水生植物修復(fù)對(duì)巢湖水生態(tài)環(huán)境的影響研究

王錦龍

(巢湖管理局環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，安徽 巢湖)

水生植物修復(fù)技術(shù)能夠治理富營(yíng)養(yǎng)化水體，對(duì)河流和湖泊的生態(tài)環(huán)境起到改善作用。植物修復(fù)技術(shù)利用水生植物和微生物減少水體中的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽含量，實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，凈化水質(zhì)的同時(shí)，提高生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性[1]。水生植物修復(fù)技術(shù)成本低、效率高、持久性好，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值[2]。本研究以巢湖水生植物修復(fù)項(xiàng)目為例，研究水生植物對(duì)巢湖水質(zhì)的改善作用，以透明度、有機(jī)物含量和無(wú)機(jī)鹽含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；進(jìn)一步分別從浮游植物和水體微生物兩個(gè)方面分析植物修復(fù)技術(shù)對(duì)巢湖生態(tài)環(huán)境的影響。

1 項(xiàng)目概況

巢湖位于長(zhǎng)江中下游，是中國(guó)五大淡水湖之一，被巢湖、合肥、肥東、肥西、廬江環(huán)抱，東西長(zhǎng)55 km、南北寬21 km，湖岸線周長(zhǎng)176 km，平均水深2.89 m，面積780 km2，容積20.7 億m3。湖水主要靠地面徑流補(bǔ)給，沿湖共有河流35 條。其中較大的河流有杭埠河、白石天河、派河、南淝河、烔煬河、柘皋河、兆河等。從南、西、北三面匯入湖內(nèi)，然后在巢湖市城關(guān)出湖，經(jīng)裕溪河?xùn)|南流至裕溪口注入長(zhǎng)江。

2 水生植物修復(fù)對(duì)巢湖水質(zhì)的改善

2.1 水質(zhì)透明度改善

水質(zhì)透明度是水樣的清澈程度，潔凈的水是透明的，水中存在懸浮物和膠體時(shí)，透明度便降低。因此，透明度可以衡量巢湖水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度[3]。在生態(tài)示范區(qū)栽植的水生植物，能夠起到凈化水質(zhì)的作用。水生植物可以減少懸浮的堆積物，吸收大量的氮、磷無(wú)機(jī)鹽，并且可以抑制浮游植物的生長(zhǎng)，為水體微生物的生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件，增加生態(tài)環(huán)境多樣性。生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)3 個(gè)區(qū)域的水質(zhì)透明度變化見(jiàn)圖1。

圖1 巢湖水質(zhì)透明度對(duì)比曲線

整體而言，冬季的湖水透明度最高，夏季由于降水較多，徑流水?dāng)y帶泥沙等進(jìn)入巢湖，導(dǎo)致夏季的湖水透明度較低。在持續(xù)監(jiān)測(cè)的52 周時(shí)間內(nèi)，生態(tài)示范區(qū)的水質(zhì)透明度高于生態(tài)緩沖區(qū)，生態(tài)緩沖區(qū)的水質(zhì)透明度高于未修復(fù)區(qū)。可見(jiàn)，利用水生植物對(duì)巢湖水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)，效果良好，切實(shí)有效。

2.2 有機(jī)質(zhì)含量改善

有機(jī)質(zhì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)采集到的水樣，采用平行因子分析法進(jìn)行有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定。生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)和對(duì)照區(qū)3 個(gè)區(qū)域的有機(jī)質(zhì)含量見(jiàn)圖2。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，生態(tài)示范區(qū)的有機(jī)質(zhì)平均含量為5.76 mg/L，生態(tài)緩沖區(qū)的有機(jī)質(zhì)平均含量為6.14 mg/L，對(duì)照區(qū)的有機(jī)質(zhì)平均含量為6.53 mg/L。結(jié)合圖2 可以看出，生態(tài)示范區(qū)的有機(jī)質(zhì)平均含量最低，有顯著的改善效果。此外，生態(tài)示范區(qū)的水生植物體自然死亡，難以分解的纖維素和木質(zhì)素大部分殘留在水體中，造成檢測(cè)到的有機(jī)質(zhì)含量偏高。

圖2 有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比曲線

2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽改善

巢湖水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽的改善效果與修復(fù)植物的培植緊密相關(guān)。水生植物通過(guò)自身的葉、莖、根吸收湖水中的氮元素、磷元素等，供植物本身生長(zhǎng)發(fā)育，再通過(guò)植物收割去除，從而使水體中氮、磷物質(zhì)降低[4]。水生植物凈化營(yíng)養(yǎng)鹽的同時(shí)，也為微生物提供了良好的生存環(huán)境，改善了巢湖水岸的景觀效果。監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，對(duì)采集到的水樣，檢測(cè)的總氮含量和總磷含量見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 總氮含量對(duì)比曲線

圖4 總磷含量對(duì)比曲線

圖3 和圖4 顯示水樣中總氮含量和總磷含量，均是夏季高于冬季，季節(jié)特征明顯。生態(tài)示范區(qū)的水樣，總氮的年平均含量為1.28 mg/L，低于未修復(fù)區(qū)的1.56 mg/L，改善效果良好。總磷的年平均含量為0.16 mg/L，低于未修復(fù)區(qū)的0.21 mg/L，也表明了水生植物修復(fù)技術(shù)對(duì)于巢湖的水質(zhì)提升成效顯著。

