一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法

摘要

本发明公开了一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其包括以下步骤：(1)选定待恢复的缓流水体；(2)测定缓流水体中水质和光照强度；(3)确定缓流水体沉水植物草‑藻转换阈值：(4)根据水质阈值判定恢复可行性：若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤2.04mg/L，总磷阈值≤0.369mg/L，综合水质指数≥5.5、光照强度≥3.5％，则判定为该缓流水体具有恢复可行性；否则，则判定该缓流水体不具有恢复可行性。本发明通过缓流水体草‑藻转换的总氮阈值、总磷阈值和综合水质指数，来判定沉水植物的恢复可行性。

权利要求

1.一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）选定待恢复的缓流水体；

（2）测定缓流水体中水质和光照强度；

（3）确定缓流水体沉水植物草‑藻转换阈值：若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤3.52 mg/L、总磷浓度≤0.599 mg/L、综合水质指数≥6.2、光照强度≥3.5%，则判定为该缓流水体适合生长草类；

否则，则判定该缓流水体适合生长藻类；

（4）根据水质阈值判定恢复可行性：若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤2.04mg/L，总磷浓度≤

0.369 mg/L，综合水质指数≥5.5、光照强度≥3.5%，则判定为该缓流水体具有恢复可行性；

否则，则判定该缓流水体不具有恢复可行性；

人工恢复时总氮阈值浓度为2.04mg/L，人工恢复时总磷阈值为0.369 mg/L，综合水质指数阈值为5.5；

上述总氮阈值2.04mg/L由如下方法得到：对沉水植物覆盖率和总氮浓度进行拟合；得到三条拟合曲线，其中最右侧的边界线拟合公式如下：

2 ‑8

R =0.988，P=5.57×10对应沉水植物覆盖率50%处的总氮浓度为F1=5.91 mg/L；中间曲线的总磷与总氮比例正常，拟合方程为：2

R =0.986，P=0

上式对应的50%覆盖度总氮浓度为F2=3.52 mg/L；

最内侧的曲线反映了沉水植物恢复的过程，对应的拟合方程为：

2 ‑9

R =0.897，P=4.31×10上式对应的50%覆盖度总氮浓度为Fr=2.04 mg/L；

上述总磷阈值0.369 mg/L由如下方法得到：对总磷浓度与沉水植物覆盖度的关系进行拟合，得到三条拟合曲线，其中最右侧曲线代表了沉水植被退化时的最大磷限值；相应的拟合方程为：

2 ‑5

R =0.979，P=1.66×10上式中对应的50%沉水植物覆盖率总磷浓度为F1=0.792 mg/L；

中间曲线b代表当总氮总磷比例正常时的退化曲线；拟合方程为：

2 ‑12

R =0.998，P=4.67×10上式中对应的50%覆盖率总磷浓度为F2=0.599 mg/L；

同样地，恢复时拟合的最内侧曲线如下：

2 ‑7

R =0.987，P=5.48×10上式对应的50%覆盖率总磷浓度为Fr=0.369 mg/L；

上述综合水质指数阈值5.5，由如下方法得到：对水质综合指数与沉水植物覆盖率进行拟合，得到两条拟合曲线，其中，退化过程最右侧曲线拟合方程如下：

2 ‑11

R =0.991, P= 2.54×10上式对应50%时的综合水质指数为Fd=6.2；拟合方程相关系数高，而且统计检验处于极显著水平，说明综合水质指数与沉水植被覆盖率之间有显著相关关系；

图中最内侧曲线可以反映了恢复时的水质标识指数，拟合方程为：

2 ‑9

R =0.961, P= 8.71×10上式的统计检验显著性同样也极高，对应50%覆盖率的水质标识指数为Fr=5.5。

2.根据权利要求1所述的一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，所述沉水植物包括：竹节水松、黑藻、菹草、金鱼藻、苦草、穗状狐尾藻。

3.根据权利要求2所述的一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，从适合生长的总氮浓度上限来看，依次是竹节水松＞黑藻＞菹草＞金鱼藻＞苦草＞穗状狐尾藻。

