體中污染物質[5]。此外，水生植物死亡后根、莖腐爛形成的縫隙與渠道，可提高土壤的水力傳導性。

2.3 優化生物環境

種植水生植物可改善水質、提高水體生物多樣性，對于水生態系統具有重要的影響。一方面，水生植物可為水體中其他生物(水生動物、微生物)提供可附著與棲息的場所；另一方面，水生植物根系分泌物可為微生物生命活動提供重要的物質來源。寄居在水生植物體上的藻類、細菌以及水生動物等，可通過新陳代謝加速有機物以及懸浮物的降解。此外，水生植物的根系可促進微生物的生長與繁殖，加速污染物降解速度，提高水體自凈能力，優化生態結構，加速富營養化狀態的改善。水生植物還可通過與藻類競爭光照及營養物質從而抑制其他有毒藻類生長，水生植物的體態明顯大于藻類，且生長周期長，吸收能力強，能夠遮

擋光線，從而影響藻類光合作用抑制其生長。此外，水生植物生長過程中產生的代謝產物或分泌物可在一定程度上抑制藻類生長，如類固醇、萜類化合物等。

2.4 吸收營養物質

水生植物的生長速度與營養狀況有密切的相關性，營養狀況越好的環境中生長速度越快，且在收割之后可將營養物質帶出水生態環境。有研究指出，水生植物能夠有效吸收水體中有機氮、有機磷等有機物質。因此利用水生植物凈化水體能夠有效降低水體中的氮磷水平，抑制水體富營養化進程，如有學者利用鳳眼蓮凈化生活污水排放引起的富營養化池塘，在1個月后發現植物組織的氮磷含量升高，而水體中的氮磷含量下降。此外，水生植物還可去除水體中的重金屬，如浮萍對于金屬鉛有著較高的吸附性。

綜上可知，合理的種植水生植物對控制水體污染，修復受污染水體具有明顯的積極作用。

3 水生植物在湖泊富營養化生態修復中的

應用

3.1 控制面源污染

降雨徑流的形成，使污染物在降水的沖刷作用下隨著徑流及泥沙的遷移進入水體，形成面源污染。隨著近些年來我國社會對生態環境保護關注度的提升，生態環境治理力度也不斷加強。目前利用水生植物控制水體面源污染的主要措施主要為：

3.1.1 人工濕地

人工濕地技術是目前解決湖泊富營養化的重要技術。主要是利用挺水植物來制作人工濕地，此類植物的根系能夠為厭氧微生物提供良好的生長環境，同時根部能夠提高底泥的水力傳導性，提高水體的凈化能力，并且配合其他水生植物進一步優化水體生物結構。

3.1.2 湖濱帶凈化系統

湖濱帶是指水域與陸地的過渡地帶，主要通過人工恢復或建設自然濕地的方式改善生態環境，可在底泥中施加各種酶促填料與吸附填料，從而加速水生植物的生長，形成天然的污水凈化系統，并具有一定的觀賞價值。

3.2 控制點源污染

目前我國湖泊水體富營養化主要由于生產、生活及工業廢水的排放，排污口高濃度的污染物質導致水體中營養物質過剩，從而造成有毒藻類大量繁殖。因此控制水體點源污染是解決湖泊富營養化的重要措施。氧化塘作為普遍應用的污水處理技術，具有操作簡單、經濟實惠等優點，但由于其占地面積大，且清除效率不理想，故選用生物塘進一步提高污染清除率。生物塘是指利用氧化塘與水生植物相結合的一種技術，具有更高的凈化效率。有學者將浮萍塘與氧化塘串聯，并發現SS以及BOD清除率明顯提高，從而發揮較好的清除優勢，進一步提高凈化效率。

3.3 生物浮島技術

生物浮島技術主要利用人工浮體將一些耐污能力強且具有觀賞價值的水生植物種植在人工浮體上，然后將人工浮體相連接，從種植到收割都具有較高的收割性。生物浮島主要是利用生物治理的原則，將部分陸地種植的花卉移植到富營養化水體表面，通過植物吸收，降低水體中的有機物，從而凈化水質，目前北京、武漢等地方已經開始采用該技術來凈化水體。

4 展望

雖然目前一部分水生植物的生物習性及作用仍不明確、不同水生植物二次污染機制及控制方法的研究相對較少、人為操作下水生植物群落變化規律尚未明確，但利用水生植物凈化湖泊富營養化水體具有成本低、經濟效益高以及可回收利用的優勢，具有較好的應用前景。因此在利用水生植物修復富營養化湖泊時，需要在原水質進行綜合分析的前提下，選取合適的植物，避免外來植物入侵，同時確保生物多樣性。

5 結語

水生植物在湖泊富營養化生態修復中具有重要的作用，在明確不同水生植物在生態修復中的作用及效果的前提下，選取適宜種植的水生植物，形成水生植物群落，可提高湖泊水體富營養化的凈化效果，合理控制二次污染，避免水體污染加重，確保生態修復的經濟效益與社會效益。