沉水植物莖葉微界面的小秘密

“生物-水微界面”廣泛存在于水體中各種生物表面，而在淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，沉水植物與水的關(guān)系最為密切。位于水面以下的沉水植物莖葉表面常富集了水中各類物質(zhì)，包括有機(jī)質(zhì)、泥沙、菌膠團(tuán)、藻類、微生物等，形成厚度不等的附著層，形成了特殊的莖葉微界面。

科學(xué)家等對天然水體中主要顆粒物及其界面特征進(jìn)行了總結(jié)：

莖葉微界面微生物特性

1、分布規(guī)律

? 底部葉片表面的微生物群落生物量要大于植物頂部，沉水植物頂部葉片上以細(xì)菌等微生物為主，而底部則為藻類、細(xì)菌等構(gòu)成的復(fù)雜微生物群落結(jié)構(gòu)。

? 葉片的附著菌類密度要小于莖部和葉柄處。

? 葉片越老菌群密度越大，新生葉片生長分裂的細(xì)胞代謝快,在外界的脅迫作用也下會分泌某些次生代謝物質(zhì)從而形成防御機(jī)制來抑制附生生物的生長, 而年老葉片處于衰敗階段時，通過自溶作用能分泌出大量的溶解性有機(jī)物，促進(jìn)附著微生物群落的生長。

2、生長情況

沉水植物表面的附著微生物群落可能受到寄主植物和棲息環(huán)境影響。一方面是由于不同植物的代謝產(chǎn)物不同，這些代謝產(chǎn)物影響其表面微生物群落。另一方面，不同植物所能提供的著生面積各不相同，例如,與伊樂藻和金魚藻相比較，菹草所能提供的著生面積明顯更大。

3、數(shù)量變化

實驗表明，水生植物的存在使水體生態(tài)系統(tǒng)中的微生物如硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、磷細(xì)菌、纖維素分解菌的數(shù)量顯著增加，水生植物莖葉微界面的微生物遠(yuǎn)比水中的微生物的數(shù)量要高，其代謝活性同樣如此。

科學(xué)家對沉水植物及其表面的附著微生物群落進(jìn)行了觀測分析． 結(jié)果顯示，水生植物表面的附著微生物總密度比附生藻類密度平均高兩個數(shù)量級，即附著細(xì)菌、真菌及放線菌的密度要遠(yuǎn)大于附生藻類密度。

對氮循環(huán)的調(diào)控作用

有國外科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)沉水植被莖葉微界面有大量的硝化和反硝化細(xì)菌富集，具有增強(qiáng)水體反硝化速率的作用，有沉水植物區(qū)域的硝化強(qiáng)度要比無沉水植物的區(qū)域高10 倍，沉水植物莖葉附著層的反硝化作用與沉積物的反硝化作用相當(dāng)。

沉水植物莖葉附著層形成的微界面硝化-反硝化作用是水體中重要的自然脫氮機(jī)制。一般認(rèn)為沉水植物與漂浮植物和挺水植物相比，其莖葉微界面為附著生物提供了更大的棲息地，同時沉水植被的分泌物和殘體為微生物提供了必要的有機(jī)物質(zhì)，微界面的光合-呼吸作用為硝化-反硝化細(xì)菌創(chuàng)造了富氧-缺氧條件。

對水體修復(fù)的作用

水生植物生長過程中不僅從水體中直接吸收/降解污染物質(zhì)、吸附水體的懸浮物、固著沉積物以及為水生動物提供食物、棲息和產(chǎn)卵場所，更重要的作用是通過影響生態(tài)系統(tǒng)中微生物的特性進(jìn)而影響水體凈化的處理效果。

在富營養(yǎng)化水體中，沉水植物莖、葉表面的微界面是水中氨化、反硝化及厭氧氨氧化等脫氮行為機(jī)制的重要基礎(chǔ)。

不同水生植物具有不同的生理特征，莖葉微界面的物質(zhì)即會不同，所形成的微生態(tài)環(huán)境就不相同，多種植物組合比單種植物能更好地對水體進(jìn)行凈化，因為每種水生植物各有其特點，對凈化對象產(chǎn)生凈化優(yōu)勢，隨著水生植物的生長、發(fā)育，附著在其表面的微生物群落也會發(fā)生變化，依靠水生植物與微生物之間的共同作用及微生物間的復(fù)雜關(guān)系，共同來完成對水體的凈化。水生植物的生態(tài)組合使用能使它們互相取長補(bǔ)短，保持較為穩(wěn)定的凈化效果。

工程案例 

南京中科水治理股份有限公司在進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)過程中,運用獨創(chuàng)的清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建系列技術(shù),合理搭配、引導(dǎo)、控制沉水植物群落，營造沉水植物-微生物功能群，促進(jìn)系統(tǒng)有益微生物生長并且持續(xù)發(fā)揮凈化能力，構(gòu)建合理健康的生態(tài)系統(tǒng)， 保障生態(tài)系統(tǒng)長效穩(wěn)定的運行，達(dá)到良好的生態(tài)修復(fù)效果。

成都 · 麓湖

參考文獻(xiàn)

[1] 李淑英, 周元清, 胡承等. 水生植物組合后根際微生物及水凈化研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010, 33(3): 148-153.

[2] 紀(jì)海婷, 謝冬,周恒杰等. 沉水植物附植生物群落生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展.湖泊科學(xué), 2013, 25(2): 163-170.

[3] 王文林, 劉波,韓睿明等. 沉水植物莖葉微界面及其對水體氮循環(huán)影響研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(22): 6409-6416.

[4] 曲久輝, 賀泓,劉會娟. 典型環(huán)境微界面及其對污染物環(huán)境行為的影響.環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2009, 29(1): 2-10.

[5] 劉凱輝, 張松賀,呂小央等. 南京花神湖3 種沉水植物表面附著微生物群落特征.湖泊科學(xué), 2015, 27(1): 103-112