沉水植物菹草生長習性與治理方法研究進展

賈鳳聰，吳亞斌，趙進勇，張 晶，韓會玲

(1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.天津市永定河管理中心，天津 300131；3.河北農業大學，河北 保定 071001)

沉水植物在河流、湖泊等水域范圍內生物量大，是水生態系統中主要的初級生產者[1]。如果提供適宜的生長條件，極易在水面附近形成致密的冠層[2]。在水域范圍內，沉水植物的適量生長對水質和水生態的提升具有一定的促進作用，但其過度生長將會對人類的生產生活造成一系列的危害[3]，例如：產生感官性污染、降低水體流動性和透明度、加劇水體富營養化、阻礙航運通行等。

菹草作為冬春季節沉水植物的優勢種，于中國南北各省均有分布，近年來在華北、長江中下游等地區形成了規模性爆發，嚴重威脅了當地生態系統平衡[2,4]。目前中國對其治理以人工、機械打撈方式為主，輔助配合生物化學方式進行治理[5]。中國學者針對菹草爆發的內在機理和對當地水體環境狀態的影響展開了相關研究[6-8]。但在實際治理過程中依舊存在對菹草生長規律不明確、治理方式落后、防治手段單一等問題，導致錯失菹草打撈的良好時機，更無法結合當地水體環境進行長久有效治理[9]。因此通過對相關文獻進行總結和整理，分析菹草爆發的內在機理和治理方法，對于中國治理工作開展具有重要意義。

1 菹草生長過程及其生長特性

菹草又名蝦藻、蝦草、海老藻、麥黃草等，屬被子植物門，單子葉植物綱，眼子菜科眼子菜屬，為典型地多年生沉水草本植物，形似海藻，顏色呈銅綠色或中綠色[10]。

1.1 生長過程

菹草成長過程分為：幼苗期、成株期、衰敗期。在幼苗期下胚軸發育良好，上胚軸不發育，針狀子葉；成株期其根莖匍匐于水下泥中，莖細長，邊緣存在波狀褶皺，中脈明顯；菹草衰敗期分支頂端結芽孢，脫落后長成新植株[11]。冬季水體溫度多維持在10℃以下，幼苗緩慢生長；春末夏初的時候，水溫維持在10～20℃，菹草呈指數形式生長。

1.2 生長特性

菹草為世界廣布種，根莖長度20～100 cm；葉片呈波浪態，寬度0.5～1.5 cm，長度3～10 cm；多生長于水深2 m以下的靜水池塘、湖泊、河渠等地。菹草有極強的適應性，對水質和底質要求不強[12]，一般水體的透明度好，無有毒有害污染，多數都可以生長。春末夏初，菹草分支頂端生長出芽殖體，秋季母體衰亡時，芽殖體通過沾附水體中的懸浮泥沙等，沉入水體底部，扎根于底泥之中，待適宜環境萌發[13-15]。菹草的生長有別于大多數沉水植物，冬春季節是其生長的關鍵期。菹草一般不以其種子進行繁殖，而是通過芽殖體繁殖[16]，并且在生長初期還可以進行無性繁殖[10]。

1.3 生態功能

菹草的葉和莖可供魚類和水禽類食用，后經過人為處理可作為飼料供家禽家畜食用[17]。菹草對生長的水體還具有生態凈化作用，適宜的菹草群落，由于其莖部柔軟，能隨水流產生扭曲，能夠非常有效去除水中懸浮物[18-19]，它的根莖能夠牢固底泥，減弱底泥懸浮。研究表明，菹草還可以通過根系吸收底泥中的營養鹽，莖葉可吸收水體中的硝態氨氮。菹草還具有抑制藻類生長，富集重金屬等生態功能[20-21]。

對菹草生長過程和生長特性進行總結，明確了菹草適宜的生長特點，但由于其對周圍環境有著良好的耐受性，不同于其它沉水植物的繁殖方式和繁殖周期，加之現如今河湖外源性污染加大，連通性普遍降低，使得菹草爆發的現象愈演愈烈。

