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摘 要：针对河道生态整治中面临的湿地植物恢复和种群优化问题，总结国内外相关研究成果，以典型河道内湿地植物为对象，分析常见湿地植物去除污染物的能力，评估常见湿地植物对行洪的影响，构建适宜的河道生态系统，为今后江西河道生态整治和水生态保护提供理论和实践指导。
关键词：湿地植物；河道；生态系统
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）20-0028-03
Application of Wetland Plants on Streambank
Shi Hong
（Jiangxi Center Station of Irrigation Experiment，Nanchang 330201，China）
Abstract：Aiming at the recovering of wetland plants and optimization problem of population in streambank ecological restoration，summarized the relevant researches at home and abroad，with the typical wetland plants in the streambank as the object，analysed the ablility of removal rate and evaluated the influence of flood drainage by common wetland plants，and constructed an suitable ecosystem in streambank，it can provide guidance of theory and practice for ecological restoration and ecological protection on streambank in the future.
Key words：Wetland plants；Streambank；Ecosystem
隨着我国人口增长和经济社会的发展，生态系统尤其是水生态系统承受了越来越大的压力。大量未经充分处理的工业废水和生活污水排入江河湖泊、化肥农药使用量持续增加，造成了大量水体污染，水资源利用率下降，出现水质性缺水。江西省作为生态文明先行建设示范区，面临着艰巨的任务。虽然江西省主要河流湖库环境质量总体良好，但江西正在进入高速增长、奋力崛起的重要历史时期。随着全省工业化及城镇化进程的加快，用水量和排污量也将增加，对水环境的压力和挑战必然会增大，如不采取有效的预防和治理措施，必将带来区域性的水污染问题。因而急需在减排、截污的同时开发环保、节能、可持续的治理水体污染的技术方法和手段。湿地植物能够直接或间接的去除水体和底泥的氮、磷等污染物，被认为是控制农业面源和生活污染非常有效的方法。利用河流自身的湿地植物，或者通过生物和生态工程技术修复湿地植物是促使河道发挥其生态功能的重要举措，也是生态水利的重要内容。因此开展湿地植物对河流水质和河道行洪的影响研究，筛选出适合于江西省的河道最优湿地植物配置方案，构建适宜的河道生态系统，具有重要的现实意义。
1 湿地植物在河流、湖泊等水生态系统中发挥的作用
湿地植物作为河流、湖泊等水生态系统的重要组成部分，对这些水域的生态系统服务起着至关重要的作用。湿地植物可以增加水域的水生生物多样性，为人类提供优质的水产品，与此同时，优美的湿地植物和高的生物多样性可以增加水域的吸引力，给人带来美的体验。更重要的是湿地植物可以直接或间接的去除水体和底泥的污染物，保持高品质的水源，服务于灌溉、生活用水、生态用水等。因而，湿地植物被广泛应用污水处理、湖泊河流生态修复。科学家也围绕这些应用进行了大量的研究，包括湿地植物对水体和底泥污染物的去除机理、湿地植物对河道水力参数的影响等。
2 湿地植物对河道底泥的影响
