（土壤学专业论文）沉水植物对白洋淀湿地环境净化效果的研究.pdf

，独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北盎业大鲎或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 摘要 i!|irjllllrl l l r i i r l l l l i ir l l lrrlllr lll l l l y 18 9 712 2 白洋淀水体富营养化的治理已成为迫切要解决的问题，应采取措施改善和恢复白 洋淀的湿地环境。沉水植物是湿地生物多样性赖以维持的基础，它的恢复是水生态环 境修复的关键，所以系统研究沉水植物对污染水体所产生的环境效应是必要的。本文 通过对白洋淀沉水植物的系统调查，确定菹草为白洋淀沉水植物的优势种群之一，结 合其他沉水植物，综合考虑其对白洋淀湿地环境净化的净化效果，揭示坏境变化对沉 水植物生长的影响，探索植物资源化综合利用模式，为白洋淀草型湖泊生态系统的保 护提供理论依据。本文主要开展了以下工作： ( 1 ) 配制不同氮磷浓度的营养盐溶液，在低，中、高、富和超富营养条件下，对 比研究菹草生长体系的水质改善效应； ( 2 ) 室内静态模拟白洋淀菹草的生长环境，探讨菹草生长体系对白洋淀不同淀区 富营养化水体和底泥的净化效果； ( 3 ) 利用白洋淀现场试验，监测菹草不同生长期白洋淀湿地环境的变化，采集相 应生长期的菹草，对其体内多种营养指标含量进行分析，确定白洋淀菹草的最佳收获 时间，为菹草的资源化利用提供依据； ( 4 ) 采用光照室盆栽模拟试验，对比研究不同种类沉水植物生长体系对白洋淀富 营养化水质的改善效应。 通过上述研究，得到结论如下： ( 1 ) 菹草在中、高、富和超富营养浓度下长势良好，并对水体氨氮、总氮和总磷 具有较好的吸收效果，最低的去除率分别为：8 8 1 8 、1 8 5 3 和5 3 1 5 ；菹草植株 对总氮的吸收属于超量吸收；对总磷的吸收以沉降吸附为主。菹草底泥水体三者间 的浓度交换，会使底泥营养成分改变，沉水植物对底泥中氮、磷、有机质含量及底泥 向上覆水中氮磷的输送转移均有明显的抑制作用。 ( 2 ) 白洋淀不同菹草生长体系对水体污染物的净化效果存在差异。菹草生长体系 的氮磷及c o d 。，浓度随时间降解的拟合方程表明，在菹草生长体系对水体的净化过程 中，水体中污染物浓度与菹草生长时间显著负相关，呈负指数形式衰减。各菹草生长 体系对水体中氨氮、总氮、总磷和c o d 口的最大去除率分别为：9 0 9 7 、7 3 3 、8 7 9 和5 8 2 5 。 ( 3 ) 通过长期现场监测表明：3 5 月初，菹草生长旺盛，各监测点水体中溶解氧 含量升高，化学需氧量、氨氮、总氮、总磷和正磷酸盐浓度均随着菹草生物量的增大 而大幅下降；菹草种群分布密集区域各项指标明显优于其他区域。同时菹草能够吸收 底泥中的氮、磷及有机质，抑制底泥中污染物质的释放。 ( 4 ) 菹草营养指标在各生长期呈现先增高后降低趋势的指标有：粗蛋白、粗脂肪、 总磷以及p 胡萝卜素，均在菹草指数生长期达到最大值；而粗纤维、粗灰分、钙以及 v c 含量在3 6 月的监测中呈现逐渐上升趋势。不同的菹草生长期，各采样点菹草粗 蛋白含量均大于l o o g k 9 1 ，粗灰分含量大于1 4 0 9 k g - 1 ，钙和磷含量均大于3 o g k 茁1 ， v c 含量大于1 4 0 m g k 分1 ，p - 胡萝b 素含量大子3 1 0 m g k g 1 ；粗纤维含量低于1 5 5 9 k 百1 。 菹草营养价值较其他水生饲料高，是鱼、畜禽等理想的饲料。 ( 5 ) 综合菹草自身营养物质含量及水质变化情况，确定理想的收割时间为菹草产 生芽殖体后，即5 月初。 ( 6 ) 白洋淀其他沉水植物对总氮去除能力大小的顺序为：金鱼藻 黑藻 马来眼子 菜 蓖齿眼子菜，其去除率均达到7 9 4 以上；对总磷去除能力由大到小的顺序为： 黑藻 金鱼藻 马来眼子菜 蓖齿眼子菜，其去除率均达到8 3 5 9 以上。 