富營(yíng)養化定義

富營(yíng)養化是一種氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)過(guò)度輸入水體，所引起的水質(zhì)污染現象。一般情況下，水中總磷達到0.02mg/L、無(wú)機氮達到0.3mg/L的水體已處于富營(yíng)養化。

在自然條件下，隨著(zhù)河流夾帶沖積物和水生生物殘骸在湖底的不斷沉降淤積，水體會(huì )從貧營(yíng)養過(guò)渡為富營(yíng)養，這是一種極為緩慢的過(guò)程，需要數百年的時(shí)間。但人類(lèi)的活動(dòng)能夠加速這一過(guò)程，在我國，由于近幾十年來(lái)經(jīng)濟的高速發(fā)展和過(guò)度的湖泊資源開(kāi)發(fā)利用，大量的氮磷營(yíng)養物質(zhì)隨著(zhù)工業(yè)廢水、生活污水排入湖泊水體中，導致湖泊水體營(yíng)養物質(zhì)過(guò)剩，水體發(fā)生富營(yíng)養化，長(cháng)江中下游區域湖泊尤為嚴重。

富營(yíng)養化過(guò)程

在天然環(huán)境的湖泊中，湖泊水體清澈，太陽(yáng)光照能夠穿透水體到達沉水植物表面，為沉水植物（初級生產(chǎn)力）光合作用提供能量，而沉水植物光合作用能夠為湖泊生態(tài)系統中的其他生命體提供氧氣。因此，沉水植物在水生生態(tài)系統中發(fā)揮著(zhù)重要的功能。它不僅能夠為水體中生命有機體提供避難所以及食物，由于其生理結構特殊性，還能夠消風(fēng)減浪，抑制湖泊沉積物的再懸浮，降低懸浮顆粒物濃度，促進(jìn)水體中磷的沉降，減少沉積物磷釋放，改善沉積物的特性，降低營(yíng)養鹽釋放率，從而維持整個(gè)湖泊生態(tài)系統的穩定（圖1）。

圖1沉水植物在水生生態(tài)系統中的建構功能

當湖泊水體中氮磷營(yíng)養物質(zhì)過(guò)剩時(shí)，水體中浮游藻類(lèi)會(huì )暴發(fā)性生長(cháng)，覆蓋水體表層，導致水體透明度降低，太陽(yáng)光照無(wú)法到達沉水植物表面或光照不足以維持沉水植物的光合作用過(guò)程，從而導致沉水植物的衰退甚至逐漸消亡，沉水植物的缺失會(huì )加劇湖泊水質(zhì)的惡化，使湖泊生態(tài)系統由清水穩態(tài)向濁水穩態(tài)轉化。(圖2)

圖2富營(yíng)養化過(guò)程導致湖泊由清水穩態(tài)轉換為濁水穩態(tài)

水下光場(chǎng)分布

富營(yíng)養化導致的水質(zhì)惡化，會(huì )對水體水下光場(chǎng)分布產(chǎn)生直接的影響。在透明度較高的長(cháng)江中下游湖泊中，水下光照度最大值出現在560nm左右，隨著(zhù)水深的增加，光照會(huì )逐漸衰減，但是衰減速率相對較慢，到達水體底部的光照強度能夠滿(mǎn)足沉水植物光合作用需求，沉水植物能夠正常生長(cháng)繁殖；在透明度較低的湖泊中，水下光照度最大值隨著(zhù)水深的增加向紅光波段移動(dòng)，且藍光波段衰減速率大于紅光波段衰減速率。

在可見(jiàn)光范圍內，紅光和藍光都是植物光合作用能夠吸收利用的波段，但是因為葉綠素a對可見(jiàn)光的吸收峰值主要在紅光波段，葉綠素b的吸收峰值在藍光波段，因此水體中藍光的衰減會(huì )影響沉水植物葉片的色素構成，進(jìn)而影響沉水植物的物種分布。

光衰減對沉水植物分布的影響

太陽(yáng)輻射進(jìn)入水體后會(huì )受到水體本身的吸收，浮游植物、懸浮物的吸收散射以及有色可溶性有機物的吸收，然后到達生長(cháng)在水面以下的沉水植物葉片表面，這一過(guò)程稱(chēng)為光衰減（圖3）。

圖3水體光衰減過(guò)程

在光衰減過(guò)程中，光照強度不斷降低，當光照強度衰減到水面入射光照的1%時(shí)，此時(shí)的水體深度稱(chēng)為真光層深度（Zeu）。而此時(shí)真光層水深處的光照強度必須高于沉水植物的光補償點(diǎn)才能保證沉水植物光合作用的正常進(jìn)行。當到達沉水植物葉片表面處的光照強度低于某種沉水植物的光補償點(diǎn)時(shí)，該物種便會(huì )因光照不足而無(wú)法生存。

在富營(yíng)養化湖泊中，氮磷濃度的升高往往會(huì )直接導致水體透明度的降低，進(jìn)而影響水下光場(chǎng)的分布，而不同沉水植物會(huì )通過(guò)功能性狀的權衡來(lái)適應水下弱光環(huán)境，如穗狀狐尾藻、竹葉眼子菜、篦齒眼子菜等冠層型沉水植物會(huì )通過(guò)莖伸長(cháng)快速生長(cháng)到水面來(lái)獲取足夠的光照，而苦草則主要通過(guò)提高光合作用的效率來(lái)適應弱光環(huán)境。功能性狀之間的權衡在一定程度上決定了沉水植物的物種豐富度（圖4）。

圖4光衰減對沉水植物物種豐富度的影響

沉水植物對湖泊生態(tài)系統的負反饋

隨著(zhù)研究人員對長(cháng)江中下游湖泊的研究工作逐步深入，長(cháng)江中下游湖泊富營(yíng)養化機制已基本被闡釋?zhuān)壳案嗟难芯抗ぷ髦饕獓@湖泊生態(tài)系統恢復展開(kāi)。在湖泊生態(tài)系統恢復的進(jìn)程中，沉水植被的恢復重建至關(guān)重要，當湖泊水體氮磷濃度降低到適合沉水植物生長(cháng)時(shí)，穗狀狐尾藻、金魚(yú)藻、苦草等先鋒種開(kāi)始恢復定植。

沉水植物的恢復重建是一個(gè)緩慢的過(guò)程，單一物種的恢復很難長(cháng)期維持，一般在短暫恢復后又趨于衰退。而多物種、多種群的恢復能夠取得良好的恢復效果，研究表明當沉水植物豐富度達到3種物種以上時(shí)，能夠顯著(zhù)改善水質(zhì)指標和水體透明度，因為物種豐富度越高，對資源的利用更高效，對環(huán)境抗干擾能力也越強，進(jìn)而促進(jìn)生態(tài)系統的穩定。在選擇沉水植物物種時(shí)，應該根據生長(cháng)型進(jìn)行搭配，避免相同生長(cháng)型的物種因生態(tài)位的重疊而相互競爭，降低恢復的效果。冠層型沉水植物穗狀狐尾藻和蓮座型沉水植物苦草的組合對水體有顯著(zhù)的改善效果（圖5）。

圖5物種豐富度和物種組合對水體改善作用

參考文獻：

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