底泥对河道水体中的污染物具有很强的吸附作用，能够富集很多重金属离子和有机物，以及一部分氮和磷，有时候底泥的搅动也会很大程度上影响水体中氮和磷的含量，因此底泥的检测也是河道监测的一项重要内容。目前，通过湿地植物对底泥进行湿地植物修复的方法普遍用于环境污染治理领域。有研究表明，沉水湿地植物使底泥中营养元素含量降低（张雅，2013），但也有研究表明，湿地植物可以增强底泥的碳汇作用[1-2]、营养元素截留[2-3]和重金属富集[4-5]。湿地植物通过根区微生物影响底泥对水体污染物的吸收，以及湿地植物对底泥污染物的吸收，且根区微生物受季节变化影响。梁威等[6]研究表明，湿地系统秋季的细菌总数量比夏季高，但对照系统夏季的真菌和放线菌数量明显高于秋季。李思聪[7]研究表明，湿地植物通过自身的生长代谢和根际微生物的活动吸收水体和底泥中的营养元素和部分重金属。此外，还有部分学者对湿地植物密度、湿地植物生长对底泥的影响进行了分析。张雅[8]在研究中表明，沉水湿地植物光叶眼子菜和金鱼藻对底泥全氮和全磷都有去除作用，且随着植株密度的增大而增大。植株的死亡和腐烂会使底泥的全氮和全磷含量增大，但在趋于平衡的过程中，植株的底泥全氮和全磷含量会比无植株的低，跟植株密度也成反相关。此外，她还研究了不同湿地植物及不同密度下底泥各种微生物的数量关系，表明有植株底泥中的反硝化细菌数量和磷细菌数量，均与植株密度有一定的关系。霍姮翠[9]研究表明，底泥中氮、磷释放量会随沉水湿地植物生物量增加而减少，且分析对比了氮、磷释放速率对不同湿地植物生物量的敏感度。晏丽蓉[10]通过模拟静态水体底泥中重金属的富集实验，对比了富集各种重金属效果较好的菹草的种植密度。可见，湿地植物的密度分布、生长状态和根际微生物活动在底泥污染物的去除中发挥了非常重要的作用。故研究几种指标的季节动态变化对底泥的影响十分必要。 3 湿地植物对河道水力参数的影响
生长在河道中的湿地植物为河流动力系统的基本要素之一，对河道水流运动及水利工程建设有较大影响[11]。近年来，流经植被的水流的运动特性正逐渐引起人们的注意。在水流的作用下，植被会产生一定程度的弯曲变形、随流波动，反过来植被扰动水流，以额外拖曳力的方式影响河道水流的水动力学特性，进而对水体中的动量和质量传输产生影响。植被水流研究的另一个重点是对流动阻力的研究。湿地水流的流动阻力大多来自于植被的阻流作用。植株茎秆枝叶占据了水体空间，减小水体所能占据的空间；植被对水流的扰动增加了水流的不均匀性，增加了水流阻力并导致水位升高。Palmer[12]指出，植被的柔韧度和密度决定了植被的弯曲程度，而此弯曲量又决定了植被对水流的阻力，因此，植被的柔韧性及密度成为植被对流阻影响的主要参数。Fisher[13]的研究也表明，影响湿地植物对水流的阻力的主要因素：湿地植物类型、密度、硬柔、高度、阻水面积和湿地植物分布。C.A.M.E.Wilson等[14]依据弗汝德相似律将植被的挠曲高度、密度及阻水面积定量化，对不同形式淹没下的柔性植被水流特性进行了研究。David Velaseo等[15]通过对不同密度柔性植被塑料模型植被种于铺碎石的粗糙创面，从糙率、流速分布、植被对水流的阻力效应及紊动雷诺应力等方面进行了理论分析。但在国内，这一比较前沿的课题研究目前还处于起步阶段，李艳红等[16]指出河流的紊动特性直接受水生湿地植物的影响，紊动强度垂向分布的最大值的大小及其出现位置与湿地植物的排列密度、湿地植物/水深相对高度以及水流流速有密切关系。刘云[17]在其研究中指出湿地植物的几何形态是影响含湿地植物水流结构的重要因素。杨佳浩[18]研究表明湿地植物种植密度对阻水作用包括：流型、流态、糙率和阻力系数等参数具有显著影响，且其影响大于叶片形状和湿地植物高度对阻水作用的影响。由此可见，湿地植物分布与物种形态对水力参数的影响是非常大的。但是由于植被河道水流内部结构的复杂性，植被对水流的影响研究更多的停留在理论分析和室内实验阶段，结合实际工程的较少，能直接应用于洪水影响分析的成果不多。
4 展望
湿地植物作为河流、湖泊等水生态系统的重要组成部分，对这些水域的生态系统服务起着至关重要的作用。湿地植物可以增加水域的水生生物多样性，为人类提供优质的水产品，与此同时，优美的湿地植物和高的生物多样性可以增加水域的吸引力，给人带来美的体验。更重要的是湿地植物可以直接或间接的去除水体和底泥的污染物，保持高品质的水源，服务于灌溉、生活用水、生态用水等。同时利用河流自身的湿地植物，或者通过生物和生态工程技术修复湿地植物是促使河道发挥其生态功能的重要举措，也是生态水利的重要内容。然而，在什么地方恢复哪些湿地植物，恢复多大面积的湿地植物才能完成相应的生态功能，恢复的湿地植物对行洪安全有多大影响等等这些研究都值得下一步继续开展研究，同时开展湿地植物对河流水质和河道行洪的影响研究，构建适宜的河道生态系统，具有重要的现实意义。
参考文献
[1]Cole J J，Prairie Y T，Caraco N F，et al.Plumbing the Global Carbon Cycle：Integrating Inland Waters into the Terrestrial Carbon Budget[J].Ecosystems，2007，10（1）：172-185.
[2]余红兵.生态沟渠水生植物对农区氮麟面源污染的拦截效应研究[D].长沙：湖南农业大学，2012.
[3]尹澄清，邵霞，王星.白洋淀水陆交错带±壌对憐氮截留容量的初步研充[J].生态学杂志，1999，05：7-11.