关键词：白洋淀；沉水植物；菹草；水体；植株；底泥；营养指标 p u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yo fs u b m e r g e dm a c r o p h y t e sf o rt h ew e t l a n de n v i r o n m e n ti n b a i y a n g d i a nl a k e m a j o r ：s o i ls c i e n c e a u t h o r ：r e nw e n - j u n s u p e r v i s o r ：p r o f x i ej i a n - z h i a b s t r a c t c o n t r o lt h ee u t r o p h i c a t i o no fb a i y a n g d i a nl a k eh a sb e c a m e dap r o b l e mt os o l v e ， s h o u l dt a k es o m em e a s u r e st oi m p r o v et h ee n v i r o n m e n to ft h ew e t l a n do fb a i y a n g d i a n l a k e s u b m e r g e dm a c r o p h y t e sa r et h ek e yt or e p a i rt h ee n v i r o n m e n to fw a t e r t h i s r e s e a r c hi n v e s t i g a t e dt h es u b m e r g e dm a c r o p h y t e so fb a i y a n g d i a nl a k e ，a n dm a d es u r e p o t a m o g e t o nc r i s p u si st h ep r e p o n d e r a n ts p e c i e so fb a i y a n g d i a nl a k e ，c o m b i n eo t h e r s u b m e r g e dm a c r o p h y t e st oc o n s i d et h ep u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yo fs u b m e r g e dm a c r o p h y t e s f o r t h ew e t l a n de n v i r o n m e n ti nb a i y a n g d i a nl a k e p r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i st op r o d e c tt h e e c o s y s t e mo fb a i y a n g d i a nl a k e t h i sr e s e a r c hm a i n l yo nt h ef o l l o w i n g j o b ： ( 1 ) m a d ed i f f e r e n tn u t r i t i o nl i q u i d so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，i nt h ec o n d i t i o no fl o w n u t r i t i o n ，m i d d l en u t r i t i o n 、h i g hn u t r i t i o n 、r i c hn u t r i t i o na n de x c e e dr i c hn u t r i t i o nt o c o m p a r et h ei m p r o v ee f f i c i e n c yt ow a t e r ( 2 ) d i f f e r e n ts i m u l a t e ds t a t i cs y s t e m sw e r eb u i l tt os t u d yt h eg r o w t ho fp o t a m o g e t o n c r i s p u sa n di t se f f e c to nr e m o v a lt h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sf r o me u t r o p h i cw a t e ra n d s e d i m e n t ( 3 ) t a k i n gt h ep o t a m o g e t o nc r i s p u sc o l l e c t e df r o mb a i y a n g d i a nl a k e ，i nd i f f e r e