王昕然 金寶光 邢振興

（北京市朝陽區(qū)水務(wù)局，北京 100025）

城市河流是指流經(jīng)城市，具備自然和社會雙重功能和特征的中小型河流。城市河流主要存在連通性差、河流形狀單一、水體富營養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重等問題［1］。北京市共有流域面積10km2及以上河流425條［2］，其中城市中心城六區(qū)共有河流90條。北京城市河流水源多為再生水，河道渠道化率高，有閘壩控制運行，除在汛期雨后有短暫的水位變化外，其余時間水位基本穩(wěn)定。浮物、污染物質(zhì)的沉積，提高水體透明度；?形成多樣化的小生境，為魚類、鳥類等提供食物和棲息地，增加生態(tài)位；?對藻類的化感作用；?具有景觀效應(yīng)等。水生植物是生態(tài)學(xué)范疇的群類界定［3］，原本指生活在水中或生活在水分充足環(huán)境中的植物類群［4］。隨著水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸將應(yīng)用到水生態(tài)修復(fù)技術(shù)（如人工濕地技術(shù)）中的陸生植物、濕生植物、沼生植物納入到水生植物的研究體系［5］。根據(jù)水生植物生活型分類，不同學(xué)者［6-7］分類結(jié)果不同，Wetzel［8］將水生植物分為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物4 種，是被廣為接受的一種分類方法。從20 世紀(jì)80—90 年代開始，水生植物因水體污染而衰退，尤其是完全生活在水中的沉水植物，在一些污染嚴(yán)重的水體中一度消失［9］。近些年隨著水污染治理效果的逐步顯現(xiàn)，北京城市河流水體質(zhì)量有所提升，沉水植物逐漸恢復(fù)，但城市河流污染情況仍然不容樂觀，城市河流中沉水植物仍以耐污種為主。北運河水系是北京市五大水系中城區(qū)流域面積占比最大的水系，以北運河流域為例，根據(jù)《2019 年北京市水務(wù)統(tǒng)計年鑒》中數(shù)據(jù)可知，北運河水系50 個水質(zhì)監(jiān)測斷面中，Ⅴ類及劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面12 個，占總考核斷面數(shù)的24%。水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，恢復(fù)城市河流中的水生植物，是修復(fù)河流水生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文將梳理國內(nèi)學(xué)者對水生植物生態(tài)修復(fù)作用的研究成果，根據(jù)北京城市河流生境特點，挑選出適宜不同類型河流栽種的水生植物。

1 北京城市河流常見水生植物

1.1 沉水植物

北京城市河流常見的沉水植物根據(jù)生長季節(jié)的不同分為暖季型和冷季型，只有菹草在冬季生長，是冷季型植物。在調(diào)查北京市朝陽區(qū)水生植物種類時，12月、1 月在部分河流中發(fā)現(xiàn)菹草、篦齒眼子菜和金魚藻，根據(jù)劉國才［10］對東北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)冬季水體中沉水植物的調(diào)查結(jié)果，冰面下菹草、穗花狐尾藻、微齒眼子菜、金魚藻可以生存，且均能產(chǎn)生溶解氧。北京城市河流常見沉水植物特性見表1，生長周期見表2。表1 中所列沉水植物除大茨藻外，均為多年生植物，一次種植成功后，后續(xù)只需養(yǎng)護(hù)管理，不需重新種植。故種植時應(yīng)根據(jù)生境條件、種植目的慎重選擇品種，以達(dá)到省工、經(jīng)濟、吸附營養(yǎng)鹽效果好等目標(biāo)。

表1 北京城市河流常見沉水植物特性

表2 沉水植物生長周期

續(xù)表

1.2 浮葉植物和漂浮植物

北京城市河流常見的浮葉植物和漂浮植物中許多品種是考慮景觀、水體污染物去除等因素人工引入的外來品種，許多品種冬季不能在室外過冬，為避免植物枯萎死亡破壞水質(zhì)，需要在入冬前將植物打撈出水。常見浮葉植物和漂浮植物品種及特性見表3。

表3 北京城市河流常見浮葉植物和漂浮植物特性

續(xù)表

1.3 挺水植物

本文所提及的挺水植物包含濕生、沼生植物。挺水植物種類繁多，北京地區(qū)常見的有蘆葦、香蒲、蓮、菰、水蔥、黃花鳶尾、西伯利亞鳶尾、千屈菜、菖蒲、蘆竹（花葉蘆竹）、荻、花菖蒲（黃菖蒲）、紅蓼、水芹、花藺、雨久花、鴨拓草、慈姑、澤瀉、黑三棱、馬藺、豆瓣菜、薄荷、石龍芮等［24］。