[4]吴玉树，余国营.根生沉水植物菹草对滇池水体净化作用[J].环境科学学报，1991，11：411-416.
[5]Vymazal J.Removal of Heavy Mentals in a Horizontal Sub-Surface Flow Constructed Wetland[J].Journal of Environmental Science and Health，Part A，2005，40（6-7）：1369-1379.
[6]梁威，吴振斌，詹发萃，等.人工湿地植物根区微生物与净化效果的季节变化[J].湖泊科学，2004，16（4）：312-317.
[7]李思聪.不同植物对典型重金属污染沉积物的修复及效果评价[D].天津：天津大学，2014.
[8]张雅.沉水植物对底泥修复效果研究[D].北京林业大学，2013.
[9]霍姮翠.沉水植物在湿地底泥修复中的效应研究[D].上海：上海海洋大学，2011.
[10]晏丽蓉.几种沉水植物对底泥中镉、铜、铅、锌修复作用的研究[D].金华：浙江师范大学，2013.
[11]刘斌.含植物明渠阻力特性研究进展[J].山西科技，2007（4）：11-14.
[12]Ree W O，Palmer V J.Flow of water in channels protected by vegetative lining [A].U S Dept ofAgriculture Soil Conservation Service[C].Tech Bull.Washington D C，1949：967.
[13]Fisher K R.Handbook for assessment of hydraulic performance of environmental channels[R].Report S R draft.H R Wa11ingford，Great Britain，1996.
[14]C.A.M.E.Wilson，T.Stoesser，P.D.Bates and A.Batemann Pizen.Open channel flow through different forms of submerged flexible vegetation[J].Journal of Hydraulic Engineering，2003，129（11）：847-853.
[15]David Velaseo，Allen Bateman，Jose M.Redondo and Vicente Demedina.An Open Channel Flow Experimental and Theoretical Study of Resistance and Turbulent Characterization over Flexible Vegetated Linings[J].Flow，Turbulence and Combustion，2003（70）：69-88.
[16]李艷红，李栋，范静磊.含淹没植物河流水流紊动强度最大值及其影响因素[J].水科学进展，2007，18（5）：706-710.
[17]刘云.流经柔性植物的明渠水流特性影响试验研究[D].南京：河海大学，2006.
[18]杨佳浩.生态沟渠中植物阻水作用研究[D].长沙：湖南农业大学，2013. （责编：徐焕斗）
关键词：湿地植物；河道；生态系统
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）20-0028-03
Application of Wetland Plants on Streambank
Shi Hong
（Jiangxi Center Station of Irrigation Experiment，Nanchang 330201，China）
Abstract：Aiming at the recovering of wetland plants and optimization problem of population in streambank ecological restoration，summarized the relevant researches at home and abroad，with the typical wetland plants in the streambank as the object，analysed the ablility of removal rate and evaluated the influence of flood drainage by common wetland plants，and constructed an suitable ecosystem in streambank，it can provide guidance of theory and practice for ecological restoration and ecological protection on streambank in the future.
Key words：Wetland plants；Streambank；Ecosystem
