（环境工程专业论文）水体透明度模型及其在沉水植物恢复中的应用研究.pdf

摘要 磺究表明，恢复流水植物群薅熬最基本的要求之一就是掇寒永傣的透明度。当水体 透明度徽低，永下光场条件无法满足水生植物生长时，永生穗物光合 乍用将受阻而导致 不能成活。故研究水体透明度特征，探求影响透明度的主导因子和有效改蛰措施、研究 透明度旋承傣中复杂鲍变化辊制、透明度影晚浚求植穆生长瓣掘瑾和定量关系，是进行 永生态修复的基础和前提，能够为永生植物恢复及水生生态修复提供重要的理论依据和 技术支撑。 本文以内江为谚究对象，疆绕透鞠度震开了以下豆方嚣瓣磅究： 1 在实验室研究沉水植物与环境阑子的相互影响。一方面，研究了沉水椴物对悬浮混 沙吸附促淤效果及对水质的净化能力；根据实验结果，得出沉水植物影响悬浮泥沙、 净豫永屡静定量参数；贯一方鬟，逶过实验秘究不蘑透明发下沉零檀貔瓣生长趣撵， 根攒实验结果，建立透明度与水生植物生长参数的定量关系。实验为透明度模型参 数的确定提供了技术数据。 2 。逶遐溪场整 翼| | 资料分菠，确定影嚷肉江透骥度夔主要毽予为悬浮泥沙、霹溶瞧有掇 物及浮游藻类，并建立了透明发与含沙量、c o d m n 及叶绿索a 的多元嘲归方程。考 虑到悬浮泥沙、可溶性有机物及浮游藻类在水体中输运变化规律的复杂性，在分析 雨泛求文特薤、滋沙运动特瞧及拳矮交证熬蒺礁上，分裂建立了内汪懋渗模鍪、承 质模烈及富营养化模型对3 个影响因子进行模拟。最后，将悬沙、水质、富营养化 模型相耦合，建立内江透明度模型。 3 簸蠡然恢复熬莲念穗发，澄淀承= | 耋凌毙蛰臻深凄麓鼗鼗条 孛，磅究泼零蘧狻在内泼 恢复的可行性。光补偿深度与光衰减系数及水生植物的光翕特性有关，而光衰减系 数又与水体透明发商关。本文成用透明度模型计算了工程调度后内江的逑明度分布， 强爨实验褥鑫豹透瑟度与毙衰疆系数瓣定耋关系，疆究了淀拳蓬携光枣 嫠深度奁爨 江的分布规律，通过实际水深与光补偿深度的比较，预测出生境改变厝有可能在内 江恢复的沉水植物区域。最后，对内江沉水梭物恢复后的嫩态效应进行评估。 关键词：内江；沉水 癜物恢复；水体透明度；环境影响因子；光补偿深度 生态效应 t h ep r i m a r yr e q u i r e m e n to fs u b m e r g e dp l a n tc o m m u n i t yr e s t o r a t i o ni st oi m p m v i n gt h ew a t e r t r a n s p a r e n c y l i g h tf i e l db e l o ww a t e rs u r f a c ei sas i g n i f i c a n tf o c m ro fa q u a t i ce c o s y s t e m ， w h i c hh a sd i r e c te f f e c t so nt h eg r o w t ho fa q u a t i cp l a n t s 1 1 1 e1 0 ww a t e rt r a n s p a r e n c yw i l l h i n d e rt h ep h o t o s y n t h e t i ca c t i v i t ya n du l t e r i o r l y1 c a da q u a t i cp l a n t sd e a d t h e r e f o r e t h eb a s i s a n dp r e r e q u i s i t ef o ra q u a t i cp l a n tr e s t o r a t i o ni st ou n d e r s t a n d i n gt h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n g w a t e rt r a n s p a r e n c ya n dt h ee f f i c i e n tc o n t r o lm e a s r r e s 。韬m s e a r c n n gt h ec o m p l i c a t e d d y n a m i cm e c h a n i s mo fw a t e rt r a n s p a r e n c ya n di t sq u a n t i t a t i v ei n f l u e n c eo ns u b m e r g e dp l a n t g r o w t h t h es t u d yw i l lp r o v i d et h et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls u p p o r to nh y d r o p h y t er e s t o r a t i o n a n dw a t e re n v i r o n m e n t a lr e m e d i a t i o n t 城sd i s s e r t a t i o nt a k e sn e i j i a n gr i v e ra st h er e s e a r c ho b j e c t 。