琚澤文，蔚枝沁，鄧 泓，2，3**

(1：華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200241) (2：華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241) (3：華東師范大學(xué)浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，上海 200241) (4：重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)察支隊(duì)，重慶 401520)

水生植被恢復(fù)對(duì)城市景觀水體磷濃度及沉積物磷形態(tài)的影響*

琚澤文1，蔚枝沁4，鄧 泓1，2，3**

(1：華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200241) (2：華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241) (3：華東師范大學(xué)浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，上海 200241) (4：重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)察支隊(duì)，重慶 401520)

以上海市兩個(gè)水生植被恢復(fù)時(shí)間為5-10年的城市景觀水體為研究對(duì)象，通過分析水體理化性質(zhì)以及水和沉積物磷的含量和形態(tài)，研究水生植被恢復(fù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)的長(zhǎng)期生態(tài)效應(yīng).結(jié)果表明，水生植被恢復(fù)能有效降低水體氮、磷濃度，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化有明顯的改善作用.在外源磷的污染源得到控制后，水體磷濃度會(huì)隨著修復(fù)時(shí)間的增加而逐漸降低并相對(duì)穩(wěn)定.沉積物磷形態(tài)以鈣磷為主，隨著水生植被恢復(fù)時(shí)間的增加，生物活性較強(qiáng)的可交換態(tài)磷、鋁磷和鐵磷的含量下降，而相對(duì)穩(wěn)定的鈣磷所占的比例增加.研究結(jié)果還表明，即使不進(jìn)行底泥疏浚，長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)也可以使城市河流沉積物中內(nèi)源磷釋放及水體磷濃度得到有效控制.

水生植物；恢復(fù)；沉積物；磷形態(tài)；釋放；麗娃河；曹楊環(huán)浜

城市水體是城市工業(yè)及生活用水的主要水源，也是城市景觀的一個(gè)重要組成部分，被稱為城市生態(tài)系統(tǒng)的“血液”，影響著城市居民生活質(zhì)量，是城市生態(tài)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)[1].然而，在城市化過程中由于人口聚集，大量工業(yè)廢水和生活污水不合理排放，向水體中輸入了大量營(yíng)養(yǎng)鹽，特別是磷的過量輸入，使城市水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇.城市水體的富營(yíng)養(yǎng)化，甚至黑臭，已經(jīng)對(duì)城市居民的正常生活造成嚴(yán)重影響，城市水體富營(yíng)養(yǎng)化開始受到人們的重視.很多城市開始控制污水排放，對(duì)水體進(jìn)行綜合治理，例如，上海市早在1980s初就已經(jīng)開始了城市富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理，并取得一定成效.然而，研究表明，在外源磷的輸入得到有效控制后，沉積物中內(nèi)源磷的釋放仍能使水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)持續(xù)數(shù)十年[2-3].

水生植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，介于底泥-水體-空氣之間，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的循環(huán)傳遞起調(diào)控作用[4].利用水生植物啟動(dòng)并構(gòu)建良性循環(huán)的水生生態(tài)系統(tǒng)正逐漸成為淺水湖泊、河流的最主要修復(fù)措施[5-9].然而，對(duì)城市河道富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體生態(tài)修復(fù)的長(zhǎng)期生態(tài)效果卻少有研究.本文以上海市兩條經(jīng)過5-10年水生植被恢復(fù)的城市景觀水體為研究對(duì)象，分析水質(zhì)及沉積物磷素含量和形態(tài)，以研究水生植被恢復(fù)的長(zhǎng)期生態(tài)效應(yīng)及修復(fù)機(jī)制，為城市水體生態(tài)修復(fù)提供進(jìn)一步的科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 污水處理廠處理尾水1.1 研究區(qū)域概況

1.2 研究方法

圖1 曹楊環(huán)浜和麗娃河的相對(duì)地理位置Fig.1 Sampling sites of the Caoyang River and Liwa River