4.根据权利要求2所述的一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，从总磷浓度上限来看，依次是竹节水松＞金鱼藻＞黑藻＞菹草＞苦草＞穗状狐尾藻。

5.根据权利要求2所述的一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，从综合水质指数来看，依次是竹节水松＞菹草＞金鱼藻=黑藻＞苦草＞穗状狐尾藻。

6.根据权利要求2所述的一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其特征在于，从最低光照需求来看，金鱼藻最高，其次是黑藻，苦草和竹节水草最低。

7.一种适用于缓流水体沉水植物的生态恢复方法，其特征在于，所述缓流水体满足权利要求1‑3任意所述恢复可行性的条件。

8.根据权利要求7所述的一种适用于缓流水体沉水植物的生态恢复方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（a）选定待恢复的缓流水体；

（b）测定缓流水体中水质和光照强度：若缓流水体中水质和光照强度满足所述沉水植物恢复可行性的条件，则根据各类沉水植物适宜的条件进行种植，从而恢复所述沉水植物。

说明书

一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环境保护技术领域，具体为一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法。

背景技术

[0002] 目前，随着城市化进程的快速发展，城镇水污染负荷急剧增加，水体富营养化加剧，水生植被退化严重。目前，生态系统的多稳态理论是指导生态管理和恢复的重要理论根据，以浅水湖泊为例，其生态系统可分为一种水生植物覆盖率高的草型状态(水体清澈)和一种水生植物覆盖率低、浮游藻类占优势的藻型状态(水体浑浊)。如图11所示，给出了上海市淀山湖水生植物分布面积近50年之变化。

[0003] 如图1所示，当初始状态营养浓度很低时，系统处于图上的草型状态。在F1‑F2区间内，随着营养浓度的升高，水生植物覆盖率到达阈值F2附近时，营养浓度的轻微增加就会导致草型系统的崩溃，系统发生了灾难性的转换，快速进入下面的藻型状态。

[0004] 随着我国截污工作的完成，水质进一步提升可以从生物性改善和流动条件改善两方面进行。鉴于水生植物对水质的净化作用及其生态效应，水生植被尤其是沉水植物的的恢复具有重要意义。沉水植物的茎和叶能吸附水中悬浮物，增加透明度。沉水植物的存在可以降低水中营养盐的平衡浓度，改变水体和底底泥中的物理化学环境，抑制藻类生长，改善水体生态环境。

[0005] 而恢复沉水植物，需要在一定的条件范围内进行，本发明课题小组经分析不同沉水植物群落变化的主要环境因子，确定了沉水植被恢复群落和种群的恢复阈值。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，通过缓流水体草‑藻转换的总氮阈值、总磷阈值和综合水质指数，来判定沉水植物的恢复可行性。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0008] 本发明的一方面提供一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其包括以下步骤：

[0009] (1)选定待恢复的缓流水体；

[0010] (2)测定缓流水体中水质和光照强度；

[0011] (3)确定缓流水体沉水植物草‑藻转换阈值：

[0012] 若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤3.52mg/L、总磷浓度≤0.599mg/L、综合水质指数≥6.2、光照强度≥3.5％，则判定为该缓流水体适合生长草类；

[0013] 否则，则判定该缓流水体适合生长藻类；

[0014] (4)根据水质阈值判定恢复可行性：

[0015] 若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤2.04mg/L，总磷阈值≤0.369mg/L，综合水质指数≥5.5、光照强度≥3.5％，则判定为该缓流水体具有恢复可行性；

