移植水生植物对湖泊水体净化作用探讨

曾亚英斯琴高娃郝娟马小雪李文才殷莹

(1.内蒙古阿拉善盟农畜产品质量安全中心，内蒙古 阿拉善 730306；2.内蒙古阿拉善盟额济纳旗农牧业技术推广中心，内蒙古 阿拉善 735400)

引言

目前湖泊水体污染,富营养化严重，已成为国内外普遍存在的重要环境问题之一[1]。水体污染作为当下对环境恶劣形势予以治理的关键内容，其所包含的生态系统与水体生态功能等受内外在因素的不良影响，使得水资源可持续利用战略的推进极为困难。针对普遍存在于富营养化水体生态修复工程中的水生植物，如沉水植物、挺水植物、漂浮植物等，需要选择使用合适的水生植物修复技术以达到富营养化水体治理的最终目的，在这一过程中，科学合理的技术的应用表现出了投资小与高环保效果的优势。从水生植物的种植功能角度来看，其通过吸收与吸附杂质实现水质净化目标，并在各类营养物质互相竞争的环节充分发挥竞争优势，从而达到抑制藻类植物繁殖的目的，为水体环境的改善提供了完备条件。近些年来，针对以水生植物种植为核心的水体净化研究角度，以围绕挺水植物构建出的人工湿地净化水体为例，有专家对各类植物的净化效果差异进行了深入分析。因此，探讨水生植物对湖泊水体的净化作用对进一步深入研究挺水植物对湖泊生态修复具有重要参考意义。本文对移植水生植物对湖泊水体净化作用进行研究分析，并以居延海进行实例分析。

1 水生植物对湖泊水体净化的作用研究

1.1 水生植物净化水体的途径

1.1.1 直接吸收

对于水生植物来说，其自身生命周期相较藻类要长得多，直至其完全死亡才会将其吸收水中的营养物质释放出来，这也是磷等元素被储存在挺水植物内相较藻类有更为突出稳定性特征表现的主要原因。基于此，建议通过在已经处于富营养状态的水体中种植一定量水生植物的方式以达到去除水体中过多元素的目的，且能够在这一过程中获得更多的与水生植物相关联的生物资源。植物具有直接对磷、氮等化合物吸收的特征，且在其生长状态中所产生的根系分泌物更可促使一系列的具有嗜磷、氮等元素特征的细菌的生长进程，为实现磷、氮等元素的转化目标提供完备条件，进而实现水体净化效率的提升目标。

1.1.2 微生物降解

对于微生物来说，其所进行的一系列代谢活动具有将水体中化合物进行生物降解的作用。以氮为例，植物吸收固然在这一环节凸显出了极佳的应用效果，但其所使用的去除机制依旧以硝化与反硝化居多。作为水生植物，可在这一机制的支持下去除大约40%～90%的氮元素。从这点来看，微生物在整个水体净化环节所凸显出的降解效果不容忽视，若能够配合使用合适的水生植物种植方案，将在其代谢活动中所产生的氧气与其它类型营养物质的共同支持下起到促进微生物生长的重要作用，为提高污染物降解效率奠定基础。

1.1.3 抑制藻类生长

对于水生植物来说，由于其具有生命周期长、吸收养分多等能力，使得其相较藻类在竞争过程中占据的优势更大，这也是其表现出抑制藻类生长速度的主要原因。部分水生植物由于自身浸出液的原因，使其抑制藻类生长的能力得到增强。再加上水生植物的大量种植促使空间生态增加，对水中光照与溶氧条件的改善具有极为重要的现实意义，进而为一系列的水生植物提供完备的食物与生存场所条件，是维持生物多样性状态的关键因素。部分以藻类为主要食物的小型水生生物，也将会逐渐聚集在植物旁生长，为藻类生长速度的减缓奠定基础。

1.1.4 物理化学分解

部分存在于水与沉积物中的营养元素，将会在植物的吸收与挥发作用的影响下逐渐被去除。部分存在于湖泊旁的水生植物，由于土壤表面或近水体位置风速会降低的原因，使得水体中悬浮物沉积量大大减少，继而将沉积物质再悬浮现象的发生风险予以降低，促使水体与植物的接触时间大大延长，为保证水体环境稳定性提供了完备条件，并起到了将水体浊度降低的重要作用。

1.2 影响水生植物净化富营养化水体的因素

1.2.1 水生植物净化水体的差异

不同类型的挺水植物由于自身生长速率的差异，使得其对水体中营养物质的吸收效果也略有不同，过程中表现出的促进微生物生长的实际能力同样表现出了差异化特点。有专家选择在汾河太原段水体富营养化区域投入包括豆瓣菜、芦苇等植物在内的6种水生植物，从最终结果来看，这些植物均表现出一定的修复试验段水体生态环境的作用，其中尤以芦苇获得的效果最佳；还有专家选择在合适水域内揉入宽叶香蒲、水葱等4种植物，作为对人工湿地系统中氮与磷元素去除能力研究的植物类型，发现不同水生植物所体现出的吸收磷、氮元素的能力各有不同，其中尤以水葱体现出的吸收效果最佳。