根據(jù)麗娃河和曹楊環(huán)浜周邊環(huán)境和水體植被生長(zhǎng)狀況，在有代表性的河段設(shè)置樣點(diǎn)，其中麗娃河8個(gè)，曹楊環(huán)浜9個(gè)(圖1).麗娃河2008年秋季水生植物全部被清除，以至于當(dāng)年冬季采樣的時(shí)候未發(fā)現(xiàn)植物.曹楊環(huán)浜則在2009年夏季采樣時(shí)部分植物被清除.按季度用沉積物柱狀采泥器(SEDIMENT CORER，德國(guó)HYDRO-BIOS)在各樣點(diǎn)分層采集沉積物，采樣柱中靠近柱頂水土界面0～10cm的沉積物記為上層；柱底遠(yuǎn)離水土界面的底部沉積物(10cm以上)記為下層.沉積物帶回實(shí)驗(yàn)室，先用土壤溶液提取器提取間隙水，用比色法測(cè)定溶解性無機(jī)磷(DIP)，后經(jīng)冷凍干燥后采用連續(xù)提取法[12]逐級(jí)提取可交換態(tài)磷(Ex-P)、鋁磷(Al-P)、鐵磷(Fe-P)、鈣磷(Ca-P)、蓄閉態(tài)磷(OcP)、有機(jī)磷(Or-P).

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植被恢復(fù)后河流水質(zhì)變化情況

兩條河的富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)隨季節(jié)變化明顯.水體TN濃度隨季節(jié)變化波動(dòng)較大，沒有明顯的季節(jié)變化規(guī)律.而水體TP濃度呈現(xiàn)一定的季節(jié)變化規(guī)律.在溫度較低的冬季(麗娃河平均水溫7.4℃，曹楊環(huán)浜6.8℃)，曹楊環(huán)浜和麗娃河的水體TP和DIP濃度均達(dá)到最低值(TP<0.1mg/L、DIP<0.05mg/L).隨著溫度的升高，水體TP濃度增加，夏季(麗娃河平均水溫28.3℃，曹楊環(huán)浜26.3℃)達(dá)到最大值，水體TP濃度與水溫在0.05水平上呈顯著正相關(guān).與水體TP季節(jié)變化不同的是，春季DIP濃度隨水溫升高不明顯，其中麗娃河水體DIP濃度在春季反而降低，可能是由于春季水生植物大量萌發(fā)生長(zhǎng)，吸收水中的DIP，從而使其濃度降低.

表1 麗娃河和曹楊環(huán)浜歷年水體理化參數(shù)變化Tab.1 Variation of physical and chemical parameters in Liwa River and Caoyang River

2.2 水生植被恢復(fù)對(duì)沉積物磷形態(tài)的影響

2.2.1 沉積物磷形態(tài)組成及季節(jié)變化 麗娃河、曹楊環(huán)浜沉積物中各形態(tài)的P含量如表2所示.各形態(tài)的P含量主要為Ca-P>OcP>Fe-P、Or-P>Ex-P>Al-P.絕大部分樣點(diǎn)沉積物中P主要以Ca-P形式存在：麗娃河上層沉積物Ca-P含量占所有形態(tài)磷含量的31.66%～74.08%，下層為34.80%～67.15%；曹楊環(huán)浜上層沉積物Ca-P含量占所有形態(tài)磷含量的61.95%～83.38%，下層為47.58%～87.82%.其次是OcP，其中麗娃河沉積物中OcP含量較高，約占所有形態(tài)磷含量的31.45%(上層)和43.82%(下層).Ex-P與Al-P在沉積物中含量最低.

表2 麗娃河和曹楊環(huán)浜水體沉積物中各形態(tài)磷的含量(mg/kg)Tab.2 Contents of different phosphorus fractions in sediments in Liwa River and Caoyang River(mg/kg)

圖2 水生植物對(duì)沉積物Fe-P和水體TP的影響Fig.2 Effect of hydrophyte growth on Fe-P in sediment and TP in water

圖3 冬季麗娃河各樣點(diǎn)表層沉積物TP、間隙水 DIP及下層水TP的關(guān)系Fig.3 Relationships of TP in surface sediment， DIP in interstitial and TP in overlying water in Liwa River in winter