n tg r o w t h p e r i o d sa n a l y s et h ew a t e 、n u t r i t i v ev a l u ec h a n g e sa n dm a d es u r et h eb e s th a r v e s tt i m eo f p o t a m o g e t o nc r i s p u s ( 4 ) s t a t i cs i m u l a t i o nt e s t sw e r ec a r r i e do u ti nl a bt os t u d yt h ee f f e c t i v e n e so nt h ei m p r o v e w a t e ro fb a i y a n g d i a nl a k e t h r o u g ht h ea b o v er e s e a r c h e s ，c o n c l u s i o n e sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) p o t a m o g e t o nc r i s p u si nt h ec o n d i t i o no fm i d d l en u t r i t i o n 、h i g hn u t r i t i o n 、r i c hn u t r i t i o n a n de x c e e dr i c hn u t r i t i o ng r o w t hw e l l ，t h el o w e s tr e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 4 + - n 、t na n d t pw e r e8 8 1 8 、1 8 5 3 a n d5 3 1 5 t h ea b s o r bm a n n e ro f p o t a m o g e t o n c r i s p u st ot n i se x c e e d ，a n dt ot pi ss e d i m e n t a t i o n s e d i m e n ti sp l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nn u t r i e n t s r e m o v a l ( 2 ) d i f f e r e n tg r o w t hs y s t e m so fp o t a m o g e t o nc r i s p i t sh a v ed i f f e r e n tp u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c y t ow a t e r t h ef i t t e de q u a t i o n si n d i c a t e dt h a tn h 4 + - n 、t n 、t pa n dc o d c rw e r en e g a t i v e l y e x p o n e n t i a l l yd e c r e a s e dw i t ht i m e t h eb e s tr e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 4 + - n 、 i n 、t p a n d c o d a w e r e9 0 9 7 、7 3 3 、8 7 9 a n d5 8 2 5 ( 3 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp o t a m o g e t o nc r i s p u sb i o m a s si n c r e a s e d a tt h ee x p o n e n t i a l g r o w i n gs t a g e ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fd i s s o l v e do x y g e nr i s d ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ， a m m o n i an i t r o g e n ，t o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u