爱尔斯微课堂|水生态修复植物生长特性比较与应用潜力

在生态修复中，水生植物因具有良好的营养盐吸收能力、可富集重金属降解有机污染物并具有较高的生态价值而被广泛应用。但在实际工程中，常由于对水生植物生长条件及特点认识不足而存在应用盲目性，出现植物生长状态不良、修复效率低下等现象，导致负面生态效应。为提高水生植物水质净化与生态修复效率，本文从水生植物的生长环境条件、生长能力、营养吸收特点、锚定能力四个角度出发，全面概括了与生态修复相关的水生植物生长特性，以期为水体水生植物生态修复工作提供理论依据。

适宜水深

自然水体尤其是小面积封闭水域水位常受到降雨影响而发生波动，水位过高或过低都会影响水生植物的生长发育。水深将会通过影响水生植物的生长、生理状况及繁殖能力间接影响植物净水能力和生态修复效果的发挥。部分水生植物的适宜水深见上表，与生活类型密切相关。沉水植物普遍适应于1m及更深水域生长；浮叶植物适宜水深因植物而异，但大多适应于较浅水域生长；挺水植物适应的水深较浅甚至可在没有水的情况下生存，但相比多数沉水和浮叶植物对深水的适应性更低，仅芦苇、荷、泽苔草、千屈菜适应的水深可超过1m。这可能是由于沉水和浮叶植物可通过调节自身形态如株高、地上组织与地下组织生物量、节间距等来增强对水深波动的适应性，而挺水植物的调节能力相对较弱。水生植物在进行生态修复时，需根据水体的水深及变化情况选择适宜不同水深范围的物种。

适宜温度

温度是对水生植物生长和生理活动影响较大的环境因素之一，会影响水生植物的萌发、生长状态及代谢活动等。同时，温度通过影响水生植物生长和生理状态将进一步影响其水质净化能力，水生植物在其生长适宜的温度范围内，可较好发挥水质净化能力。夏季和初秋温度较高，许多水生植物生长旺盛，去除营养盐、富集重金属的能力普遍较强，而到了晚秋和冬季，植物大多处于衰老和死亡阶段，水质净化能力相应变弱。除对水生植物本身产生影响外，低温会影响微生物活性，从而影响水生植物系统整体的污染物去除效率。但也有研究发现，部分植物包括伊乐藻、常绿水生鸢尾、羊蹄、金钱蒲、灯心草等即使是在低温下也具备较好的污染物去除能力。

部分水生植物的适宜温度见上表。适宜温度高于30℃的水生植物属于耐高温型，如金鱼藻、凤眼莲、荇菜、荷等；大部分植物的适宜温度为10-30℃，在春末、夏季及初秋生长旺盛，属于夏季常温型水生植物；部分可在10℃以下环境中正常生长的水生植物在深秋、初春或冬季生长状态最佳，属于秋冬春耐低温型水生植物，如菹草、水毛茛、水蕴草。在利用水生植物进行水质净化和生态修复的过程中，需要充分考虑温度，根据季节及水温的变化情况合理选择生长良好且净化能力较强的水生植物。

适宜PH

水体的PH状况可通过影响无机碳源的存在形式而影响水生植物的分布，随PH升高，水中植物可直接、高效利用的CO₂占比减少，而利用效率不高的HCO₃^-占比增大，使许多以CO₂为碳源的植物生长受阻。同时，水中PH过低对于植物的养分摄取、光合作用等也会产生不良影响。PH还会影响水生植物的污染物去除能力，一方面主要体现在水生植物本身的生长存在最佳PH范围，另一方面部分污染物在不同PH下的生物利用性也存在差异。对需要微生物协同去除的物质，还需考虑PH对功能微生物活性的影响。在污水脱氮方面，硝化细菌活性受PH影响较大，硝化过程最适PH为7.5-8.6，而反硝化过程最佳PH为7左右。因而植物在不同PH下对不同形态氮元素的去除效果存在差异，需要根据目标污染物形态探究最优PH。

