沉水植物分布格局对湖泊水环境N_P因子影响

沉水植物对水体水质净化效果的研究引言水是生命之源，而水质的好坏直接关系着人类、动植物的健康和生存环境。

如今，随着工业化和城市化的加速发展，水体污染成为了严重的环境问题。

为了解决水体污染问题，人们积极探索各种水质净化方法，利用沉水植物进行水质净化成为了研究的热点之一。

沉水植物以其独特的生物学特性，被广泛应用于水体修复和水质净化。

本文将对沉水植物对水体水质净化效果的研究进行深入探讨。

一、沉水植物概述沉水植物，又称水生植物，是指生长在水中，可以在水中生活的植物。

它们通常具有特殊的适应水生环境的生理特性和形态特征。

沉水植物包括水葱、水蕹、茨菇等，它们的茎、叶、花和果实都能生长在水下。

沉水植物的特点主要有：①适应水分环境的特殊叶型：大部分沉水植物的叶片都是线状，表面光滑，不容易粘污物，有些沉水植物的叶片还能分泌一种类似液态油的物质，使得水能很快地流走。

②光合作用强：沉水植物适应光照不足的水下环境，表现为对光合色素的高含量和高的光合作用效率，这使得沉水植物成为了水中生物链的支撑者。

③耐低氧：由于水下的氧气含量较低，沉水植物能够通过充气细胞扩大氧气的扩散，以适应低氧环境。

二、沉水植物对水质的净化作用1. 吸收营养物质水体中的氨氮、磷酸盐等营养物质过量会引起水体富营养化，形成藻华等问题。

而沉水植物的生长需要充足的营养物质，它们可通过光合作用吸收水中的无机盐，并将其转化为有机物质。

这对于降低水体中的营养盐含量，减少水体富营养化问题起着积极的作用。

2. 吸附有害物质沉水植物的根系可以吸附水体中的重金属离子、农药、有机物等有害物质。

植物根系外周有细胞壁和黏液被囊，这些物质对于有害物质有强烈的吸附作用，能有效地净化水体。

3. 水质过滤沉水植物的茎和叶片在水中摆动，可以有效地搅动水体，促进水中的氧气和二氧化碳的交换。

茎和叶片的表面能够过滤悬浮颗粒、细菌等微生物净化水体，起到了过滤水质的作用。

三、沉水植物在水质净化中的应用1. 污水处理沉水植物被广泛应用于城市污水处理厂的人工湿地中。

水生植物对氮磷的去除湖泊富营养化已成为一个世界性的环境问题。

利用水生大型植物富集氮磷是治理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径之一。

湖泊水环境包括水体和底质两部分，水体中的氮磷可由生物残体沉降、底泥吸附、沉积等迁移到底质中。

对过去的营养状况的追踪说明，水生植物可调节温度适中的浅水湖中水体的营养浓度［2］。

而大型沉水植物则通过根部吸收底质中的氮磷，从而具有比浮水植物更强的富集氮磷的能力。

沉水植物有着巨大的生物量，与环境开展着大量的物质和能量的交换，形成了十分庞大的环境容量和强有力的自净能力。

在沉水植物分布区内，COD、BOD,总磷、铁氮的含量都普遍远低于其外无沉水植物的分布区［3］。

而漂浮植物的致密生长使湖水复氧受阻，水中溶解氧大大降低，水体的自净能力并未提高，且造成二次污染，影响航运。