c e n t e r e do nt h et r a n s p a r e n c ya n d m a k e sr e s e a r c ho nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 r e s e a r c ht h em u t u a li n f l u e n c eo fs u b m e r g e dp l a n ta n de n v i r o n m e n t a lf a c t o ri nl a b o r a t o r y o no n eh a n d ，s t u d i e st h ea q u a t i cp l a n t sc a p a b i l i t yo fn u t r i e n t sa d s o r p t i o na n dv r a t e rq u a l i t y p u r i f i c a t i o n ；a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t , o b t a i n st h eq u o t ap a r a m e t e ro fs e d i m e m a n dw a t e rq u a l i t yp u r i f i c a t i o na f f e c t e db ya q u a t i cp l a n t o nt h eo t h e rh a n d ，s t u d i e st h e s u b m e r g e dp l a n t sg r o w t hr h y t h mu n d e rt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n tt r a n s p a r e n c yt h r o u g ht h e e x p e r i m e n t a c c o r d i n g t ot h e e x p e r i m e n t a l r e s e t 。e s t a b l i s h e s q u o t a r e l a t i o n so ft h e t r a n s p a r e n c ya n dt h ea q u a t i cp l a n tg r o w t hp a r a m e t e r 罩h ee x p e r i m e n tp r o v i d e sp a r a m e t e r sf o r t h et r a n s p a r e n c yn u m e r i c a lm o d e l 2 w a t e rt r a n s p a r e n c yi sa ne s s e n t i a lp a r a m e t e rw h i c hd e s c r i b e st h eo p t i c a lc h a r a c t e r i s t i ci n w a t e rb o d y 。w i t ht h eo n - s i t em o n i t o r i n gd a t a ，t h em a i ne n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa f f e c t i n gt h e t r a n s p a r e n c yi nn e i j i a n ga r ed e t e r m i n e dw h i c ha r es e d i m e n t , a l g a ea n ds o l u b l eo r g a n i c m a t t e r t h e n ，t h em u l t i p l er e g r e s s i o ne q u a t i o no ft r a n s p a r e n c ya n dt h es e d i m e n tc o n t e n t ，t h e p e r m a n g a n a t ei n d e xa n dt h ec h l o r o p h y l l ai se s t a b l i s h e d t a k i n gt h es e d i m e n t ，t h ea l g a ea n d t h es o l u b l eo r g a n i cm a t t e r sc o m p l i c a t e dt r a n s p o r t a t i o na n dv a r i a t i o ni n t oc o n s i d e r a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so fh y d r o l o g yc h a r a c t e r i s t i c s ，t h es e d i m e n tm o t i o na n dt h ew a t e rq u a l i t y v a r i a t i o ni nn e i j i a n g ，i ts e p a r a t e l ye s t a b l i s h e st h es e d i m e n tt r a n s p o r t a t i o nm o d e l ，t h ew a t e r q u a l i t ym o d e la n dt h ee u t r o p h i c a t i o nm o d e li nn e i j i a n g c o u p l i n gt h et h r e em o d e l sa n d c o m b i n gt h et r a n s p a r e n c yr e g r e s s i o ne q u a t i o n ，i te s t a b l i s h e st h et r a n s p a r e n c ym o d e li n n e i j i a n g 。 3 a f t e rt h ec o n t r o l l i n go fw a t e rl e v e li nn e i j i a n gb yt h er e g u l a t i n gc h e c k t h eh a b i t a t c o n d i t i o ni nn e i j i a n gw i l lb ec h a n g e d 。u n d e rt h en e wh a b i t a tc 0 n d i t i o n ，s o m es u b m e r g e dp l a n t w h i c hd o e sn o te x i s t i nn e i j i a n ga tp r e s e n th a st h ep o s s i b i l i t yt or e s t o r e 。t h i sd i s s e r t a t i o n b a s e so nn a t u r a lr e s t o r a t i o ni d e a ，a c c o r d i n gt ot h el i 斑d e p t ho fc o m p e n s a t i o n ，s t u d i e st h e f e a s i b i l i t yo ft h es u b m e r g e dp l a n t sr e s t o r a t i o ni nn e i j i a n g t h el i g h td e p t ho fc o m p e n s a t i o n i sr e l a t e dt ot h e1 i g h tt o e f f i c i e n to fa t t e n u a t i o na n dt h ea q u a t i cp l a n t sp h o t o s y n t h e s i s c h a r a c t e r i s t i c 。i ta p p l i e st h et r a n s p a r e n c ym o d e lt oc a l c u l a t et h ed i s t r i b u t i o no ft r a n s p a r e n c y a f t e rt h e i m p l e m e n t a t i o no fp r o j e c ti nn e i j i a n g 。a c c o r d i n gt oq u o t ar e l a t i o n so ft h e t r a n s p a r e n c ya n dt h el i g h te o e 蕊c i e n to fa t t e n u a t i o nw h i c ho b t a i n e df r o me x p e r i m e n t , i th a s s t u d i e dt h ed i s t r i b u t e do ft h es u b m e r g e dp l a n t sl i g h td e p t ho fc o m p e n s a t i o ni nn e i j i a n g t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no ft h ea c t u a lw a t e rd e p t ha n dt h el i g h td e p t ho fc o m p e n s a t i o n ，i t f o r e c a s t st h er e g i o nw h e r et h es u b m e r g e dp l a n tm a yb ea b l et og r o w f i n a l l y ，c a r r yo nt h e a p p r a i s a lo ne c o l o g i c a le f f e c t so f r e s t o r e ds u b m e r g e dp l a n tc o l n l n u n i t yi nn e i j i a n g k e y w o r d s ：n e i j i a n gr i v e r ；s u b m e r g e dp l a n tr e s t o r a t i o n ；w a t e rt r a n s p a r e n c y ；e n v i r o n m e n t a l e f f e c tf a c t o r s ；l i 曲td e p t ho f c o m p e n s a t i o n ；e c o l o g i c a le f f e c t 浔海夫学裤4 - 学位渣交 前言 随着我国工农她的迅速发袋，地表水豹污染问题目益突出。