[0016] 否则，则判定该缓流水体不具有恢复可行性。

[0017] 优选地，所述沉水植物包括：竹节水松、黑藻、菹草、金鱼藻、苦草、穗状狐尾藻。

[0018] 优选地，从适合生长的总氮浓度(mg/L)上限来看，依次是竹节水松＞黑藻＞菹草＞金鱼藻＞苦草＞穗状狐尾藻。

[0019] 优选地，从总磷浓度(mg/L)上限来看，依次是竹节水松＞金鱼藻＞黑藻＞菹草＞苦草＞穗状狐尾藻。

[0020] 优选地，从综合水质指数来看，依次是竹节水松＞菹草＞金鱼藻＝黑藻＞苦草＞穗状狐尾藻。

[0021] 优选地，从最低光照需求来看，金鱼藻最高，其次是黑藻，苦草和竹节水草最低。

[0022] 本发明的另一方面提供一种适用于缓流水体沉水植物的生态恢复方法，所述缓流水体满足上述所述恢复可行性的条件。

[0023] 具体包括如下步骤：

[0024] (a)选定待恢复的缓流水体；

[0025] (b)测定缓流水体中水质和光照强度：

[0026] 若缓流水体中水质和光照强度满足所述沉水植物恢复可行性的条件，则根据各类沉水植物适宜的条件进行种植，从而恢复所述沉水植物。

[0027] 本发明的还一方面提供一种改善缓流水体水质的方法，包括如下步骤：

[0028] 若缓流水体中水质和光照强度满足所述沉水植物恢复可行性的条件，则根据各类沉水植物适宜的条件进行种植，从而恢复所述沉水植物，改善所述缓流水体水质；

[0029] 否则，则采用其他的干预措施进行水质的改善。

[0030] 与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

[0031] 1、本发明提供了一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，通过缓流水体草‑藻转换的总氮阈值、总磷阈值和综合水质指数，来判定沉水植物的恢复可行性。

[0032] 2、本发明实施例中，确定了影响缓流水体中水生植物恢复的关键限制性环境因子，并确定这些环境因子的条件阈值，通过这些条件阈值预测水体草‑藻转换中的功效及改善措施的效果，为目前各地区富营养化水体中水生植物恢复具有重要的理论意义和使用价值。从而，可以通过人工恢复，种植沉水植物，提升景观水体，恢复绿水青山；可以用于城市河道和农村河道。

[0033] 3、为了提升水体水质，本发明实施例在通过判定水体水质和沉水植物恢复阈值的关系后，通过缓流水体草‑藻转换的总氮阈值、总磷阈值和综合水质指数，人工恢复时总氮阈值、总磷阈值和综合水质指数，几种不同种类沉水植物生长条件指标阈值，其中包括总磷、总氮、综合水质指数以及最低光照需求等指标，来判定沉水植物恢复可行性的方法。

附图说明

[0034] 图1为淡水生态系统双稳态理论；

[0035] 图2为影响沉水植物恢复的环境因子；

[0036] 图3为本发明实施例研究技术路线图；

[0037] 图4为上海市中小型河流水生植被调查采样点分布图；

[0038] 图5为调查河道主要污染指标、水质综合指数及沉水植物物种丰度空间分布；

[0039] 图6为上海地区缓流水体夏季沉水植物覆盖率与总氮的关系(样本数n＝428)；

[0040] 图7为上海地区中小型河道沉水植被覆盖率与总磷的关系)(样本数n＝428)；

[0041] 图8为上海地区缓流水体沉水植物覆盖率与总氮、总磷之间的关系)(样本数n＝428)；

[0042] 图9为上海地区缓流水体夏季沉水植物覆盖率与综合水质指数(WQI)的关系；

[0043] 图10为表6中河道改造前后CCA排序图(左图：种类与环境因子；右图：样品与环境因子，B‑改造前、T‑改造后)；

[0044] 图11为淀山湖水生植物分布面积近50年之变化。

具体实施方式

[0045] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 实施方式一

[0047] 本发明的一实施方式提供一种根据水质阈值判定沉水植物恢复可行性的方法，其包括以下步骤：

[0048] (1)选定待恢复的缓流水体；

[0049] (2)测定缓流水体中水质和光照强度；

[0050] (3)确定缓流水体沉水植物草‑藻转换阈值：

[0051] 若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤3.52mg/L、总磷浓度≤0.599mg/L、综合水质指数≥6.2、光照强度≥3.5％，则判定为该缓流水体适合生长草类；

