沉水植物生长影响因子研究进展

罗 义 马 恺 赵丙昊 赵世高 苏 梦

（河北建筑工程学院，河北 张家口 075000）

0 引言

受全球气候变化和人类活动的影响，湖泊富营养化成为当今世界面临的关键水环境问题之一。专家学者针对富营养化问题采取控源截污、污染负荷稀释和水体交换等多种环境治理手段，但尚未解决问题。后续研究发现，水生植物作为湖泊生态系统的重要组成单元，在净化水质方面有着显著功效。其中沉水植物作为湖泊生态系统的初级生产者，他们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氧条件，为形成复杂的食物链提供食物、场所和其他必要条件，间接支持肉食和碎食食物链[1]；同时吸收、转化水体和底泥中营养盐、难降解有机污染物，调节水体内部营养盐物质循环，抑制藻类生长，维持生物多样性，从而提高水质，改善生态环境，缓解水体富营养化。因此，沉水植物生态修复成为控制水体富营养化的重要环节。

沉水植物作为整株植物体浸没于水下的大型水生植物，其生长过程中受多种生物和非生物因子影响，本文将沉水植物生长影响因子按照影响程度进行划分，阐明不同环境对沉水植物的生长影响，为沉水植物治理水体富营养化提供理论依据。

1 沉水植物主要限制因子

光合作用是沉水植物最重要的生命活动，充足的光照可以为植物生长提供有利条件，但光照不足的现象在水体中极易发生，所以光照强度是沉水植物生长的主要限制因子。

随着水深的不断增加，水下光照强度越来越弱，当光照强度达到一定临界点时，植物将无法生长。大型沉水植物为了适应水体中不断衰减的光照条件：在形态上增大单位生物量的叶面积，进化成有利于吸收光和营养盐的纤细薄叶片；生理机制上降低自身的光饱和点及光补偿点，使叶片的光合作用饱和时间达到最短，以最大的限度来吸收光照强度。

2 沉水植物显著影响因子

营养元素、底泥、悬浮物、水流和温度对沉水植物生长影响较为显著，但不会直接造成沉水植物的死亡和衰败。

2.1 营养元素

营养元素作为驱动水体富营养化进程的关键因子，其浓度含量与沉水植物的生长繁殖密切相关。迄今为止，营养元素对沉水植物影响的机理仍存分歧：一方面认为营养元素的过量堆积导致水体富营养化，水体透明度下降引起光衰减（藻类光竞争），而不受水体中营养元素浓度的直接影响；另一方面则认为水体中营养元素过量时，会对沉水植物产生与盐胁迫、环境污染物胁迫相同的逆境胁迫现象，从而影响沉水植物正常生理活动。要保证沉水植物进行正常的生命活动，满足沉水植物生长对营养盐的最低需求的同时也应该存在一定上限阈值，该阈值随着沉水植物的类型和沉水植物生长阶段在不断变化。

2.2 底泥

沉水植物营养盐的来源主要有两方面：一方面是通过茎叶吸收水体中营养盐，另一方面则通过固着于底泥的假根来吸收营养盐。不同物化性质的底泥对植物的生长、生物量的提高和植物体的分蘖产生不同程度的影响。当植物扎根于贫瘠的沙土上时，由于生长所需营养盐含量不足，植物无法正常生长；当底泥过于肥沃时，底泥中有机物代谢产生的多种有机酸（其中主要成分是乙酸）将抑制植物的生长，因此沉水植物生长应选择中营养底泥。

2.3 悬浮物

自然水体中存在大量悬浮物，这些悬浮物将导致水体透明度降低，浊度增加，水下光强衰减加快，同时悬浮物易附着在植物体表层，影响植物体与水体间营养盐的交换，一定程度上削弱植物光合作用，影响植物生长。

2.4 水流

水流条件在对沉水植物研究中往往容易被忽略，但水流对沉水植物生长的影响有多个方面：①水流的搅动将会对沉水植物产生拉伸、托曳等一系列作用力，影响植物生长特征如生长方向、生长紧密度、茎叶长度等；②水体的流动性增加了沉水植物光合作用所需物质的供给，有利于植物生长，同时由于水流对沉水植物产生胁迫作用，使植物代谢减缓，产生不利影响；③水体流速对沉水植物生物量和群落组成有明显影响[2]，高速水流会对沉水植物产生“冲刷”效果，限制该区域沉水植物生长繁殖能力，使沉水植物逐渐消失。

2.5 温度

相较于陆生植物，沉水植物处于温度变化缓慢、稳定的水环境当中，对温度的响应较弱，但又不可忽视。①水温对沉水植物的休眠和种子萌芽都具有一定的调节作用，温度过高时，植物体会延长休眠时间，同时萌芽期代谢耗能增加，萌发速率加快，发芽率下降；温度较低时将缩短植物体休眠期，削减植物光合作用效果，影响植物体正常生长。②温度对沉水植物的生理生态学特征也会产生一定的影响，例如沉水植物光补偿点会随着温度升高而增加[3]。

3 沉水植物一般影响因子

附着藻类、pH 和重金属等因子对沉水植物的生长也会产生一定影响，但影响微弱，可视为一般影响因子。

3.1 附着藻类

附着藻类通常与细菌、有机碎屑和悬浮物等一同覆盖于沉水植物表层，一方面起到一定得遮光、阻碍效果，影响沉水植物营养吸收，降低其生长速率；另一方面附着藻类与沉水植物竞争营养盐和光照等资源，同时附着藻类产生的代谢产物抑制沉水植物光合作用，影响沉水植物正常生长。

3.2 pH

pH 主要通过改变水体中溶解无机碳（DIC）不同形式之间的平衡状态，间接对沉水植物光合作用产生影响[1]。在pH＜7.0 的水体中，大多数DIC 以自由态CO2的形式存在，在pH＞7.0 的水体中，DIC 以HCO3-或CO32-的形式存在[4]。因此沉水植物光合作用所需碳源随水体中pH 不同而发生变化。

3.3 重金属

沉水植物通过螯合作用富集水体中重金属，但当水体中重金属例离子含量过高时，会对沉水植物产生毒害作用，使沉水植物逐渐消失。

4 结语

如今水体富营养化及“草型清水态湖泊”转为“藻型浊水态湖泊”的问题越来越严重，沉水植物作为湖泊生态系统的重要组成部分，对生态修复起到关键作用。同时沉水植物治理富营养化水体具有能耗小、净化水体效果佳、环境扰动幅度小、资源合理利用化等优点，目前被广泛研究和实践[5]。纵观沉水植物生长影响因子的研究内容仍有所不足，今后沉水植物恢复研究过程中应采取更为科学的研究手段，理论和实践相结合，科学治理水体富营养化等环境问题，改善水环境治理。