水生植物与水体生态修复

水生植物与水体生态修复--------吴振斌

第一章水生植物概述

1.1 水生植物的概念

为一生态学范畴的概念。并没有一个统一的定义。

水生植物生活于水环境中，形成了一系列对于水环境的典型适应性特征，主要体现在形态结构及其功能上。

生活型：指植物长期生存在一定的环境下形成的一种形态上的适应类型，也是各种植物对其生态条件的综合作用在外貌上的具体反映。

挺水植物：根生泥中，下部或基部在水中，茎、叶等光合作用部分暴露在空气中。该类群植物处于水陆过渡地带，因而叶表现出具有同陆生植物相似的结构，具有表皮毛、角质层、气孔等。

浮叶植物：植株扎根基底，光合作用部分仅叶漂浮于水面。

漂浮植物：与浮叶植物相比，整个植物体悬浮于水面，根沉水中，但不接触基底。也有浮水叶与沉水叶之分。

沉水植物：大部分生活周期内营养体全部沉没水中，植株扎根基底。

由于完全沉水，该类群植物适应水环境的特性更为典型，叶面上的气孔已丧失功能或没有气孔；通气组织特别发达；叶绿体大而多，主要分布于植物体表面；。。。

在同一水体中，各生活型的水生植物分布呈一定规律，自沿岸带向深水区呈连续分布态，依次为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。

水生植被的功能：首先，作为初级生产者，为各类水生动物直接或间接提供食物基础，进而形成复杂的食物链，为最终形成复杂的生态系统提供了必要条件；

其次，调节生态系统的物质循环，如通过其矿物质营养代谢实现物质循环；可有效增加空间生态位，形成更多样你给的小生境；能影响并稳定水体理化指标，如通过光合作用放氧提高水体中溶氧浓度和氧化还原电位；通过呼吸作用利用二氧化碳改变水体pH和无机碳的形态和含量等；

再次，大型水生植物通过与浮游植物竞争营养物质和生长空间，以及形成遮光效应和分泌克藻物质，可以很好地抑制藻类的过量繁殖，减少水华的暴发，维持较高的生物多样性和健康的水环境；还具有各种物理、化学效应，如固化底泥、提高其氧化性、附着和吸收有害物质，通过吸附和过滤作用，降低生物性和非生物性悬浮物，增加透明度，净化水质；水体中植物的生存，可减少水动力，降低水体扰动所带来的底泥营养盐向水体释放；

最后，具有景观美化效应等。

第二章主要生态因子对水生植物的影响

2.1 光照强度

光补偿点和光饱和点是植物需光特性的两个主要指标。

真光层深度是指在水柱中支持净初级生产力的部分，其底部为临界深度，即水柱的日净初级生产力为0值的深度，也就是光合作用和呼吸作用达到平衡的深度，也称为补偿深度。按经验看，光补偿深度一般是水体透明度的1.5倍，或光照强度约为表面光强的1%处的水深。只有实际水深小于或等于光补偿深度的水域，沉水植物才能生长。

2.2 温度

对水生植物光合作用和代谢活动的影响、对其越冬和繁殖的影响、对其生长竞争的影响。多数水体水生植被恢复或重建是通过整株移植或利用其他营养体进行，主要依据是其具有广

泛而高效的无性繁殖系统。

2.3 pH

对无机碳源的影响、对非离子氨的影响。

某些沉水植物在水体低无机碳条件下会产生各种形态和生理适应机制，如长出浮水和挺水叶片吸收空气中的CO2，从沉积物中吸取CO2，CAM途径，C4途径，以及吸收HCO3-作为无机碳源等，这些都是解决无机碳源不足的有效途径。