結(jié)果顯示，兩條河流表層沉積物中Fe-P、Ex-P與Al-P含量隨季節(jié)變化明顯.冬季Ex-P含量明顯高于春、夏季，麗娃河沉積物Al-P也有類似變化；而上層沉積物中Fe-P的含量則是春、夏季高于秋、冬季.通過對(duì)所有麗娃河與曹楊環(huán)浜樣點(diǎn)上、下層沉積物中各種形態(tài)磷的含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，沉積物上層中Ex-P與Or-P含量明顯高于下層含量；兩條河流中除冬季曹楊環(huán)浜上層沉積物中Fe-P含量低于下層之外，上層沉積物中Fe-P的含量均高于下層含量；對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)上、下層沉積物中OcP含量進(jìn)行比較，麗娃河上層沉積物OcP含量要高于下層，曹楊環(huán)浜上、下層沉積物中OcP含量差異不顯著.對(duì)比兩條河流沉積物各形態(tài)磷的含量，結(jié)果顯示：曹楊環(huán)浜上、下層沉積物Ex-P、Al-P和Fe-P含量都顯著低于麗娃河；曹楊環(huán)浜沉積物中Ca-P含量的比例為72.67%(上層)和74.25%(下層)，顯著高于麗娃河上層沉積物中的53.83%和下層的45.15%；麗娃河上、下層沉積物中OcP含量所占比例均顯著高于曹楊環(huán)浜；曹楊環(huán)浜沉積物中Or-P含量高于麗娃河(表2).

2.2.2 植物生長(zhǎng)對(duì)沉積物中Fe-P含量的影響 在取樣調(diào)查過程中，2009年夏初，曹楊環(huán)浜部分樣點(diǎn)附近的水生植物被河道管理部門人為清除(水生植被恢復(fù)的重要步驟，在水生植物生物量較大時(shí)對(duì)植物進(jìn)行收割).對(duì)比2009年夏末的取樣分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在被人為清除水生植物的樣點(diǎn)，上、下層沉積物中Fe-P的含量分別為9.83和8.64mg/kg，顯著低于水生植物正常生長(zhǎng)樣點(diǎn)沉積物Fe-P的含量.有植物生長(zhǎng)的樣點(diǎn)上層沉積物中Fe-P含量平均達(dá)到64.70mg/kg，下層沉積物中Fe-P含量為28.40mg/kg.對(duì)比麗娃河夏季和冬季沉積物中的Fe-P含量還發(fā)現(xiàn)，冬季麗娃河上層沉積物中的Fe-P含量為80.54mg/kg，明顯低于夏季的139.57mg/kg，此時(shí)水生植物大都死亡.這說明，水生植物生長(zhǎng)能夠明顯增加沉積物中的Fe-P含量，并且，在水生植物根系活動(dòng)活躍的上層沉積物中Fe-P含量的增加更為顯著(圖2).

與之相對(duì)應(yīng)，在有植物生長(zhǎng)的區(qū)域，水體中TP濃度(0.051mg/L)也顯著低于沒有植物生長(zhǎng)的區(qū)域(0.272mg/L).

2.3 沉積物與水體中磷濃度的關(guān)系

對(duì)冬季麗娃河各樣點(diǎn)表層沉積物TP、對(duì)應(yīng)樣點(diǎn)沉積物間隙水DIP及上覆水TP濃度進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)，表層沉積物中TP含量越高，對(duì)應(yīng)的沉積物間隙水DIP和上覆水TP的濃度也越高，且三者在0.01水平上極顯著相關(guān)(圖3).這說明，較高的沉積物磷負(fù)荷是引起水體磷濃度升高的重要原因.同時(shí)，通過這三者之間的濃度差異和相關(guān)性可以知道，沉積物中磷的釋放過程是“沉積物→間隙水→上覆水”.

通過對(duì)所有樣點(diǎn)沉積物不同形態(tài)磷的含量和水體TP濃度進(jìn)行相關(guān)性分析(圖4)發(fā)現(xiàn)，沉積物中Ex-P含量與水體中TP濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.280，P=0.003)；Al-P含量與水體中TP濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.223，P=0.022).隨著季節(jié)變化，Ex-P與Al-P含量變化會(huì)引起水體磷濃度的波動(dòng).

