降低長湖沉水植物死亡率的研究

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9655（2025）04-0032-05

0 引言

長湖是湖北省第三大湖泊，是四湖流域上區(qū)的主要調(diào)蓄湖泊。地處荊州市東北部、沙洋縣西南部，西起荊州市荊州區(qū)龍會(huì)橋，北至沙洋縣后港鎮(zhèn)，東至沙洋縣毛李鎮(zhèn)的蝴蝶嘴，南抵荊州市沙市區(qū)觀音檔。長湖是洪湖、東荊河生態(tài)補(bǔ)水的水源和重要通道，為四湖流域、東荊河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供重要支撐，是長江中游地區(qū)水生動(dòng)植物物種的重要“基因庫”之一，是整個(gè)荊沙地區(qū)水源保護(hù)區(qū)和生態(tài)屏障，是影響湖北省乃至長江中下游流域的“生命網(wǎng)絡(luò)”，具有重要的生態(tài)位勢(shì)。廟湖、海子湖作為長湖的重要子湖，位于長湖西部，緊鄰荊州城區(qū)，湖區(qū)面積13.0km² 。長湖年均降雨量 1069.3mm ，3-5月氣溫18～25% ，生態(tài)水位 29.33m ，正常蓄水位 30.5m ，城區(qū)岸線植物種植區(qū)水深 1～2m 。

近年來在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，長湖水體生態(tài)系統(tǒng)遭受到嚴(yán)重破壞，人民群眾迫切希望重新看到一個(gè)水清魚游的長湖。水生植物作為維持河湖自然水體水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，在生長過程中會(huì)吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)[2]，其成活率是長湖水質(zhì)達(dá)標(biāo)的保障。水生植物作為指示水生態(tài)系統(tǒng)健康程度的標(biāo)準(zhǔn)[3]，降低水生植物死亡率，對(duì)顯著改善荊州市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、持續(xù)提升綠色發(fā)展水平、健全生態(tài)環(huán)境保護(hù)機(jī)制發(fā)揮了重要作用[4，對(duì)穩(wěn)定長江荊江段及洪湖流域性氣候、保障生態(tài)穩(wěn)定安全起到了舉足輕重的作用，為筑牢長江中上游生態(tài)安全屏障，確保一江清水永續(xù)東流打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

長湖城區(qū)岸線水生植物包括沉水植物、挺水植物、浮葉植物及漂浮植物，分析單位面積（ 100m² ，下同）內(nèi)各植物種類的死亡率，得出單位面積沉水植物死亡率為 52% ，挺水植物死亡率為 12% ，浮葉植物及漂浮植物死亡率為 6% ，水生植物死亡率最高的植物種類為沉水植物。通過控制單一變量，從沉水植物種植方式、苗木健康狀況、水深、水浪侵蝕及水體富營養(yǎng)化狀況等方面，探索影響長湖沉水植物生長的關(guān)鍵因素。同時(shí)，采取生態(tài)圍隔等消浪措施，避免岸線遭受侵蝕，減緩湖泊底泥擾動(dòng)，降低長湖沉水植物死亡率。

1水生植物死亡率統(tǒng)計(jì)

長湖城區(qū)段水域水生植物種類包括沉水植物、挺水植物、浮葉植物和漂浮植物。各植物種植品種如表1所示。

表1長湖水生植物種植品種統(tǒng)計(jì)表

為探索沉水植物、挺水植物、浮葉植物和漂浮植物對(duì)水生植物死亡率的影響，2022年3月在長湖1～10#生態(tài)修復(fù)區(qū)域分別種植沉水植物 8000m² ）挺水植物 1000m² 、浮葉植物 500m² 、漂浮植物500m² ，植物生長2個(gè)月達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；2022年5月對(duì)長湖1～10#生態(tài)修復(fù)區(qū)域種植的沉水植物、挺水植物、浮葉植物及漂浮植物單位面積死亡情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖1長湖水生植物種植分布圖

1～10#區(qū)域水生植物種植面積共計(jì) 10000m² 2個(gè)月后對(duì)各類型水生植物死亡情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2所示。

表21～5#區(qū)域水生植物死亡率匯總表

單位面積內(nèi)水生植物中，沉水植物死亡面積最大，占比達(dá)到 68.42% ，是長湖水生植物死亡率高的關(guān)鍵因素。

2沉水植物死亡率影響因素分析

本文主要分析長湖流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程實(shí)施過程中，沉水植物種植方式、苗木健康率、生長環(huán)境對(duì)長湖城區(qū)岸線沉水植物死亡率的影響。