挺水植物则必须在湿地、浅滩，湖岸等处生长，即合适深度的繁衍场所，具有很大的局限性。

不同的沉水植物对水体中的总氮总磷均有显著的去除作用。

在关于常见沉水植物对滇池草海水体(含底泥)总氮去除速率的研究中发现：物种去除能力的大小顺序依次为伊乐藻＞苦草＞狐尾藻＞篦齿眼子菜＞金鱼藻＞范草＞轮藻。

随着时间的延长，水体中总氮浓度呈负指数形式衰退，且在实验的总氮浓度范围内(2.628~16.667mg∕L)每种沉水植物的去除速率随总氮浓度的增加而增加［4］。

此外，黑藻(Hydrillaverticillata(L.f.)Royle)对磷的需求较低，并可利用重碳酸盐作为光用的碳源。

磷吸收是主动过程［6］。

在亚热带湿地中，磷主要是在植物内流动，而氮主要是通过沉积作用和反硝化作用开展流动。

对于夏季浮游植物（主要是外来蓝藻），磷是限制因子。

据推测：磷循环强烈依赖于大型植物的调节；底泥中磷的衰竭影响植物香蒲（Typhadomingensis）的减少，而随后磷的有效性的增加又使其重现［7］。

在对东湖的围隔实验中，结果显示了沉水植物在磷营养滞留物中的关键地位［8］。

沉水植物对水体水质净化效果的研究1. 沉水植物的分类及特点沉水植物是指能够在水体中生长并完全或部分沉入水中的植物。

它们凭借其独特的形态和生理特性，可以在水中吸收营养物质，过滤水体，改善水质。

沉水植物根据其生长环境和特点可分为不同的类型，如水葫芦、茨菇、水蕨等。

这些植物大多具有较高的光合作用能力，能够有效吸收水体中的营养盐和有机物质，有助于降低水体中的营养盐含量，提高水质的透明度。

2. 沉水植物对水体水质的净化作用（1）吸收富营养物质水体中大量的营养物质是导致水体富营养化的主要原因之一，而沉水植物具有较强的吸收能力，能够有效地吸收水中的氨氮、硝酸盐等营养物质，降低水体中的营养盐浓度，减缓水体富营养化的过程。

（2）过滤悬浮物质水体中的悬浮物质是造成水体浑浊的原因之一，沉水植物的茎叶可以降低水中的悬浮物质含量，改善水体的透明度，为水体中的生物提供更好的生存环境。

（3）降解有机污染物沉水植物的根系可以释放出物质促进有益菌群的生长，有助于降解水体中的有机污染物，减少水体富营养化和水华的发生。

3. 沉水植物对水质净化的影响因素沉水植物的生长和净化效果受到多种因素的影响，包括光照、水温、营养盐含量、溶解氧含量等。

充足的光照和适宜的温度有利于沉水植物的生长，提高其吸收养分和过滤悬浮物质的效果；适宜的营养盐含量有利于沉水植物的生长，但过高的营养盐含量可能导致水体富营养化，影响沉水植物的净化效果。

4. 沉水植物在水体生态修复中的应用由于沉水植物具有较好的水质净化能力，因此被广泛应用于水体生态修复和水质改善工程中。

在湖泊和水库中可以通过人工种植沉水植物，利用其吸收养分和过滤悬浮物质的能力，改善水质，恢复水体的生态平衡；在城市河道和湿地中，可以利用沉水植物修复受污染的水体，提高水体的净化效果。

