摘要：沉水植物在人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮著重要作用。沉水植物能通過(guò)吸收和轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效降低水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷；沉水植物具備凈化有機(jī)物的能力，可利用其根系和葉片的吸附作用，去除水中的有機(jī)污染物，改善水質(zhì)；沉水植物會(huì)與藻類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)光照和營(yíng)養(yǎng)資源，抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)；沉水植物能通過(guò)光合作用釋放氧氣，增加水體中的溶解氧，同時(shí)減少水體中的懸浮物，提高水體清澈度。研究基于此，進(jìn)行沉水植物對(duì)人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，4種沉水植物對(duì)水中氨氮的去除率都明顯大于對(duì)照組，且4種沉水植物對(duì)氨氮的去除效果基本一致，證明了沉水植物在去除水中氨氮方面的優(yōu)越性能。實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)合理種植沉水植物，結(jié)合其它生態(tài)修復(fù)措施，共同構(gòu)建健康、穩(wěn)定的沉水型水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：沉水植物；人工濕地；富營(yíng)養(yǎng)化；水體；生態(tài)修復(fù)

引言

人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化是指隨著人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的排放，如工業(yè)廢水、生活污水、化肥、農(nóng)藥等，使得大量氮磷營(yíng)養(yǎng)元素被釋放到人工濕地中，導(dǎo)致人工濕地水體中的藻類(lèi)和其它浮游生物大量繁殖及水體溶解氧含量降低，不僅會(huì)破壞濕地生態(tài)平衡，還會(huì)影響濕地功能的正常發(fā)揮。因此，尋找有效的水體修復(fù)技術(shù)，對(duì)于維護(hù)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)健康而言至關(guān)重要，而沉水植物作為人工濕地的重要組成部分，可發(fā)揮關(guān)鍵的生態(tài)修復(fù)作用。

李朝等[1]通過(guò)監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)和沉水植物的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)沉水植物能顯著降低水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量，提高水體透明度，改善水質(zhì)；同時(shí)，沉水植物還能為沉水生物提供棲息地，促進(jìn)生物多樣性的恢復(fù)。該研究為沉水植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體治理中的應(yīng)用提供了有力的實(shí)踐依據(jù)。李玉璞等[2]的研究指出，沉水植物可通過(guò)吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽、降低懸浮物含量、改善光照條件等方式，有效改善水質(zhì)；同時(shí)，沉水植物還可通過(guò)釋放化感物質(zhì)抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)，進(jìn)一步減輕富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響。該研究為深入了解沉水植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)中的作用機(jī)制提供了理論支持。本文基于上述研究?jī)?nèi)容，展開(kāi)沉水植物對(duì)人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)作用的研究，以期為解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題提供新的思路和方法。

1降低氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷

降低氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷是水體生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理至關(guān)重要。沉水植物通過(guò)其獨(dú)特的生態(tài)功能，在降低氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷方面發(fā)揮著不可或缺的作用。沉水植物可通過(guò)抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)和直接吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等方式，有效降低水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷。圖1所示的機(jī)理，為利用沉水植物進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

沉水植物具有龐大的根系和葉片，能夠與水體接觸并吸收其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)利用吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行光合作用和其它生命活動(dòng)，將氮磷元素轉(zhuǎn)化為自身組織的一部分，從而避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水體中積累[3]。沉水植物還能通過(guò)根系和葉片直接從水中吸取氮和磷，并轉(zhuǎn)化為自身的組織成分，如蛋白質(zhì)、核酸等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷的有效去除。

沉水植物吸收氮磷的過(guò)程中，對(duì)氮的吸收主要涉及銨根離子（）和硝酸根離子（），對(duì)磷的吸收則主要涉及磷酸根離子（）。這些離子，通過(guò)沉水植物的根系被吸收并轉(zhuǎn)化為植物自身的組織成分。

對(duì)氮的吸收如式（1）所示。

氮吸收=吸收+吸收

對(duì)磷的吸收如式（2）所示。

磷吸收=吸收

不同類(lèi)型的沉水植物對(duì)氮磷的去除效果差別很大[4]。沉水植物對(duì)氮磷的去除效率與植物種類(lèi)、生物量、初始氮磷含量等因子有關(guān)。同時(shí)，沉水植物的生長(zhǎng)狀況、環(huán)境條件及與其它生物的相互作用等因素也會(huì)對(duì)其去除氮磷的效果產(chǎn)生影響。

在未來(lái)的人工濕地水體修復(fù)工作中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)沉水植物降低氮磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷作用機(jī)理的研究，推動(dòng)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

2 凈化有機(jī)物

沉水植物憑借獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能，不僅可從水中直接吸取氮和磷，還能利用生物和化學(xué)方法對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。如此一來(lái)，既減少了水體中有機(jī)物的積累，又促進(jìn)了水質(zhì)的改善和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