長湖沉水植物種植種類有四季苦草、輪葉黑藻、眼子菜、金魚藻、穗狀狐尾藻等。廟湖與長湖相連，水文、氣象條件基本一致，本工程通過在廟湖劃定不同的區(qū)塊，采用控制單一變量因素（苗木健康狀況、水深、風(fēng)浪侵蝕、水體富營養(yǎng)化程度等因素），分析影響長湖沉水植物死亡率的因素。

廟湖試驗(yàn)區(qū)為A ～D 共4個(gè)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積為 5000m² 。A～D區(qū)內(nèi)各設(shè)5個(gè)小型試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)小型試驗(yàn)區(qū)沉水植物種植面積為 1000m² 。各沉水植物生長習(xí)性見如表3所示，試驗(yàn)區(qū)分布如圖2所示。

表3沉水植物生長習(xí)性

圖2沉水植物種植試驗(yàn)區(qū)分布

2.1植物種植方式

現(xiàn)場調(diào)查長湖沉水植物種植方式，并與湖北省內(nèi)其他湖泊沉水植物種植方式進(jìn)行對(duì)比，分析武漢市蔡甸蓮花湖、幸福灣等項(xiàng)目沉水植物死亡率。長湖沉水植物種植方式分為拋種和扦插2種方式；通過對(duì)近兩年設(shè)計(jì)的沉水植物種植項(xiàng)目分析，鄂州青天湖、武漢市洪山區(qū)幸福灣、武漢市洪山區(qū)野芷湖及武漢市江岸區(qū)塔子湖等城區(qū)湖泊沉水植物種植方式進(jìn)行調(diào)查，拋種或扦插方式下的單位面積內(nèi)沉水植物死亡率均值為 7.00% 。植物種植方式對(duì)沉水植物死亡率的影響如表4所示。

表4植物種植方式影響沉水植物死亡統(tǒng)計(jì)表

2.2苗木健康狀況

查驗(yàn)長湖沉水植物苗木進(jìn)場驗(yàn)證單，苗木健康率 ?95% 。長湖沉水植物苗木要求選用生長健壯、根系完整、休眠繁殖體飽滿、無病蟲害、無雜草、不脫水的植株。通過查驗(yàn)長湖沉水植物苗木進(jìn)場驗(yàn)證單，苗木健康率達(dá)標(biāo)，單位面積內(nèi)沉水植物死亡率均值為 5.50% 。苗木不健康對(duì)沉水植物死亡率的影響見表5。

表5苗木不健康影響沉水植物死亡統(tǒng)計(jì)表

2.3水深

通過現(xiàn)場調(diào)查長湖城區(qū)段沉水植物種植區(qū)域水深范圍，該區(qū)域水深為 1.0～2.0m ，屬于沉水植物適宜生長水深范圍，單位面積內(nèi)沉水植物死亡率均值為 5.70% 。水深對(duì)沉水植物死亡率的影響見表6。

表6水深影響沉水植物死亡統(tǒng)計(jì)表

2.4水浪侵蝕

淺水湖泊沉積物易受波浪、湖流、疏浚及船只航行等外力擾動(dòng)的共同作用而頻繁發(fā)生再懸浮[5]。不同擾動(dòng)過程對(duì)淺水湖泊的環(huán)境演化有著復(fù)雜而深遠(yuǎn)的影響[。在中大型湖庫的生態(tài)修復(fù)工作中，風(fēng)浪擾動(dòng)是限制沉水植物恢復(fù)的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)湖面產(chǎn)生風(fēng)浪，風(fēng)切應(yīng)力產(chǎn)生的能量從水面向下傳遞，會(huì)對(duì)沉水植物產(chǎn)生水流拖拽力；若風(fēng)足夠大，產(chǎn)生的拖拽力超過了植物的機(jī)械抗性或根系錨定能力，則會(huì)對(duì)植物的莖葉造成損傷，甚至連根拔起。長湖的風(fēng)浪不具備這種“連根拔起”的能力，而是扮演了“擾動(dòng)”的角色，其主要對(duì)沉水植物造成底泥懸浮。

從水動(dòng)力學(xué)分析，底泥再懸浮歸根結(jié)底是泥沙起動(dòng)問題。風(fēng)浪對(duì)底泥的強(qiáng)擾動(dòng)作用，促使底層沉積物的再懸浮。決定底泥再懸浮與否的關(guān)鍵，是風(fēng)浪切應(yīng)力的大小。只有當(dāng)風(fēng)浪切應(yīng)力gt;底泥起動(dòng)臨界切應(yīng)力時(shí)，才會(huì)發(fā)生沉積物的再懸浮。