3 水生植物修復(fù)對(duì)巢湖生態(tài)環(huán)境的改善

為研究水生植物修復(fù)技術(shù)對(duì)巢湖生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)的浮游植物、水體微生物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1 水生植物種類(lèi)

生態(tài)修復(fù)后，巢湖的水生植物種類(lèi)、覆蓋度和物種多樣性都發(fā)生了明顯的變化。生態(tài)示范區(qū)共有水生植物16 種，生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)的種類(lèi)則較少，各類(lèi)水生植物的分布情況見(jiàn)表1。

表1 的數(shù)據(jù)表明，生態(tài)示范區(qū)的水生植物種類(lèi)最多，挺水植物共有6 種，沉水植物共有6 種，浮葉植物4 種，未修復(fù)區(qū)共10 種。相比較而言，生態(tài)多樣性得到顯著提高，有利于水體微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而更有利于生態(tài)環(huán)境的改善。

表1 水生植物分布

3.2 水生植物對(duì)浮游植物生態(tài)環(huán)境的影響

高等水生植物對(duì)浮游植物具有抑制作用，一方面體現(xiàn)在對(duì)礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分的爭(zhēng)奪；另一方面表現(xiàn)為水生植物向湖水中釋放化感物質(zhì)，此類(lèi)物質(zhì)能夠限制浮游植物的生長(zhǎng)。化感作用即是高等水生植物對(duì)藻類(lèi)克制作用的機(jī)制。浮游植物主要包括硅藻、甲藻、藍(lán)藻和黃藻，這些浮游植物可以進(jìn)行一些光合作用，釋放氧氣。水體中的氮含量和磷含量是影響浮游植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。水樣中若含有大量的浮游植物，說(shuō)明水質(zhì)為輕度營(yíng)養(yǎng)化的渾濁型水體，仍需要控制氮磷。通常而言，水體中的葉綠素含量能夠表征浮游植物的含量[5]。巢湖生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)的水體葉綠素含量見(jiàn)圖5。

圖5 葉綠素含量對(duì)比曲線

在巢湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)期間，生態(tài)示范區(qū)的水樣中葉綠素含量比未修復(fù)區(qū)明顯降低，并且仍然具有季節(jié)性特征。夏季浮游植物生長(zhǎng)較快，但因?yàn)閺搅鲄R入的影響，反而使得測(cè)定的葉綠素含量較低。在生態(tài)環(huán)境方面，生態(tài)示范區(qū)的水生植物種類(lèi)和數(shù)量大幅增加，會(huì)抑制浮游植物的生長(zhǎng)。湖泊淺水區(qū)域沉水植物覆蓋度大于20%，生態(tài)環(huán)境將不適合浮游植物的生長(zhǎng)，水質(zhì)會(huì)保持清澈狀態(tài)。

3.3 水生植物修復(fù)對(duì)水體微生物多樣性的影響

水生植物形成生態(tài)群落，可以為水生微生物提供生存條件和附著基礎(chǔ)，有助于微生物對(duì)污染水體中有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解。水生植物的根系可產(chǎn)生某些特殊物質(zhì)，促進(jìn)分解氮磷物質(zhì)的細(xì)菌生長(zhǎng)，可以進(jìn)一步提升水體凈化效果[6]。而且，水生植物形成生態(tài)效應(yīng)，可以增加巢湖水域的生態(tài)系統(tǒng)多樣性，進(jìn)而提高水生植物之間的協(xié)同性和生態(tài)環(huán)境修復(fù)能力，多種植物協(xié)同作用還可以增加水生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

生態(tài)群落多樣性指數(shù)能夠反映水體生態(tài)多樣性的變動(dòng)情況，本研究利用Biolog 技術(shù)，選擇Shannon指數(shù)、Pielou 指數(shù)、Simpson 指數(shù)和Mc Intosh 指數(shù)對(duì)巢湖水體微生物群落代謝活性進(jìn)行測(cè)定和分析。巢湖生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)的微生物多樣性指數(shù)見(jiàn)表2。

表2 巢湖水體的微生物多樣性指數(shù)

通過(guò)測(cè)定和分析水樣的微生物多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，生態(tài)示范區(qū)的各種指數(shù)均高于生態(tài)緩沖區(qū)和未修復(fù)區(qū)，說(shuō)明水生植物修復(fù)技術(shù)改善了湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境，凈化了水質(zhì)，更適合各種微生物的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

結(jié)合巢湖水生植物修復(fù)項(xiàng)目，研究水生植物對(duì)巢湖水質(zhì)的改善作用，分析植物修復(fù)技術(shù)對(duì)巢湖生態(tài)環(huán)境的影響，得出以下結(jié)論：

（1）生態(tài)示范區(qū)的水質(zhì)透明度高于生態(tài)緩沖區(qū)，生態(tài)緩沖區(qū)的水質(zhì)透明度高于未修復(fù)區(qū)。可見(jiàn)，利用水生植物對(duì)巢湖水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)，效果良好。

（2）巢湖水質(zhì)的總氮含量和總磷含量，季節(jié)特征明顯。生態(tài)示范區(qū)的水質(zhì)總氮和總磷的年平均含量顯著低于未修復(fù)區(qū)，表明了水生植物修復(fù)技術(shù)對(duì)于巢湖的水質(zhì)提升成效顯著。

（3）生態(tài)示范區(qū)的水生植物種類(lèi)多，生態(tài)多樣性顯著提高，有利于水體微生物生長(zhǎng)，抑制浮游植物生長(zhǎng)，水質(zhì)保持清澈狀態(tài)。