净水技术|浅水湖泊沉水植物调控技术研讨停顿
浅水湖泊面大、水浅，湖底受风浪扰动作用频繁，加之易受人类活动影响，富营养化和水生植被退化成为全球范围内浅水湖泊普遍存在的问题。作为湖泊生态系统中重要的初级消费者之一，水生植被群落构造和空间散布对湖泊生态系统具的有重要影响。水生植物经过增加生态系统的空间生态位，进步鱼类、底栖动物、原生动物等物种多样性，维系水生生态系统物种丰度。水生植物生长过程中，可以直接吸收水体中的氮、磷营养盐改善其水质 ，根系部位还能对重金属（Zn, Cr, Pb, Cd, Co, Ni, Cu）具有吸收积聚的才能。水生植物叶片对水流产生的阻力及根系对湖底堆积物的固着力，能有效降低水柱体和水土界面水动力扰动强度，进而减少堆积物再悬浮形成的内源污染释放。一定水平上，水生植物的构造和散布决议着湖泊生态系统的状态，以水生植物为主要初级消费者的清水型湖泊或湖区，其生态系统安康程度优于以浮游植物为初级消费者的浊水型湖泊。因而，水生植被恢复和调控成为改善湖泊水环境提升湖泊生态系统安康的重要手腕。

但是，水生植物特别是沉水植物在生长或恢复过程中，繁衍才能强、成活率高、生长速率快的物种常常产生宏大的生物量，其爆发性增长障碍其他物种的定居与扩散，很难完成水生植物群落构造优化、增加生物多样性的目的。水生植物的爆发性增长会产生诸多不利影响：大量水生植物残体在腐朽合成过程中释放营养盐进入水体，形成水体的二次污染；茂盛的水生植物障碍水体活动，使部分温渡过高或过低，惹起pH和营养盐散布不均；密渡过大植物夜间呼吸作用可显著降低水体中的溶解氧，加之残体腐朽合成耗氧，恶化了鱼类等水生动物的生存环境；大型浅水湖泊中，过密的植物阻塞航道，影响船只通航等湖泊效劳功用的发挥。因而，展开沉水植物调控维持其合理的生物量与群落构造，关于构建优秀湖泊生态系统具有重要作用。
1水生植物调控的理论根据
浅水湖泊普通存在两种稳态，一是以大型水生植物为主要初级消费者的清水状态，二是以浮游植物为主要初级消费者的混浊状态。两种状态都具有一定的稳定性，可以针对外界干扰停止一定水平的自我调理、自我维系，超出这种耐受范围，生态系统的状态就会发作改动，稳态遭到毁坏，并有可能转到另一种稳态。

干扰是自然界中一种重要的生态现象，对群落构造的构成过程有严重影响。中度干扰假说以为中等程度的干扰有利于更多物种入侵和定居，有利于维持较高的生物多样性，而干扰程度过高或过低都会使生物多样性降低。种间竞争是植物演替的重要缘由，具有类似生态习性的植物种群在抢夺有限的空间和资源时，在生长速率、个体大小、抗逆性及营养器官数目等方面占优势的种群得到增殖时机，最终影响群落的演替。密度限制是自然植物种群普遍存在的特征，经过改动种群内每个植株可取得性资源的数量，使邻体间发作光竞争和营养竞争。密度限制维持植物群落共存的重要机制。

水生植物调控是在明白水生植物生活史及生长影响要素的根底上，经过对水生植物及其生境停止适度干扰，发挥种间竞争和密度限制机制造用下的生态系统自组织功用，完成抑止先锋种或优势种的生长与扩散，促进时机种的生长与繁衍。最终使水生植物群落构造和现存量朝调控目的开展，构成一个能自我维持均衡状态的良性湖泊生态系统。

