全 文 ：武汉植物学研究 2001, 19 (4) : 299～ 303
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
水生植物对富营养水体水质净化作用研究Ξ
吴振斌　邱东茹　贺　锋　刘保元
邓家齐　　　詹发萃
(中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉　430072)
摘　要: 利用富营养浅水湖泊武汉东湖中所建立的大型实验围隔系统, 对沉水植物的水质净
化作用作了现场实验研究。重建后的沉水植物可以显著改善水质, 水体透明度显著提高, 水色
降低。在研究期间, 水生植物围隔CODCr和BOD 5 一般分别为 20 和 5 m göL 左右; 对照围隔和
大湖水体则分别约为 40 和 10 m göL。水生植物围隔水体中可检出的有机污染种类也较对照
围隔和大湖水体低。实验结果表明恢复以沉水植物为主的水生植被是改善富营养湖泊水质
和重建生态系统的有效措施。
关键词: 沉水植物; 水质净化; 重建
中图分类号: X173　文献标识码: A 　文章编号: 10002470X (2001) 0420299205
Stud ies on Eutroph ica ted W ater Qua l ity Im provem en t
by m ean s of Aquatic M acrophytes
W U Zhen2B in, Q IU Dong2R u, H E Feng, L IU Bao2Yuan,
D EN G J ia2Q i, ZHAN Fa2Cu i
(S ta te K ey L abora tory of F reshw a ter E cology and B iotechnology , Institu te of H y d robiology , T he Ch inese
A cad emy of S ciences, W uhan　430072, Ch ina)
Abstract: T he effects of the rehab ilita t ion of subm erged vegeta t ion on w ater
quality imp rovem en t w ere invest iga ted by u sing large scale enclo su re system
w h ich w ere in sta lled in a hyper2eu troph ica ted lake, L ake Donghu in W uhan.
T he resu lts show n that the tran sparencies in the enclo su res w ith m acrophytes
w ere con siderab ly enhanced compared w ith the con tro l enclo su re w ithou t
m acrophytes and the lake w ater,w h ile the apparen t w ater co lo r w as decreased.
COD Cr and BOD 5 w ere abou t 20 and 5 m göL respect ively in the m acrophyte en2
clo su res, w h ile tho se of the con tro l enclo su re and lake w ater w ere at the level
of 40 and 10 m göL. T he num ber of detected o rgan ic po llu tan ts iso la ted from
the w ater body of m acrophyte enclo su res w as also low er than that of the con2Ξ 收稿日期: 2000208211, 修回日期: 2001205231。基金项目: 国家杰出青年科学基金 (项目号 39925007) , 国家自然科学基金 (项目号 39730380)及欧盟国际科技
　合作项目 (合同号 ERB IC18CT 960059)资助。
　作者简介: 吴振斌 (1956- ) , 男, 博士, 研究员, 现从事水生植物生态学、环境生物学研究。
t ro l enclo su re and the lake w ater. It w as demon stra ted that the w ater quality
cou ld be sign if ican t ly imp roved by recon struct ing aquat ic m acrophytes.
