水生植物恢复技术Word格式.docx

1、挺水（emergent）、漂浮（free-drifting）、浮叶（floating-leaved）和沉水（submergent）（表 4）。表 4 常见水生植物生活型分类（Table 1 classification of life form of common aquatic plants）生活型 特点 常见植物种类 挺水植物 植株高大，上部挺出水面，根或地茎生长于泥中 鱼腥草，芦苇，菖蒲，菰，泽泻，蓼，梭鱼草，鸢尾，千屈菜，莲花等 浮叶植物 植株或叶片漂浮于水面上，根或地茎生长与泥中 睡莲，菱等 漂浮植物 植株或茎叶漂浮在水面，根系悬于水中 凤眼莲，萍类等 沉水植物 全部植株或茎叶沉没在

2、水下，根系扎根在泥土中 苦草，黑藻，眼子菜，竹叶眼子菜，菹草等 4.2.1.2水生植物恢复的重要作用（1）对河流水体净化的影响 水生植物通过光合作用，吸收 CO2，并且吸收水体及底泥中的 N、P，将它们同化为自身生长所需的物质（葡萄糖）及结构组成物质（蛋白质和核酸），同时向水体释放满足自身呼吸消耗外多余的氧气，使得植物根际区域形成有利于微生物生长代谢的微环境，促进水体污染物转化，从而实现净化污染水体和生态修复的目的。A水生植物对水体溶解氧的影响 水体中氧的来源主要是通过植物的光合作用、植物根系对氧的传递和释放、进水中挟带的氧及水面大气的复氧作用而获得。德国学者 Kickuth 根区法（the

3、root zone method）理论指出，生长在湿地中的挺水植物通过叶吸收和茎秆的运输作用将空气中的氧转运到根部，再经过植物的根部表面组织扩散，在根须周围形成好氧区，即说明植物具有向根部输氧的能力。还有研究认为，湿地植物通气组织发达，叶片进行光合作用所释放的氧，部分可从气腔进入根部，供给根部呼吸的需要，多余的氧再传到根外。Polprasert认为凤眼莲通过绿叶光合作用产生的氧气被输送到茎、根及水体中，供微生物呼吸用。李科德等发现芦苇在光合作用产氧过程中，还同时向根区及水体供氧，使芦苇床内水体溶解氧的变化曲线出现明显的高峰值。水生植物光合作用产生的氧气一方面可以满足自身呼吸作用的需要，另一方面

4、还可向水体供氧，且随光合作用增强，水体溶解氧量增加。王传海等发现种有苦草的水体中溶解氧浓度明显高于无植物的水体；卢晓明等发现在栽种睡莲、梭鱼草等水生植物密度较高的净化槽中黑臭河水 DO值较高。在睡莲、梭鱼草处理黑臭河水的过程中，随着光照强度增加，植物叶片叶绿素 a、叶绿素 b 含量升高，光合作用增强，光合代谢重要产物可溶性蛋白（SP）含量升高，净化槽中河水 DO浓度升高（河水中剩余DO浓度是植物光合作用增氧和污染物微生物降解耗氧等的平衡结果，如夏季在梭鱼草净化槽中，梭鱼草数量为设计量的 1/4、1/2、1/1 时，植物槽中河水的 DO 浓度较相比没有植物的对照槽约增加了 0.87mg/L、0.

5、93mg/L、1.12 mg/L）。水生植物在其根区附近形成有氧环境，同时根系可作为微生物附着的良好界面，有利于微生物附着生长。光合作用越强，净光合速率越高，根区微生物越丰富，对污染水体的净化和生态修复作用更明显。卢晓明等研究发现睡莲、梭鱼草的根区泌氧与黑臭河水的净化效果及植物根区微生物种群结构动态三者之间存在关联性。在光照较强，净光合速率较高时段，植物根区泌氧量升高，根区微生物的种群丰度较高，净水效果较好。然而，李宝林等研究发现凤眼莲覆盖水体表面时反而降低了溶解氧含量。王庆安等以芦苇、凤眼莲、菖蒲、浮萍等为研究对象，发现芦苇进行光合作用时氧增不明显，向根区水体供氧能力不明显；而凤眼莲在进行光