隨着我国人口增长和经济社会的发展，生态系统尤其是水生态系统承受了越来越大的压力。大量未经充分处理的工业废水和生活污水排入江河湖泊、化肥农药使用量持续增加，造成了大量水体污染，水资源利用率下降，出现水质性缺水。江西省作为生态文明先行建设示范区，面临着艰巨的任务。虽然江西省主要河流湖库环境质量总体良好，但江西正在进入高速增长、奋力崛起的重要历史时期。随着全省工业化及城镇化进程的加快，用水量和排污量也将增加，对水环境的压力和挑战必然会增大，如不采取有效的预防和治理措施，必将带来区域性的水污染问题。因而急需在减排、截污的同时开发环保、节能、可持续的治理水体污染的技术方法和手段。湿地植物能够直接或间接的去除水体和底泥的氮、磷等污染物，被认为是控制农业面源和生活污染非常有效的方法。利用河流自身的湿地植物，或者通过生物和生态工程技术修复湿地植物是促使河道发挥其生态功能的重要举措，也是生态水利的重要内容。因此开展湿地植物对河流水质和河道行洪的影响研究，筛选出适合于江西省的河道最优湿地植物配置方案，构建适宜的河道生态系统，具有重要的现实意义。
1 湿地植物在河流、湖泊等水生态系统中发挥的作用
湿地植物作为河流、湖泊等水生态系统的重要组成部分，对这些水域的生态系统服务起着至关重要的作用。湿地植物可以增加水域的水生生物多样性，为人类提供优质的水产品，与此同时，优美的湿地植物和高的生物多样性可以增加水域的吸引力，给人带来美的体验。更重要的是湿地植物可以直接或间接的去除水体和底泥的污染物，保持高品质的水源，服务于灌溉、生活用水、生态用水等。因而，湿地植物被广泛应用污水处理、湖泊河流生态修复。科学家也围绕这些应用进行了大量的研究，包括湿地植物对水体和底泥污染物的去除机理、湿地植物对河道水力参数的影响等。
2 湿地植物对河道底泥的影响
底泥对河道水体中的污染物具有很强的吸附作用，能够富集很多重金属离子和有机物，以及一部分氮和磷，有时候底泥的搅动也会很大程度上影响水体中氮和磷的含量，因此底泥的检测也是河道监测的一项重要内容。目前，通过湿地植物对底泥进行湿地植物修复的方法普遍用于环境污染治理领域。有研究表明，沉水湿地植物使底泥中营养元素含量降低（张雅，2013），但也有研究表明，湿地植物可以增强底泥的碳汇作用[1-2]、营养元素截留[2-3]和重金属富集[4-5]。湿地植物通过根区微生物影响底泥对水体污染物的吸收，以及湿地植物对底泥污染物的吸收，且根区微生物受季节变化影响。梁威等[6]研究表明，湿地系统秋季的细菌总数量比夏季高，但对照系统夏季的真菌和放线菌数量明显高于秋季。李思聪[7]研究表明，湿地植物通过自身的生长代谢和根际微生物的活动吸收水体和底泥中的营养元素和部分重金属。此外，还有部分学者对湿地植物密度、湿地植物生长对底泥的影响进行了分析。张雅[8]在研究中表明，沉水湿地植物光叶眼子菜和金鱼藻对底泥全氮和全磷都有去除作用，且随着植株密度的增大而增大。植株的死亡和腐烂会使底泥的全氮和全磷含量增大，但在趋于平衡的过程中，植株的底泥全氮和全磷含量会比无植株的低，跟植株密度也成反相关。此外，她还研究了不同湿地植物及不同密度下底泥各种微生物的数量关系，表明有植株底泥中的反硝化细菌数量和磷细菌数量，均与植株密度有一定的关系。霍姮翠[9]研究表明，底泥中氮、磷释放量会随沉水湿地植物生物量增加而减少，且分析对比了氮、磷释放速率对不同湿地植物生物量的敏感度。晏丽蓉[10]通过模拟静态水体底泥中重金属的富集实验，对比了富集各种重金属效果较好的菹草的种植密度。可见，湿地植物的密度分布、生长状态和根际微生物活动在底泥污染物的去除中发挥了非常重要的作用。故研究几种指标的季节动态变化对底泥的影响十分必要。 3 湿地植物对河道水力参数的影响
生长在河道中的湿地植物为河流动力系统的基本要素之一，对河道水流运动及水利工程建设有较大影响[11]。近年来，流经植被的水流的运动特性正逐渐引起人们的注意。在水流的作用下，植被会产生一定程度的弯曲变形、随流波动，反过来植被扰动水流，以额外拖曳力的方式影响河道水流的水动力学特性，进而对水体中的动量和质量传输产生影响。植被水流研究的另一个重点是对流动阻力的研究。湿地水流的流动阻力大多来自于植被的阻流作用。植株茎秆枝叶占据了水体空间，减小水体所能占据的空间；植被对水流的扰动增加了水流的不均匀性，增加了水流阻力并导致水位升高。Palmer[12]指出，植被的柔韧度和密度决定了植被的弯曲程度，而此弯曲量又决定了植被对水流的阻力，因此，植被的柔韧性及密度成为植被对流阻影响的主要参数。Fisher[13]的研究也表明，影响湿地植物对水流的阻力的主要因素：湿地植物类型、密度、硬柔、高度、阻水面积和湿地植物分布。C.A.M.E.Wilson等[14]依据弗汝德相似律将植被的挠曲高度、密度及阻水面积定量化，对不同形式淹没下的柔性植被水流特性进行了研究。David Velaseo等[15]通过对不同密度柔性植被塑料模型植被种于铺碎石的粗糙创面，从糙率、流速分布、植被对水流的阻力效应及紊动雷诺应力等方面进行了理论分析。但在国内，这一比较前沿的课题研究目前还处于起步阶段，李艳红等[16]指出河流的紊动特性直接受水生湿地植物的影响，紊动强度垂向分布的最大值的大小及其出现位置与湿地植物的排列密度、湿地植物/水深相对高度以及水流流速有密切关系。刘云[17]在其研究中指出湿地植物的几何形态是影响含湿地植物水流结构的重要因素。杨佳浩[18]研究表明湿地植物种植密度对阻水作用包括：流型、流态、糙率和阻力系数等参数具有显著影响，且其影响大于叶片形状和湿地植物高度对阻水作用的影响。由此可见，湿地植物分布与物种形态对水力参数的影响是非常大的。但是由于植被河道水流内部结构的复杂性，植被对水流的影响研究更多的停留在理论分析和室内实验阶段，结合实际工程的较少，能直接应用于洪水影响分析的成果不多。