5. 沉水植物的发展前景随着人们对环境保护意识的不断增强，对水体净化技术的需求日益迫切，沉水植物净化水体的技术将得到更多的关注和应用。

!#$%'((湖泊科学），2018，！0(1)$157-170DOI 10. 18+07/2018.0116©2018 by Journal of Lake Sciences滇池沉水植物的分布格局及其水环境影响因子识别*王琦，高晓奇，肖能文，刘高慧，吕凤春，韩煜，史娜娜，全占军！(中国环境科学研究院，北京100012)摘要：研究滇池沉水植物的分布及其与水环境因子的关系，对于滇池沉水植物的恢复具有重要的指导意义.2016年4一11月对滇池24个典型点位沉水植物群落特征进行调查，共发现16个调查区存在9种沉水植物，以篦齿眼子菜（1fa-m o〇e6n L(naius)、微齿眼子菜（1m aackanus)、稼花狐尾藻（M@f3@ug s)a6G)、轮叶黑藻（A@r)a ?rt)ia6)、马来眼子菜(1等为主，沉水植物主要分布在近岸3 m以内水域，盖度在10%左右.主成分分析结果表明，总氮、总磷、悬浮物、化学需氧量和叶绿素a浓度是影响沉水植物种类和生物量的主要因素，透明度是影响沉水植物盖度的主要因素;典范对应分析结果显示，滇池沉水植物的分布主要受水体中营养盐含量和化学需氧量的影响，穗花狐尾藻和轮叶黑藻对有机物和藻类的耐受能力较强，马来眼子菜和篦齿眼子菜适于生长在高营养盐的环境.滇池沉水植物恢复初级阶段的关键是降低水体中化学需氧量、抑制藻类的生长，其次是控制水体营养盐浓度.按照“一区一策”的原则，草海东风坝内和外海南部适于进行沉水植物恢复，外海北部实行控藻治理，外海东部Z改善水体有机物浓度和营养盐条件，外海西部以沉水植物自然保育为主.关键词$滇池;草海;沉水植物;群落分布;主成分分析;典范对应分析;生态修复;影响因子D istribution pattern of subm erged m acrophytes and its influencing factors of w ater envi­ronm ent in Lake DianchiWANG Qi，GAO Xiaoqi，XIAO Nengwen，LIU Gaohui，LU Fengchun，HAN Yu，SHI Nana &QUAN Zhan-jun!(Chinese Research Academy o f Environment Sciences，Beijing100012，P.R.China)A bstract $S tu d y in g th e d is trib u tio n o f s u b m e rg e d m a c ro p h y te s a n d th e in flu e n c in g fa c to rs o f w a te r e n v iro n m e n t is o f s ig n ific a n c e fo rth e re c o v e r y o f s u b m e r g e d m a c r o p h y te s 9 L a k e D ia n c h i. F ie ld s u rv e y s fo r c h a ra c te ris tic s o f s u b m e rg e d m a c ro p h y te s w e r e c a a ie d o u ta t 24 ty p ic a l r e g io n s in L a k e D ia n c h i fro m A pril t o N o v e mb e r，2016. A to ta l o f 9 s u b m e rg e d m ac ro p h y te s s p e c ie s w e r e r e c o r(de d inth e 16 s t ia d y re g io n s. Potamogeton pectinatus，P. maackianus，Myriophyllum spicatum，Hydrilla verticillata a n d P. w ri^<htii w e r e t h em a in s u b m e r g e d m a c ro p h y te s s p e c ie s in L a k e D ia n c h i. T h e d e p th o f s u b m e r g e d m a c ro p h y te s w a s le s s th a nth e w h o le la k e a r e a. P rin cip a l c o m p o n e n t a n a ly s is s h o w e d th a t to ta l n itro g e n，to ta l p h o s p h o ru s，s u s p e n d e d so lid s，c h e m ic a l o x y g e nd e m a n d，tra n s p a re n c y a n d c h lo ro p h y ll-a w e r e th e m a in in flu e n c in g fa c to rr fo r th e d is trib u tio n a n dp h y te s，w h e r e a s tra n s p a re n c y w a s th e m a in in flu e n c in g fa c to r fo r th e c o v e r a g e o f s u b m e r g e d m a c ro p