長湖由風(fēng)浪產(chǎn)生的底泥切應(yīng)力如式（1）計(jì)算：

式中： T_ν 一波浪產(chǎn)生的切應(yīng)力； U_w 一近湖底軌跡 速度； ρ₀ 一湖水密度； f_w 一波摩擦系數(shù)。

張運(yùn)林等在1998年2—3月對(duì)太湖懸浮物的野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，太湖底泥懸浮的臨界風(fēng)速大約為5～6.5m/s 。李一平等[8對(duì)太湖底泥起動(dòng)規(guī)律的研究中，認(rèn)為當(dāng)?shù)啄鄾_刷流速為 0.35m/s 時(shí)，底泥“個(gè)別動(dòng)”；當(dāng)流速為 0.45m/s 時(shí)，底泥“少量動(dòng)”；流速為 ?0.60m/s 時(shí)，底泥“普遍動(dòng)”。長湖與太湖均屬大型平原湖泊，太湖平均水深 1.89m ，長湖城區(qū)岸線水深 1～3m ，長湖城區(qū)岸線水浪侵蝕計(jì)算數(shù)據(jù)可參照上述太湖泥沙起動(dòng)的臨界風(fēng)速或流速，作為沉水植物正常生長的風(fēng)浪邊界條件。

根據(jù)B.O.Bauer提出的摩阻速度方程，不同水深下的風(fēng)速計(jì)算如式（2）所示：

式中： V 一不同測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速； U *一摩阻風(fēng)速；k 一卡曼常數(shù)； z 一測(cè)點(diǎn)距水面的距離； z₀ 一粗糙高度。

通過計(jì)算，大風(fēng)（ 8.8m/s ）情況下長湖水體表層最大流速為 14.9cm/s ，底層沖刷流速（水深80cm ，下同）為 0.8m/s ；中風(fēng)（ 5.9m/s ）條件下，水體表層流速為 10.6cm/s ，底層沖刷流速為0.6m/s ；小風(fēng)（ 3.2m/s ）條件下，表層流速為4.0cm/s ，底層沖刷流速為 0.5m/s 。試驗(yàn)期間，長湖風(fēng)速區(qū)間為 3.5～8.8m/s 。底泥沖刷流速越大，沉水植物死亡率越高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，C區(qū)單位面積沉水植物死亡率均值達(dá)到 38.00% 。水浪侵蝕對(duì)沉水植物死亡率的影響如表7所示。

表7水浪侵蝕影響沉水植物死亡統(tǒng)計(jì)表

2.5水體富營養(yǎng)化

查閱荊州市生態(tài)環(huán)境局官網(wǎng)發(fā)布的近3年長湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及水體富營養(yǎng)狀況，長湖近3年水質(zhì)呈輕度富營養(yǎng)狀態(tài)（營養(yǎng)指數(shù)為 50.9～58.7 ），根據(jù)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，營養(yǎng)指數(shù)越高，沉水植物死亡率越高，經(jīng)計(jì)算，單位面積沉水植物死亡率均值為 6.00% 。水體富營養(yǎng)化對(duì)沉水植物死亡率的影響見表8。

表8水體富營養(yǎng)化影響沉水植物死亡統(tǒng)計(jì)表

通過分析，得出植物種植方式、苗木健康狀況、水深、水浪侵蝕、水體富營養(yǎng)化對(duì)長湖城區(qū)岸線沉水植物死亡率的影響分別為 7.00% 、5.50% 、 5.70% 、 38.00% 和 16.00% 。水浪侵蝕對(duì)單位面積沉水植物死亡率的影響最大，是沉水植物死亡率高的關(guān)鍵因素。解決風(fēng)浪侵蝕問題，可大大提高沉水植物存活率。

3減緩水浪侵蝕措施

針對(duì)風(fēng)浪對(duì)水生植物的影響，可采取實(shí)體防波堤、生態(tài)圍隔及生態(tài)消浪浮島等方式進(jìn)行處理。經(jīng)多方面評(píng)估，針對(duì)長湖風(fēng)浪的影響，選擇生態(tài)圍隔形式進(jìn)行治理。長湖消浪措施見表9。

本工程依托沿湖濱帶地形，在長湖城區(qū)段試驗(yàn)區(qū)（A～D區(qū)）及生態(tài)修復(fù)區(qū)域1～10#區(qū)域構(gòu)建寬約 150～200m 的生態(tài)圍隔修復(fù)區(qū)域，布置不透水圍隔 23.37km ，透水圍隔 10.65km ，隔離湖泊修復(fù)區(qū)域 263.44hm² 。生態(tài)圍隔布置見圖3。

表9長湖消浪措施統(tǒng)計(jì)表

（1）不透水圍隔

不透水圍隔是一種應(yīng)用于自然水體修復(fù)或污水深度處理的輔助設(shè)備，具有建設(shè)費(fèi)用低、建設(shè)速度快、管理便捷等特點(diǎn)。不透水圍隔通過將工程區(qū)域與湖心區(qū)域隔離開來，防治污染區(qū)域污染源或者湖心野雜魚對(duì)圍隔區(qū)域內(nèi)部的影響，同時(shí)還具有抗風(fēng)浪、控制或避免沉積物懸浮和水體渾濁、減少土體流失的作用。