圖4 沉積物中Ex-P、Al-P含量與水體中TP濃度的相關(guān)性Fig.4 Correlations of Ex-P， Al-P in sediment with TP in water

3 討論

3.1 沉積物中磷的形態(tài)對(duì)水體磷濃度的影響

圖5 麗娃河上層沉積物中Ex-P和Al-P的含量 及水體TP和DIP濃度的季節(jié)變化Fig.5 Seasonal variations of Ex-P， Al-P in surface sediments and TP， DIP in water in Liwa River

在外源污染物的輸入得到有效控制之后，沉積物中內(nèi)源磷的釋放是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化水平的重要原因[15].研究結(jié)果表明，水體TP濃度與沉積物TP含量顯著相關(guān)，沉積物中磷負(fù)荷是影響水體磷濃度的重要原因.而大量研究表明，沉積物中磷釋放特征是由磷形態(tài)組成決定的，可釋放的磷形態(tài)是判定磷內(nèi)源負(fù)荷大小的主要因子[16-20].因此，沉積物中活性磷含量決定沉積物磷的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響水中磷濃度.Ex-P、Al-P和Fe-P是沉積物中最活躍的幾種磷形態(tài)，容易在水體和沉積物之間進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，同時(shí)也容易被生物利用，因此也被稱作“活性磷”[21].Ex-P主要是吸附在沉積物表面的磷，很容易受到沉積物理化性質(zhì)如溫度、pH、水動(dòng)力條件和生物擾動(dòng)等因素的影響，在水體和沉積物之間遷移[22].本研究中，上層沉積物中Ex-P和Al-P含量隨季節(jié)變化明顯(圖5).秋、冬季節(jié)，麗娃河沉積物中的Ex-P和Al-P含量逐漸增加，在冬季達(dá)到最大值，分別為24.95和12.51mg/kg；春、夏季節(jié)，沉積物中Ex-P和Al-P的含量持續(xù)下降，其中Ex-P在夏季達(dá)到最低值7.14mg/kg，呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化規(guī)律.與沉積物中Ex-P和Al-P含量的季節(jié)變化相對(duì)應(yīng)，麗娃河水體的磷濃度變化恰好相反，TP濃度在秋、冬季節(jié)呈下降趨勢(shì)，而在春、夏季節(jié)濃度升高，水體TP和DIP濃度在夏季達(dá)到最高值.因此，可以說明，水體磷濃度的季節(jié)變化最主要是受到沉積物中的活性磷，特別是Ex-P和Al-P釋放的影響：秋、冬季節(jié)，隨著溫度下降，水體中的活性磷開始向沉積物沉降，同時(shí)植物殘?bào)w逐漸分解沉降到沉積物中，沉積物成為磷的匯[23-24]，水體TP和DIP的濃度下降而沉積物中活性磷的含量增加；春、夏季節(jié)，在高溫情況下沉積物磷的釋放加劇，加上降水的增加和植物生長(zhǎng)等因素的擾動(dòng)作用，沉積物變成磷的源，沉積物中的磷向水體釋放，從而使水體中TP與DIP濃度明顯升高.

3.2 植物生長(zhǎng)對(duì)沉積物磷形態(tài)和水體磷濃度的影響

水生植物生長(zhǎng)能夠明顯改善水質(zhì)，同時(shí)通過一系列生物化學(xué)過程，影響沉積物中磷的形態(tài)[25-26].Fe-P是以與鐵的氧化物或氫氧化物結(jié)合形式存在的磷，具有較強(qiáng)的生物活性，易受到沉積物氧化還原條件的影響[27].本研究中，水生植物被人為清除后的樣點(diǎn)，沉積物中Fe-P含量顯著低于水生植物正常生長(zhǎng)的樣點(diǎn)，而對(duì)應(yīng)的沒有植物的樣點(diǎn)上覆水中TP濃度卻顯著高于植物正常生長(zhǎng)的點(diǎn).這是由于在水生植物生長(zhǎng)過程中，通氣組織以及植物的根際泌氧，會(huì)使得植物根際的沉積物處于氧化環(huán)境.在氧化條件下，沉積物中的Fe2+氧化生成Fe3+，與水體和沉積物間隙水中的磷酸鹽結(jié)合生成難容的Fe-P固定在沉積物中[28]，從而降低了水體磷濃度.

