水生植物在湖泊富营养化生态修复中的应用

2021-04-03沈晓强林瑞峰郭珊珊沙洪利

地下水 2021年3期

田炜，沈晓强，林瑞峰，郭珊珊，沙洪利

(北京市北运河管理处，北京 101100)

随着社会经济的不断进步，现代城市逐渐加快了发展步伐，加深了城市居民对美好生活的向往，生态环境优化逐渐进入人们的视野。湖泊水体作为美丽城市的重要组成部分，还可调节区域气候，因此优化城市湖泊水环境是城市环境管理的重要内容。湖泊与人们的生活息息相关，具有维护城市多样性、减少噪音、补充地下水等作用，水生植物是湖泊水体生态系统的重要组成部分，具有良好的观赏价值[1]。但由于地域气候的差异性及不同水生植物自身生长特性与修复能力，不同水生植物在湖泊富营养化生态修复中的净化能力存在差异性。因此需合理选择水生植物，维持湖泊生态环境的稳定性至关重要。

1 水生植物概述

水生植物是指生长在淡水中的植物，具有食用、药用、观赏、饲用、加工、绿肥等作用。主要可以分为水生维管束植物、水生藻类以及高等藻类三种[2]。目前富营养化生态修复中主要应用水生维管束植物，根据其生活习性可分为以下四个种类：

1.1 沉水植物

完全在水面下生长，植根于底泥或在水中漂浮，如金鱼藻、狐尾藻等；

1.2 漂浮植物

漂浮在水面上，具有特殊的生物结构，如浮萍、凤眼莲等；

1.3 浮叶植物

根、根茎在水体底泥中生长，植物叶片浮于水面，如睡莲、荇菜等；

1.4 挺水植物

根、根茎在水体底泥中生长，茎、叶在挺出水面以上，常见的有芦苇、慈姑等。我国水生植物种植历史已经超过数千年，古人对于水生植物最早的认识是作为食材，随着后期生态治理观念的提出，水生植物在富营养化湖泊水体的生态修复中逐渐起到了重要的作用[3]。

2 水生植物的作用

2.1 优化水体环境

水生植物在湖泊中能够起到维持生态环境稳定的作用。一个环境良好的湖泊水体，具有生态多样性稳定的特点，因此能够维持正常的生态平衡。种植水生植物可减小风速对水面波动的影响，从而降低水流速度，为水生动物提供良好的活动空间，降低水体扰动；同时可避免悬浮物沉积，预防底层沉积物重新悬浮[4]。底层生长密集的根系可预防冲蚀缝隙的出现，并提高沉积物微团聚体的稳定性。此外，水生植物覆盖在水底表面，可提高底泥的稳定性，减少微颗粒悬浮，增强水体的透明性。

2.2 优化底泥环境

水生植物作为生产者，可通过光合作用产生氧气，一方面将氧气传送至植物本身根部，维持自身生命活动，同时也可以向周围释放氧气，在底泥中形成良好的微环境，加速局部范围内生物的生长和繁殖，还可加速有机物的分解，促进水生动物生长。水生植物根系的生长可促进好氧细菌的生长繁殖，形成底泥微生物群落，分解水体中污染物质[5]。此外，水生植物死亡后根、茎腐烂形成的缝隙与渠道，可提高土壤的水力传导性。

2.3 优化生物环境

种植水生植物可改善水质、提高水体生物多样性，对于水生态系统具有重要的影响。一方面，水生植物可为水体中其他生物(水生动物、微生物)提供可附着与栖息的场所；另一方面，水生植物根系分泌物可为微生物生命活动提供重要的物质来源。寄居在水生植物体上的藻类、细菌以及水生动物等，可通过新陈代谢加速有机物以及悬浮物的降解。此外，水生植物的根系可促进微生物的生长与繁殖，加速污染物降解速度，提高水体自净能力，优化生态结构，加速富营养化状态的改善。水生植物还可通过与藻类竞争光照及营养物质从而抑制其他有毒藻类生长，水生植物的体态明显大于藻类，且生长周期长，吸收能力强，能够遮

挡光线，从而影响藻类光合作用抑制其生长。此外，水生植物生长过程中产生的代谢产物或分泌物可在一定程度上抑制藻类生长，如类固醇、萜类化合物等。

2.4 吸收营养物质

水生植物的生长速度与营养状况有密切的相关性，营养状况越好的环境中生长速度越快，且在收割之后可将营养物质带出水生态环境。有研究指出，水生植物能够有效吸收水体中有机氮、有机磷等有机物质。因此利用水生植物净化水体能够有效降低水体中的氮磷水平，抑制水体富营养化进程，如有学者利用凤眼莲净化生活污水排放引起的富营养化池塘，在1个月后发现植物组织的氮磷含量升高，而水体中的氮磷含量下降。此外，水生植物还可去除水体中的重金属，如浮萍对于金属铅有着较高的吸附性。

综上可知，合理的种植水生植物对控制水体污染，修复受污染水体具有明显的积极作用。

3 水生植物在湖泊富营养化生态修复中的

应用

3.1 控制面源污染

降雨径流的形成，使污染物在降水的冲刷作用下随着径流及泥沙的迁移进入水体，形成面源污染。随着近些年来我国社会对生态环境保护关注度的提升，生态环境治理力度也不断加强。目前利用水生植物控制水体面源污染的主要措施主要为：

3.1.1 人工湿地

人工湿地技术是目前解决湖泊富营养化的重要技术。主要是利用挺水植物来制作人工湿地，此类植物的根系能够为厌氧微生物提供良好的生长环境，同时根部能够提高底泥的水力传导性，提高水体的净化能力，并且配合其他水生植物进一步优化水体生物结构。

3.1.2 湖滨带净化系统

湖滨带是指水域与陆地的过渡地带，主要通过人工恢复或建设自然湿地的方式改善生态环境，可在底泥中施加各种酶促填料与吸附填料，从而加速水生植物的生长，形成天然的污水净化系统，并具有一定的观赏价值。

3.2 控制点源污染

目前我国湖泊水体富营养化主要由于生产、生活及工业废水的排放，排污口高浓度的污染物质导致水体中营养物质过剩，从而造成有毒藻类大量繁殖。因此控制水体点源污染是解决湖泊富营养化的重要措施。氧化塘作为普遍应用的污水处理技术，具有操作简单、经济实惠等优点，但由于其占地面积大，且清除效率不理想，故选用生物塘进一步提高污染清除率。生物塘是指利用氧化塘与水生植物相结合的一种技术，具有更高的净化效率。有学者将浮萍塘与氧化塘串联，并发现SS以及BOD清除率明显提高，从而发挥较好的清除优势，进一步提高净化效率。

3.3 生物浮岛技术

生物浮岛技术主要利用人工浮体将一些耐污能力强且具有观赏价值的水生植物种植在人工浮体上，然后将人工浮体相连接，从种植到收割都具有较高的收割性。生物浮岛主要是利用生物治理的原则，将部分陆地种植的花卉移植到富营养化水体表面，通过植物吸收，降低水体中的有机物，从而净化水质，目前北京、武汉等地方已经开始采用该技术来净化水体。

4 展望

虽然目前一部分水生植物的生物习性及作用仍不明确、不同水生植物二次污染机制及控制方法的研究相对较少、人为操作下水生植物群落变化规律尚未明确，但利用水生植物净化湖泊富营养化水体具有成本低、经济效益高以及可回收利用的优势，具有较好的应用前景。因此在利用水生植物修复富营养化湖泊时，需要在原水质进行综合分析的前提下，选取合适的植物，避免外来植物入侵，同时确保生物多样性。