沉水植物對湖泊水體的凈化效果研究

馮 智，胡勝華，劉漢民，萬貝海，吳中奎

（武漢航發瑞華生態科技有限公司，湖北 武漢 438400）

東湖是武漢市的重要水源地、水產養殖基地、知名生態旅游風景區，是武漢城市名片的重要組成部分[1]。由于城市的發展建設、污水的排放等原因導致水質惡化，水體富營養化嚴重，水體總磷指數超標[2]。沉水植物是指植物體全部位于水層以下的根部固著與底泥的高等水生植物，是水生態系統中的初級生產者，能通過固定底泥、吸收有害物質、吸附及過濾污染物等物理化學作用，降低水體懸浮物的濃度，提高水體透明度，在改善湖泊富營養化及水生態環境中起著重要作用[3]。國內目前關于沉水植物對水體富營養化修復的研究大多集中在水體水質改善情況，對水體及底泥的修復研究較少[4]。本文在東湖子湖郭鄭鵝咀湖建立生態示范研究區，種植金魚藻、穗花狐尾藻、苦草、黑藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、菹草等沉水植物，研究沉水植物在研究區內對水質及底泥的改善情況，為改善東湖水質和水生態環境提供參考。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區域

郭鄭湖是武漢東湖最大的子湖，水域面積12.8 km2。郭鄭湖鵝咀水生態示范研究區建設地點位于東湖子湖郭鄭湖，示范區常水位水深1.2～2.8 m，透明度0.4～0.8 m，大部分區域為0.5 m 左右。底質大部分為硬質砂石底質和高污染浮軟底質為主。

1.2 研究方法

此次研究運用沉水植物種植、日常維護及跟蹤檢測的方式，對既定區域進行水生態修復實驗研究，共A、B、C、D 四個區塊將其中A/B、B/C 之間采用不透水圍隔，增強各分區獨立性，減少干擾，D 區域作為空白對照區域，采取透水圍網形式。具體劃分如圖1 所示。

圖1 研究區域劃分

通過對長江中下游流域及相關資料的查閱，選取適宜水生態修復的沉水植物：金魚藻、穗花狐尾藻、苦草、黑藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜、菹草等，具體種植面積及區域詳見表1。

表1 沉水植物種植情況

研究區的維護管理主要是打撈漂浮植物殘體；觀測透明度變化情況，觀察植物生長情況。對處于生長旺盛期的植物，根據各個區域的植物生長情況進行一定程度的收割。此外對水質狀況、底質、沉水植物進行監測。

2 沉水植物改善水質和底泥效果分析

2.1 溶解氧

水體中溶解氧含量是衡量水體自凈能力的一個重要指標，適度提高水體中溶解氧的含量，有助于降低水體中的有機物和氮磷的含量。沉水植物可以通過光合作用放出氧氣，增加水中溶解氧含量，一定程度上增加水體的含氧量，對水質的提升和改善有一定作用。根據水體溶解氧監測結果（圖2）可知，C、D 區溶解氧質量濃度基本可長期穩定在12 mg/L 左右，A 區溶解氧質量濃度基本穩定在11.5 mg/L 左右；B 區溶解氧質量濃度基本穩定在10～11 mg/L。各區溶解氧質量濃度遠大于地表水溶解氧I 類指標7.5 mg/L。

圖2 各區溶解氧變化趨勢

2.2 水質狀況

沉水植物根系發達，與水體接觸面積大，能減緩水流流速促進顆粒物的沉降，其形成密集的過濾層能吸附水里面的化學需氧量以及氨氮、總磷等污染物，達到水體凈化和水生態修復的目的。

對水質狀況進行采樣監測分析，其結果如表2 所示。A 區各指標檢測值與圍隔外檢測值變化趨勢基本一致，部分指標略好于圍隔外。表面植物生長對水質有改善作用，但圍隔不能完全隔離內外水體，隨著水位的升降，圍隔內外存在水體交換，同時種植面積較小，凈化能力在較高的水體交換頻次下，對水質改善作用有限。B、C 區與A 區類似，各指標檢測值與圍隔外檢測值變化趨勢基本一致，部分指標略好于圍隔外。植物凈化能力在較高的水體交換頻次下，對水質改善作用有限。D 區與外界連通，檢測結果顯示，除BOD5外，剩下各指標檢測值與圍隔外檢測值基本一致。

表2 各分區歷次水質監測指標平均值

整體而言，植物種植后，A、B、C 區的水質指標穩步提升，要略好于D 區和圍隔外，說明在圍隔區域內有水體交換的條件下，仍可觀察到沉水植物對水體的改善作用。

2.3 底泥

A、B、C、D 四個區域各分區歷次底泥監測指標平均值見表3。A 區底泥有機質、全氮高于全湖平均值，總磷與全湖平均值相近。B 區底泥有機質、全氮、總磷均高于全湖平均值。C 區底泥有機質全氮高于全湖平均值，底泥總磷與全湖平均值相近。D 區底泥有機質、全氮高于全湖平均值，總磷與全湖平均值近。

表3 各分區歷次底泥監測指標平均值

研究區范圍內底泥各監測指標差異性較小，為同一類型底泥。對比東湖全湖底泥的平均值，研究區為高氮、高有機質區域。另外，由于植物生長周期較短，在兩次采樣的底底質中，5 個點位TN、TP 的值均下降了20%以上，沉水植物生長的N、P 均來自于湖體，一定程度上對底泥的改善作用也有影響。

3 結果與討論

沉水植物的生長對水質有一定的改善作用，種植了沉水植物的圍隔區內的水體透明度明顯改善，并穩步提高至120 cm 左右；各區內溶解氧的質量濃度在10～12 mg/L，遠大于地表水溶解氧Ⅰ類指標7.5 mg/L。葉綠素a、COD、BOD5、氨氮、總氮、總磷等監測濃度指標均低于圍隔，表明沉水植物對水質有一定的凈化作用。研究區內監測的5 個點位的TN、TP 的值均下降了20%以上，表面沉水植物在一定程度上對底泥污染改善有影響。

沉水植物對此次示范研究區的水質和底泥的影響，在一定程度上改善了東湖水質，也為其他湖泊水質改善提供了參考，實際應用效果較好。