6、合作用时对水体溶解氧无贡献作用，部分覆盖时的氧增行为可理解为由浮游植物的光合增氧和水体大气复氧产生，菖蒲植株水面以上部分光合作用产氧时向根部水体根层区输氧进而引起氧增的作用不明显。浮萍光合作用时引起水体氧增的作用较弱。种有苦草等沉水植物的水体 DO升高，主要因为沉水植物的光合作用产氧所至，其氧气的分泌途径，是叶片直接分泌还是根部分泌，或两者共同的作用，还有待进一步研究；浮叶及漂浮植物分泌氧的途径也不是很明了，有待研究；而种有挺水植物的水体 DO增加，是否是因为根部泌氧所致可通过将根部暗处理，即将靠近根部部位以下密封在装有水的密闭不透光的容器中，通过测量实验前后水体溶解氧变化和设置无水生植物的完

7、全密闭的对照组中溶解氧浓度比较得出结论。或者通过研究水生植物根部好氧菌的种类和数量推断出根部是否泌氧。B水生植物恢复对水体 N、P 去除的影响 污染水体中氮主要通过以下几个方面的途径去除：一部分经微生物作用还原成分子态氮，释放入大气；一部分被植物吸收；另一部分以离子状态与底泥发生交换，残留于底泥或者以氨的形式直接挥发。污水中磷的主要去除机制是水生植物和微生物的综合作用。雒维国等通过测定芦苇光合作用及蒸腾作用特性随气象和水力条件的变化确定湿地相应的脱氮效率。采用相关系数法分析芦苇光合及蒸腾特性与脱氮效率之间的关系。结果表明，芦苇的光合作用、蒸腾作用对湿地脱氮效果影响较大，随净光合速率和蒸腾速率的

8、增加，湿地 DO浓度上升，脱氮能力得到提高。黄娟等研究了人工湿地植物光合作用特性及其与污染物净化效果的关系，发现植物净光合速率 Pn 与湿地 TN去除率显著正相关。而与 TP 去除率关系不大；在植物光合特性及其对湿地 DO分布和净化效果的影响中也发现芦苇净光合速率 Pn与湿地 TN、NH4+-N 去除率成正相关，相关系数分别为 0.82，0.83。卢晓明等发现白天随着光照增强，温度升高，植物光合及蒸腾作用逐渐增强，黑臭河水中的溶 P、NH4+-N的去除率也相应增大，另外，P、NH4+-N的去除率与蒸腾作用和光合作用的相关性显著，且与前者的相关性大于后者。雒维国等还发现植物对氮的转化部分占湿地总

9、氮去除的比例为 17.32，张荣社等 也认为湿地中水生植物吸收的氮量约占总去除氮量 816，两者结果相近。湿地 N、P 的去除机制有物理的吸附作用，化学的离子交换作用，和生物的细菌分解作用以及水生植物的吸收作用。水生植物脱氮除磷的本质与植物的自身的生长需求有很大的关系，而光合和蒸腾作用是植物生长的动力，大量吸收营养元素被水生植物吸收，故水生植物的光合和蒸腾作用与污染水体的净化有着密切的关系。加上植物根区或根际附近形成局部好氧微环境，根区较远处逐渐形成缺氧及厌氧环境，促进有机物降解和硝化菌的生长，因此水生植物净光合作用 Pn越强，呼吸作用消耗氧气越少，N的去除率越高。P 的去除率与水生植物光合特

10、性与呼吸特性关系不显著，其原因与 P的去除机制有关系，湿地中 P 的去除主要以物理作用去除机制为主，嗜磷菌的降解作用不是主要的去除机制，然而在污染水体中 P 的去除机制与水生植物光合和呼吸特性的关系目前研究较少，值得深入研究。C水生植物恢复对水体透明度的影响 覆盖于湿地中的水生植物，使风速在近土壤或水体表面降低，有利于水体中悬浮物的沉积，降低了沉积物质再悬浮的风险，增加了水体与植物间的接触时间，同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。此外，植物的存在削弱了光线到达水体的强度，阻碍了植物覆盖下的水体中藻类的大量繁殖，尤其是在浮萍类植物的湿地系统中比较常见。植物的存在对基质具有一定的保护作用，在