值得注意的是，不同的沉水植物/沉水植物組合對(duì)有機(jī)物的凈化效果可能存在顯著差異，如表1所示。

在實(shí)際應(yīng)用沉水植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體之前，還需對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和調(diào)研?？捎盟|(zhì)分析儀器對(duì)水體進(jìn)行采樣和分析，測(cè)定水體中的化學(xué)需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、氨氮、總磷等關(guān)鍵指標(biāo)[5]。同時(shí)，結(jié)合生態(tài)學(xué)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室研究，分析水體中有機(jī)物的來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及沉水植物對(duì)不同有機(jī)物的凈化效率，監(jiān)測(cè)水體的理化指標(biāo)、生物群落結(jié)構(gòu)，以及有機(jī)物種類(lèi)和濃度等信息，了解水體的污染狀況，從而為選擇合適的沉水植物/沉水植物組合提供科學(xué)依據(jù)。

沉水植物在人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)中表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。通過(guò)合理選擇和配置沉水植物，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)物的有效凈化，還能改善水質(zhì)狀況、恢復(fù)水體的生態(tài)平衡。

3 抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)

抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)是沉水植物在水體生態(tài)修復(fù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵功能。這一功能的實(shí)現(xiàn)，主要依賴(lài)于沉水植物與藻類(lèi)之間的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及沉水植物釋放的化感物質(zhì)。

沉水植物與藻類(lèi)之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系體現(xiàn)在對(duì)生長(zhǎng)所需資源的爭(zhēng)奪上，如溫度、光照、營(yíng)養(yǎng)元素等。光照作為植物生長(zhǎng)所需的關(guān)鍵資源，被沉水植物茂密的葉片大量遮擋，使得藻類(lèi)光照不足，生長(zhǎng)受到抑制。同時(shí)，沉水植物的根系表面積大且吸收速率高，在營(yíng)養(yǎng)資源爭(zhēng)奪中往往占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，而藻類(lèi)則處于相對(duì)劣勢(shì)。

營(yíng)養(yǎng)吸收情況如式（3）所示。

L=S×c×v

式中 L—營(yíng)養(yǎng)吸收；S—根系表面積；c—營(yíng)養(yǎng)元素濃度；v—吸收速率。

除了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系外，沉水植物還利用化感物質(zhì)來(lái)減緩藻類(lèi)的生長(zhǎng)。化感物質(zhì)是由植物分泌出的一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)，可對(duì)藻類(lèi)產(chǎn)生直接或間接的影響?；形镔|(zhì)能破壞藻類(lèi)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，干擾藻類(lèi)代謝過(guò)程，甚至直接導(dǎo)致藻類(lèi)的死亡[6]。隨著化感物質(zhì)濃度的增加，藻類(lèi)生長(zhǎng)受到的抑制也會(huì)增強(qiáng)。這種抑藻方式具有高效性和針對(duì)性，能夠顯著降低水體中藻類(lèi)的數(shù)量。

綜上所述，沉水植物通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系和釋放化感物質(zhì)的方式，能夠有效實(shí)現(xiàn)抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的功能。因此，在人工濕地水體生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，可充分利用沉水植物的這一功能，保障水體健康與生態(tài)平衡。

4提高水體溶解氧含量和透明度

沉水植物憑借其特殊的生理生態(tài)特性，可有效降低浮游藻類(lèi)及懸浮顆粒物（SS）的含量，減少生物及非生物懸浮物的產(chǎn)生。這一過(guò)程，既可提升水體透明度，讓更多的陽(yáng)光透過(guò)水面照射到水體中，又可增強(qiáng)沉水植物的光合作用，提高水體溶解氧含量，改善整體水質(zhì)。

沉水植物能夠利用其茂密的枝葉和根系攔截及吸附水中的SS，如浮游植物、有機(jī)碎屑、無(wú)機(jī)懸浮物等，減少水體中的SS含量[7]。同時(shí)，沉水植物可以提高SS在水中相互撞擊和結(jié)合的幾率，加速SS沉降。水體中的SS在相互碰撞時(shí)，會(huì)結(jié)合成更大的顆粒。由于重力作用，大的顆粒更容易沉降到水底。沉水植物的枝葉和根系為沉降的顆粒提供了附著場(chǎng)所，進(jìn)一步加速了SS的去除。

隨著水體中SS濃度的降低，水體透明度顯著提高[8]，使更多的光照穿透水面，為沉水植物提供充足的光合作用光源。光合作用是沉水植物將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程，其在為植物提供生長(zhǎng)所需能量的同時(shí)，還能釋放出大量氧氣。而這些氧氣溶解在水中，也能提高水體的溶解氧含量。

在上述過(guò)程中，沉水植物發(fā)揮了重要的生態(tài)修復(fù)作用，對(duì)于維護(hù)人工濕地水體健康與生態(tài)平衡具有重要意義。

5實(shí)驗(yàn)

5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本研究在關(guān)于人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體的實(shí)驗(yàn)中，構(gòu)建了一個(gè)模擬人工濕地的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，探究其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的處理效果。

5.1.1 水質(zhì)指標(biāo)