[0052] 否则，则判定该缓流水体适合生长藻类；

[0053] (4)根据水质阈值判定恢复可行性：

[0054] 若缓流水体沉水植物草‑藻转换同时满足下述条件：总氮浓度≤2.04mg/L，总磷阈值≤0.369mg/L，综合水质指数≥5.5、光照强度≥3.5％，则判定为该缓流水体具有恢复可行性，能通过人工种植沉水植物，进行恢复，改善河道水质。

[0055] 否则，则判定该缓流水体不具有恢复可行性。

[0056] 具体的，所述沉水植物包括：竹节水松、黑藻、菹草、金鱼藻、苦草、穗状狐尾藻。

[0057] 从适合生长的总氮浓度(mg/L)上限来看，(6.80)＞黑藻(5.90)＞菹草(5.11)＞金鱼藻(4.50)＞苦草＞(3.77)＞穗状狐尾藻(2.50)。

[0058] 从总磷浓度(mg/L)上限来看，依次是竹节水松(1.31)＞金鱼藻(0.851)＞黑藻(0.764)＞菹草(0.650)＞苦草(0.534)＞穗状狐尾藻(0.265)。

[0059] 从综合水质指数来看，依次是竹节水松(6.7)＞菹草(6.1)＞金鱼藻(6.0)＝黑藻(6.0)＞苦草(5.6)＞穗状狐尾藻(4.7)。

[0060] 从最低光照需求来看，金鱼藻最高(18.7％)，其次是黑藻(8.3％)，苦草和竹节水草最低(3.5％)。

[0061] 本发明实施例通过实验得到，沉水植物恢复的条件阈值中，总氮是主要限制性营养因子，总磷和综合水质指数也需要在一定范围内。缓流水体(1.6m以内)沉水植物草‑藻转换的总氮阈值为3.52mg/L，总磷阈值为0.599mg/L，综合水质指数为6.2；

[0062] 人工恢复时总氮阈值浓度为2.04mg/L，人工恢复时总磷阈值为0.369mg/L，综合水质指数为5.5。

[0063] 需要说明的是，人工恢复就是采取人为干预，人为去种植草类(沉水植物)，诸如，竹节水松、黑藻、菹草、金鱼藻、苦草、穗状狐尾藻，等。种了草类之后，会吸收水体里面的氮、磷，更好的改善水质。

[0064] 具体的种植方法，可以根据各个不同的沉水植物适合生长的条件不同，进行种植。

[0065] 苦草，吸收氮磷的效果最好。诸如，河道的水质较差，就种竹节水松、黑藻；河道水质较好的，就种金鱼藻、苦草、穗状狐尾藻。

[0066] 以下为具体实施例

[0067] 首先进行数据收集，下述为采集的部分数据：

[0068] 在进行水生植被恢复前，需要对植被现状及其生境做较为完整的调查，找出其内在变化规律，为水生植被的恢复提供科学依据。

[0069] 从2011年5月至2014年7月，对上海市八个区县55条中小型缓流河道157个采样点共进行了1078样次的调查(表1，图4)。这些水体的共同特点是水深较浅，流速很缓。每条河道设置1～4个采样点，夏季调查1～2次，春季、秋季、冬季各调查1次。

[0070] 表1 调查河道方位及时间

[0071]

[0072]

[0073] 在全面调查的基础上，根据水体特点(大小和地势)及水生植物的分布情况(分带和覆盖率)，选具代表性的断面。挺水和浮叶植物样方面积一般采用1m×1m样方，植株稀疏2
群落(＜100株/m)的采用5m×5m样方。沉水植物样方面积视疏密采用0.5m×0.5m或0.2m×
0.2m。为研究沉水植物对水体环境的适应性，采集测定每种沉水植物最密处的现存量。

