沉水植物腐解对浅水湖泊水质的影响及其机理

沉水植物被广泛应用于我国浅水湖泊的富营养化治理和生态修复实践。衰亡的沉水植物腐解属于湖泊水生态系统中腐屑循环的一个环节，是一个复杂的过程，释放出来的物质会对湖泊水质产生影响。本项目通过室内模拟实验和原位观测试验，模拟"间伐式"收割和水上收割机不同深度式收割管理方式对沉水植物滞留生物量的影响，研究不同部位、不同生物量的沉水植物腐解过程，水体及底泥中的氮、磷以及有机碳随腐解周期的变化规律，泥水界面的微生物群落受腐解过程的影响，以及沉水植物腐解对有害藻类的抑制作用，揭示沉水植物腐解过程对浅水湖泊水质的影响及其作用机理，从而为沉水植物生物量的定量化管理，改善湖泊水质和湖泊生态系统结构提供理论基础。

目前我国湖泊的水质恶化和严重富营养化致使湖泊生态系统结构受损和功能退化现象，已经引起广泛的关注。湖泊水生态系统中沉水植物影响着水中的鱼类、浮游动植物、底栖生物的组成和分布，同时具有消浪和净化水质的作用，对湖泊生产力及生物地球化学循环具有重要的影响。但是，沉水植物的衰亡腐解对水体水质的影响具有很多负面的争议。沉水植物的衰亡腐解是湖泊水生态系统中腐屑循环的一个环节，这个环节对系统中营养元素的循环和水体水质的影响机理尚不清楚。本项目通过室内模拟、室外验证，研究沉水植物腐解过程中的营养盐释放规律，以及水体、底泥中的氮、磷以及有机碳随腐解周期的变化规律，并探讨不同生物量（滞留量）的沉水植物腐解对水体水质的影响，揭示了微生物群落在腐解过程的变化情况，以及沉水植物腐解对有害藻类的抑制作用。结果表明：（1）沉水植物在初春温度下迅速腐解，该过程中向水体释放大量碳、氮、磷；（2）随着腐解时间的延长，沉水植物向水体释放的磷大部分沉积进入底泥，而氮有部分沉积进入底泥，另一部分则以气体形式逸出水体。较低的沉水植物滞留量，可有效降低水体氮素负荷，对控制湖泊富营养化有着积极意义；（3）沉水植物的腐解过程中，微生物群落呈现先升高后降低的趋势，并且沉水植物的滞留量与微生物群落之间存在显著相关性；（4）沉水植物腐解会抑制微囊藻的复苏生长，且沉水植物滞留量越大抑制越明显。本项目的研究结果首次证明了沉水植物腐解对湖水水质影响，存在一个最佳生物量的拐点，小于该生物量的沉水植物腐解具有降低水体中氮负荷的作用；揭示了这一过程中微生物的作用机理，沉水植物腐解能提高微生物活性，微生物群落与沉水植物的滞留量之间存在显著相关性；另外，与以往的研究沉水植物通过生长竞争和化感效应对藻类生长的抑制作用不同，本研究的结果证实了腐解过程中的沉水植物也能起到抑制藻类萌发复苏的作用，且与腐解的沉水植物生物量成正比。