11、温带地区的冬季，当枯死的植物残体被雪覆盖后，植物则对基质起到很好的保护膜作用，可以防止基质在冬季冻结，以维持冬季湿地系统仍具有一定的净化能力。植物对基质的水力传导性能产生一定的影响，植物的根在生长时对土壤具有干扰和疏松作用，当根死亡或腐烂后，会留下一些管型的大孔隙，在一定程度上增加了基质的水力传导性。（2）水生植物恢复对生物多样性的影响 根据景观生态学原理，景观结构及其变化会对生物多样性造成重要影响。水生植物恢复措施主要通过边缘效应、廊道效应和干扰效应影响河流生物多样性。A边缘效应：边缘是指两个不同的生态系统相交而形成的狭窄地区。在景观要素的边缘地带由于环境条件不同，可以发现有不同于的物种组成

12、和丰度，这就是通常所说的边缘效应。由于许多物种适合在边缘环境中生存，在现实中，有许多边缘地区，生物多样性显著的高于斑块内部。但也有很多观点认为，物种消失的主要原因是因为森林片断化后产生的“边缘效应”，边缘效应对生物多样性的利弊是不确定的，要根据内部情况进行分析。河道植物生长的岸坡是水域和陆地边缘，相对来说，岸坡植物群落生境条件更好，更适合多种生物栖息和生存，特别是两栖类生物。在具有较高孔隙率的坡脚，更是物种最丰富的区域。B廊道效应：如前所述，廊道是具有通道或屏障功能的线状或带状的景观要素，是联系斑块的重要桥梁和纽带。在河流自身尺度上，河道植物带有可以作为保护河流重要的生态廊道。这很大程度上影响

13、着水陆间物种、营养物质和能量的交流，起到了运输和保护的作用。作为水陆生态交错带，并不会由于导致景观破碎化而对生物多样性产生负面影响，而其内部生境的异质性会使物种多样性高于两侧基质。C干扰效应：干扰是在目标尺度内，改变景观生态过程和生态现象的不连续事件，可以分为人为干扰和自然干扰。一般来说，干扰可以改变资源和环境的质与量以及所占据空间大小、形状和分布，是景观异质性的主要来源。植物措施是一种积极的人为干扰，通过筛选优良植物品种，根据河道类型和功能设计、构建人工植物群落，本身就是生物多样性的重要组成部分，并产生优美的景观效果。绿色植物是生态系统中的第一性生产者，物质循环与能量交换的枢纽。绿色植物的水

14、平结构与垂直结构的改善会使系统的供给功能、保存功能、抵制功能和排出功能更加完善，提高整个系统的生产力，同时又创造和保持可持续发展的自然环境。植物措施治理河道通过科学设计，结合人力种植多种植物种类，迅速增加了植物多样性，同时，植物具有保持水土，改善生境等功能，也是食物链的重要组成部分，以及物流、能量流的重要环节，为本地植物恢复，其它微生物和动物栖息、生存和繁衍创造了条件。河道植物可以重新恢复和衔接水陆域间的联系，有效解决传统河道建设方式带来的自然环境破坏、河道服务功能下降等问题，并在补枯、调节水位、提高河流自净能力、改善人居环境等方面产生重要影响。4.2.1.3水生植物恢复技术 目前，水生植物恢

15、复主要利用生态浮床技术、生态网箱技术、群落构建技术等促进水生态系统恢复。（1）生态浮床技术（2）生态网箱技术 生态网箱技术是以生态学为基础的一种植物水培技术，它完全依靠天然水体为植物的生长发育提供各种营养元素，不仅对水体无污染，同时还能达到改善水环境、提高水体自净能力、加快生物多样性恢复的效果。生态网箱主要由刚性框架、网衣及固定装置组成：A）刚性框架是保持网衣张开、便于移动的主要设施，过去常常由木头、毛竹等加工而成，虽然取材方便、成本低，但使用年限较短。现多采用 PVC 管材，质轻价廉，强度好，能抵抗较大风浪，使用年限长。B）网衣主要由正六面体封闭式聚乙烯网片结构缝制而成，网衣体积、网目大小以