[0074] 采样水生植物样本的同时，对调查样点的水质作同步取样调查。若水深小于1m，则用5L采水器采取表层以下0.5m处的水样。若水深大于1.5m则每隔0.5m采取5L水样，混匀后取混合水样分析测定。透明度采用萨氏盘现场测定。电导率、水温、pH、溶解氧、铵氮用多参数水质分析仪(YSI Professional Plus，USA)现场测定。

[0075] 总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素采用国家标准方法测定。总氮采用过硫酸钾氧化、紫外分光光度法，总磷采用过硫酸钾消解、钼锑抗分光光度法。高锰酸盐指数采用酸性法测定。叶绿素a采用丙酮萃取、分光光度计分析法。综合水质指数参考有关文献(DOI：10.3321/j.issn：0253‑374X.2005.04.012)进行计算。

[0076] 在所调查的水体中，理化和生物环境因子都表现出很宽的变化范围(表2)。调查水体类型涵盖了II类水到劣V类及黑臭水体。以V类水为目标值，各指标平均值的综合标识指数为5.930，中位值为5.520。就平均值的综合水质标识指数来看，总氮为7.3、总磷为6.4、氨氮为6.1，主要是总氮、总磷浓度超标。从叶绿素a浓度、总磷及透明度来看，根据经济合作与发展组织(OECD)提出富营养化的几项指标量(平均总磷浓度大于0.035mg/l；平均叶绿素浓度大于0.008mg/l；平均透明度小于3m)，绝大多数水体都处于富营养状态。以透明度、叶绿素a和总磷平均浓度计算得出的卡尔森营养状态指数为67，处于中度富营养化状态。

[0077]

[0078]

[0079]

[0080]

[0081]

[0082]

[0083] 表4 沉水植物覆盖率、种类数与环境因子的关系

[0084]

[0085] 注：粗体字表示差异显著(P＜0.1)

[0086] 不同的沉水植物对不同环境因子的耐受度不尽相同。在调查到的八种沉水植物中，以金鱼藻分布最广。比较有无金鱼藻分布的河道可以看出，金鱼藻能耐受很高浓度的营养盐。一些没有金鱼藻分布的河道水质甚至优于有金鱼藻的河道，在接近黑臭的东上澳塘仍有金鱼藻悬浮于表层水中。不少河道在浮萍、紫萍等浮叶植物下还生长着金鱼藻，使得有金鱼藻分布的河道浮叶植物覆盖率大于没有金鱼藻分布的河道。此外，由于在调查的河道中没有金鱼藻分布的河道水深小于有金鱼藻分布的河道，而无金鱼藻分布的河道往往其它沉水植物也较少，使得藻密度要高于有金鱼藻组，藻类密度高，光合作用强烈使得溶解氧反而高于有金鱼藻组。此外，无金鱼藻组pH值较高，说明pH值也可能是金鱼藻的限制因子之一。pH值较高一方面可能与盐碱化有关，另外也可能是由于藻类光合作用消耗了水中大量的二氧化碳所导致。有金鱼藻分布的河道，桡足类的密度也较高(表5)。

[0087] 表5 几种沉水植物的有无与环境因子的关系

[0088]

[0089] 注：粗体字表示差异显著(P＜0.1)

[0090] 需要说明的是，下述实施例1‑4的物种和环境因子数据均来源于上述的野外调查的结果。采用每样点每次调查的原始数据进行分析，必要时进行对数转换。

[0091] 实施例1：不同沉水植物对总氮的影响

[0092] 从夏季沉水植物分布面积来看，随着总氮浓度的增加，沉水植物覆盖率逐渐降低，两者之间的关系呈S形曲线变化。为研究营养物浓度与沉水植物覆盖率之间的关系，对调查数据采用Hill1模型拟合从而反映两者之间的关系，Hill1模型公式及各参数意义如下：

[0093]

[0094] 上式中因变量y在本研究中为沉水植物覆盖率(％)或各沉水植物生物量(g/m2)；自变量x在本研究中为营养盐浓度如总氮、总磷(mg/L)或者水质标识指数(无量纲)；START为初始值，END为终值。k为米氏常数(Michaelis constant)，在本研究中类同于转换阈值，Hill系数n反映了转换阶段的陡峭程度。