2 菹草爆發機理及其對水體環境狀態的影響

2.1 影響因子

沉水植物菹草對水體環境極端依賴，對水體環境的改變也十分敏感，其生長和分布會受到多項環境因子的調控[22-24]。其主要影響因子為溫度、光照、營養鹽和水文條件[14,25]。中國春季平均氣溫一般為10～22℃，是菹草爆發的關鍵時期，如任長久等[12]對北京地區研究發現菹草適宜生長溫度為10～20℃；蘇勝齊等[25]對西南農業大學實驗池塘進行試驗研究發現菹草適宜的生長溫度為15～25℃。春季光照溫和不強烈，但光照強度超過了菹草的光補償點而未至光飽和點，菹草光合作用增強，生長迅速[26-28]；菹草適宜生長在中富營養鹽水平的水體中，春季水體中氮、磷等營養鹽豐富，為其生長提供了必要的營養物質；像水深、流速這類水文條件的改變間接影響菹草的生長，如水位升高至2 m以上，對菹草生長有一定的抑制作用，而流速加大，加快了水體中營養物質供給和交換[29-33]，進而影響了菹草的生長爆發。

2.2 爆發機理

沉水植物菹草作為生態系統中的初級生產者，適宜生長于低速、靜水環境之中，同其它水生植物對比分析，菹草可以避免季節性生長過程中的競爭。綜合沉水植物菹草生長的影響因子，水溫、光照和營養鹽可為菹草生長供給能量，是其生長過程中的關鍵。其它因子諸如重金屬、著生藻類、懸浮物、pH等也對菹草的生長具有一定的影響[34-36]。冬春季節的溫度適宜生長，菹草規模性爆發，還由于在其生長初期，菹草的莖部細長，葉片稀少，導致菹草無法直立生長，倒伏下的莖葉接觸到底泥，就會再次生根發芽，形成新的植株體。這種無性繁殖方式加劇了菹草規模性爆發。2020年5月初對天津市新引河進行實地考察，新引河水面菹草覆蓋率高，形成了規模性爆發，當地已組織人員進行了人工打撈，治理效果不理想。圖1為調查區空間分布。

圖1 調查區空間分布

2.3 改變水體環境狀態

菹草由于產生大規模爆發的現象，茂密的菹草群落嚴重影響水體的透光度，搶占水生生物的生長空間，對魚群覓食產生阻礙作用，影響水利工程的運行，甚至危及人類的飲水健康。又因其獨特的生長習性，容易在夏季產生規模性死亡現象，死亡后的菹草若不及時地進行打撈，將會在水體中逐漸下沉[37-38]。沉積到水底的菹草被微生物分解，消耗水體中的溶解氧，使得水中溶解氧含量急劇下降。并且菹草的分解還釋放了大量的氮、磷等營養物質，加劇了水體富營養化程度。

3 菹草防治與控制研究現狀

3.1 防治與控制措施

中國對于菹草大規模爆發治理每年耗費了巨大的人力財力，治理的方式分為物理控制、化學控制、生物控制[6](表1)。菹草較為常用的治理方法為物理控制法，處理手段多采用人力或者機械進行收割打撈，還有一些地方通過清除淤泥達到去除菹草的目的?；瘜W控制法就是在河流湖泊之中投放抑制菹草生長的藥劑，化學治理見效快，但是易對水體產生不可逆的傷害，產生二次污染。生物控制法應用較為廣泛的方式是投放濾食浮游動物和食草性魚類，除此之外還有培養水生植物或者微生物抑制菹草生長。

表1 菹草治理方式

3.2 國內防治與控制綜述

3.2.1駱馬湖治理案例

駱馬湖位于江蘇省中部，總面積375 km2，為江蘇省四大淡水湖之一。駱馬湖于2006年開始在每年的2—5月份菹草爆發性繁殖，很快地成為當地湖區的優勢種群[39-43]，生長高度可達到150 cm，湖區內的優勢度95%以上，已經嚴重影響了水質，危害了魚類的生存環境，對當地旅游業發展也產生很大沖擊。