2水生植物生长的影响要素
水生植物调控首先是基于对各物种生活史的精确把握，生活史是物种生长、分化、生殖、休眠和迁移等各种过程的整体魄局，反映了水生植被的生长-扩张-繁衍-衰落等一系列生物过程。普通经过实地勘察和文献调研能够控制各物种的生活史情况及相关参数。除此之外，更为重要的是对水生植物生长的影响要素有明晰的理解，国内外学者展开了大量相关研讨，根本说明了基质、营养盐、光照、悬浮颗粒、水深、水动力等非生物要素以及浮游藻类、物种竞争、鱼类牧食等生物环境要素对水生植被的影响。
底泥是具根水生植物生长着底的根底，也是植物生长所需矿质营养的主要来源，底泥营养盐含量、基质类型及底泥中积聚的有机物质对水生植被的生长和群落演替产生直接影响。氮磷是水生植被生长不可或缺的营养盐，其浓渡过高会对水生植被产生不利影响，特别关于k-选择物种。研讨发现氨氮浓度的升高会对轮叶黑藻、金鱼藻、穗花狐尾藻正常生理代谢产生影响；营养盐浓度持续升高会形成水生植物物种多样性及生物量的降低。光照是沉水植物恢复的主要限制性因子，直接影响水生植物种子的萌生及植株存活。低光照胁迫下沉水植物体内碳、氮、磷的生理代谢机理和抗氧化酶系统的响应机制会发作不同水平的变化，降低植株繁衍才能，改动植物生理形态，而水下光照补偿对沉水植物幼苗的存活、生长及叶片生理指标均有一定的促进作用。悬浮颗粒会影响光照在水体中的垂直散布，也会附着于沉水植物叶片降低溶解无机碳供给，对沉水植物生长与繁衍产生影响。水深是水生植物生长的重要限制性因子，大量研讨发现水生植物的生物量及掩盖度随着水深增加有降低的趋向，对水深顺应才能强的物种在水生增加后具有更强的竞争优势。水动力对水生植物的影响较为复杂，流速较低时，底质受干扰较小，水体透明度较高，有利于水生植物生长，水生植物生长又进一步产生更大的阻流作用；流速较高时，底质受干扰较大，水体透明度降低，水流对水生植物的物理胁迫形成光协作用效率降落，稠密的沉水植物不能产生良好的阻流效应，水动力的不利影响进一步放大。实践上，物理外形更为流线且根茎兴旺的物种，受益于较小的拖曳系数和较高的断裂应力，对水动力加强具有更高的顺应性，因而水动力条件的变化对群落构造的调整起到一定的推进作用。

生物要素对水生植物的生长扩增同样具有不同水平的影响。浮游藻类经过种间竞争对水生植物的生长产生抑止作用，藻类个体小，消费力和周转率高，对营养的吸收才能强，对沉水植物生长的营养限制极易发作，其对光照的遮盖效应对沉水植物的生长型产生选择竞争压力。种间-种内竞争是植被群落演替的重要驱动要素，生态位的堆叠招致物种间竞争与排挤、生态位别离，竞争力强的物种占领更多的空间，植被群落构造发作变化。鱼类对处于萌芽期水生植物的牧食压力可直接招致水生植被生物量的降落，此外生活在底层鱼类扰动招致堆积物再悬浮也会对沉水植物生长产生负面影响。
3沉水植物调控技术
基于水生植被影响要素及调控理论的认识，从以下4个方面讨论了当前水生植被调控技术的研讨停顿。
（1）水位调控
水位周期性的年内或年际变动对水生植被的生态适合性产生影响，改动水生植物的时空散布，长期的高水位和低水位以及非周期性的水位变动则会毁坏水生植被对水位周期性变化已产生的顺应性，进而影响水生植被的正常生长、繁衍和演替。1973年~1980年间，Rotoma湖的水位动摇惹起沉水植物群落发作显著变化，低水位时植被生境条件受腐蚀、淤积作用而发作改动，植物群落暂时遭到毁坏，高水位时土著种又经过种子库的萌生和生长自然恢复。连续升降水位使轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)冬芽由305~676个/m2急剧降落到15~30个/m2，物种范围遭到影响，但下一个生长季中轮叶黑藻能疾速恢复。其缘由在于轮叶黑藻宏大的繁衍体数量削弱了水位变化对种群的长期影响。研讨发现，水位降低之后水质和浮游植物变化不明显，但大局部浮叶植物和沉水植物的生物量和掩盖度显著降落，近岸植物所受影响较离岸湖区尤为明显。在太湖、异龙湖等自然湖泊以及人工景观湖的的原位实验中，苦草(Vallisneria natans)叶片长度、分蘖数、成活率在高水位下均有不同水平降落。微齿眼子菜(Potamogeton malainus)和马来眼子菜在临界水深下叶片数、株高和节数最大，水深的升高或降落均会形成叶片数减少。针对调控目的方案性的控制水位变幅或动摇频率，能够抑止非目的物种，促进具有较高耐受限度水生植物的扩增，进而完成对群落构造的调控。水位调控的优点是易于操作，难点在于水位调控的幅度、调控时期以及持续时间等关键参数确实定。大型湖泊普通具有重要的防洪、供水功用，水位管控请求高，经过水位变化对水生植被停止调控限制性要素较多。此外，水位调控不能处理植物生物量在单个生长周期内发作爆发性生长的应急需求。

（2）鱼类调控

草食性鱼类的取食量较大，在控制过度生长的沉水植物方面十分有效。草食性鱼类的取食范围较广，当植物组成不同时，其对不同植被物种表现出不同的偏好水平。研讨发现草鱼喜欢摄食钙与木质素含量较高的植物，不喜欢铁、硅与纤维素含量高的植物。1973年，美国Iowa州的Red Haw Lake湖引入草鱼(Ctenopharyngodon idellus)，使沉水植物鲜重生物量在4年内从2 438 g/m2减少到211 g/m2，显著抑止了眼子菜属(Potamogeton L)、伊乐藻属(Elodea nuttallii)、金鱼藻属(Ceratophyllum L)与茨藻属(Najas L)的一些品种。草鱼使南卡罗来那州Santee Cooper水库中的轮叶黑藻在1994年~1998年间从172.72 km2减少到缺乏1 km2。有研讨以为每公顷水草放养25~30条草鱼既可到达控制轮叶黑藻的目的，又能维持一定比例的其它沉水植物。放养的草鱼能够选用三倍体的不育草鱼，初期采取低放养密度，后期依据调控效果逐渐增加投放密度。鱼类调控的优点是可以疾速控制爆发性生长的水生植被，但在实践应用时存在较大的局限性。大型湖泊生态系统类型存在较大的空间差别，草型、藻型、草藻过渡型湖区并存，在水生植被调控区投放草鱼时，如何防止草鱼不扩散至植被保育区和生态敏感区，确保湖泊的其它功用不受毁坏是亟待处理的实践问题。