[0095] 首先，对沉水植物覆盖率和总氮浓度进行拟合。得到拟合曲线图6，图6中最右侧的边界线(曲线c)拟合公式如下：

[0096]

[0097] 对应沉水植物覆盖率50％处的总氮浓度为F1＝5.91mg/L。仔细检查原始数据发现，最外侧这些点虽然总氮浓度很高，但其总磷浓度却处于相对较低的水平。而中间曲线(b)的总磷与总氮比例正常，拟合方程为：

[0098]

[0099] 上式对应的50％覆盖度总氮浓度为F2＝3.52mg/L。曲线c和曲线b大致反映了沉水植被退化的过程，因为这些点在以后的调查中观察到沉水植物消失的情况。

[0100] 最内侧的曲线a主要反映了沉水植物恢复的过程，这些点部分是人工改造种植的结果，也有些是自然变动的结果。对应的拟合方程为：

[0101]

[0102] 上式对应的50％覆盖度总氮浓度为Fr＝2.04mg/L。

[0103] 实施例2：不同沉水植物对总磷的影响

[0104] 在前面的统计对比中也发现，总磷深度对沉水植物也有显著的影响。尽管总氮在超过80％以上的水体中超出了阈值，但在总氮比较低的一些水体中，总磷过高也可能产生限制。因此，对总磷浓度与沉水植物覆盖度的关系也作了拟合，得到拟合曲线图7。在上海地区的河流中，随着总磷浓度的增加，夏季最大沉水植物覆盖率呈衰减的趋势，但即使总磷高达2.0mg/L，仍有相当可观的沉水植物分布。拟合发现，与总氮影响比较类似的是，当总磷浓度很高，但总氮浓度低时，沉水植物覆盖率仍然相当可观。图7中，最右侧曲线c代表了沉水植被退化时的最大磷限值。相应的拟合方程为：

[0105]

[0106] 上式中对应的50％沉水植物覆盖率总磷浓度为F1＝0.792mg/L。

[0107] 中间曲线b代表当总氮总磷比例正常时的退化曲线。拟合方程为：

[0108]

[0109] 上式中对应的50％覆盖率总磷浓度为F2＝0.599mg/L。

[0110] 同样地，恢复时拟合的最内侧曲线a如下：

[0111]

[0112] 上式对应的50％覆盖率总磷浓度为Fr＝0.369mg/L。

[0113] 上述分析中，仅考虑了单一营养物浓度的影响，从图8可以看出，当总磷小于0.6mg/L时，即使总氮浓度较高，沉水植物覆盖率相当可观。同样地，当总氮浓度小于6mg/L时，总磷浓度很高时也仍有一定的沉水植物覆盖率。而在两者之间的区域，沉水植物覆盖率几乎为零。以上说明，单一营养元素浓度对沉水植物覆盖率的影响是有限的，需要综合考虑其它元素的影响。

[0114] 沉水植物恢复时总氮阈值2.03mg/L接近于《地面水环境质量标准》V类水下限，而总磷阈值也接近于V类水的下限。在《地面水环境质量标准》基础上发展的水质综合指数(WQI)能很好地全面地对水质加以评价，并得到了广泛的应用。

[0115] 实施例3：不同沉水植物对综合水质指数的影响

[0116] 通过观察夏季水质综合指数与沉水植物覆盖率的关系可以发现，当综合水质指数大于8时，沉水植物覆盖率为零。当综合水质指数大于7(黑臭)时，沉水植物覆盖率处于相当低的水平，仅可能在沿岸水带有少量沉水植物分布。沉水植物覆盖率较高的情况局限于综合水质指数小于6的范围内。因此，水质综合指数对沉水植物覆盖率影响可能更为综合全面。对水质综合指数(本研究中为总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数、溶解氧的平均水质指数)与沉水植物覆盖率进行拟合，得到拟合曲线图9，图9中，退化过程(最右侧曲线b)拟合方程如下：