sa n do r t h o p h o s p h a t el e v e l sd e c l i n e di n b a i y a n g d i a nl a k e t h ec o n t e n ti nt h ea r e aw i t hp o t a m o g e t o nc r i s p u sw a ss i g n i f i c a n t l y b e t t e rt h a nt h ea r e aw i t h o u tp o t a m o g e t o nc r i s p u s p o t a m o g e t o nc r i s p u sg r o w t ha b s o r b e d t h en i t r o g e n 、p h o s p h o r u sa n do r g a n i cm a t t e rf r o mt h es e d i m e n t s ，a n di n h i b i tt h ep o l l u t a n t s r e l e a s ef r o mt h es e d i m e n t ( 4 ) i ne x p o n e n t i a lg r o w t hp h a s eo fp o t a m o g e t o nc r i s p u sb i o m a s si n c r e a s e ，t h ec o n t e n to f c r u d ep r o t e i n 、c r u d ef a t 、t o t a lpa n d1 3 - c a r o t e n er e a c h e dt h el a r g e s t ，i nt h em o n i t o r i n go f m o n t h3 6 ，t h ec o n t e n to fc r u d ef i b e lc r u d ea s h ，c a l c i u ma n dv cs h o w e dag r a d u a l l yr i s i n g t r e n d t h ec o n t e n to fc r u d ep r o t e i nm o r et h a n1 0 0g k g - 1 ，t h ec o n t e n to fc r u d ef i b e rb e l o w 1 5 5g k g - 1 ，t h ec o n t e n to fc r u d ef a tm o r et h a n1 2g k g - 1t h ec o n t e n to fc r u d ea s hm o r et h a n 1 4 0g k g 1 ，t h ec o n t e n to fc aa n dt o t a lpm o r et h a n3g k g - 1 ，t h ec o n t e n to fv cm o r et h a n 1 4 0m g k g - 1 ，t h ec o n t e n to f1 3 - c a r o t e n em o r et h a n3 1 0m g 。k g ，i nt h ew h o l eg r o w t hp e r i o d s o fp o t a m o g e t o nc r i s p u s ，e v e r ys a m p l i n gs i t e t h en u t r i t i v ev a l u eo fp o t a m o g e t o nc r i s p u s m o r et h a no t h e rh y d r o p h y t i cf e e d s ，p o t a m o g e t o nc r i s p u sw a st h em o s tp e r f e c tf e e dt of i s h a n dd o m e s t i ca n i m a l ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h ew a t e ra n dn u t r i t i v ev a l u ec h a n g e ，t h eb e s ts e a s o no fp o t a m o g e t o n c r i s p u sh a r v e s t r yi st h eb e g