2.4 底泥

底泥的质地是指底泥的粗细情况，是底泥重要的物理性质之一。

pH和氧化还原电位被认为是影响底泥磷吸附和释放最重要的因素。pH对于底泥磷释放的影响主要体现在改变磷的存在形态：偏酸性时，磷主要以H2PO4-形式存在，此时沉积物对磷的吸附沉淀作用较大，不利于沉积物内源磷的释放；在碱性环境下，过量的OH-与PO43-发生反应而造成Fe-p，Al-P的释放，随pH增高，磷酸根离子从沉积物中解吸速率加快，使更多的内源磷释放进入上覆水体。

氧化还原电位高（底泥处于好氧状态），沉积物中的铁和锰以Fe3+和Mn2+形式存在，易与磷结合，以沉淀物的形式稳定沉积在底泥中；氧化还原电位低时，Fe3+还原成Fe2+，与磷酸根的反应产物由难溶的磷酸铁沉淀转变成溶解性的磷酸亚铁，使磷酸根脱离底泥进入间隙水，进而向上覆水扩散。

SO：pH>8, 厌氧状态下水体中P增加，不好。。。

底泥再悬浮过程中，上覆水中无机矿物颗粒等显著增加，会使上覆水中的可溶性磷被迅速吸附，重新进入底泥，进而形成难被生物利用态磷。

2.5 水位和水流

2.6 动物牧食

第三章水生植物的生态功能

3.1 初级生产功能

3.2 水生植物的生物多样性维护功能

3.3 底质环境稳定功能

3.4 营养固定和缓冲功能

3.5 水生植物的清水功能

3.6 水生植物对藻类的化感作用

化感作用：指植物释放的次生代谢产物对环境中其他植物有利或不利的作用。

3.7 其他生态作用

第四章主要水体污染物对水生植物的影响

4.1 高氮磷营养盐的胁迫作用

研究了不同胁迫条件对苦草、菹草和伊乐藻生长力、可溶性蛋白、叶绿素、SOD、POD等的影响

4.2 有机污染物对水生植物的影响

4.3 重金属污染

第五章重建水生植被的主要理论依据

5.1 多稳态理论：

5.2 营养盐限制理论

5.3 生物操纵理论

第六章水质改善与水生植被重建和管理

6.1 水生植被恢复、重建的主要环境障碍、应对措施和一般步骤

主要障碍和应对措施：

障碍一：透明度低导致水下光照不足

应对措施：1. 用人工湿地净化；

2. 用生态砾石净化；

3. 用植物浮床净化水质；

4. 用漂浮植物净化水质，如凤眼莲；

5. 用人工水草净化水质，如阿科曼；

6. 投撒高效净水剂（化学品）、噬藻微生物、生物菌剂；

7. 水下光补偿技术；

8. 用包含有贝类等多种底栖动物的生物反应器净化水质；

9. 有条件时，净化水位。

障碍二：底质有机物过多导致厌氧环境

应对措施：1. 原位处理技术。a.用膜覆盖后再回填泥沙；b.基底改造，如掺入泥沙；c.原位化学处理，主要用于控制底泥中磷的释放，如通过投加硫酸铝、硝酸钙等化学剂来降低底泥中的磷向水体释放；d.原位生物处理，即向底泥中投加微生物以促进底泥中有机污染物的生物降解；e.原位固化/稳定化处理，即向底泥中投加石灰、火山灰和水泥等化学物质，降低底泥中污染物的溶解度、迁移性或毒性，主要针对受重金属污染底泥的处理；f. 曝气以增加有机物氧化，改变厌氧环境，可通过水下充氧或干塘的方式进行。

2. 易位处理技术。主要是疏浚。

障碍三：水中氨氮和有机物浓度过高，毒害植物

应对措施：同障碍一中应对措施1.2.3.4.5.6.8

障碍四：风浪干扰

应对措施：设置防浪带，水生植物的恢复从湖汊湖湾开始，逐步推进。

障碍五：水位剧烈变化

应对措施：可控性不大

障碍六：动物牧食

应对措施：捕获草食性鱼，尽量减少其存量，待植被完全恢复，生物量足够大时，可以放养一定的草食性鱼用于控制植物的过量生长。

其他障碍：如藻毒素等。