（2）透水圍隔

透水圍隔采用漁網(wǎng)布置，孔隙較大，水體可雙向流動(dòng)，與外界水體交換比較頻繁，可以及時(shí)緩解圍隔內(nèi)水勢(shì)上漲或者下跌造成的水壓，防止圍隔斷裂，進(jìn)一步保障各區(qū)域的穩(wěn)定性。

離岸較近、水深較淺的區(qū)域，種植沉水植物成活率較高，為人工恢復(fù)區(qū)；離湖岸帶較遠(yuǎn)、水深較深的區(qū)域，種植沉水植物成活率較低，主要措施為播撒沉水植物草籽，同時(shí)輔助當(dāng)?shù)乇就脸了参锷L，作為輔助恢復(fù)區(qū)。人工恢復(fù)區(qū)和輔助恢復(fù)區(qū)采用透水圍隔分隔，圍隔采用DN80鍍鋅鋼管樁固定；輔助恢復(fù)區(qū)和主湖區(qū)采用不透水圍隔分隔，圍隔采用DN80鍍鋅鋼管固定。長湖城區(qū)段（試驗(yàn)區(qū)A～D區(qū)）實(shí)施生態(tài)圍隔后，在種植區(qū)種植沉水植物，經(jīng)過3個(gè)月的養(yǎng)護(hù)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)底泥沖刷流速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，復(fù)核沉水植物死亡率。

底泥沖刷流速越大，沉水植物死亡率越高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)區(qū)（A～D區(qū)）底泥沖刷流速已經(jīng)下降到 0.24m/s ，區(qū)域沉水植物死亡率僅為 8.04% 。見表10。

4結(jié)論

通過控制單一變量，從植物種植方式、苗木健康狀況、水深、水浪侵蝕及水體富營養(yǎng)化狀況等方面，探索影響長湖沉水植物生長的關(guān)鍵因素為水浪侵蝕。從水動(dòng)動(dòng)學(xué)分析，底泥再懸浮歸根結(jié)底是泥沙起動(dòng)問題，受水力條件及底泥自身特性等多因素影響，可以根據(jù)水力學(xué)中對(duì)應(yīng)的泥沙起動(dòng)模型進(jìn)行計(jì)算。

表10試驗(yàn)區(qū)底泥沖刷流速統(tǒng)計(jì)表

圖3生態(tài)圍隔實(shí)施圖片

長湖影響沉水植物存活的主要因素為風(fēng)浪侵蝕造成的底泥擾動(dòng)，需要對(duì)風(fēng)浪削減使懸浮物重力下沉，保持水體透明度，提高沉水植物存活率[9]。

生態(tài)圍隔的實(shí)施，可有效降低保護(hù)范圍內(nèi)風(fēng)速，從根本上消減波浪的能量源頭，從而間接降低水域范圍內(nèi)的底泥再懸浮，保護(hù)水質(zhì)長久清澈透明[1]。生態(tài)圍隔實(shí)施三個(gè)月后，試驗(yàn)區(qū)（A～D區(qū)）底泥沖刷流速已經(jīng)下降到 0.24m/slt;0.35m/s ，沉水植物死亡率由 68.42% 降至 8.04% ，實(shí)施效果顯著。

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Research on Reducing the Mortality Rate of Submerged Plants in Changhu Lake

NIE Meng-li，LIULiang （CEWUDGroupCompanyLimited，WuhanHubei430072，China）

Abstract：AstetirdlargestlakeinHuberovice，ChanghuLakeistemainregulationandstoragelakeinteupperpartoftheNeijing Riverbasin （teFourakesbsin）rbutaryoftgtzeivrItplaaportantoleioodeglatioadtoragelal irigationologicalbiatghseingousaticntsingCicudebgdplantseeat floating-leaf plants and floating plants.The mortality rate of each plant species per unit area （100m²） wasanalyzed，and themortalityrateof submerged plantswas 52% ，emergent plants 12% ，floating-leaf plantsand floatingplants 6% .Theaquatic plantswith the highest mortality rateweresubmergedplantsByontrollingsinglearables，teeyfactorsafectingtherowthofsubmergedplantsinChanguLakewre exploredromtespctsofplantplatingodengaltwaterdepthaverosiondwateretropcatioAttheete projectadoptedthstablishmentofcologicaleclosueandterwaveprevetionfcilitiesintearsoreznetooidtheosionof theshoreline，sowtistubaneoftelakeoodndesretatteqaticplantslongthoreliouldtstroed Key words：submerged plant; mortality; influence factor; wave mitigation measures