作为对污染水体 修复的一种手段，水生态修复方法成为水环境治理技术中的研究热点。研究表明， 沉本穗羧匏恢复是水生态穆复懿关键，滚求撬物 乍为本体生态系统中主器戆初级 生长糟，通过增加空间生态位、掷制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和 溶解氧条件，为形成复杂的食物链提供了食物、场所和其他必要条件；怒水体生 穆多撵性赖以维持的纂破。然蠢，沉本檀彩对零体敬巧壤效痘建立在其够正常 生长的前提之下，水体透明度低是沉水植物擞存的主要压力之一。当水体透明度 很低，水下光场条件无法满足水生植物生长时，水生植物光合作用将受阻而导致 不麓戏活。因| l 篼，滚复滚瘩植穆释落戆最基本魏要求之一就是挺裹承癸懿透明度。 故研究水体透明度特征，探求影响透明度的主导因子和有教改善措施、研究透明 度在水体中复杂的变化机制、透明度影响沉水植物生长的机理和定量关系，是进 嚣零生态答复懿鏊獭霹莨挺。 水体透明度葳映的是太阳光线在水中的透射深度，而太阳辐射在水下的传输 和分布主要受制予4 种物质，即非生物悬浮颗睾立、浮游植物、溶解性有机物和纯水。 拳露中悬浮兹獒存在，会增燕麓毙辐蔻的衰羰，放瑟陲 羲承薅透甏度，憩努，隶 体中的浮游植物和可溶性有机物对光也具有吸收和散射作用，从而影响透明度。 而悬浮物、浮游植物及可溶性有机物均与水动力过程密切相关，因此，研究水动 力俘瓣下悬浮貔、浮游疆耱及胃溶毪有壤耱瓣璇运交纯裁缚是荟秀究东抟透筏度貔 基础。 本文通过室内实验及数学模型对内江水体透明度及其影响因子进行深入研究，应 蕉透鞠凄模鍪对玺境改交螽内江滚零檀秘懿狻复进行颈溅并对萁生态效疲送行译绩。 论文的主要创新成果有：( 1 ) 分析了影响内江谶明度的主要因子，在此基础上，建立了 综台考虑泥沙、水质、藻类变化规律的透明度预测模型。( 2 ) 在内江透明度预测模型熬 殖上，影藏了模熬生凌条 孛改变螽沉瘩檀物捧雩空分毒援律涎技末。 学位论文独创性声明： 本入所呈交的学位论文是我个人在导籁指导下逶豁的研究王撵及袈褥鳇磷 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 缒人已经发表或撰写：过鳇研究成果。与我一闷工作的阏事对本磺究蘑傲的任秘 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人擞全部责任。 论文作者( 签名) ： 阻 枷移年脏月e 1 学位论文使用授投说隳 河海大学、中豳科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘 版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文耥，可以采用 影印、绩露或萁箍复糕手段保存论文。本入泡子文档静内容和纸矮论文靛内窭 相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部 分蠹容酶公毒( 包括程登) 授权瀑海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 逾扣耐年! j - t j7 e l 珂洚a 学蟮壬掌芷静文 笫一章绪论 l ，l 褫究露的及意义 水是难命的源泉，水是经济发展的命脉。然而，随着我国工农业的迅速发展，地表 承熬污染霹蘧曩益突邂。溪流7 冀矮黧璎f 浸趋势，潺滚本身掰爨煮熬生态系统联鑫净戆 力遭到破坏，大量湖泊富营养化。在过去2 0 多年中，国内外专家、学者针澍受损水环境 展开了各种治理技术的研究，主要强调这些技术对于水质改善的作用。作为对污染水体 穆复翡一耱手段，求玺森修复方法藏先承蓼凌浚溪技拳孛豹磷究熬点。磋究褒臻，沉承 植被的恢复是水生态修复的关键，沉水植物作为水体生态系统中主要的初级生长者，通 过增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和溶解飘条件，为形 成复杂豹食秘链提供食物、场爨灏箕毽必要条臀，篷阕接支持了瘪食窝终食食兹链， 是水体生物多样性赖以维持的基础。因此，恢复沉水植物群落，可使水体生物多样性得 到恢复，受损的水生生态系统得到逐步修复，最终优化生态琊境。 然嚣，滚复沉承耩魏群落戆最蒺本鹣要求之一魏是撵褰窳傣静透弱溲。嚣菇兰拳俸 透明度很低，水下光场条件无法满照水生植物生长时，水生械物光合作用将受阻而导致 不能成活。故研究水体透明度特征，探求影响透明度的主导因子和有效改善措旌、研究 透弱爱在承谆中复杂鹣变纯蕊鞠、遗疆度影稳流窳疆饔皇长戆筑理彝定量荧系，是避牙 水生态修复的基础和前提，能够为水生植物恢复及水生生态修复提供重要的理论依据和 技术支撑。 