[0117]

[0118] 式3‑1对应50％时的综合水质指数为Fd＝6.2。拟合方程相关系数高，而且统计检验处于极显著水平，说明综合水质指数与沉水植被覆盖率之间有显著相关关系。

[0119] 图9中，最内侧曲线a可以大致反映了恢复时的水质标识指数，拟合方程为：

[0120]

[0121] 式3‑2的统计检验显著性同样也极高，对应50％覆盖率的水质标识指数为Fr＝5.5。

[0122] 实施例4：不同沉水植物对光照强度的影响

[0123] 此外，由于这些大部分河道沿岸为自然坡度构造，有光照充足的浅水区供沉水植物生长。浮游植物的遮光效应可能不是影响沉水植物的主要因素，按平均透明度40cm计算，理论上，100cm以内的水域沉水植物都能生存。但实际上，在富营养水体中，附着藻类特别是丝状藻类对沉水植物的生长影响更大。根据实际调查发现，随着营养盐浓度的升高，丝状藻类也越来越多，最终导致沉水植物无法生存。

[0124] 上海地区缓流水体草‑藻转换的阈值与浅水湖泊的阈值有很大差异。根据国外大型湖泊夏季的总磷、总氮浓度与水生植物覆盖度的调查，结果显示当总磷浓度达到0.1mg/L以上，总氮浓度达到2mg/L以上时，水生植物的覆盖度几乎趋于零。这些差异一方面可能是水体深浅引起的。调查的这些水体平均水深仅1.4m，光照条件比湖泊要好，因而浮游植物的影响可能小于湖泊中的，更多的可能是附着藻类的影响。另一方面，可能是物种差异引起的。不同的沉水植物对水体富营养化耐受程度不同。

[0125] 由此，综合实施例1‑4，得出的结论如下：

[0126] 总氮是上海地区中小型缓流水体生态恢复的首要控制因子。总磷和综合水质指数也需在一定范围内。上述拟合曲线表明，夏季上海地区中小型缓流水体沉水植物退化的总氮阈值为3.52mg/L，人工恢复时阈值浓度为2.04mg/L；退化时总磷阈值为0.599mg/L，人工恢复时总磷阈值为0.369mg/L。按照这一标准，85％的水体总氮超标，60％的水体总磷超标。大部分河道需降低营养盐浓度后者才能进行沉水植被恢复。为克服水质单一因子的缺陷，采用水质综合指数进行拟合，结果表明，退化时的综合水质指数为阈值为6.2，恢复时的水质综合指数阈值为5.5。按照此标准，有53％的水体需降低营养水平后才能恢复沉水植被。
低的氮磷比有利于沉水植物恢复。

[0127] 实施方式二

[0128] 本发明的另一实施方式提供一种适用于缓流水体沉水植物的生态恢复方法，所述缓流水体满足上述实施方式一中恢复可行性的条件；具体包括如下步骤：

[0129] (a)选定待恢复的缓流水体；

[0130] (b)测定缓流水体中水质和光照强度：

[0131] 若缓流水体中水质和光照强度满足所述沉水植物恢复可行性的条件，则根据各类沉水植物适宜的条件进行种植，从而恢复所述沉水植物。

[0132] 实施方式三

[0133] 本发明的还一实施方式提供一种改善缓流水体水质的方法，包括如下步骤：

[0134] 若缓流水体中水质和光照强度满足所述沉水植物恢复可行性的条件，则根据各类沉水植物适宜的条件进行种植，从而恢复所述沉水植物，改善所述缓流水体水质；

[0135] 否则，则采用其他的改造措施进行水质的改善。

[0136] 具体的改造措施可以采用如下方法：

[0137] 水生植被的恢复首先应创造适合于植物生长的环境，对引起退化的主要环境因子加以改造。上海地区缓流水体超过50％是由营养盐浓度较高引起的水生植被退化。因此，在进行水生植被特别是沉水植被恢复前，需要采取其它措施先降低水体营养水平。清淤是降低水体中磷浓度快速而有效的办法。而在营养盐浓度不是很高的水体，透明度是首先要考虑的因素。