通過調查發現，駱馬湖菹草群落爆發是因為當地無序開采黃沙，再加之面源污染程度提高，形成了適宜菹草生長的有利條件[27-28]。當地采取了如下手段進行治理：①投放草食魚類草魚、魴魚、鳙魚等，兼放部分鯉魚；②確定養殖區，分片、分區、分時圍養進而控制菹草種群數量；③適時撈割，在菹草生長初期，立即組織進行機械撈割，在菹草衰敗季節，組織沿湖漁民進行人工割除，減少二次污染。

3.2.2九江市治理案例

九江民俗園位于江西省北部地區，園區內人工湖也發生了大規模菹草瘋長現象，究其原因是當地湖區形成了相對封閉和靜止的水面[21]。根據調查，菹草適宜生長溫度為10℃左右，在九江市約有半年時間的氣溫有利于菹草生長。也正是由于以上的特征，使得菹草近些年在湖區內爆發，僅用20多天就覆蓋了整個水面，對湖區治理工作帶來了很大影響。

園區針對菹草生長特點，對其治理采取了如下手段：①清除湖區淤泥，注入優質水體，調整生長水深；②將淤泥進行處理，挖運到湖岸邊堆成緩坡，栽植了約7萬株的再力花、鳶尾、美人蕉、睡蓮等水生植物；③改變土壤及水體的酸堿度，采用拋灑石灰，使水體為堿性環境，抑制菹草生長；④放養了一定數量的草食性魚類草魚，對于菹草治理帶來了直接明顯的效果。

3.2.3東平湖治理案例

東平湖位于山東省東平縣，為山東省第二大湖泊。東平湖屬于淺水型富營養化湖泊，位于山東省西南部，也爆發了菹草瘋長現象。經過調查發現，東平湖湖區內環境非常有利于菹草爆發性生長，一方面湖區內水深平均深度約為2 m，3月份到5月份溫度維持在14～21℃。另一方面，水體的營養化程度較高，食草性魚類數量較少，這就是導致東平湖菹草大規模暴發的成因[44-48]。

當地對東平湖治理采取了以下方式：①控制水體內的富營養化程度，加強外源性污染物輸入的控制，減少內部氮磷的富集，減弱營養負荷；②組織人力進行收割打撈，選取5月份中下旬作為理想打撈期，適時地進行撈割處理；③投放草食性魚類，以魚治草，并且選取秋季作為最佳投放季節。

3.2.4南四湖治理案例

南四湖位于山東省，是山東省最大的淡水湖泊。但由于近年來水體富營養化程度加大，菹草在湖區內瘋長，不僅對水體產生了污染，并且嚴重阻礙了航道運行。每年的6月份左右，菹草都會在湖區內大量的衰亡、腐敗，產生了二次污染，給當地湖區帶來了嚴重的生態環境問題[49-53]。

當地采取如下治理方式：①投放不同密度的草魚，對水中菹草進行啃食；②減弱外源性營養物質的進入，提高區域內溶解氧含量，同時降低氨氮和亞硝酸鹽含量。

對上述案例進行對比分析，駱馬湖屬一般性水體、九江民俗園內湖泊屬流動能力弱的水體、東平湖和南四湖屬富營養化水體。不同地域內由于水體條件不同，治理方式也存在差異，對其治理主要集中在以下方面：①針對一般水體，及時組織人員進行撈割，投放食草性魚蝦，栽培水生植物，優化調水周期等；②針對流動能力弱的湖泊水體，可以進行底泥清淤，并改變水體酸堿性，適當提升水位，并輔以一般水體治理措施；③針對富營養化水體，主要還是減弱外源性營養物質的輸入，嚴格控制污染源，并輔以一般水體治理措施。

4 結論與展望

本文詳細闡述了菹草生長特點和生活習性，探討了菹草爆發關鍵影響因子和內在機理，并通過對我國代表性治理地區的總結，歸納了3種代表性水體的防治策略，為我國治理工作開展提供了依據。

目前對菹草防治與控制方式雖然已取得一些進展，但依舊存在很多不足，有待進行深入研究，營養物質、水體特性、光照強度、底泥物質等因子影響菹草生長，考慮多因子綜合的復雜性，今后可進行綜合性研究。