4 展望
湿地植物作为河流、湖泊等水生态系统的重要组成部分，对这些水域的生态系统服务起着至关重要的作用。湿地植物可以增加水域的水生生物多样性，为人类提供优质的水产品，与此同时，优美的湿地植物和高的生物多样性可以增加水域的吸引力，给人带来美的体验。更重要的是湿地植物可以直接或间接的去除水体和底泥的污染物，保持高品质的水源，服务于灌溉、生活用水、生态用水等。同时利用河流自身的湿地植物，或者通过生物和生态工程技术修复湿地植物是促使河道发挥其生态功能的重要举措，也是生态水利的重要内容。然而，在什么地方恢复哪些湿地植物，恢复多大面积的湿地植物才能完成相应的生态功能，恢复的湿地植物对行洪安全有多大影响等等这些研究都值得下一步继续开展研究，同时开展湿地植物对河流水质和河道行洪的影响研究，构建适宜的河道生态系统，具有重要的现实意义。
参考文献
[1]Cole J J，Prairie Y T，Caraco N F，et al.Plumbing the Global Carbon Cycle：Integrating Inland Waters into the Terrestrial Carbon Budget[J].Ecosystems，2007，10（1）：172-185.
[2]余红兵.生态沟渠水生植物对农区氮麟面源污染的拦截效应研究[D].长沙：湖南农业大学，2012.
[3]尹澄清，邵霞，王星.白洋淀水陆交错带±壌对憐氮截留容量的初步研充[J].生态学杂志，1999，05：7-11.
[4]吴玉树，余国营.根生沉水植物菹草对滇池水体净化作用[J].环境科学学报，1991，11：411-416.
[5]Vymazal J.Removal of Heavy Mentals in a Horizontal Sub-Surface Flow Constructed Wetland[J].Journal of Environmental Science and Health，Part A，2005，40（6-7）：1369-1379.
[6]梁威，吴振斌，詹发萃，等.人工湿地植物根区微生物与净化效果的季节变化[J].湖泊科学，2004，16（4）：312-317.
[7]李思聪.不同植物对典型重金属污染沉积物的修复及效果评价[D].天津：天津大学，2014.
[8]张雅.沉水植物对底泥修复效果研究[D].北京林业大学，2013.
[9]霍姮翠.沉水植物在湿地底泥修复中的效应研究[D].上海：上海海洋大学，2011.
[10]晏丽蓉.几种沉水植物对底泥中镉、铜、铅、锌修复作用的研究[D].金华：浙江师范大学，2013.
[11]刘斌.含植物明渠阻力特性研究进展[J].山西科技，2007（4）：11-14.
[12]Ree W O，Palmer V J.Flow of water in channels protected by vegetative lining [A].U S Dept ofAgriculture Soil Conservation Service[C].Tech Bull.Washington D C，1949：967.
[13]Fisher K R.Handbook for assessment of hydraulic performance of environmental channels[R].Report S R draft.H R Wa11ingford，Great Britain，1996.
[14]C.A.M.E.Wilson，T.Stoesser，P.D.Bates and A.Batemann Pizen.Open channel flow through different forms of submerged flexible vegetation[J].Journal of Hydraulic Engineering，2003，129（11）：847-853.
[15]David Velaseo，Allen Bateman，Jose M.Redondo and Vicente Demedina.An Open Channel Flow Experimental and Theoretical Study of Resistance and Turbulent Characterization over Flexible Vegetated Linings[J].Flow，Turbulence and Combustion，2003（70）：69-88.
[16]李艷红，李栋，范静磊.含淹没植物河流水流紊动强度最大值及其影响因素[J].水科学进展，2007，18（5）：706-710.
[17]刘云.流经柔性植物的明渠水流特性影响试验研究[D].南京：河海大学，2006.
[18]杨佳浩.生态沟渠中植物阻水作用研究[D].长沙：湖南农业大学，2013. （责编：徐焕斗）