2 水生植物去除水體污染物效果比較

城市再生水河流普遍存在水體富營養(yǎng)化問題，本底污染物含量較高［25］。種植高凈化能力的水生植物，去除水體中的污染物，是選擇栽培水生植物品種的重要原因之一。在地域較遠(yuǎn)、生境差異較大的情況下，實驗時水溫、光照、水質(zhì)不同可能會影響水生植物吸收營養(yǎng)鹽的實驗結(jié)果，故本文只選擇我國華北地區(qū)水生植物吸收營養(yǎng)鹽和去除水體有機污染物方面實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，比較水生植物去除水體中污染物的能力。

在Ⅴ類水體室內(nèi)水培實驗中，沉水植物穗花狐尾藻、金魚藻、輪葉黑藻和菹草，去除污染物能力最強的是穗花狐尾藻，菹草在冬季也有良好的去除污染物的能力［26］。在V2類水體室內(nèi)水培實驗中，單一品種比較，挺水植物旱傘草、黃菖蒲、水蔥、西伯利亞鳶尾、千屈菜、蒲葦、水生美人蕉、黃花鳶尾和花葉蘆竹，黃菖蒲總氮去除效果最優(yōu)，西伯利亞鳶尾總磷的去除效果最優(yōu)［27］。水蔥、千屈菜、黃花鳶尾、小香蒲和狐尾藻5 種水生植物，水蔥+黃花鳶尾+狐尾藻的組合對水中總氮和總磷的去除率最高［28］。挺水植物蘆葦、西伯利亞鳶尾，沉水植物輪葉黑藻、金魚藻和微齒眼子菜5 種水生植物組合實驗中，西伯利亞鳶尾和金魚藻組合去除氨氮、總磷、COD效果最佳，西伯利亞鳶尾和金魚藻組合去除總氮效果最佳［29］。根據(jù)植物生物量比較石龍芮、蘆葦、酸模、車前草4 種水生植物氮磷凈化能力，蘆葦吸收氮磷能力最強［30］。在V4類水體室外栽培實驗中，選取千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草、蘆葦、香蒲、睡蓮11 種水生植物單種栽植和組合栽植方式實驗，千屈菜+水生鳶尾+水生美人蕉+旱傘草組合種植去除氨氮、總磷、COD效果最佳［31］。比較千屈菜、菖蒲、蘆葦、香蒲、荷花5種水生植物去除水體污染物能力，香蒲凈化水體能力最強［32］。根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)可以看出，去除水體污染物能力最強的挺水植物為蘆葦、香蒲，去除污染物能力較強的沉水植物為穗花狐尾藻。石龍芮、千屈菜、西伯利亞鳶尾、黃花鳶尾、千屈菜、黃菖蒲、荷花、花葉蘆竹、水蔥、金魚藻、輪葉黑藻、微齒眼子菜、菹草等也具備較強的去除水體污染物能力。

3 水生植物配置建議

在選擇水生植物前，應(yīng)調(diào)查相似河流水生植物狀況，或調(diào)查河流土壤種子庫情況，盡量選擇原生、土著水生植物品種，慎重選擇使用外來物種，以免因物種入侵造成生態(tài)破壞。在河流生境條件較差的情況下，水生植物栽培應(yīng)分步驟進(jìn)行，先選擇生命力頑強的水生植物搭配組合，作為先鋒種，待生境條件有所改善后，再進(jìn)行植物栽培種類優(yōu)化選擇，或根據(jù)河流土壤種子庫情況，判斷植被恢復(fù)潛力，確定目標(biāo)種，營造植被演替適宜的自然環(huán)境［33］。菹草在冬季可生長并吸收營養(yǎng)鹽，除菹草外的沉水植物冬季凋零或停止生長。在水深等生境條件允許的情況下，可在入冬前種植菹草，構(gòu)成季節(jié)互補型的沉水植物配置。沉水植物的河道覆蓋度不宜超過70%。選擇浮葉植物和漂浮植物時要注意營造適宜生境，避免河流水體流速過快損傷植物或沖走植物。一般在水深超過150cm的河流，可種植漂浮植物，不適宜種植浮葉植物，浮葉植物和漂浮植物的覆蓋度不宜超過30%。選擇挺水植物時要考慮適宜的生長環(huán)境、吸收營養(yǎng)鹽能力、植物與周邊景觀搭配、不同挺水植物相互間的搭配，形成錯落有致的生態(tài)景觀。平行脈的水生植物對葉脈損傷具有較強的耐受性，如在風(fēng)浪較強或易受人為擾動的位置，可優(yōu)先選取種植平行脈水生植物［34］。不同植物組合種植比單一種植具備更好的去除污染物和促進(jìn)生長的效果。