拳豁逶疆度反浚鹣是太鬻光线农承孛静透辩深瘦，两太疆辐射在求下黪传输帮分蠢 主要受制于4 种物质，即非生物悬浮颗粒、浮游槭物、溶解性有机物和纯水i 】j 。水体中悬 浮物的存森，会增加对光辐射的衰减，从而降低水体透明度，此外，水体中的浮游植物 衮可溶稳有辊物对光锻其有蔽浚和散射箨雳，从疆影晌透明壤。丽悬浮秘、浮游植物及 可溶性有机物均与水幼力过程密切相关，水动力对悬浮物、浮游植物和可溶性有机物在 水体中的输运扩散过程产生很大的影响，因此，研究水动力作用下悬浮物、浮游植物及 可溶注餐枫物的输运变化窥律是磷究承体透秘发熬基穑。本文潋浑永型承傣一肉江为 例，在研究水体透明媵变化规律的熬础上，探讨了通过生态环境调控措施提高水体透明 度、改变生境条件的愤况下沉水植物恢复的可行性，并对沉水植物的恢复避行预测。该 研究对内江东生植物恢复及永生生态修复有重娶的理论意义。 泞潞武学殍士骥垃挣冀 内江是典型的滨江型城市镇江市的重要水体，它通过引航道、焦南闸和长江相通， 与长江形成较好的水体交换。由予长江来水中挟带大量泥沙，使得内江承体浑浊、泛黄， 内江求体悬浮裼含羹融超过了l o o m g l ，透瞬发只有1 5 1 8 c m 。在这释生境条挥下，内 江无法形成健康的水生生态系统，沉水植物由于水下光照的不足无法在内江存活，故悬 浮泥沙楚内江透明度的主要影响豳予之一。另外，内江水位受长江水位的囊接影响，年 水位炎纯较大，在平承年达到5 m 左右，在丰水年达蓟6 m 友右。遣藏楚说，睁匝一半 以上的区域在一年内有4 5 个月都露出水面，但到了丰水期，这些区域又会在2 3 月 的时阉巾，成为本涤3 4 m 的淹没区，这静水文条件绘沉东棱被的恢复瞧糖来很大的霸 难。因魏，需要逶邋工程措施加以调控，改变肉江的生态环境，提高承体透昵受，使沉 水植物在良好的生境条件下逐步恢复。 本文鼓研究内江水体透明度为韬入点，到震内江东滚、水震、涯沙阏步监测资料， 分析得到内江水体透明度主要影响因子为悬浮混沙、可溶性肖机物及浮游藻类，并建立 了透明胰与这三个主骚影响因子的关系。在悬沙、可溶性有机物及浮游藻类数学模型建 立静鏊懿上，剥用蠢建立豹三考与透明疫的关系，建立了内汪透臻度模燮，这是本文豹 一个削新点。另外，通过实验研究了沉水植物与环境因子的相互影响作箱，建立了透鞠 度对沉水植物生长规律的定量影响关系，为透明度模型参数的确定提供了技术数据。然 压，应趱透瞻麦模燮，楚工程调发下蠹汪熬本文特征及透昵嚷交纯进行摸羧，著戬光毒 偿深度为判断条件，对生境改变精有可能在内江恢复的沉水植物范围进行了预测，这怒 本文的另一个创新点。最终，对内江沉水植物恢复后对水质的改善效果及克藻效应进行 了评嵇。论文毂礤褒洚蠹江本叟糠狻恢复窝玺态骖复提供了重要豹瑾论镀据帮技术支 持，同时对其它水体的生态修复及水环境治理研究也有一定的推广意义。 l 。2 国内外研究进展 1 2 。1 永生植物恢复及其水体修复作用研究进展 目前国内外对于污染水体修复方面研究较多的水生植物则通常是指大型水生植物， 它是一个生态学范酶上耱类群，怒不弱分类群穗纺逶遘长黧逐应隶环蓑甏形残熬趋嚣髓 适应类型2 1 ，主要包括两大类：水生维管束植物( a q u a t i cv a s c u l a rp l a n t ) 和高等藻类。水生 维管荣缀物( a q u a t i cv a s c u l a r p l a n t ) 鼹存发达的机械组织，植物个体比较高大，通常具有4 秘类型( 1 i f e f o 潍) 溺：挺承( e m e r g e n t ) 、漂浮( f r e e d r i f t i n g ) 、浮时( f l o a t i n g - l e a v e d ) 帮沉水 2 河澎庶掌薄士骥芷静文 ( s u b m e r g e n t ) ( 见表1 1 ) 。 表1 1 大型水生植物躲4 种类型 随麓水体污染的臼益加重，利用水生植物谶行水体修复的技术也日渐成熟，越来越 多豹农生禳秘被应耀予永体修复巾。瞧是水饽澎染的加捌使褥水体鳇透爨壤降低，生携 多样性受蠹f 严重破环，永生植物的藏长受到限制，甚至死亡，这也更加刷了水体污染的 严重性。所以，一方顾要采用水生椒物来净化已污染水体，舄一方面，又瓣给水生植物 营造一个菱努夔生域，寒恢复本体中懿求生棱物黻更磐建净键农薅，薅鬈攘辘程成。 1 2 1 1 水生植物水体修复研究进展 7 0 年代中期以来，水生植物作为污染水体修复的主要参与者逐渐成为研究的热点， 藿走终焱麓建拳生攘狻净纯窝掺复污染承嚣方瑟罄骰了丈量瓣疆究工终f 4 1 键。零l 嚣本垒 植物对水体环境进行改善的研究主臻集中于三个方面：( 1 ) 农其生长繁殖过程中从水中 吸收营养盐改善水质的研究；( 2 ) 通过分泌化感物质及竞争营养、阳光抑制藻类生长繁 夔懿磷究；f 3 箍蔽予瘫溪，逶遥慰藏矮懿霾定终嗣季枣嘉l 疯袋秀悬浮造袋懿营养整释放 的研究。 ( 1 ) 水生植物净化水质的研究 王潮襻等l 弱1 逸墩在太滋生长豹喜旱莲子鼙、菱、隶鳖、鼹蔽蓬、伊乐藻、金鱼藻、 轮叶黑藻、紫背浮萍嚣高等水生植物在太湖五熙湖中建立人工复合生态系统( a r t i f i c i a l c o m p l e xe c o s y s t e m a c e ) 。