（3）收割调控

收割是用机械或人工方式将水生植物从水体中以不同强度收取并运输到岸上的过程。当前主要从受控实验和原位手工收割、机械收割三个不同尺度展开了相关的实验研讨。室内受控实验能够对环境要素停止较好的控制，关注重点是植物生态学参数对收割的响应。研讨发现，收割后的穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L)枝条多数从切割处产生，其次是从基部产生，因而收割能够减缓该物种生物量过度集中于水体表层的趋向。收割后伊乐藻(Elodea nuttallii)顶枝对生物量的增长、主枝伸长和冠层发育具有明显抑止。中等偏高强度的菹草收割可处长菹草(Potamogeton crispus)的生命周期，并使得菹草和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)均处在较高的生物量程度。中等强度的菹草和伊乐藻收割有利于伊乐藻在竞争中取胜。在原位手工收割实验中，推刀收割、镰刀收割与竹竿收割在停止精密化收割时具有更高的效率，缺陷是人工本钱高，只合适小水域操作。钉钯湖底拖拉的收割方式效率较高，但对底质扰动大，毁坏底栖动物生境，并且大面积毁坏沉水植被，只合适于沉水植物过度茂盛的湖区。大型水生植物收割船的研制及应用进步了收割效率，使得大范围的收割调控容易完成。收割船可完成切割、捡拾、传送、传输和牵引一体化作业，更为重要的是收割船的切割刀片能够上下调理，完成收割深度的精准化控制。收割对水生植物的群落构造产生直接或间接影响，对收割抗性较强或恢复较快的物种在收割后成为优势种。此外，收割也会影响湖泊生态系统中的各级消费者。沉水植物收割后，浮游动物的庇护场所减少，其数量会随之产生一定的动摇。研讨发现，收割沉水植物后水流加快，无脊椎动物数量减少约65%，但在4~6个月后能恢复到原来程度；收割穗花狐尾藻降低了大太阳鱼（bluegills）的自然死亡率。收割调控能够直接去除目的区域的水生植被或目的物种，具有较高的针对性和可操作性，能疾速降低调控区的水生植被现存量。同时，收割水生植物会突破湖泊生态系统现有的均衡状态，因而收割计划如何制定和科学施行是首要处理的关键问题。

（4）生物化学调控

一些生物化学还有其他一些水生植物调控技术研讨，例如经过扰动底泥、投加泥土，或应用化学染料、水下遮光物等手腕来削弱沉水植物取得光照的强度，进而对沉水植物停止调控；应用除草剂控制爆发性增长的水生植物。上述办法在新建小型景观湖泊能够尝试应用，但关于大型湖泊可操作性相对较弱。此外，大型湖泊普通具有供水功用，散布有重要的饮用水源地，因而应用各类化学、生物试剂要挟水源地供水平安。

4大型湖泊沉水植物调控技术瞻望

水位调控、鱼类调控和其他生物、化学调控手腕在处理大型湖泊的沉水植物调控需求中存在较大的局限性，与之相比精准化收割具有更大可操作性和应用前景。首先，收割能快速移除目的水生植物，在水源地和重要水域发作植被二次污染要挟时能做出快速的应急响应；其次，收割为时机种提供了生态位，为水体下层的繁衍体、萌芽或休眠芽提供了生长所需的光照与空间，进步了生物多样性。在当前研讨背景下，大型湖泊沉水植物对收割的响应特征仍然是研讨的难点，本文以为可完成水生植物群落构造和生物量优化的收割技术研讨是深化大型湖泊沉水植物调控技术研讨的重要切入点。在控制拟调控湖泊植被现状散布、植被物种和种群生活史以及植被群落构造演替特征的根底上，经过受控实验和原位中试、范围化收割实验取得物种生长速率、种群最优密度以及收割目的物种、收割频次、收割时期、收割深度等重要参数，应用生态模型停止收割模仿实验，对收割参数进一步修正完善。经过上述研讨完成水生植物群落构造的优化，完成水生植物生物量在程度空间、单位面积水柱体的垂向空间，以及年内不同时节的优化配置，这是充沛发挥水生植物改善水质功用的关键，也是湖泊生态系统优化提升的打破口。http://www.cqdfssw.com