i n n i n go fm a y ( 6 ) t h eo r d e ro ft nr e m o v a la b i l i t yw a s ：c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ，h y d r i l l av e r t i c i l l a t a 、 p o t a m o g e t o nm a l a i n u s 、p o t a m o g e t o np e c t i n a t u s ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c ym o r et h a n 7 9 4 ；t h eo r d e ro ft pr e m o v a la b i l i t yw a s ：h y d r i l l av e r t i c i l l a t a 、c e r a t o p h y l l u m d e m e r s u m 、p o t a m o g e t o nm a l a i n u s 、p o t a m o g e t o np e c t i n a t u s ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c y m o r et h a n8 3 5 9 k e y w o r d s ：b a i y a n g d i a nl a k e ；s u b m e r g e dm a c r o p h y t e ；p o t a m o g e t o nc r i s p u s ；w a t e r ； p l a n t ；s e d i m e n t ；n u t r i t i v ev a l u e 目录 第一章引言。1 1 1 研究意义1 1 1 1 白洋淀水质污染现状。1 1 1 2 草型湖泊富营养化的治理。1 1 1 3 白洋淀水生植物调奄2 1 1 4 沉水植物对富营养化水体的净化2 1 2 国内外研究进展3 1 2 1 沉水植物控制草型湖泊富营养化的研究现状。4 1 2 2 沉水植物资源化利刚的研究现状4 1 3 研究目标5 1 4 研究内容。6 1 5 技术路线6 第二二章菹草生长体系对氮磷营养盐的吸收作用8 2 1 材料与方法8 2 1 1 试验材料8 2 1 2 试验设计8 2 1 3 指标测定。9 2 1 4 有关计算方法9 2 1 5 数据处理。9 2 2 结果与分析。9 2 2 1 不同氮磷营养浓度下菹草的生长状况及生物量变化9 2 2 2 不同氮磷营养浓度下菹草生长体系对水体的净化1 0 2 2 3 不同营养浓度下菹草植株氮磷含量变化1 6 2 2 4 不同营养浓度下菹草生k 体系底泥含量变化1 7 2 3 讨论。2 0 2 4 本章小结2 1 第三章菹草生长体系对白洋淀富营养化水体的净化2 2 3 1 材料与方法2 2 3 1 1 试验材料2 2 3 1 2 试验设计2 2 3 1 3 测定项目与方法2 3 3 1 4 有关计算方法2 3 3 1 5 数据处理2 4 3 2 结果与分析2 4 3 2 1 不同菹草生长体系的菹草生物量2 4 3 2 2 不同菹草生长体系对污染水体的净化效果2 4 3 2 3 不同菹草生长体系菹草植株氮磷含量变化3 9 3 2 4 不同菹草生长体系底泥含量变化。4 0 3 3 讨论4 3 3 4 本章小结。4 4 第四章白洋淀菹草不同生k 期生物鼙与水质指标动态变化4 5 4 1 材料与方法4 5 4 1 1 采样点没置与采样方法4 5 4 1 2 监测时间4 5 4 1 3 监测方法4 6 4 1 4 有关计算方法4 6 4 1 5 数据处理4 6 4 2 结果与分析4 7 4 2 1 各采样点菹草生物苗变化4 7 4 2 2 菹草不同生k 期采样点水质变化4 8 4 2 3 收割菹草对水体中氮磷去除的估算5 4 4 ：i 讨论5 4 4 4 本章小结。5 5 第五章白洋淀菹草不同生k 期营养价值变化动态5 6 5 1 材料与方法5 6 5 1 1 采样点设置与采样方法。5 6 5 1 2 监测时间5 6 5 1 3 监测因子与方法5 6 5 1 4 数据处理5 6 5 2 结果与分析5 6 5 2 1 各采样点菹草营养指标含量变化5 6 5 2 2 菹草与水生饲料营养成分的比较6 1 5 2 3 不同采样点水质指标含量变化6 2 5 3 讨论6 3 5 3 1 采样点不同对菹草营养成分的影响6 3 5 3 2 菹草的最佳收割时间6 3 5 3 3 菹草作为饲料的条件6 3 5 3 4 菹草资源化利用前景广阔6 4 5 4 本章小结6 4 第六章4 种沉水植物对白洋淀富营养化水体净化效果的研究6 5 6 1 材料与方法6 5 6 1 1 试验材料6 5 6 1 2 试验方法。