部分水生植物适宜生长的PH见上表。根据植物可正常生长的PH将其分为偏碱型、中性型和偏酸型。水生植物适宜生长的PH多在7附近，穗花狐尾藻、伊乐藻、槐叶苹、睡莲和萍蓬草适宜生长的PH范围相对较大，需根据修复水域的PH选择适宜生长的水生植物，并考虑对污染物去除效果的影响，提高修复效率。

水生植物生长能力

生物量

生物量是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质总量，受气候、温度、光照、水深、养分、食草动物、微污染物等环境条件的影响。水生植物的生物量水平决定其适宜修复的水域面积，也可指示其资源化利用量，并且一般生物量较大的水生植物对污染物的吸收量也相应越大。表中列举了部分水生植物的生物量。挺水植物生物量普遍大于沉水、浮叶和漂浮植物。菹草、苦草、凤眼莲、大薸、菱、金银莲花、芦苇、菰等水生植物的生物量较大，适宜大面积水域的生态修复；细金鱼藻、伊乐藻、水毛茛、圆心萍的生物量较小，可在小面积水域中进行生态修复。

水生植物在水质净化过程中存在去除各类污染物的最佳生物量，在适宜环境条件下的水生植物扩张及产生的生物量过度累积会加速水体的陆地化进程，从而威胁到水生生态系统。因此，将水生植物生物量控制在最佳范围内可最大限度地发挥水生植物的净化能力，由此也可实现生物量的资源化利用，防止水生植物生物量堆积造成水体沼泽化，并避免由于水生植物死亡而产生的二次污染。

生长速率

水生植物的生长速率是指在单位时间内植物体生物量的增加量，可分为绝对生长速率（AGR）和相对生长速率（RGR）。AGR代表单位时间内水生植物生物量的绝对增加量；RGR可缩小由植物本身生物量差异带来的数据变异性。通过测定水体中水生植物的生长速率可判断水生植物的生长状态及其对水体的适应程度，同时水生植物在生长速率较快的生长阶段对水体中污染物的去除能力也相应较强。植物的生长速率还能为收割管理提供依据，对于生长速率较快的水生植物需要及时收割以避免由于生长过快而造成不可控制的局面。常见水生植物中，漂浮植物的RGR普遍高于沉水和挺水植物，但受到其本身生物量的影响，AGR一般低于一些生物量较大的挺水植物（如芦苇、美人蕉、旱伞草等）。此外，凤眼莲、大薸、浮萍、金鱼藻、马来眼子菜等植物属于生长速率较快的水生植物，在生态修复时需注意对其生长的控制。

总结

确保水生植物的健康生长是水质净化和生态修复工程开展的首要条件，水深、温度、水体PH是影响植物生长的重要环境因素，也会影响水生植物的污染物去除能力，水生植物水质净化与生态修复存在最优环境条件。

 水生植物的生物量、生长速率与水生植物的水质净化能力密切相关，一般情况下，生物量越大、生长速率越快的水生植物水质净化能力较强。水生植物的生物量水平可影响其能修复的水域面积。通过收割将水生植物控制在最佳生物量水平，最大限度发挥水生植物的净水效能并防止水生植物残体分解对水体产生二次污染，也可降低水体沼泽化、陆地化风险。

 水生植物的营养吸收特点有助于评价水生植物的营养盐吸收能力并量化评估收获水生植物对水体养分去除的贡献情况，简化工程操作步骤。一般来说，水生植物的氮、磷储量越大，对水中氮、磷元素的吸收能力也越强。水生植物的根、茎、叶均具有从水体和沉积物中吸收养分的能力。

 在水生植物的后续维护管理中需关注水生植物的锚定能力。水生植物通过回避和耐受策略抵御水流冲击和风浪扰动，在水流和风浪不稳定的水域需选择根系相对发达、根冠比较大的水生植物。