1.2.2 水体富营养化程度

根据研究可知，当氮和磷的含量在正常范围内时，随着氮和磷含量的增加，挺水植物对富营养化水体中污染物的净化作用也会增加。与此同时，因不同品种的植物在生长规律、对营养成分的需求、养分需求比例、养分饱和度极限，以及植物根系对微生物生长和繁殖的影响等方面具有很大程度的差异性，因而，对各种富营养化水体的处理效果也不尽一致，在特定的浓度下，随着水体中N、P和其它元素的加入，植物的净化效果也随之提高。一旦超过这个限度，就会导致植物的净化效果下降，从而对植株的生长产生不利的作用。

1.2.3 挺水植物移植方式

由于不同植物对不同污染物的净化效果存在差异，在不同阶段，不同植株的生长速度和新陈代谢的差别，因此，多种植物进行合理搭配后要比单独一种植物的净化效果要强。同时，通过多种植物搭配，可以增加品种的多样性，从而保证体系的稳定性，降低病虫害发生的概率。在植物中，挺水植物、沉水植物、漂浮植物、浮叶植物在生态学上表现出强烈的差异，如，沉水植物，其根、茎、叶都可以很好地从水里汲取养分；挺水植物的根系比较强壮，可以从土壤中汲取养分；漂浮植物的根系极为发达，能够从水中汲取养分；浮叶植物的根茎在底泥中生长，可以从水中及淤积中汲取养分；将几种植物组合在一起，与单一的挺(沉)水植物或2种植物组成的群落相比，其生态作用要更好。

1.2.4 其它因素

温度、光照、微生物等因素也会对植物净化富营养化水体的效果具有一定影响。通常情况下，温度越高，植物的生长就会越好，吸收的养分就会越多，生物量就会越大，净化效果也就越好。而某些抗寒的植株则正好与之形成鲜明对比，在冬季对水体的净化效果更好；光照强度会对光合作用和植株的生长发育造成一定的影响，从而导致净化效果的改变；植物对N、P的利用和吸收与根内的微生物有很大关系，而微生物的类型和数目也会对植物的净化效率有一定影响[2]。

2 居延海湖泊水体净化措施

2.1 居延海概况

东居延海作为黑河下游绿洲生态系统重要的支撑点，其水质是绿洲生态系统稳定性的重要指标和影响因素，居延海的存在对额济纳旗生态环境具有重大意义。通过调查研究，东居延海浮游生物的种类、密度、生物量及多样性等群落特征以及结合浮游生物优势种、水质理化指标分析湖区水质为中营养型，但TN超标严重，存在湖区有机物污染加大和一定的富营养化趋势。主要原因为水体中营养物质过多，湖周边芦苇植物腐败落到湖底，水体二次污染，加剧富营养化程度；不断加厚的底泥成为污染物潜藏的温床，给湖区水环境和水生态治理带来隐患，同时也承载着上游河道带来的N、P等物质进入湖区，加剧了湖区水质的变差。因此，为改善东居延海水质状况，可通过移植适宜湖区水环境的水生植物，有利于减少湖水的蒸发，增强东居延海湖水水循环能力，通过水体的交换和更替，改善东居延海水体水质。

2.2 挺水植物对居延海水体净化作用比选

在净化水体工程中,水生植物对水中污染物吸收净化起着十分重要的作用，选择适当的水生植物是修复自然湿地生态环境的关键措施。因此,针对不同水生植物对水体富营养化中氮磷的去除比较进行筛选研究,根据居延海目前的污染程度，再结合景观效果和经济效益，选出最适合居延海移植的水生植物，主要有茭白、黄菖蒲、黄花鸢尾、美人蕉、水葱、香根草、慈菇7种，各水生植物净化富营养化水体效果详情见表1。

表1 水生植物净化富营养化水体的研究比较

利用水生植物净化污水技术投资少、低能耗，处理过程与自然生态系统有着更大的相融性，无二次污染,能实现水体营养平衡，改善水体的自净能力，对水体的主要污染物均有良好的处理效果,被认为是最有前途的水体修复技术。水生植物净化富营养化水体在理论上是可行的，在实践上也是可操作的。本研究中选出茭白、黄菖蒲、黄花鸢尾等7种适合在居延海移植的水生植物，其具有顽强生命力，适合在北方这种恶劣环境下生长，同时能产生良好的经济效益和景观效益。