6 5 6 1 3 测定方法6 6 6 1 4 有关计算方法6 6 6 1 5 数据处理。6 6 6 2 结果与分析6 6 6 2 1 不同沉水植物生长状况及生物量的变化6 6 6 2 2 不同沉水植物体系对水体中污染物的去除效果6 7 6 2 3 植物体氮磷含量变化7 2 6 2 4 底泥含量变化7 4 6 3 本章小结7 6 第七章结论。7 7 7 1 室内试验的研究结果7 7 7 2 现场试验的研究结果7 7 参考文献。7 8 在读期间发表的学术论文8 2 作者简介8 3 致谢8 4 沉水植物对白洋淀湿地环境净化效果的研究 1 1 研究意义 第一章引言 湖泊富营养化已成为当今世界性水污染治理的难题，引起人们极人的关注；我国湖泊已经普 遍面临富营养化问题，湖泊富营养化是我国当前最重人的水环境问题f l j o 本研究以白洋淀富营养 化水体为研究对象，探讨以菹草为主的沉水植物生k 体系对白洋淀湿地环境的净化作刚及其动态 变化规律，为白洋淀地区水体富营养化的控制与治理提供科学依据。 1 1 1 白洋淀水质污染现状 白洋淀地处华北平原尔部( 3 8 。4 4 3 8 0 5 9 ，n ，1 1 5 。4 5 - 1 1 6 。0 6 e ) ，汇集了9 条河流3 万多平方千米 的流域面积，最终汇入渤海，是华北地区最人的草礤淡水湖泊，具有，“阔的水面雨l 沼泽湿地，堪 称“华北之肾”，具有缓洪滞沥，减轻气候干燥，调：i 了降雨餐，净化水体，补充地f 水以及维持生 物多样性和保护珍惜物种资源等生态功制2 1 。由于华北地区水资源极其短缺，所以向洋淀湿地的 生态功能就显得尤为突出【3 j 。 多年来，由于自洋淀区域降水量减少、上游水士流火、水库对径流的拦截、接纳城市和【：业 排放的污水以及农业面源污染等因素，使得淀内蓄水量减少，水生态环境受到严重威胁。据凋奁， 白洋淀现已有8 0 的水域处于富营养化状态，1 3 的水域处于重度富营养化状态，7 的水域是极 度富营养化状态【引。富营养化导致水体生态退化，威胁水生生物生存，最为严重的是藻类爆发性 生长，产生的藻毒素影响人体健康【引。因此，自洋淀的水环境状况严重影响了当地居民的生产生 活，并给当地生态系统平衡和区域可持续发展带来了极大的威胁。 由丁白洋淀主要的污染源来自l 农业生产、畜禽养殖和生活垃圾及交通旅游业1 6 1 ，因此，本 课题组对白洋淀区域的鲥缑淀、王家寨和小淀3 个鸭养殖及农业生产与生活丁一体的淀区的水环 境进行了长期监测，监测结果发现其水体氮、磷及c o d 。的超标率为1 0 0 ，总磷平均超标倍数 为7 2 倍，氨氮、总氮和c o d 。的平均超标倍数为2 3 倍，属于有机污染类型，处于富营养化状 态。因此，白洋淀水体富营养化的治理已成为迫切需要解决的问题，采取措施对白洋淀水环境的 改善和恢复就显得尤为重要。 1 1 2 草型湖泊富营养化的治理 湖泊是一种与人类生存和发展密切相关的独特资源。由于经济的快速发展和湖泊资源的超强 度利用，造成了湖泊水污染发展日趋严峻的局面。水体一旦进入富营养阶段，可使人类致病、致 癌，使鱼虾绝迹，环境恶化，严重危害人类生存及持续发展能力【7 】。河北省湖库的水质总体上呈 中营养重度富营养，白洋淀5 0 的水域水质为v 类或劣v 类f 2 1 。 湖泊的富营养化一般可分为四种类型：即浮游植物相应型( 藻型) 、大型水生植物相应型( 草犁) 、 草藻混合型、非相应型( 异常营养型) 。从营养物相应来看，主要为草型和藻型两类，草藻混合型 应视为过渡型。从湖泊富营养化的自然进程看，由于营养物的增加和积累，水体的主要生物相应 河北农业大学硕+ 学位( 毕业) 论文 为浮游植物和大型水生植物，表现为浮游植物疯长( 藻型) 和大型水生植物的过量生长( 草型) 。草型 湖泊富营养化多发生在浅水湖泊( 水深 4 m ) 。我 国犬部分湖泊水域均处在浅水区域，且湖泊水体营养物含量多数已大人超过富营养化控制警戒线 i s l 。 白洋淀属丁典型的北方草型湖泊，随着白然条件的变迁和人类活动干扰强度的不断加剧，草 型湖泊富营养化程度日趋严重，人量水生维管束植物滋生，生产力旺盛，它们充塞水体空间，破 坏臼然景观，危害渔业生产，沉落腐败后会对水体造成_ 二次污染，加之泥沙淤积、生物填平、营 养过渡等原冈，形成强烈的生物促淤作用，加速了草璎湖泊的沼泽化进程，造成了湖泊萎缩与功 能退化，给淀中村及周边地区环境与经济的可持续发展造成了不可挽同的损失。 