富营养化湖水经过该系统后，藻类生物量( 以叶绿素计) 下 簿5 8 ，氮氨下降- 6 6 ，总氮- f 隧6 ，葸磷下降7 2 ，可溶馥磷酸釜下泌8 0 ，承覆褥 到明显改善。 水嫩植物对水体商降低营养的功效，但是在不同营养条传下，不同水生植物的改替 效采不一样。离吉喜镶# 麓在院较了7 静植餐：憨菇、茭自、菠孽、金鱼藻、满江红、承 花生、凝角对污水中n 、p 去除的效果得出，对n 的去除率由大到小排列次序为：慈菇 茭白 水花生 菹草 众鱼藻 满江级 菱角。除p 效果在7 月和8 月效果有所不同，在两个 秀蚜豫掩齑效静植秘旃满江茳、整囱、慈菇藕灏孽4 静檀穆。在这些疆穆审，大部分毯 s s d - 洚式掌缚士掌垃沦艾 物相互结合后可提高植物对水体氮磷的整体改善效率。由文辉等【l 列认为，当河水停留时 间为3 0 天时，对t n 、t p 的去除率水雍菜分别为8 1 3 2 、7 1 3 4 ，水芹菜分别为8 2 7 7 、 9 4 7 7 。 不同植物对氮、磷的吸收具有不同的条件和要求。金送笛等【1 4 】研究菹草时发现，在 口h 为8 0 9 5 ，水温为1 9 2 8 。c 的实验条件下，水中氨氮浓度低于0 3 5 m g l 左右时，菹 草茎、叶优先吸收硝态氮，而水中氨氮浓度高于0 3 5 m g l 左右时，则优先吸收氨氮， 并且这一选择与氨氮硝态氮比值无关。强光照、高温( 3 0 ) 和高p h 的协同作用严重影 响菹草硝酸还原酶活性。王旭明掣”1 认为在不同温度( 1 5 。c 和2 0 。c ) 条件下，水芹菜对营 养的吸收率是不同的，对总氮的吸收率分别为6 6 6 7 和7 2 9 8 ，对氨氮的吸收率分别为 9 5 和1 0 0 ；对总磷的吸收率分别为7 3 3 和8 6 3 。 水生植物在吸收水体中营养盐的同时也会对水体中的重金属进行富集。c s a n c h i z 等对西班牙地中海地区的水生植物a 幽如一缸o c e a n l c a 和c y m o d o c e an o d o s a 的研究 发现，在底泥和植物体内都有h g 和z n 的存在，并且植物体内重金属的浓度与底质中的 浓度具有相关性。m e e t ug u p t a 等1 7 1 对黑藻和苦草的研究中也发现其对h g 有着极强的富 集能力，并且提出是通过植物螯合作用对重金属进行富集。水生植物对重金属富集时， 其各部位的富集能力也不一样，最终在水生植物各个器官内的重金属的浓度也不一样。 t s a w i d i s 等1 8 1 对德国北部的一片湖泊和四条河流中的水生植物体内的重金属含量进行 了研究，发现重金属在水生植物体内浓度的分布为根 状 叶 花 茎 种子。 水生植物在降低水体中营养盐和重金属的同时，也有改善水体溶氧的能力。k a s p e r 等1 9 1 在研究底质与l i t t o r e l l au n i f l o r a 的关系时发现，生长有l u n i f l o r a 区域上的底质中 氧化还原电位要比那些没有li i t l i f l o r a 的底质上的氧化还原电位高。但是j a nh j a n s e 等【2 0 1 研究水体富营养化时发现，当水体中污染浓度加重，而引起大量浮萍繁殖覆盖水面 时，将会使水体处于缺氧状态，从而导致水体环境恶化。 ( 2 ) 水生植物的克藻效应 近年来，水生植物对藻类的化感抑制作用的发现，使化感作用开始应用于富营养化 水体藻类控制领域，相关研究己受到国内外的关注 2 ”。抑藻水生植物普遍存在于水体中， 容易获得、栽种或移植，且数量丰富。它们一方面能吸收水体中的营养物质，为水中营 养物质提供输出的渠道 2 1 】；另一方面，它们能够分泌抑制藻类生长的化感物质，起到修 复、净化富营养化水体的作用，而且，这些化感物质是水生植物生长过程中产生的次生 代谢物质，一般能在自然条件下降解，不会在生态系统中长期积累，生态安全性好。将 4 泞洚蔑学雄士麟戆蛰文 化感物质应用于藻类控制具有良好的应用前景【2 2 1 。 “化感作用 ( a u e l o p a t h y ) - - 词由科学家m o l i s e 于1 9 3 7 年酋次提出，用以表达包括微 生澎在肉静所有蓬秘阀生物纯学方蕊的葙互作掰l 。r i c e 将纯惑箨强定义为耱禳瀚 通过向环境中释放化举物质影响其他生物生长的现象” 2 3 , 2 4 。植物化感作用是通过向环 境释放饿学物质恧实现的，这些越作用鲍化学物质称力化感物质。植物化感物质主要魁 植物次擞代诱物质，它们分布予檬物的根、茎、时、花、采实或种子中。常见的释放方 式有4 种。挥发：一些挥发性化感物质( 主要是萜类) 通过槭物体表( 茎、叶、花) 进入 环境两发挥作用。漤溶：由于露水或雾演的作用，一些有机酸、氨基酸、菇类和酚类 等永溶髋纯台物易藏从植株表面淋溶下来，对躅嗣植耪产生澎响。报豹分泌：次生代 谢产物中的根系分泌物很大一部分摄化感物质。植物残株的腐烂释放：植物及其某些 器官廷鼷，其中蛇复合物或聚合携被微生物分解藤释放出菜燎傀合物，这对周围植物越 化感律粥 2 “。 近2 0 年来，水生植物对藻类的化感作用研究较多，n a k a i 等通过初始投加和半连续 投掘实验诞臻了承生梭兹是通过逡续释放化感物震来毒审制藻类生长的圈。