h y t a n a ly s is in d ic a te d th a t th e d is trib u tio n o f s u b m e rg e d m a c r o p h y te s w a s m a in ly in flu e n c e d b y n u trie n t c o n c e n tra tio n s a n d c h e m ic a l o x­y g e n d e m a n d.M. spicatum a n d H. verticillata a r e to le ra n t s p e c ie s o f o rg a n ic m a tte r c o n c e n tra tio n，a n d a lg a e. tinata a r e a d a p tiv e t o h ig h n u trie n ts c o n c e n tra tio n. R e d u c in g c h e m ic a l o x y g e n d e m a n d a n d a lg a e b io m a s s w ill b e c ria c ia l t o s u b­m e r g e d m a c r o p h y te s re s to ra tio n，w itli c o n tro llin g th e n u trie n ts le v e l in w a te r a s th e s e c o n d. A c c o r(d in g tric t o n e p o licy*，th e in s id e o f D o n g fe n g d a m a n d t h e s o u th e rn la k e s h o u ld b e th e p rio r p la c e t o b e re s to re d，w h ile th e n o rth e rnla k e s h o u ld b e th e p la c e t o c o n tro l a lg a e a t firs t. T h e e a s te r n l a k e s h o u ld c u t d o w n th e o rg a n ic T h e w e s te r n la k e s h o u ld b e u n d e r n a tu ra l p ro te c tio n.K eyw o rd s $L a k e D ianchi;L a k e C a o h a i;s u b m e rg e d m a c ro p h y te s;c o m m u n ity d istrib u tio n;p rin c ip a l c o m p o n e n t a!云南省环境保护厅生物多样性保护专项资助.2017-02-17收稿；2017 - 04- 24收修改稿.王琦（1987〜），女，工程师，硕士； E-m a il: w a n g q i312@126x o m.!!通信作者；E-m a il $ q u a n z j@c ra e s.o rg.c n.158! #$% '((湖泊科学），2018，！0(1) cal corre sp o n d e n ce analysis;ecological restoration；influencing factors在富营养化湖泊中，沉水植物恢复是水生态系统重建的关键指示要素'12].但是，由于沉水植物恢复难度较大，也是湖泊生态系统恢复的重点和难点[3].沉水植物作为主要的初级生产者，可以指示湖泊水体状况[46]，维持水生态系统健康[7].同时，在富营养化水体中，沉水植物还可以富集水体中的污染物，起到净化水质的作用[8].因此，沉水植物的恢复也成为水环境治理的方法之一[2].国内外学者在沉水植物生长恢复方面进行了大量的研究，光照强度[10]、营养盐[1112]、底质[13]、浊度[14]、温度[1516]等均与沉水植物生长相关，共同影响沉水植物的群落组成及其分布[3].因此，识别环境因子对于沉水植物分布格局的影响具有重要意义.滇池是云南省九大高原湖泊之一，1990s以前，由于人类活动的干扰[17]，滇池水体富营养化严重[18]，沉 水植物严重退化，原有的海菜花、轮藻群落几乎绝迹，被耐污性较强的沉水植物取代，沉水植物分布面积由1960S的90%以上下降到1.8%，分布水深退缩到2 m浅水域[1923].国家和地方对滇池生态问题高度重视，实 施了一系列恢复工程，滇池水污染得到了一定控制[2&]，在此基础上，也对滇池沉水植物进行了恢复尝试，大 量研究表明，光补偿深度、水温、营养盐浓度等[2527]均对滇池沉水植物分布产生影响.滇池湖岸线较长，水文条件比较复杂，各个湖区水体理化条件、气象因素、沉水植物分布等都存在差异，若采用单一的生态修复技术，难以在各个湖区推广，将影响滇池沉水植物的恢复成效.结合各个湖区水环境特征，解析环境因子对沉水植物空间分布的影响，评估不同区域的沉水植物恢复潜力，可以有效促进滇池沉水植物恢复工作的开展.本文以滇池土著沉水植物为调查对象，对现有沉水植物分布和生物量进行空间模拟，并采用主成分分析法和典范对应分析法对影响沉水植物分布的水环境因子进行解析，识别影响滇池沉水植物分布的关键性因子.采用GIS空间分析方法，对滇池沉水植物分布、生物量和水环境因子进行叠加分析，尝试划分沉水植物恢复分区，提出滇池沉水植物分区恢复策略，以期为滇池沉水植物的恢复和水质的改善提供科学依据.1材料与方法1.1样点选择与布设滇池（24。