深圳市河道沉水植物群落构建的工程要点综述

摘 要：“十三五”规划实施以来，深圳市河道综合治理取得了显著的成绩，但缺少以沉水植物为主的水生态系统构建，景观性及抗污染负荷冲击能力较弱，难以满足城市居民日益增长的亲水需求。基于深圳河道基本情况，探讨了沉水植物在河道生态系统中的功能，分析了沉水植物生长影响因子，点明了河道沉水植物群落构建工程要点，为河道水生态系统修复工程提供依据。

关键词：沉水植物；底泥；流速；水质；水深

中图分类号：Q948.1 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–00-03

根据国家“十四五”规划，深圳市制定了生态环境保护、碧道建设、生态美丽河湖建设等规划及方案，要求大力推动河道水生态修复，优先对具有重要生态功能且具备较好修复条件的河流实施水生态修复。沉水植物不仅能净化水质、固化底泥，还能通过化感作用抑制藻类生长，为微生物、鱼类、底栖动物提供良好的生存环境，是河道生态修复中最关键的一环。因此，主要探讨河道沉水植物群落构建的工程要点，以期促进生态健康、环境优美。

1 深圳河道基本情况

深圳河流分布受沿海山脉和丘陵地貌影响，自西向东分为珠江口水系、东江水系、粤东沿海水系3个水系，河流众多、河道短小，流域面积＞100 km2的河道仅有茅洲河、观澜河、深圳河和坪山河。大部分河道均属于雨源型，每年丰水期降雨量充沛时，河道径流量大、流速快，极易发生洪涝灾害，同时，河流槽蓄条件不佳，雨洪利用率低，枯水期河道径流不足，水动力条件差。

“十三五”期间，深圳市河道综合整治工程的措施以防洪、治污为主，基本完成黑臭水体的消除。在此基础上，“十四五”规划实施以来进行了碧道工程建设，增强了河道的亲水性和景观性，但河道仍缺乏水生生态系统的恢复和重建，河道水质极度依赖于补水，抗污染负荷冲击能力弱，特别是雨后，河道水质面临浑浊及返黑返臭等问题。

2 沉水植物在河道生态系统中的功能

完整的河道生态系统包括水生植物、水生动物、微生物及无机环境。作为初级生产力，沉水植物在河道生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用。

沉水植物的根系可以固定河道底泥，植物茎叶也可以减缓水流对底泥的冲刷作用，有效防止底泥再悬浮对河道水质和水体景观产生负面影响。此外，沉水植物根系的泌氧作用可提升表层底泥中好氧微生物活性，减少沉积物—水界面中污染物含量，避免底泥中污染物的二次释放。

沉水植物除本身因生长吸收N、P等营养物质外，其叶片还有较大的比表面积，可快速吸附水中的固态悬浮物，为附着藻类和微生物提供生长环境，再通过光合作用和呼吸作用，在茎叶表面形成硝化—反硝化膜界面，促进水体中污染物特别是总氮的降解。除水质净化功能外，沉水植物还在水体中形成了复杂的立体结构，为水生动物和底栖动物提供繁殖、觅食及庇护场所，有利于提升河道生态系统的生物多样性。

3 沉水植物生长影响因子

江浙地区是我国最早开展黑臭河道综合整治工作的区域之一，在河道生态修复领域积累了一定的工程经验，如南京市金川河、杭州清晖河、杭州沿山河、后横港河、无锡白家滨河、舟山毕家支河等河道，主要工程措施有水生植物群落构建（沉水植物为主要净水单元）、水生动物及微生物操纵，经生态修复后，河道水质明显提升，从地表劣Ⅴ类稳定提升至地表Ⅴ类，部分河道甚至达到地表Ⅲ～Ⅳ类[1-5]。但这些河道均设置了拦水坝或闸门，整体水动力条件较弱，处于封闭、半封闭的状态，类似于城市内湖，无法为流动性较强的河道沉水植物群落恢复提供参考。

根据自然河道中沉水植物的生境调研，沉水植物在河道中的分布具有明显的区域差异性，以桂林寨底地下河为例，水流湍急的砂石基底河段，根系发达的海菜花为单一优势物种，水流适中及缓慢的砂石、砂泥基底河段，苦草和竹叶眼子菜为优势物种，并且大部分生物量集中在水深50～85 cm，在河尾流速缓慢的砂泥基底河段，黑藻、穗花狐尾藻、苦草、竹叶眼子菜等沉水植物共生[6-8]。此外，水质较好的山区河段沉水植物多样性要高于水质较差的城区河段，沉水植物与氨氮、总磷和水深呈显著的负相关，有沉水植物分布的河道水深更浅、水质更优。因此，在河道生态修复时，应着重考虑底泥、流速、水质和水深（光照、温度、溶解氧）对沉水植物的影响。

4 河道沉水植物群落构建工程要点

4.1 底质

河道清淤分为水利清淤和环保清淤，但环保清淤并无可参照的标准。当前，深圳河道清淤以水利清淤为主，为保证河道的行洪断面，通常将河道底泥清至原状土，工程量巨大，也没有考虑到河道底泥与河道生态修复之间的关系。