Key words: Subm erged m acrophytes; W ater quality imp rovem en t; R ehab ilita2
t ion
长江中下游地区水系纵横交错、湖泊星罗棋布, 是我国著名的鱼米之乡。许多城郊湖
泊, 如武汉东湖, 原是水生植物丰茂的草型湖泊, 由于湖滨人口的增加和工农业生产的发
展, 大量生活污水和生产废水排入东湖, 水体遭受严重污染, 加之不合理的水产养殖, 水生
植被遭到破坏, 生态系统退化, 加速了湖泊富营养化进程, 湖水水质恶化, 严重影响了正常
的湖泊功能发挥, 并危及饮用东湖自来水居民的身体健康。
水生大型植物是水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者之一, 介于水2泥、
水2气及水陆界面, 对生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用[1, 2 ]。对于浅水湖泊而
言, 重建水生植被是富营养化治理和湖泊生态恢复的重要措施[3, 4 ]。我们利用在武汉东湖
建成的大型围隔生态系统, 对水生植物特别是以沉水植物为主的水生植物群落对水质的
改善作了定性、定量观察, 以探讨水生植物的净化机理和水环境效益。
1　研究方法
武汉东湖是长江中游的一个中型浅水湖泊, 面积约为 28 km 2, 平均水深约为 2121 m。
我们于 1993 年在水果湖南岸建成 4 个面积各为 800 m 2 的围隔, 以钢管为骨架, 聚氯乙烯
防水彩布隔开内外水体, 其底端包裹石龙插入底泥, 用毛竹固定到骨架上, 外加尼龙网和
钢板网。先后在É、Ê、Ë 号围隔内移栽苦草 (V a llisneria sp ira lis L. )、狐尾藻 (M y riop hy l2
lum sp ica tum L. )和菹草 (P otam og eton crisp us L. )等沉水植物。Ì 号围隔内未栽水生植物
作为对照。每个围隔中设 1 个采样点, 在围隔外的湖区另设 1 个对照采样点 (Í ) , 共计 5
个采样点。从 1994 年 10 月至 1995 年 8 月每月采集 1 次水样, 按标准方法监测水体透明
度、水色、电导率等理化因子和化学需氧量 (COD Cr)、生化需氧量 (BOD 5) 和总悬浮固体物
质 (T SS) [5 ]。1994 年 5 月和 1995 年 4 月分别测量移栽时和移栽一年后植物的生物量, 以
湿重 göm 2 表示。
1996 年 5 月, 从围隔 II 和围隔外湖水中各采集 100 L 水样, 用XAD 22 大孔树脂富集
水中的有机物质, 树脂床体积约 30 mL。用重蒸丙酮洗脱, 减压浓缩后分析。实验用树脂
用重蒸二氯甲烷、乙腈和丙酮在索氏抽提器上净化 8 h。然后采用色质联用法测定。
色谱条件: 美国H P5790A 气相色谱仪, 美国 J &W 科学公司生产的DB 25 弹性石英
毛细管柱, 载气为 H e 气, 柱前压 10 kgöcm 2, 柱初始温度 50℃ (恒温 2 m in) , 升温速率
8℃öm in, 终止温度 290℃ (恒温 10 m in)。色谱与质谱接口温度为 250℃。
质谱条件: 英国V G 7070E2H F 双聚焦磁式质谱仪, 分辨率 1 000, 加速电压 6 kV , E I
离子源, 离子源温度 200℃, 电子能量 70 eV , 扫描速度×10ös, 扫描范围 45～ 800 am u。
2　结果与讨论
2. 1　水生植物对水体理化性质的改善
在冬、春季各围隔以菹草和狐尾藻为主, 水生植物可分布到整个围隔, Ë 号也可分布
003 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 19 卷　
一半左右的面积。 1994 年 5 月, É、Ê、Ë 号围隔水生植物生物量湿重分别为 1 11114,
78619 和 1 55518 göm 2。移栽一年后, 1995 年 4 月, 所测的É、Ê、Ë 号围隔水生植物生物
量湿重分别为 6 18715, 5 25010 和 2 87716 göm 2。由此可见水生植物成活程度高, 生长非
　　
M onth s
图 1　水生植物围隔、对照围隔和大湖水体透明度的月变化
F ig. 1　T he month ly changes in the transparency of the m a2
crophyte enclo su res, con tro l enclo su re (Ì ) and lake w ater常茂盛。盛夏菹草死亡后, 其他沉水植物如苦草和狐尾藻等分布仅限于岸边水深约 1 m 左右的区域, 生物量大幅度降低。此外零星分布有少量大茨藻。移栽的黄丝草和伊乐藻未能越夏, 原因可能是水体透明度的影响, 附生植物过多或因草鱼摄食 (图 1)。从图 1, 2, 3 可知水生植物围隔(É , Ê , Ë ) 中水质有一定改善。水体透明度较对照围隔和大湖水体显著升高, 尽管夏季水生植物分布面积缩小、
