来源：中国科学院之声
富营养化定义
富营养化是由于氮、磷等营养物质过量输入水体而造成的水污染现象。总磷和无机氮含量分别为0.02毫克/升和0.3毫克/升的水体已经处于富营养化状态。
在自然条件下，随着湖泊底部河流携带的冲积沉积物和水生碎屑的不断沉积，水将从营养不良变为营养丰富，这是一个极其缓慢的过程，需要数百年的时间。然而，人类活动可以加速这一过程。在我国，由于近几十年来经济的快速发展和湖泊资源的过度开发利用，大量的氮磷营养盐随工业废水和生活污水排入湖泊，导致湖泊水体，尤其是长江中下游的湖泊，营养盐过量，富营养化。
富营养化过程
在自然环境的湖泊中，湖泊水体清澈，阳光可以穿透水体到达沉水植物的表面，为沉水植物的光合作用(初级生产力)提供能量，而沉水植物的光合作用可以为湖泊生态系统中的其他生物提供氧气。因此，沉水植物在水生生态系统中起着重要的作用。它不仅能为水中的生物提供庇护和食物，还能减少风浪，抑制湖泊沉积物的再悬浮，降低悬浮颗粒的浓度，促进水中磷的沉积，减少沉积物中磷的释放，改善沉积物的特性，降低养分的释放速率，从而维持整个湖泊生态系统的稳定(图1)。
图1沉水植物在水生生态系统中的构建功能当湖水中氮、磷养分过量时，水中的浮游藻类会爆炸式生长，覆盖水体表面，导致水体透明度下降，阳光无法到达沉水植物表面，或者光照不足以维持沉水植物的光合作用过程，导致沉水植物数量下降甚至逐渐灭绝。沉水植物的缺乏会加剧湖泊水质的恶化，使湖泊生态系统由清水变为浊水。
图2富营养化导致湖泊从清水稳定状态变为混浊水稳定状态水下光场分布
富营养化引起的水质恶化将直接影响水下光场的分布。在长江中下游透明度高的湖泊中，水下光照的最大值出现在560纳米左右。随着水深的增加，照度会逐渐下降，但衰减速度相对较慢。到达水体底部的光照强度能够满足沉水植物的光合作用需要，沉水植物能够正常生长和繁殖；在透明度较低的湖泊中，随着水深的增加，水下光照的最大值向红带移动，蓝带的衰减率大于红带。
在可见光范围内，红光和蓝光是植物光合作用可以吸收和利用的波段。但是，由于叶绿素a对可见光的吸收峰主要在红光波段，叶绿素b在蓝光波段，蓝光在水中的衰减会影响沉水植物叶片的色素组成，进而影响沉水植物的种类分布。
光衰减对沉水植物分布的影响
进入水体后，太阳辐射将被水体本身吸收，浮游植物和悬浮固体的吸收和散射，以及有色可溶性有机物的吸收，然后到达生长在水面以下的沉水植物叶片表面，这称为光衰减(图3)。在光衰减的过程中，光强不断降低。当光强度降低到水面上入射光的1%时，此时的水深称为光带深度(Zeu)。此时，光区深水的光强必须高于沉水植物的光补偿点，以保证沉水植物的正常光合作用。当沉水植物叶片表面的光强低于沉水植物的光补偿点时
在富营养化湖泊中，氮磷浓度的增加将直接导致水体透明度的降低，从而影响水下光场的分布。不同的沉水植物将通过功能特性的权衡来适应水下弱光环境。例如，冠型沉水植物如狐尾藻、竹叶眼子菜和眼子菜会通过茎伸长快速生长到水面以获得足够的光，而苦草主要通过提高光合作用效率来适应弱光环境。功能性状之间的权衡在一定程度上决定了沉水植物的物种丰富度(图4)。
图3水体光衰减过程
图4光衰减对沉水植物对湖泊生态系统的负反馈沉水植物物种丰富度的影响
随着研究者对长江中下游湖泊研究工作的逐步深入，长江中下游湖泊富营养化机理已基本得到解释。目前，更多的研究工作主要集中在湖泊生态系统恢复上。在湖泊生态系统恢复过程中，沉水植被的恢复与重建非常重要。当湖水中氮和磷的浓度降低到适合沉水植物生长时，先锋物种如狐尾藻、金鱼藻和苦草开始恢复定殖。
沉水植物的恢复和重建是一个缓慢的过程。单一物种的恢复很难维持很长时间，通常在短期恢复后会下降。多个物种和类群的恢复可以取得良好的恢复效果。研究表明，当沉水植物的丰富度达到三个以上物种时，水质指数和水透明度可以显著提高，因为物种丰富度越高，资源利用效率越高，对环境的抗干扰能力越强，从而促进了生态系统的稳定。选择沉水植物物种时，应根据其生长类型进行匹配，以避免相同生长类型的物种之间因生态位重叠而产生竞争，从而降低恢复效果。冠层沉水植物狐尾藻和莲花沉水植物狭叶苦草的组合可以显著改善水体(图5)。
图5通过物种丰富度和物种组合改善水体