水生植物的生長(zhǎng)能夠大量吸收富集水體和沉積物中的營(yíng)養(yǎng)元素[29-31].Knight等[32]在北美佛羅里達(dá)州對(duì)13個(gè)河湖濕地系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物能夠長(zhǎng)期有效地去除水體中的磷，去除能力高達(dá)120kg/(hm2·a).本研究中，春季兩條河流水體中DIP濃度變化也證明了這一點(diǎn)：春季升溫時(shí)，沉積物中的磷向水體中釋放，引起水體TP濃度增加，而水體中的DIP的濃度不僅沒有隨溫度升高而增加，反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是由于春季水生植物開始大量生長(zhǎng)，大量吸收利用可溶性無機(jī)磷所致.水生植物吸收了磷元素之后，對(duì)其進(jìn)行收割，能夠有效降低和控制水體P的濃度，同時(shí)也能將沉積物中的磷通過植物體的吸收從城市水體中遷移出來，從而降低城市水體沉積物中內(nèi)源性磷的負(fù)荷.

3.3 水生植被恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)沉積物磷形態(tài)及水體磷濃度的影響

兩條水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況相似的城市河流，在經(jīng)過不同時(shí)間的水生植被恢復(fù)后，沉積物中磷的總量和磷形態(tài)組成分布都發(fā)生了明顯的改變.通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)的曹楊環(huán)浜沉積物中Ex-P、Al-P和Fe-P含量都顯著低于麗娃河.有研究表明，沉積物中的Fe-P為磷的“中轉(zhuǎn)站”而并非歸屬[33].雖然短期內(nèi)水生植物生長(zhǎng)改變了根際沉積物的氧化還原條件，促進(jìn)了水體中的磷與Fe3+結(jié)合生成Fe-P，但Fe-P也具有較強(qiáng)的生物活性，作為磷的中間形態(tài)會(huì)通過一系列生物化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)的磷.并且，隨著水生植被恢復(fù)時(shí)間的增加，曹楊環(huán)浜沉積物中的活性磷Ex-P和Al-P的含量也都顯著低于麗娃河.隨著水生植被恢復(fù)時(shí)間的增加，物種構(gòu)成更加復(fù)雜，水生生態(tài)系統(tǒng)更加趨于穩(wěn)定，其中復(fù)雜的生態(tài)過程使活性磷進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，被生物利用或者向其他更穩(wěn)定的磷形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低了沉積物中活性磷Ex-P、Al-P和Fe-P的含量.

為比較水生植被恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)河流產(chǎn)生的影響，將兩條河流沉積物各形態(tài)磷的含量和比例進(jìn)行對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)曹楊環(huán)浜上層沉積物中的Ca-P所占比例為72.67%，顯著高于麗娃河上層沉積物的Ca-P含量(53.83%).這說明，隨著水生植被恢復(fù)時(shí)間的增加，沉積物中Ca-P的比例在逐漸升高.沉積物中Ca-P主要以自生磷灰石(authigenic carbonate fluorapatite)、生物磷灰石(biogenic apatite)以及碳酸鈣結(jié)合(CaCO3-associated P)的形式存在[34].其中生物磷灰石也被稱為生物碎屑磷，主要是魚類、貝類、螺類等水生動(dòng)物死亡后骨骼、貝殼等殘?bào)w的含磷礦物引入的Ca-P[35].水生植物的生長(zhǎng)能有效增加空間生態(tài)位，提高水生生態(tài)系統(tǒng)中底棲動(dòng)物、浮游植物等水生生物的物種多樣性[36-38].經(jīng)過長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)，曹楊環(huán)浜的水生生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，生物多樣性更復(fù)雜，魚類、螺類等生物比麗娃河更為豐富，死亡后殘?bào)w中的含鈣礦物導(dǎo)致生物磷灰石的Ca-P含量增加，Ca-P在沉積物中比例上升，“活性磷”轉(zhuǎn)化為相對(duì)穩(wěn)定的Ca-P.因此，Ca-P的變化可能是判斷水生植被恢復(fù)水生態(tài)效應(yīng)的較好指標(biāo).

