爱尔斯微课堂|水生态治理中水生植物的应用与设计（一）

与传统物理、化学修复技术相比，水生植物修复技术具有可原位进行、投资省、对周围环境的扰动小、对污染物去除具有持久性、公众易接受、可以与物理化学方法结合使用等优点。目前，有较多针对水生植物生长影响因子、净化机理等方面的研究，但鲜有针对水生植物规模化应用，特别是规模化设计方面的研究。本文试图通过对前人研究的探讨，从规模化应用设计角度出发，对水生植物在水生态治理中的应用方式方法进行综述。

大型水生植物是生态学范畴上的类群，不仅包括生活在河流河道中的植物，还包括在河岸带长期适应湿生生境的植物。根据造景功能、形态特征及生活习性，一般可将其分为挺水植物、浮水植物、浮叶植物和沉水植物4种类型，其典型特征、代表植物、应用场景等见下表。

水生植物在水生态修复和治理过程中，主要是通过庞大的枝叶和根系形成天然的过滤网，对水体中的污染物质进行吸附、分解或转化，从而促进水中养分平衡；同时通过植物的光合作用释放氧气，使水体中的溶解氧浓度上升，抑制有害菌的生长，减轻或消除水体污染。主要水生植物对污染物去除功能见下表。

水生植物的生长受光照强度、营养盐、底质、悬浮物、水流、温度等多种因素影响，其中，光照强度是水生植物，尤其是沉水植物生长的主要限制因子；营养盐、底质、悬浮物、水流、温度对水生植物生长影响较为明显，各因子都存在某一适宜数值区间，满足水生植物生长，不同类型沉水植物及在其不同生长阶段，该取值区间也有所变化；着生藻类、重金属、pH等因子也会对水生植物生长产生一定影响，但其作用程度相对上述因子较低。

# 光照强度及透明度

光照是水生植物，尤其是沉水植物生长的限制性因子，而且决定了沉水植物在水下分布的最大深度。受水体中溶解物、悬浮颗粒以及水深的影响，太阳的光能迅速衰减以及在空气与水交界处产生损失，随着水深度的增加水体光照条件减弱，导致在不同的水体以及同一水体的不同深度，光照条件存在差异。在实际测量过程中，往往不是测量水体光强，而是测量水体透明度。

挺水、浮叶、漂浮植物应种植在光照充足的区域；沉水植物种植区应确保3h以上光照，透明度小于种植水深1/2的水体不宜种植。王海军研究表明，透明度与水深之比是沉水植物生物量最重要的调控因子，以关键时期3-6月的透明度与水深之比为驱动变量构建了系列的沉水植物生物量关键期模型。根据模型解析发现，3-6月植物正常生长的透明度与水深之比低限分别为0.66，0.47，0.55和0.45，鉴于长江流域湖泊在6月的平均水深一般为3m，则沉水植物正常生长的透明度阈值为1.4m。

# 水深

水生植物对水位变动的响应主要包括形态特征、生物量、物种分布和物种结构的改变。另一方面，水位变动被认为是一个环境干扰因子，适度的水位变动有利于增加物种多样性，长期的水位变动在植物群落演替上扮演重要的角色。

挺水、浮叶植物应以水深30-100cm为宜，沉水植物可适应100-150cm水深。主要水生植物的适宜水深见下表。

# 水温 

一般来说，每种水生植物都有其适宜生长的温度范围，低于或高于其适宜温度水生植物会生长不良甚至死亡。主要水生植物的耐寒性见上表。

# 水质

水生植物的生存存在一个阈值问题，水体中污染物浓度一旦超过其生存阈值则会导致水生植物枯萎甚至死亡。

挺水、浮叶、浮水植物种植区域的水质pH值以6.0-8.5为宜；沉水植物水质要求洁净，水体适宜的pH值为6.0-9.0之间，水体的化学需氧量、高锰酸盐指数控制在15mg/L以下；氨氮含量偏高的污染水体不适宜种植挺水、浮叶植物及小型浮水植物，可根据污染程度适当选择一些大型浮水植物。水体的TN含量小于2mg/L时有利于湖泊中沉水植物的发展。

当氮含量高于0.5mg/L时，应选择生长迅速及对氮的需求量较高的凤眼莲、浮萍等水生植物进行配置；当磷含量高于0.2mg/L时，应选择具有发达地下块根或块茎、对磷元素的需求较多的睡莲等水生植物进行配置；当氮含量高于1.0mg/L、磷含量高于0.2mg/L时，应选择根系发达、生长量大、营养生长与生殖生长并存的芦苇、美人蕉、香蒲等水生植物进行配置；当氮含量低于0.5mg/L、磷含量低于0.5mg/L时，应选择伊乐藻、金鱼藻等沉水植物进行配置。

# 水体流速

水流不仅能影响水生植物群落结构和物种分布，还能影响其繁殖传播、新陈代谢过程和形态特征。挺水、浮叶植物生长要求相对静止、流速低缓的水体；沉水植物生长要求中、下层流速小的水体；浮水植物一般适宜在水面相对静止的围合区域种植。当水体流速＜0.1m/s时，宜种植沉水植物、浮叶植物、挺水植物；当水体流速＞0.9m/s，不宜种植沉水植物和浮叶植物，可种植挺水植物。

李怡等研究表明，在河道中水生植物一般生长在水流较缓慢的区域，研究河流水生植物发现，当水流速度小于10cm/s 时，水生植物生长宽幅能达到1050cm，种类丰富，多样性高；当大于10cm/s时，仅为210cm，且以挺水植物为主。此外，王华等研究了水流对生长期沉水植物的影响，见下表。

# 底质

早期的研究表明，底泥的物理特性对水生植物的影响相对于底泥的化学性质要大。底质条件是否符合水生植物生长，不仅取决于底质本身的特性，很大程度上也受制于水温和水深。

挺水植物种植底泥一般要求为疏松、壤土、半黏土或层积淤泥，pH 值以6.0-8.5之间为宜，种植前对土壤应进行消毒，种植土厚度不小于30cm，肥沃；浮叶植物种植底泥一般要求为河泥、湿地底土及水稻土，pH值以6.0-8.5之间为宜，种植前对土壤应进行消毒，种植土厚度不小于30cm，肥沃；沉水植物种植底泥一般要求为河泥、湿地底土及水稻土，种植土厚度不小于20cm，肥力中等以上。

# 水生动物

鱼类不仅通过牧食直接作用于水生植物，还会通过扰动增加水体的浊度，从而降低光照，进而影响水生植物的生长；底栖鱼类还会通过对底泥的扰动，影响水生植物的固定和着根。研究发现，草鱼和鳊的存在都不利于沉水植物的生长，其中草鱼的影响力超过鳊，而鲫的存在有利于沉水植物的生长与恢复。

在湖泊、河塘等区域种植挺水、浮叶植物，宜采取隔离围栏，减少来自鱼类的危害，减缓船行波对植物和土壤的冲刷；沉水植物种植初期应采取隔离及围护措施，一是减少食草性鱼类的危害，二是控制沉水植物无序蔓延，确保其景观效果。