16、及网线股数可根据实际需要来确定。C）固定装置包括植物固定装置以及整个生态网箱的固定，前者主要是通过丝线、塑料扎带等将植物固定在网线上，后者一般用锚固定。生态网箱的布局：A）应根据植物的抗逆能力选择合适的水域；B）网箱的布局应与水体的流向相适应，既要使得网箱内水体得到最大交换率，同时要考虑河道的行洪要求。生态网箱技术的管理：A）先锋物种的选择需要遵循适应性原则、本土性原则、净化能力原则、可操作性原则等，在对水生植物的生物学特性、耐污性、对氮磷去除能力以及光补偿点研究基础之上，筛选适宜的物种，为水生植物群落恢复提供物种。B）水培管理应根据植物生长发育各个不同阶段的要求，做好育苗、移植、病虫害防治等

17、工作。C）安全管理既要注意生态网箱自身的安全，防止风浪、水位消涨等造成破坏，还要考虑生态网箱对航运安全、行洪安全的影响。D）及时做好植物的收割工作，以免造成二次污染。（3）植物群落构建技术 植物群落构建技术由于涉及面广、可重复性差、操作难度大、时间跨度长等因素，尚无成熟的技术导则，在河道治理中恢复与重建植物群落的方法和技术还处在试验阶段。A植物群落构建技术的理论依据：应用植物生态学原理组建植物群落，应考虑生态因子作用的基本规律，包括生态因子的综合作用、主导因子的作用、直接因子和间接因子的作用、生态因子作用的阶段性特别是生态限制因子的特点和作用，它对植物的分布、生长发育起着决定性的作用。根据种群

18、生态学原理，应掌握组建植被种群个体空间分布规律、种群密度、繁殖率、空间结构、年龄结构、种群增长率、种群间的相互作用、种间的竞争与相互作用、以及物种生态位和物种生物多样性特点。根据群落生态学原理，应掌握和控制由种群组成的群落的成分、特征、层次，群落的年龄结构、空间结构、产量结构，群落的多样性和演替规律。根据生态系统的原理，应初步掌握组建的人工生态系统的组成与结构、能量流动与物质循环，保持和调节系统的动态平衡。根据生物多样性原则，应避免种类与结构单一造成的生产力下降以及抗御灾害能力下降、病虫害猖撅的弊端。应营造多种类、多层次的搭配、合理布局，以增加系统的物种多样性，提高系统的稳定性和抗御灾害的能力

19、。根据系统可持续发展原则，应坚持因地制宜，使系统与环境和谐相处，并能实现可持续发展。B主要思路与流程：科学规划：就物种的选择、造林密度、种间配置、种群结构、进行科学合理的规划设计，突出生态效益与社会效益。并把群落构建的设计落实到规划图上，避免盲目性。组建群落物种的选择试验：特别是先锋物种的选择尤为重要。组建群落物种的空间配置与混交方法确定：依种群生态学原理，在混交时应考虑组成群落的空间结构和年龄结构。依据最小可持续种群理论，植物种群的空间配置，物种的混交应以团状、宽带状、块状配置为主，以利于植物种群的形成。选择恰当水域，培育壮苗，加强培护管理，提高植物的成活率。应该严格苗木质量关，培育壮苗，质

20、量不合格、有病虫害的苗木不能使用。新水培植物应加强抚育管理，促进目的物种快速生长 4.2.1.4河流水生植物恢复技术应注意的主要问题（1）应合理搭配其它生物，构建完整的水生态系统 生态系统都有能量流动、物质循环、信息传递及自我调节的功能。从生态学角度而言，水体污染的实质就是生态失衡。如欲维持其原有良好的状况，应保持其生态平衡，疏通其物流的途径，保障有机质及营养盐的输入与输出平衡。为此，要结合多途径、多措施，包括污染质的迁移、转化、转化后产品的利用及输出等环节形成一链网系统。各环节相互联系、互为因果，成一系统。城市河道作为城市生态系统的一个子系统、它也是由植物、动物、微生物等组成的生物群落与周围