e l l e n 等曙6 1 秘 g r o s s l 2 7 1 综述了这方谣的研究成栗，揭示了许多水生植物与溅类间的纯感作用，也飘一 些植物和种植水中分离或检测到具有化感作用的生物活性物质。中国学者也在水生植物 对藻类戆生长掇剑方露遴行了一祭艇数礤究，孙文浩等通过试验证鳃最眼建其存显著黪 抑藻作用，并从风暇遴根中分离出两种n 苯基豢胺的化感物斌1 2 8 】。何池全等研究发现挺 水植物霸菖蒲的抑藻作用主要是由于石菖蒲根系向水体分泌的化学物质而产生的【2 9 1 。戴 辩攘等从霉薄提取携申分离鉴定了爽藻键合物，蒡对毙不弼的藻类捧割效暴幽l 。 有关学者研究了不同生活类型的水生植物对藻类的化感作用。进一步研究发现，檬 物的不间部位对化感作用的贡献不同，风眼莲和石菖蒲的化感作用主要是通过植物的檄 交拳箨释放哪2 9 1 。将势苇懿不圈部位( 壤、蘧下蒸、茎窝时片) 慰蛋叁孩小球藻豹生长捧 制作用进行比较，绐果表明，叶片的抑藻效果墩好。 有研究发现，水生植物对藻类的生长抑制是有选择性的，芦苇对铜绿微囊藻 ( m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ) 亵蛋自核枣球藻( c h l o r e l l ap y r e n o i d o s a ) 其毒缀强瓣佬感季露割铭 用，而对普通小球藻( c h l o r e l l av u l g a r i s ) 却没有寝现出明显的化感抑制作用p “。另外， m u l d e r i j 等发现沉水植物轮藻( c h a r a ) 2 寸羊角月牙藻( s e l e n a s t r t u ne a p r i c o m u t u m ) 和微小小 球藻( c h l o r e l l am i n u t i s s i m a ) 嚣耱缘溱其有纯戆糖裁终竭，褥对要一魂绦藻瓣生稀藻 ( s c e n e d e s m u s0 b l i q u l l 8 ) 却没有化感抑制作用1 3 2 1 。k o m e r 和n i c k l i s c h t 蚓发现穗状狐尾藻 r r a 2 - 滓 学搏士学地静文 ( m y r i o p h y l l u ms p i c a m ml 1 对水华鱼腥藻( a n a b a e n af l o s - a q u a e ) 、铜绿微囊藻( m a e r u g i n o s a ) 、被甲栅藻( s c e n e d e s m u sa r m a m s ) 、极小盘冠藻变种( s t e p h a n o d i s c u sm i n u t u l u s ) 等6 种藻类的生长具有不同影响，表现为对水华鱼腥藻没有化感抑制作用；对其它5 种 藻类具有化感抑制作用，但产生明显抑制作用的时间以及抑制程度有所不同。 目前已有研究报道的具有抑藻作用的高等水生植物约二十余种。这些水生植物及其 有效抑制藻类如表1 2 所示。 表1 2 具有抑藻作用的高等水生植物及其有效抑制藻类 f 3 ) 水生植物对底泥释放的抑制作用 j d m a d s e n 等【4 叫研究了水、底泥和沉水植物之间的关系，发现水体的流动会刺激 和增加沉水植物的多样性，沉水植被会降低水体的流速，而增加水体的沉降量和降低底 质的再悬浮，水体混浊度的降低会增加水体的透光性而有利沉水植物的生长。除此之外， 国内外的一些专家学者还重点研究了水生植物对底泥中污染物质释放的影响。妻1 j a m e s ， w f 等t 4 1 1 研究了美国明尼苏达州的m a r s h 湖中眼子菜植被对表层沉积物因风和波再悬浮 的影响，发现沉积物的再悬浮率从3 2 降低到5 。宋福等【4 2 1 研究了狐尾藻、菹草、苦草、 伊乐藻、金鱼藻、蓖齿眼子菜、轮藻等7 种常见的沉水植物对草海水体( 含底泥) 总氮去 除速率，发现随着时间的延长，水体中总氮浓度呈现指数形式衰减，控制了底泥中总氮 向水中的释放。童昌华等1 4 3 】开展了采用狐尾藻、风眼莲2 种水生植物控制湖泊底泥营养 盐释放的研究。结果表明，水生植物能有效抑制底泥中t n 、t p 、硝态氮和氨氮的释放。 1 2 1 2 水生植物恢复研究进展 水生植被恢复包括人工强化自然修复与人工重建水生植被两条途径。前者是指通过 对水体环境的调控来促进水生植被的自然恢复。后者则是对已经丧失了自动恢复水生植 被能力的水体，通过生态工程途径重建水生植被。重建水生植被绝非简单的“栽种水草”， 也并非要恢复遭受破坏前的原始水生植被，而是在已经改变了的水体环境条件基础上， 河薄砖擘搏士掌垃静戈 根据水体嫩态功能的现察需要，根据系统生态学和群落生态学理论，重新设计和建设全 新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为中心鲢水体良性生态f 棚。 在遗鞠度较 豪、魏度较大豹浅永裂富营养纯藻鍪潮演中全骶恢复灞泊原有静永生撞 被是一项艰巨的工作。必须辅以其他措施，才能逐步恢复水生植被，以长期维持湖泊的 溥水态。欧美鲍许多湖泊在高强度污染控制及生物调控等措施鼷，不少湖泊的水生植被 可馥自行恢复。我国许多学者直接程透弱度低的窝营养讫潮漓中恢复东生麓薅植物，取 得了不少研究成果。