OcP是指被氧化鐵膠膜包被的磷酸鹽，這種形態(tài)的磷很難釋放出來被作物吸收利用.但本研究中，恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)的曹楊環(huán)浜上、下層沉積物中OcP含量都顯著高于恢復(fù)時(shí)間相對(duì)較短的麗娃河；并且，在麗娃河中，植物根系生長(zhǎng)活躍的上層沉積物中OcP含量也高于下層沉積物.有研究表明，當(dāng)用還原-絡(luò)合技術(shù)除去外表氧化鐵膜后，在堿性條件下幾乎所有的蓄閉態(tài)磷都可以被提取出來[12].因此，OcP應(yīng)該被稱作還原態(tài)可溶磷酸鹽(reductant soluble phosphate)[39].周小寧等[40]還發(fā)現(xiàn)沉水植物黑藻對(duì)沉積物磷有活化作用，會(huì)增加沉積物中潛在可交換磷的量，植物的根系分泌物釋放到沉積物中，會(huì)改變沉積物的理化特性和生物反應(yīng)，如pH、氧化還原電位和表面結(jié)構(gòu)、微生物數(shù)量及活性等，同時(shí)某些分泌物及植物殘?bào)w有機(jī)質(zhì)可作為良好的絡(luò)合劑，很可能在還原條件下將OcP釋放出來.水生植物通過光合作用消耗水體中的CO2，會(huì)增加水體和沉積物的pH值.有研究表明，沉水植物的生長(zhǎng)對(duì)水體pH有很大的影響，伊樂藻的生長(zhǎng)可以使水體pH從初始的7.5上升至8.6以上[41].通過對(duì)比曹楊環(huán)浜和麗娃河2009年水體的pH值也發(fā)現(xiàn)，水生植被恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)的曹楊環(huán)浜，水體pH值(8.40)顯著大于恢復(fù)時(shí)間相對(duì)較短的麗娃河(7.78).水生植被恢復(fù)增加了水體和沉積物的pH，同時(shí)長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)向沉積物中釋放了大量的根際分泌物，活化沉積物中的磷以及分泌物和植物殘?bào)w有機(jī)質(zhì)為沉積物提供了有機(jī)絡(luò)合劑，經(jīng)過長(zhǎng)期的生物化學(xué)作用，這些很難被利用的磷形態(tài)很可能轉(zhuǎn)化為生物可利用的磷形態(tài)而被水生植物所利用.曹楊環(huán)浜上層沉積物Or-P含量明顯高于麗娃河，經(jīng)過長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)，水生生態(tài)系統(tǒng)更加復(fù)雜和穩(wěn)定，植物殘?bào)w有機(jī)質(zhì)向沉積物的沉降，增加了上層沉積物中Or-P的含量，曹楊環(huán)浜表層沉積物中較高的Or-P含量也為OcP的活化提供了可能.

長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)使水生生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，水生生物物種更加豐富，食物鏈更加復(fù)雜，從而使更多的營(yíng)養(yǎng)元素磷停留在食物鏈中.同時(shí)，定期的管理和植物收割將吸收富集大量磷元素的水生植物從城市水體中移除，能夠有效降低和控制水體磷濃度，并將沉積物中的磷通過植物體的吸收從城市水體中遷移出來，從而降低城市水體沉積物中內(nèi)源性磷的負(fù)荷.這也是沒有進(jìn)行底泥疏浚的曹楊環(huán)浜的沉積物磷負(fù)荷低于清淤的麗娃河的最主要原因.