草型湖泊富营养化与沼泽化控制的一个关键问题是每年留在湖中参与积累的氮、磷含量使超 负荷储备的氮量、磷量越来越高，维持生态系统良性循环必须转移或去除这些不断增加的超负荷 氮、磷储备，否则，湖泊水质只能越米越筹。 1 1 3 白洋淀水生植物调查 本研究于2 0 0 9 年春季至秋季，对向洋淀的水生植物群落进行了一次系统调查，以了解白洋 淀现有的水生植被组成及群落分布。调查发现，菹草( p o t a m o g e t o nc r i s p u s ) 是向洋淀春季最主要的 沉水植物，4 - 5 月淀内有人面积的菹草群落分布，盖度可达8 0 ，生物鼍也达剑最大，而此时白 洋淀内其他大型水生植物刚开始萌动。夏秋季。1 了水生植物类群主要有芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 、 香蒲( t y p h aa n g u s t i f o 一肠) 、莲( n e l u m b on u c i f e r a ) 、蓖齿眼子菜( p o t a m o g e t o np e c t i n a t u s ) ，马米眼子 菜( p o m m o g e t o nm a l a i n u s ) ，金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ) 署l l 黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ) 等。可见， 白洋淀水生植物物种丰富，利用水生植物治理水体富营养化是一项既经济又有效的手段。 1 1 4 沉水植物对富营养化水体的净化 治理水体富营养化是一个系统性的1 ：程，氮、磷含量过高是导致水体发生富营养化的直接原 因【9 , 1 0 1 。水生植物是湖泊生态系统的初级生产者之一，其根、茎、叶不仅能够对水体和底泥中的 氮、磷和难降解有机污染物进行吸收、转化，合成自身物质，对于沉积物一水界面的内源污染物的 释放有抑制作用，对富营养化的水体起到净化作用；而且还能调：肖水生态系统的物质能量循环速 度，增加水体生物多样性，控制藻类生长，从而有效提高水质，改善生态环境，因此，水生植物 的生态修复是控制水体富营养化的重要环节1 n - 1 4 1 。 水生植物主要包括：挺水植物、漂浮植物、浮叶植物和沉水植物4 种生活型，其中，沉水植 物是指在大部分生活周期中植株沉水生活、根生底质中的水生植物生活型【1 5 1 。沉水植物占据了湖 泊中水和沉积物的主要界面，是水体和底泥两大营养库的有机结合部，对湖泊生产力及湖泊生态 系统过程具有重要的影响【1 6 l 。据研究，一般情况下水生植物净化能力的大小是：沉水植物 漂浮 植物 浮叶植物 挺水植物【1 刀。沉水植在污染物控制和改善环境方面的重要性得到越来越多的认可 【1 8 j 。 在许多沉水植物占优势的草型湖泊中，通常水质清澈、浮游植物现存量很低，沉水植物可显 2 沉水植物对白洋淀湿地环境净化效果的研究 著降低水体浊度并阻止沉积物的再悬浮。沉水植物通过多种途径影响湖泊生态系统，首先，沉水 植物能消耗水体中大量的氮、磷等物质，促进营养物质的沉积，降低湖水的营养物含量；还能吸 收富集污染物质，提高湖泊的污染自净能力；此外，很多沉水植物对有毒藻类的生k 具有明显的 抑制作用；沉水植物还能够为同着性藻类生长提供附着表面，增加附生植物对养分的吸收，为水 体中部分鱼类、底栖动物和浮游动物等提供饵料和栖息、繁殖场所，是维护水生生态系统多样性 的基础，在淡水生态系统中具有重要作用【1 9 i 。 利川沉水植物监测和净化水体是生物治理污染水体的途径之一。沉水植物能有效地净化富营 养化水体，提高水体的臼净能力。实际上，利用沉水植物来净化水质就是利州草型生态系统所具 有的消化吸收污染物质、承受一定的环境胁迫的能力米实现的，但是，当营养盐浓度过高或胁迫 过人，超过了草型生态系统能够承受的极限，此时草型生态系统必然趋丁崩溃，代之以更有竞争 力的浮游植物i 优势的生态系统，这就是我们通常所看到的监藻以及水华1 2 叫。对丁富营养化水域， 适当恢复沉水植物，从而抑制浮游植物的生长，对改进水质是有利的，而且沉水植物易丁收获和 利用，是防止湖泊富营养化的有效措施【2 l l 。 总结来说，在沉水植物净化水质的系统中，废水中污染物的生物净化途径一般有两条【2 2 。