李文朝 4 5 】在太湖的试验围区内组建了由喜溉型沉水植物与耐寒型伊 乐藻组成的常绿求生撩拨；鄙东茹等f 4 6 】在武汉东潮受控生态系绞申恢复和优化了若于种 求生植物 张圣照等脚辩究了太潮鬻营养化对承嫩高等植物生长繁殖的影响，并恢复和 重建了漂浮植物、浮叶植物及沉水槭物群落。王阑祥等【1 l 】采用群落镶嵌技术在重富营养 化潮泊内成功恢复了多秘生态类型的永生高等梭物，著深入黟 突。7 在透明发低的富营养 纯永体巾水生高等植物的恢复过程、镶嵌群落对寓营养纯湖泊氮素循环、水质改善以及 生态系统结构的影响。这些有益的探讨为控制湖泊富营养化、改善水质、邂步恢复湖泊 筵康的生态系统奠定了纂醚。 制约水生植物生长的环境因子甑括光照、水中营养盐含量和底质条件等。其中，水 下光照条件是影响沉水植物生长的煎要因素之一。一般认为，水底光照强度不足入射光 的1 时，泼零植物藏不l 定屠。水下毙照强发、沉求檀物光毒 偿深度与永豁透强度有 直接关系。根据沉水植物光补偿深度与水体透明魔之间的关系式，要恢复沉水植物的多 样性，就骚将透明度提高到一定程魔。“八五”期间，我国开始研究富营养化水体中沉水 植秘弱羧复与重建鼓零，瓣摹海中滚爱沉东撞锈熬技术秘经济上鹣可行性邃孬了疆究。认 为技术可行性的关键怒消除影响沉水植物恢复的限制因子，只溪透明度提高登u 6 7 - 7 9 c m 以上在1 5 m 左右水深处沉水植物就能恢复。国内学者对水生高等植物，尤其怒沉水植物在 富营养豫泼水濑泊生态恢复中爨起缝俸爱己卡分纛定。褒复、霪建嘉等东袋疆穆群落基 成为藻型甯营养化浅水湖泊的治理和生态修复的篾键措施。解决这一问题融成为当代湖 泊生态学的前沿课题f 4 8 j 。 1 2 2 承体透疆度磁究进展 水体透明度是描述水体光学特征的一个重要参数，能直观反映水体清澈和混浊程 度。承钵逑明度与光学液减系数、漫爨| 衰减系数之间存在密切关系，它能够反映水体光 学特性。永体光学成分一般包括四狮物质，即非生物悬浮颗粒、浮游植物、溶解性有梳 河淳式掌t l t 士掌垃静戈 物和纯水。目前，国内外对于透明度的研究也大都是围绕水体光学特性展开的。 湖泊光学作为湖泊物理学研究的一个方向，早在7 0 年代国外就开展了这部分研究 ( h a l l ，1 9 7 7 ) 【4 9 ，由于湖泊光学特性及水下光传输与光强度分布对生物生长及水体初级 生产力影响很大而越来越引起国内外研究的重视( j o n a s z ，1 9 8 6 ；g o r d a n ，1 9 7 2 ) 5 0 , 5 1 o 研究湖泊光学与湖泊环境、水生生物、植物生态学的相互关系己成为湖泊光学研究中极 具生命力的部分，并发展了生物光学模式来计算水体初级生产力( s m i t h ，1 9 8 9 ) 5 2 o 尽管国外这部分工作已开展较多，但国内却研究甚少。在9 0 年代初，蔡启铭等【5 3 】在太 湖开展了初步观测研究，取得部分成果，他们提出了p a r 在水一大气系统内的辐射传 输模式和初级生产力的生物光学模式，但均是理论模型，缺乏实测资料的验证。之后俞 宏等( 2 0 0 3 ) 1 5 4 】粗略的测定了太湖梅梁湾冬夏水体的吸收系数和散射系数，但其测定方 法存在缺陷，并不能很好地区分浮游藻类和非藻类颗粒物。1 9 9 3 年荷兰的g o n s 等( 1 9 9 8 ) 【5 5 】在太湖梅梁湾测定p a r 总量的漫射衰减系数和水面上反射率，但又缺乏颗粒物吸收 系数等固有光学特性的测定。张运林阁，杨顶田【5 刀等也开展了大量的湖泊水体光学特性 的研究，主要偏重于野外测定漫射衰减系数的光谱分布，衰减系数与悬浮物、叶绿素的 经验关系，透明度的变化及原因分析等。后来，他们又通过野外原位观测和室内模拟的 方法重点分析了沉积物再悬浮对水体光学成分和光学特性的影响。根据建立的真光层深 度与悬浮物浓度的关系，利用历史资料分析了太湖真光层的时空分布和生态环境意义。 并结合野外和室内模拟初级生产力，分析了初级生产力的时空分布、垂直变化、光对初 级生产力的影响等。 另外，在太湖透明度及其因子方面，也有一些研究成果。张运林胪目根据1 9 9 3 2 0 0 1 年太湖站常规监测资料及2 0 0 1 2 0 0 2 年周年实验资料，分析研究了太湖水体透明度的分 布特征、季节变化，重点分析了透明度与悬浮物及叶绿素a 的相互关系，阐述了影响透 明度的主要因子。对透明度主要影响因子进行分析，发现太湖透明度主要受悬浮物的影 响，透明度跟叶绿素的相关性不是很大，只存在微弱的线性相关。杨顶田1 57 j 根据1 9 9 9 - - 2 0 0 2 年太湖站常规监测及周年实验资料，研究分析了影响太湖梅梁湾水体透明度变化 的因素。将透明度的影响因素可以分为直接因索和间接因素。直接因素包括：水体中悬 浮质、可溶性有机碳( d o c ) 含量的变化；间接因素包括：温度、p h ，n p ，风浪及c 一+ ， m 9 2 + 含量等；从结果分析来看，悬浮质与透明度的关系呈现明显的反比关系。 从不同作者拟合的结果来看，悬浮物浓度和透明度的相关性都很好，证明悬浮物和 透明度的关系十分密切。而透明度受非生物悬浮颗粒、浮游植物和溶解性有机物的影响， 河潞氏掌葶舞学忿静支 以上作者在进行函数拟合时，均朱对透明度与藏他影响因子作拟合，也没有研究透明发 在多种因子影响下的变化机制，这是需要进步开展的工作。 1 2 3 水动力数值模拟研究进展 随糟计算机技术和数值计算方法的迅速发展，水动力数使模拟已成为水利、水运、 海洋、繇境