生物量较低, 但其透明度依然保持在
较高的水平。具有水生植物的围隔水体表色明显低于对照围隔和大湖水体 (图 2)。沉水植
物的存在有效地降低了颗粒性物质的含量, 可改善水下光照条件。水生植物的围隔水体电
导率也低于对照围隔和大湖水体 (图 3)。这些结果表明沉水植物可以显著改善水体的理
化性质。
　　
M onth s
图 2　水生植物围隔、对照围隔和大湖水体
水色 (表色)的月变化
F ig. 2　T he month ly changes in the apparen t
w ater co lo r of the m acrophyte enclo su res,
con tro l enclo su re (Ì ) and lake w ater 　　M onth s图 3　水生植物围隔、对照围隔和大湖水体电导率的月变化F ig. 3　T he month ly changes in the w aterconductivity of the m acrophyte enclo su res,con tro l enclo su re (Ì ) and lake w ater
2. 2　水生植物对水体有机污染的净化
水生植物可能吸收和富集某些小分子有机污染物, 更多的是通过促进物质的沉淀和
促进微生物的分解作用来净化水体。水生植物还可以增强底质的稳定和固着。从图 4 可
知, 具有水草的围隔 (É, Ê, Ë )不但COD 和BOD 大为降低, 而且BOD öCOD 的比值比对
照围隔和围隔外大湖水体低得多。水生植物围隔的COD 一般在 20 m göL 以下, 5 月份菹
草开始死亡时可上升到 40 m göL 左右; 冬季BOD 在 2 m göL 以下, 夏季可升高到 5 m göL
103　第 4 期　　　　　　　　 　吴振斌等: 水生植物对富营养水体水质净化作用研究
图 4　水生植物围隔、对照围隔和大湖
水体COD、BOD 和 TSS 的月变化
F ig. 4　T he month ly changes in the COD , BOD and
T SS of the m acrophyte enclo su res, con tro l
enclo su re (Ì ) and lake w ater
左右。对照围隔和大湖水体COD 多为
40 m göL 左右; BOD 多在 10 m göL 以
上, 冬季有时可降低到 5 m göL 左右。
1995 年 7 月Ë 号围隔和对照Ì 号围隔
发生微囊藻水华, 故Ë 号围隔COD 在
该月显著上升, 但随着水华现象结束,
COD 迅速下降; 该月Ë 和Ì 号围隔水
体BOD 有所下降, 这可能因为 COD
主要是颗粒性有机物 (蓝藻细胞) , 可
降解的溶解性有机物含量降低。各围
隔水体和大湖对照水域总悬浮固体颗
粒 (T SS)的变化趋势基本上与COD Cr、
BOD 5 相同。水生植物围隔 T SS 含量
降低, 除前面提及的颗粒物质 (有机碎
屑和无机颗粒) 的沉降外, 浮游植物含
量的降低所起的作用更为显著。1995
年 7 至 8 月间Ë 号围隔和Ì 号围隔中
发生的微囊藻水华, 使得其 T SS 迅速
显著升高, 随着水华结束而显著降低。
从各围隔及大湖水体有机污染组
成来看, 具有水草的围隔可检出的有
机污染物种类明显低于对照围隔和大
湖水体。已检出的污染物包括表面活
性剂和增塑剂等。所检出的有机污染
物种类与以前所检出的相似, 主要成
分为262二叔丁基24甲基苯酚。从图5看
出, 湖水含48个峰, Ê 号围隔 29 个峰,
围隔中有机污染物种类明显比大湖少, 说明植物的存在有利于有机污染物质的降解。
研究认为沉水植物占优势时水体水质清澈、生物多样性高。水生植物在不同的营养级
水平上存在维持水体清洁和自身优势稳定状态的机制: 水生植物有过量吸收营养物质的
特性, 可降低水体营养水平; 减少因为风和摄食底栖生物的鱼类所引起沉积物重悬浮, 降
低浊度[6 8 ]。同时水生大型植物对藻类也存在化感作用, 能抑制浮游植物的生长, 从而降
低藻类的现存量。从我们的周年定量研究结果看, 水生植物可以显著提高富营养水体的水
质, 对有毒的有机污染也有明显的净化作用。恢复以沉水植物为主的水生植被是合理有效
的水质净化和生态系统恢复的重要措施。
致谢: 参加工作的还有夏宜铮研究员、况琪军等, 特此致谢。
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图 5　湖水及Ê 号围隔的离子色谱图
F ig. 5　 Ion ch rom atography of lake w ater and enclo su re Ê
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303　第 4 期　　　　　　　　 　吴振斌等: 水生植物对富营养水体水质净化作用研究