沉積物和水體磷的季節(jié)變化規(guī)律也證明了溫度是影響沉積物中的磷向水體中釋放的重要因素之一，隨著溫度的升高，沉積物釋放的磷含量會(huì)逐漸增多[42-43].曹楊環(huán)浜各季節(jié)的水體溫度比麗娃河低2℃左右.這可能是因?yàn)榻?jīng)過了長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)，曹楊環(huán)浜的水生生態(tài)系統(tǒng)和水體周圍的生境更加穩(wěn)定，較高的水生植物的蓋度和周圍景觀樹木的郁閉度能夠避免陽光直射，從而導(dǎo)致曹楊環(huán)浜的水溫比修復(fù)時(shí)間相對(duì)較短的麗娃河低.較低的水溫也是曹楊環(huán)浜水體磷濃度低于麗娃河的原因之一.

4 結(jié)論

利用水生植物構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)，對(duì)水體和沉積物中磷的影響主要體現(xiàn)在短期生態(tài)效應(yīng)和長(zhǎng)期生態(tài)效應(yīng)兩個(gè)方面：

水生植被恢復(fù)的短期生態(tài)效應(yīng)：首先，水生植物可以直接從水體與沉積物中吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)水體磷尤其是DIP有明顯的吸收作用.其次，水生植物生長(zhǎng)季節(jié)根際泌氧作用促進(jìn)根際水體中的磷與Fe3+結(jié)合生成Fe-P并向沉積物中沉降，降低水體中磷的濃度.

水生植被恢復(fù)的長(zhǎng)期生態(tài)效應(yīng)則表現(xiàn)為：

1) 長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)能夠長(zhǎng)期有效地控制和降低水體中N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的濃度，增加水體溶解氧，并且能夠增強(qiáng)水質(zhì)在季節(jié)交替和升溫等自然條件改變時(shí)的穩(wěn)定性，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體作用顯著.

2) 長(zhǎng)期的水生植被恢復(fù)可使沉積物中Fe-P、Al-P以及Ex-P等活性磷的比例降低，對(duì)Ex-P和Fe-P的作用尤為明顯.

3) 長(zhǎng)期水生植被恢復(fù)增加了相對(duì)穩(wěn)定的Ca-P含量，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)有重要作用，能有效增加水生生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性與生物量，魚類、螺類等生物殘?bào)w的累積使沉積物中不易釋放的Ca-P比例上升，利于對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體沉積物磷素釋放的控制.

4) 通過水生植物的生長(zhǎng)，活化和吸收沉積物中的磷，再通過對(duì)水生植物的人為收割，降低沉積物中磷的濃度，從而降低沉積物內(nèi)源性磷負(fù)荷.

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Effects of aquatic vegetation rehabilitation on phosphorus in water and sediments of urban landscape waters

JU Zewen1， YU Zhiqin4& DENG Hong1，2，3

(1：SchoolofEcologicalandEnvironmentalScience，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，P.R.China)(2：ShanghaiKeyLabforUrbanEcologicalProcessesandEco-Restoration，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，P.R.China)(3：TiantongNationalStationofForestEcosystem，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，P.R.China)(4：EnvironmentalMonitoringTeamofHechuanChongqing，Chongqing401520，P.R.China)

The paper was conducted to investigate the long term effects of aquatic vegetation rehabilitation on phosphorus in eutrophicated urban landscape waters. The results indicated that aquatic vegetation rehabilitation could effectively reduce the level of nitrogen and phosphorus in water and the eutrophication. With the control of external source， phosphorus concentration in water decreased till it reached a relatively stable state. By analysis of P fraction， Ca-P was found to be the main fraction in sediment and increased while the ratios of Ex-P， Al-P and Fe-P， which are considered more bioavailable than Ca-P， decreased with vegetation rehabilitation time. It’s also indicated that long term aquatic vegetation rehabilitation was possible to effectively immobilize internal sediment P and reduce its release to water in Caoyang River， even without dredging activity.

Hydrophyte； restoration； sediment； phosphorus fractions； release； Liwa River； Caoyang River

*上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(08ZR1406800)資助.2014-03-17收稿；2014-06-24收修改稿.琚澤文(1989～)，男，碩士研究生；E-mail：juzewen97@sina.com.

**通信作者；E-mail：hdeng@des.ecnu.edu.cn.