种类与恢复面积对沉水植物修复污染水体的效果及其机理研究

水生植物是水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者，介于水-泥、水-气及水-陆界面，对生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用，水生植被恢复已经成为富营养化水体生态修复的关键技术之一。本项目拟选取水体修复过程中常采用的沉水植物金鱼藻、狐尾藻、苦草等作为研究对象，研究在不同植物种类、组合、恢复面积等单一及复合条件下沉水植被恢复对上覆水水质的修复效果及其季节变化规律，并揭示其对上覆水和间隙水各形态磷、沉积物中各磷赋形态、沉积物最大吸附磷量Smax和磷平衡浓度EPC0的影响；通过磷脂脂肪酸、16sRNA基因的末端限制性片段分析(T-RFLP)以及多聚酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)等分析方法解析植被恢复对沉积物中微生物群落结构的影响规律；预期成果将为沉水植被恢复的最佳植物种类及组合、恢复面积确定以及富营养化水体治理提供科学依据与技术支撑。

通过构建中试系统，以金鱼藻、狐尾藻和苦草为对象，系统研究了沉水植物恢复对富营养化水体的净化效果，以及对“沉积物-水”界面磷动态平衡和沉积物微生物群落结构的影响，探讨了富营养浅水湖泊沉水植物的修复作用及机制；通过比较不同恢复面积以及植物种类等单一与组合情况下的修复效果，优化了沉水植被恢复过程中的相关参数。.主要结论如下：.1、三种植物对富营养化水体均具有显著的改善作用。金鱼藻、狐尾藻和苦草通过从水体中吸收氮、磷等，增加水体溶解氧，改变pH值和氧化还原电位，抑制藻类的生长，维持较高的水体透明度等。.2、金鱼藻对“沉积物-水”界面磷动态的研究显示：1）金鱼藻生长能够显著降低上覆水总磷、颗粒态磷、总溶解态磷（TDP）、溶解态磷（SRP）以及间隙水TDP、SRP的浓度；2）显著促进了沉积物中有机磷（OP）的分解和NH4Cl提取磷（NH4Cl-P）的释放，沉积物总磷含量显著低于对照组；3）金鱼藻显著降低了沉积物最大吸附容量（Qmax）。T-检验显示实验组磷平衡浓度饱和度百分数（EPCsat）显著高于对照组，实验组EPCsat沉积物主要表现为SRP的“源”，而对照组主要表现为 “汇”。因此，金鱼藻的生长促进了沉积物磷的释放，并降低了上覆水磷含量。.3、金鱼藻促进了微生物对沉积物中资源的利用，改变了沉积物中微生物的群落结构，并且在根区和非根区呈现不同的变化趋势。其中，根区沉积物中微生物的多样性显著降低，而非根区显著增加；在根区和无植物的对照组沉积物中分别形成了β-变形杆菌和酸杆菌的优势菌群。.4、通过设置不同恢复面积（0，20%，33%，50%）的金鱼藻实验系统，解析上覆水中各变量的变化特征，发现水体中总磷、氨氮、叶绿素、总氮、化学需氧量以及水体浊度与覆盖面积呈显著线性负相关，不同系统之间净化效果差异不显著。基于此结果并综合其它因素，认为在本实验条件下20%为最佳恢复面积。.5、对金鱼藻、狐尾藻单一及组合模式下的效果进行比较，三种方式之间不存在显著性差异，综合多种因素考虑，建议工程实践中选择的优先顺序为：金鱼藻和狐尾藻组合＞金鱼藻＞狐尾藻；比较金鱼藻、苦草单一及其组合三种恢复方式，得出金鱼藻单一和两种植物组合的效果远优于苦草单一恢复，建议优先顺序为：金鱼藻和苦草组合＞金鱼藻＞＞苦草。