21、环境构成的一个整体。城市河道中除了水生植物外还应有动物和微生物。（2）开发水生植物新品种 大多数植物对于污染这种特殊的逆境会有适应性，产生一定的抗性，并且这种抗性在一定程度上具有遗传性，从而可以进行代间传递。利用植物这种对污染的适应性进化，可以筛选出符合要求的水生植物，包括净化特定污水的特异性植物。（3）考虑河道景观的异质性，合理配置水生植物资源 城市河道中的景观水体，增加了城市景观的异质性。在利用水生植物进行设计时可借鉴景观生态规划与设计原则，从整体优化、多样性、景观个性、综合性等原则加以考虑，使挺水、浮水、沉水植物相互配置在一个群落中，充分利用空间资源，构成一个稳定的、长期共存的立体植物群

22、落，以此提高环境多样性和水景的自然度，极大地丰富物种多样性。（4）加强水生植物的捕获与管理，防止带来二次污染 水生植物在冬季死亡之后，由于温度比较低，腐烂分解速度比较缓慢，并不会立即产生水质污染。到了来年晚春季节，随着水温的上升，植物残体的腐烂速度加快，迅速释放出大量的有机物和营养盐，使河湖水色加深，有时还伴随着藻类及原生动物的大量生长，严重时下层湖水缺氧，弓起鱼虾死亡。因此，必须定期对水面漂浮的腐叶枯枝及垃圾杂物进行清除。重视对大型水生植物收获利用。借以增加生物营养元紊的输出，减少自然凋落且，减轻因凋落物腐烂分解引起的二次污染，减少生物质的沉积。（5）考虑年内季节变化，解决冬季绿化问题 如何

23、选择适宜的植物及如何创造植物越冬生长的条件，使水生植物在冬季仍然表现出良好的生长状况，常年维持较好的观赏效果和高效净化污水能力是有特于进一步地研究的课题。水生植物的生长状况与净化率有关，在夏、秋季节，许多喜温水生植物处于生长旺期，因而表现出较高的净化效率，然而到了深秋和冬季，许多喜温水生植物己处于衰老和死亡阶段，自然会失去其净化效能。但对于耐寒植物来说，情况却相反，在寒冷季节对废水中污染物有较高的净化率。因此，可充分利用习性不同的水生植物群落间的相互作用及人工干预，以解决冬季绿化的问题。（6）植物措施可能增加外来种入侵概率 在河道整治建设中，如果大面积人为引种外来植物品种，会造成大量本地原生植

24、被逐渐被外来种替代，以至造成本地原生植被消失，就可能给当地生物多样性带来危害。随着外来植物的引进，一方面为许多外来动物，特别是各种低等动物如昆虫、土壤动物等创造了适宜的生存环境，形成新的群落结构，改变了当地动物区系组成，另一方面由于外来植被改变了原生态系统结构和功能，造成当地的动物数量和种类减少，为其它外来物种的入侵提供了更大的生存空间。4.2.1.5 沉水植物恢复的可行性探讨 许多种高等水生植物对水体中污染物都有一定的净化效果。通过高等水生植物和附生微生物的共同作用、定期收获生长的水生植物、在冬季采取适当的越冬措施修复污染河道的部分水生生态是可行的。但要消除河道底部沉积物对河道水质的影响，从

25、各种高等水生植物的生理特点看，沉水植物应是最优选择。（1）沉水植物的生态学特征 沉水植物占据水体中水和底质的主要界面，形成水体两大营养库之间的有机结合部，是所有水生植物中与水环境关系最为密切的生活型。光合作用对碳源的利用以 C3类似型为主，利用 CO2 的能力决定了其在不同硬度和 pH值水体中分布的能力。底质吸收是植物组织矿质营养的主要来源。在所有的营养元素中，50-100%的 P 来源于底质，这是因为底质间隙水中的无机磷酸盐的含量是表层水中的 4 倍。当表层水中不含磷时，沉水植物依靠底质磷来源可达到 1kg DWmz 的产量。沉水植物对间隙水和表层水中的氮的吸收比例正比于两个介质间氮的浓度比