該實(shí)驗(yàn)人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體的水質(zhì)指標(biāo)COD為20～100mg/L，氨氮為1～10mg/L，總氮為5～20mg/L，總磷為0.1～1mg/L。

5.1.2 測(cè)試植物

在關(guān)于沉水植物對(duì)人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)作用的研究中，選擇4種具有代表性的沉水植物作為測(cè)試對(duì)象。4種沉水植物具備不同的生長(zhǎng)特性、生態(tài)功能和環(huán)境適應(yīng)能力，如表2所示。

5.1.3 軟/硬件

實(shí)驗(yàn)軟/硬件設(shè)置如表3所示。

5.1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

采用多個(gè)相同尺寸（長(zhǎng)4m、寬2m、深1m）的塑料人工濕地單元，每個(gè)單元內(nèi)部分別填充不同比例的砂土、碎石和腐殖質(zhì)，以模擬自然濕地的土壤結(jié)構(gòu)；每個(gè)單元均配備進(jìn)水口和出水口，以便連續(xù)或間歇性地引入和排出水體。

5.1.5 水源及特征

選取周邊富營(yíng)養(yǎng)湖泊或江河為研究對(duì)象。對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)與記錄，分析其氨氮特征。氨氮主要指水體中以氨（NH3）形式存在的氮，大多來(lái)源于有機(jī)物的分解和廢水排放等。氨氮是水體中的重要營(yíng)養(yǎng)素，過(guò)量的氨氮會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將選取的4種沉水植物與對(duì)照組（未經(jīng)任何處理或未種植沉水植物的水體）進(jìn)行凈化氨氮效果的對(duì)比。以提供一個(gè)基準(zhǔn)線，便于比較和分析沉水植物對(duì)水體生態(tài)修復(fù)的實(shí)際效果。

如圖2所示，4種沉水植物對(duì)水中氨氮的去除率都明顯大于對(duì)照組，且各沉水植物對(duì)氨氮的去除效果基本一致。試驗(yàn)初期（0～5d），4種沉水植物對(duì)氨氮的去除效果特別明顯；隨著試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)（5～20d），4種沉水植物去除氨氮的能力均因原水氨氮含量的減少而下降。4種沉水植物中，小茨藻和苦草的表現(xiàn)尤為出色，對(duì)總氮的去除效果分別達(dá)到了85.6%和84.1%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了沉水植物在去除水中氨氮方面的優(yōu)越性能，同時(shí)也為相關(guān)工作人員在人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)的實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的沉水植物提供了有益的參考。

結(jié)語(yǔ)

上述研究通過(guò)多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)證明了沉水植物在改善水質(zhì)狀況上的有效性，并系統(tǒng)地探討了沉水植物在人工濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中的重要作用。但研究中也存在一些不足之處，如實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)單一，未能完全模擬自然濕地的復(fù)雜環(huán)境，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在一定局限性；研究中主要關(guān)注了沉水植物的直接作用，對(duì)于其與濕地其它生態(tài)因子的相互作用關(guān)注不夠。未來(lái)，應(yīng)嘗試構(gòu)建更接近于自然濕地環(huán)境的實(shí)驗(yàn)條件，以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，進(jìn)一步延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期，便于能更全面地評(píng)估沉水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的長(zhǎng)期修復(fù)效果?？傊了参镌谌斯竦馗粻I(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮著重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景，通過(guò)未來(lái)的深入研究和完善，有望為水體生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域貢獻(xiàn)更多力量。

參考文獻(xiàn)

[1]李朝，吳濤，遲偉偉，等.徐州九里湖沉水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)改善作用[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2024，16（01）：80-86.

[2]李玉璞，李翔宇，沈?qū)W崴.富營(yíng)養(yǎng)化沉水態(tài)環(huán)境下沉水植物修復(fù)研究[J].綠色科技，2023，25（20）：91-95.

[3]張靜，李俊嬌，歐陽(yáng)肖松，等.沉水植物及組合對(duì)翠柳湖水體的凈化效果研究[J].中國(guó)資源綜合利用，2023，41（06）：192-197.

[4]劉金福，代濤濤，李威，等.氯化鐵改性沸石聯(lián)合沉水植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體模擬研究[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2023，51（02）：121-127.

[5]涂茜，章北平，謝承培，等.種植密度對(duì)4種沉水植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體效果的影響[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2022，48（06）：102-109.

[6]周漢娥，胡勝華，馮智，等.大型城市富營(yíng)養(yǎng)化湖泊沉水植物修復(fù)工程實(shí)踐——以武漢東湖為例[J].綠色科技，2022，24（12）：81-83，87.

[7]朱海濤，涂茜，馮志.富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊沉水植物恢復(fù)研究進(jìn)展[J].綠色科技，2022，24（12）：217-221.

[8]奚霄松.沉水植物生命史對(duì)城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)元素影響機(jī)制研究進(jìn)展[J].綠色建筑，2022，14（01）：16-18.

作者簡(jiǎn)介

張立（1989—），男，漢族，江蘇南京人， 高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)樗鷳B(tài)修復(fù)、人工濕地。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-04-19