3.1 水深50cm以下，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

此類河流可選擇的植物品種較多，水質(zhì)Ⅳ類或更好的情況下沉水植物可選擇篦齒眼子菜、穿葉眼子菜、大茨藻等，浮葉植物可選擇水鱉、睡蓮等，挺水植物根據(jù)周邊景觀搭配，可選擇豆瓣菜、馬藺、慈姑、鴨拓草、雨久花等。水質(zhì)Ⅴ類及更差的情況下沉水植物可選擇苦草，浮葉植物和漂浮植物可選擇鳳眼蓮、大薸、滿江紅等，挺水植物可選擇蘆葦、香蒲、西伯利亞鳶尾等。調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，在河流再生水補水口附近，因再生水溫度較自然水體溫度高，河水冬季不結(jié)冰，冬季石龍芮等植物在河邊小范圍內(nèi)正常生長。種植菹草、豆瓣菜、石龍芮組合，可保證冬季河流也具備一定的凈化水體能力。

3.2 水深50～120cm，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

如果水體透明度不高，沉水植物可選擇苦草、輪葉黑藻、微齒眼子菜等，浮葉植物可選擇荇菜、浮萍、槐葉萍等，挺水植物可選擇千屈菜、水蔥、蓮、香蒲、蘆葦?shù)?。水體透明度較好時沉水植物可選擇金魚藻或穗花狐尾藻等。金魚藻、篦齒眼子菜與穗花狐尾藻共同種植，能抑制穗花狐尾藻過度生長［35］，比單獨種植具備更好的水體凈化效果。同時，種植菹草，使河流在冬季也具備一定的凈化水體能力。

3.3 水深120～200cm，水流平穩(wěn)的河流，水生植物配置方案

如果水體透明度不高，沉水植物可選擇苦草；水體透明度較好的條件下沉水植物可選擇金魚藻或穗花狐尾藻。浮葉植物和漂浮植物可選擇荇菜、鳳眼蓮等，如果是矩形河流斷面，水深過深不宜種植挺水植物；如果是其他形式的河流斷面，可在水深適宜的地方種植挺水植物。

3.4 水深200cm以上的河流，水生植物配置方案

可嘗試種植沉水植物，但可能因為光照不足等原因?qū)е鲁了参餆o法生長。浮葉植物可選擇荇菜，漂浮植物選擇不受水深影響的品種。挺水植物在河流中適宜水深處種植，如果河流斷面水深均超過200cm，那么不適宜種植挺水植物。如需水生植物消除水體污染物，可考慮使用生態(tài)浮床。

配置水生植物時需綜合考慮行洪、通航、景觀、管理等方面的因素，如城市河流種植水生植物，要考慮植物的高度、密度，不能因種植水生植物降低了河流行洪標(biāo)準(zhǔn)或影響通航，在景觀方面可以通過不同植物構(gòu)建高矮不同、錯落有致的微景觀，但應(yīng)與周邊環(huán)境和諧一致。水生植物選擇還應(yīng)考慮為河流中底棲動物、魚類、兩棲類動物提供適宜的棲息地，為河流周邊存在的鳥類提供覓食、棲息、筑巢的場所。

4 建 議

根據(jù)河流的生境特點栽培適宜的水生植物配置組合，對河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有著重要意義。本文對華北地區(qū)水生植物生態(tài)修復(fù)作用的研究成果進(jìn)行梳理，根據(jù)北京城市河流生境特點，對水生植物的種植提出以下幾點建議：

a.北京城市河流中常見的水生植物大多為耐污種，生境較差的河流水生植物恢復(fù)可分步驟進(jìn)行，先栽培先鋒種，由先鋒種提供適宜的光照、濕度等條件，促進(jìn)目標(biāo)種恢復(fù)。

b.本文中梳理的實驗室數(shù)據(jù)基本上為靜水條件下的實驗數(shù)據(jù)，水體流動條件下植物對營養(yǎng)鹽的吸收能力均會降低。有研究表明，流速增加有利降低水體中氨氮、COD和總磷含量，并增加溶解氧含量［36］，種植水生植物后會降低河流水體的流速［37］，流速降低對河流水體各項理化指標(biāo)均有不利的影響，建議開展河流水生植物原位種植實驗，分析河流水體自然流動條件下多因素耦合對水生植物去除水體污染物的效果。

c.種植水生植物后管護(hù)措施要及時得當(dāng)，沉水植物河道覆蓋度不能超過70%，浮葉植物和漂浮植物覆蓋度不能超過水面的30%。沉水植物進(jìn)入生長旺盛期后，每隔20 天收割1 次沉水植物去除水體中氮磷效果最好［38］。

d.在有限的空間內(nèi)選擇種植多樣品種、形態(tài)的植物，以增加生態(tài)位。

e.種植水生植物后，根據(jù)河流生態(tài)要素缺失情況，適當(dāng)投放螺、蚌、魚類等水生動物，構(gòu)成穩(wěn)定的食物網(wǎng)，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)全面修復(fù)。