26、，而且沉水植物对氨氮比硝酸盐具有吸收优先性。沉水植物是一年生或多年生，前一种方式植物形成种子过冬，后一种方式包括营养休眠体或植株过冬，以无性繁殖策略为主。（2）沉水植物恢复技术在河流生境改善与生态恢复中的重要作用 A吸收固定水中的氮、磷等营养物质 沉水植物由于其生境的特殊性，地上地下部分都可以从环境中吸收营养。随着外界环境的变化，植物所吸收营养的量及各器官之间的分配比例有很大的可塑性。沉水植物既可以通过根吸收底质中的氮、磷营养也可通过茎叶利用水中的营养物质，并且它们生活史较长，多为 1-2 a生，死亡后这些营养才会被逐渐释放出来，因此当水体中沉水植被发育良好时，就会有大量的营养物质被长时间地固

27、定在其体内，这样就减缓了营养物质在水中的循环速度。沉水植物的季节变化模式一般是：植物组织对营养的过量积累发生在早春；在生长活跃期，吸收量往往滞后于生长，从而导致组织中的营养浓度下降，当下降到接近生长最低需量水平时，吸收量随之增加以维持生长所需的临界水平；在生长高峰到达后，营养物转移到繁殖体和水体中。研究发现，氮浓度过高会抑制光合作用速率，其原因可能有两方面：一是光合部位氮素含量增加，导致氮同化作用加强。氮同化加强后，就与光合碳同化竞争光合作用光反应产生的同化力，即 ATP 和 NADPH（还原型辅酶 II），竞争结果是 CO2同化速率降低。二是氮同化亦需要碳架，氮同化加强后，呼吸作用向光合碳同

28、化提供碳架的能力变小，CO2同化速率降低。同时，不同种类植物对硝氮和铵氮有不同的利用偏好，从氮对水生植物直接影响的角度来看，铵氮对水生植物的胁迫是主要的。大型水生植物的多样性和群落结构与氮负荷（硝氮和铵氮）显著相关。研究表明，水体铵氮比例的增加对黑藻和狐尾藻的光合作用具有一定的抑制作用，表现为随水体铵氮比例的增加，黑藻和狐尾藻的净光合速率和最大净光合速率降低，而光合补偿点和暗呼吸速率升高。沉水植物对底质中磷迁移的影响主要有以下几方面:a.因为沉水植物吸收上覆水中磷，使上覆水与底质间隙水之间存在着浓度梯度，磷向上覆水中扩散。b.沉水植物的快速生长，使上覆水体含氧量升高，氧气向底质迁移引起底质氧化

29、还原条件的变化，影响底质中磷的沉积与释放。c.沉水植物腐烂后沉积到底质中释放磷。d.沉水植物根系的呼吸，使底质氧化环境发生变化，影响底质中磷的迁移。e.根系吸收底质中生物有效磷。f.在水生植物根际形成特珠的生态环境，能为大量的需氧微生物群生长繁殖提供良好的生境，影响磷的迁移。前 3种作用随着底质深度的增加而减弱，后 3种作用主要作用于根尖分布层。B抑制藻类生长 作为水体的初级生产者，沉水植物和藻类之间在营养物质、光照等方面存在竞争排斥，因此若水体具有发育良好的沉水植被就可强烈地抑制藻类的生长。首先是沉水植物通过竞争生长资源，即大量固定水中的氮、磷营养，使藻类生长受到抑制。再就是一些沉水植物种类可分泌针对藻类的生化他感物质杀死藻类或抑制其生长。而且，沉水植被为大型浮游动物提供庞大的栖息表面积，从而抚育出高密度的浮游动物群落，大量捕食浮游藻类，也间接地控制藻类的群体数量。C凝集颗粒物澄清水质 沉水植被密集的枝叶与水有着庞大的接触面积，能够吸附沉降水中的悬浮颗粒物质，一些种类还可以分泌助凝物质，促进水中小的颗粒絮凝沉降。除此之外，沉水植物好氧的根基环境也可以起到固持底泥，有利于保持小颗粒底质的稳定性，增加碎屑的沉积量。D提高水生生态系统的生