2 4 l ： ( 1 ) 被沉水植物通过体内降解转化为无害物质所除去( 这类污染物主要是有机化合物) ；( 2 ) 被沉水植 物吸收，富集到体内，然后通过人t 收获植物除去( 这类污染物主要是矿质营养和重金属元素) 。 沉水植物对底泥中的污染物也有很好的去除作用。在浅水湖，沉水植物有强烈的促淤效应， 同时也能通过植物残体的沉积将一部分生物营养元素埋入沉积物中。有研究证明氮和有机碳主要 经过沉水植物的生物沉积途径进入沉积物，沉水植物又将湖水中的氮传输剑底泥中，使其进入地 球化学循环的功能，这对- 丁降低湖水中的氮含量、防- i ：富营养化有积极的意义【2 3 1 。但有关沉水植 物在氮、磷等生物营养元素的生物地球化学循环中的作用研究较少。 沉水植物对底质中磷迁移的影响主要有以下几方面1 2 5 1 ：( 1 ) n 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。( 2 ) 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还原条件的变化，影响底质中磷的沉积与释放【2 剐。 ( 3 ) 沉水植物腐烂后沉积到底质中释放磷。( 4 ) 根系吸收底质中生物有效磷【2 引。( 5 ) 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。( 6 ) 在水生植物根际形成特珠的生态环境， 能为人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 种作用主要作用丁根尖分布层。有些学者认为，在好氧状态下，沉积物也会发 生磷的释放，好氧磷的释放机制主要是沉积物的矿化以及有机物质的好氧分解，将有机磷转化为 无机磷释放出来。 经调查，菹草为白洋淀草型湖泊沉水植物的优势种群，冬春季节生长良好，4 5 月淀内有大 面积的菹草群落分布，菹草的生物量达到最大。而此时白洋淀其他大型水生植物则刚开始萌动复 苏，因此，菹草是白洋淀春季最主要的沉水植物种群，其耐污能力强，对水体和底中泥氮磷等污 染物具有较好的吸收作用i 2 7 , 捌。随着气温的升高，菹草逐渐衰亡，吸收氮磷营养盐的作用即将完 成，因此须将菹草在生长末期进行打捞，运出淀外，以增加营养盐的输出量p l 。 1 2 国内外研究进展 3 河北农业大学硕十学位( 毕业) 论文 1 2 1 沉水植物控制草型湖泊富营养化的研究现状 k o i c h i 等p o j 研究表明，沉水植物的根部能吸收底泥中的氮、磷，植物体能吸收水体中的氮、 磷，从而比漂浮植物更具有富集氮、磷的能力。赵海趔3 1 】等研究表明，磷在沉积物中的积累主要 经由非生物沉积途径，沉水植物通过促进湖水含磷物质的沉降和抑制表层沉积物的再悬浮而起到 促进磷沉积的作用。沉水植物的攀、叶都具有很强的吸收功能，能明显地去除水体中n 、p 等营 养物质。宋福等【3 2 l 利用儿种沉水植物对受污染的草海水体( 含底泥) 总氮去除速率进行了试验研究， 结果表明：沉水植物对水体总氮、总磷均有显著去除作用。高光【3 3 1 在尔太湖利用黑藻净化养鱼污 水，结果表明：黑藻对t n 、t p 和c o d m 。的净化率分别为5 3 6 、6 1 8 和3 3 5 。顾宁乜等州 研究表明：金鱼藻是一种较为耐营养盐的沉水植物，随着湖泊从贫营养发展成为富营养，其生物 量有所增加，并逐渐成为湖泊中的优势物种之一。沉水植物对藻类化感抑制作川的研究已有较多 的报道，蓖齿眼子菜对栅藻和微囊藻就有一定的化感作川l l 引。 国外文献报道，菹草繁茂时，水中的硝酸盐氮含量明显减少。国内也有不少文章报道菹草对 氮、磷的吸收作用。金送笛等1 3 5 l 研究表明：菹草可直接吸收底泥中的硝酸盐和磷酸盐，在水层中 铵态氮含量较低( 水葫芦 菱 芦苇，p 、z n 则 菱 芦苇，对底泥中n 、p 、c u 、p b 的吸收系 数 水葫芦，尤以n 、p 为最明显；研究还表明，植物对水体和底泥中污染物的富集量和净化效率 与生物量大小有关，当菹草保持其群体覆盖率为5 0 时，生物餐最大，净化效率也最人。戴莽等 【3 7 】报道，有蒗草的同隔与对照组相比，各种营养盐水平降低，溶氧和透明度显著升高，电导率明 显下降，水质得到了明显的改善。 1 2 2 沉水植物资源化利用的研究现状 在沉水植物的生k 初期，对其应实施保护性措施。6 月份以前，白洋淀沉水植物上e 处返青期， 此时，其密度低，生物量较小，不应对沉水植物进行收割打捞，应尽量让其生氏，保持其较高的 现存量，起到抑制藻类生长、吸收和吸附营养盐、截留颗粒物的作用。这样可使水体中氮、磷含 量减少