[0138] 在退化严重的水体，仅仅创造适合水生植物生长的环境是不够的。经过长期的富营养化影响，沉水植物种植资源匮乏甚至完全没有，仅依靠自然的生长扩散恢复，一方面时间较长，另一方面可能得不到想要的物种。因此，需要人工种植水生植物，加速恢复过程。在人工种植时，应依据待恢复水体水体环境状况及不同沉水植物耐受度选用不同的种类。

[0139] 试验地点

[0140] 选取有调查数据的具有代表性的市区、城镇及农村缓流河道10条，各河道名称及周边环境如表6所示、

[0141] 试验方法

[0142] 通过清淤、改造坡岸结构及其它工程措施创造适合植物生长的条件。监测改造前和改造后的水生植物生长状况，同时监测水质。

[0143] 表6 水生植被恢复试验河道及环境

[0144]

[0145] 注：“周边土地使用类型”一栏用a(农业用地)、b(居住用地)、c(工业用地)、d(裸地)表示。“驳岸类型”一栏用1(水泥硬质驳岸)、2(木桩或石块围护驳岸)、3(原始土质驳岸)表示。

[0146] 从理化因子的变化来看，采取清淤措施的大部分河道总磷、铵氮都有不同程度的下降。但高锰酸盐指数也无明显变化，总氮变化也不大，有的甚至有上升的现象，溶解氧改造后大部分有所下降，结果导致综合水质指数(WQI)前后变化不明显。从平均值来看，总磷降低了35％左右，总氮降低了15％左右。

[0147] 钱中河改造后总磷反而有所上升，可能与其位于下游受上游来水影响大及清淤不完全有关。万平河在改造后水质综合指数有所上升，可能与改造后一段时间封闭河道流通性差有农业废水排入有关。斜泾港位于水稻种植区，受农业排水影响波动大。故其水质改造后水质指数反而有所上升。东上澳塘采取增加人工浮床措施后，总磷、铵氮有所下降，但溶解氧也降低了。

[0148] 徐家宅河、江场河和先锋河采取的措施完全相同。江场河和先锋河的水质都得到了明显提升，但是徐家宅河在改造后又受到生活污水的污染，导致水质前后无变化。束家湾改造前水质并不差，但是泥沙含量高，透明度低，采取半封闭措施后，透明度得到了改善。

[0149] 试验河道长度一般为1～5km，由于受上游水质影响大，这些改造措施对水质改善的效果并不能很好的体现出来。

[0150] 表7 改造措施对理化环境的影响

[0151]

[0152]

[0153] 改造前后水生植物群落变化明显，透明度、叶绿素含量、溶解氧与群落变化关系明显(图10)。从左图可以看出，沉水植物处于高透明度、低浮游植物密度区，而挺水植物与之相反。从右图可以看出，改造前后的主要区别在于透明度和藻密度及总磷。改造后的水体分布于高透明度、低浮游植物密度、低总磷浓度区。说明大部分改造措施对水生植物恢复起到了积极的效果。

[0154] 结论

[0155] (1)现场试验表明，通过人工改造使营养水平达到恢复阈值的水体，都能够很好地恢复沉水植被，说明研究得出的阈值是可靠的。

[0156] (2)沉水植物未恢复的原因有三方面，一是营养水平过高，超出了恢复阈值。二是在营养水平满足要求的情况下，透明度不足。三是人工种植的种类选择不对。

[0157] (3)清淤能使上海地区水体总磷降低浓度35％，总氮降低浓度15％，改善水底环境，使底栖动物生物量增加近一倍，对沉水植被的恢复有促进作用，建议恢复前采取此措施。过滤装置对去除80％的浮游藻类，提高水体透明度近70％。

[0158] 需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。