河道底质是沉水植物根系提供附着的场所，也是沉水植物提供生长的营养元素，不同物理、化学性质的底质对沉水植物生根、繁殖和生长也有不同的影响。底泥营养盐含量丰富时，沉水植物具有较高的地上部分生物量，而根系生物量随着底质营养盐含量的降低而增大，因此河道清淤时，必须清除表层的浮淤，但不能清除全部河道淤泥[9-10]。这是因为原状土较为板结，不利于沉水植物扎根，同时缺乏营养元素，植物的分株数和存活率都会明显下降。以苦草为例，植物扎根深度在10 cm左右，可保留15～20 cm的底层淤泥作为植物生长的营养土，再通过添加一定比例的细砂和生土改变底质密度和颗粒组成，增强沉水植物生根能力及促进根系对营养物质的吸收[11-12]。此外，通过改变底泥性状，还可以增强底泥的耐冲击能力，减轻洪水冲击的影响，提高沉水植物存活率。

4.2 流速

水流对于沉水植物有一定的胁迫作用，与静水中苦草植株相比，流动水体（流速0.3～0.4 m/s）中苦草植株矮小、叶片较窄。有学者在总结前人研究的基础上，构建了沉水植物生物量和群落组成随水流变化的概念模型，表明当植物生长季节河水流量恒定时，0.6 m/s可作为河道沉水植物布置的临界流速，当流速超过0.6 m/s时，沉水植物生物量大大减少；而当流速超过0.9 m/s时，沉水植物群落则完全消失[13]。

水流对沉水植物的影响可分为直接影响（拉扯、损坏和其他机械损伤）和间接影响（气体交换、底质性状）两部分，最终可以反映沉水植物生物量及群落组成的变化。在实际工程中，可以根据河道水文参数计算河道在不同季节及河段的流速，差异性布置沉水植物，黑藻、金鱼藻、小辞藻等茎脆、易断、根系不发达的品种只可在流速＜0.1 m/s的区域布置；茎相对坚韧、根系较为发达的苦草、穗花狐尾藻可在流速0.1～0.6 m/s的区域布置；茎坚韧且节节生根的竹叶眼子菜、篦齿眼子菜可在流速0.6～0.9 m/s的区域布置。

4.3 水质

氮、磷浓度在一定范围内时能促进沉水植物的生长，超过阈值后则对沉水植物的生长有胁迫作用，其中，氨氮会对沉水植物的代谢产生直接影响，是影响沉水植物生长的主要因素。

不同沉水植物对氨氮有不同的耐受性，轮叶黑藻对氨氮的耐受性最低，为1.5 mg/L；穗花狐尾藻、黑藻、小茨藻在氨氮＞4 mg/L时生长受到明显抑制；金鱼藻对氨氮的耐受性较高，氨氮＞8 mg/L时生长才受到影响，苦草对氨氮的耐受性最高，氨氮为16 mg/L时也能存活15 d以上，并且能长出新根[14-16]。

从以上研究可以看出，大部分沉水植物对于氨氮的耐受限值为4 mg/L，因此，一级A的出水标准不能直接作为河道生态修复补水，需降低氨氮含量。此外，部分截污不完全或雨季污水溢流的河道，河水中氨氮含量长时间＞4 mg/L，也不适合进行沉水植物群落的构建，应彻底整治入河污水，促进河道生态修复。

4.4 水深

水深对沉水植物的影响是多方面的，包括温度、光照、酸碱性、溶解氧、浮游植物等，不同沉水植物对水深的适应性不同，实际工程中应重点考虑温度和光照对沉水植物生长的影响[17]。

光照是沉水植物生长的必要因素，而光补偿深度是沉水植物生长的临界水深，只有实际水深≤光补偿深度时，沉水植物才能正常生长和萌发。沉水植物光补偿深度与水体透明度正相关，不同沉水植物间的光补偿深度有差异，狐尾藻、金鱼藻、菹草和黑藻喜强光，轮叶黑藻和篦齿眼子菜较喜阳但不耐强光照射，苦草则有较强的耐弱光能力[18-19]。温度对沉水植物也有显著的影响，温度过高或过低都会抑制沉水植物的生长。苦草和菹草在高温环境下生长受到明显抑制，狐尾藻、金鱼藻和竹叶眼子菜生长不受高温影响，黑藻则适合在中高温的环境中生长[20-21]。

在一定河道水深的情况下，苦草因耐低温、耐低光照的特性适合在较深水区域布置，狐尾藻、金鱼藻、黑藻3种沉水植物耐高温、耐强光，适合在浅水区布置，菹草虽然喜强光，但是不耐高温，适合作为冬、春季节浅水区的布置品种。这也与植物的生长形态相符，狐尾藻、金鱼藻、菹草和黑藻等品种均能在水表形成密集的冠层，增强对光的掠夺能力，以在种群竞争中取得优势地位。竹叶眼子菜具有较强的株高延伸性，虽然喜欢中等强度光照，但在湖泊中能耐受较深的水深，篦齿眼子菜和微齿眼子菜也有类似的特性，在河道中应在较深水域布置[22]。

5 常用沉水植物适宜生境分析

河道沉水植物群落恢复需考虑多种因素，在综合国内外研究成果及自身工程经验的基础上总结常用沉水植物适宜的生境，为河道沉水植物群落恢复工程提供参考数据（表1）。

深圳地区河道丰水期入河径流较多，流速大、水体浑浊，易布置耐阴、耐冲击的沉水植物生长，如苦草、穗花狐尾藻。此外，福寿螺、罗非鱼等入侵生物在深圳河道中有庞大的种群数量，对沉水植物生长也有巨大影响，需在设计施工和后期运营维护中进行考虑。

6 结论

相较于挺水、浮叶等水生植物，沉水植物生长的条件相对苛刻，一旦受到破坏，难以恢复，现有的沉水植物研究多集中在静止的水域中，流动性较强河道中的沉水植物群落恢复还需进一步研究和工程实践，以提高沉水植物恢复成功率，为营造更健康、生态的河道水环境提供保障。

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