城市湿地再生水利用生态环境效应研究

北京城市湿地作为一种自然景观，在降解污染物、净化水源、减少地面热效应、改善城市环境等方面发挥着重要作用。目前由于水资源的短缺和对湿地资源的不合理利用，使得湿地丧失和功能退化成为制约北京市经济发展的因素。再生水在缓解北京市湿地水资源供需矛盾、净化水环境等方面发挥重要作用，从微观的角度深入研究再生水城市湿地利用中生态环境效应非常必要。本立项的目的：1.利用地理信息系统技术建立北京市湿地再生水利用空间数据库和属性数据库；2.利用数量生态学和生理生态学的方法分析湿地植物对再生水利用的生态响应机制；3.研究关键元素N、P迁移转化过程对再生水利用的生态响应机制；4.通过PCR-DGGE技术分析不同季节、不同盐分梯度、不同水深条件下湿地植物根际微生物对再生水利用的生态响应机制。在此基础上，综合分析北京市再生水湿地利用生态环境效应及其作用机制，并提出相应的水生态恢复对策。

再生水补充城市湿地在节水和净化水环境方面表现出绝对的优势，但水中高浓度的氮磷含量使得水体富营养化成为可能，城市湿地植物及微生物在水质净化方面发挥重要作用，但其对再生水中关键元素的迁移转化及其产生的生态环境效应尚缺少全面、系统的研究。本课题采用野外定位研究和室内控制实验相结合的方法，借助于宏观地理信息系统技术和微观的数量生态学、生理生态学、分子生态学手段，研究城市湿地再生水利用的植被生态效应、关键元素的物质循环效应、湿地植物根际微生物生态效应。主要内容和结论有：（1）高度人工化的特点使得湿地物种多样性及其群落类型多样性呈现严重的退缩趋势,而湿地物种多样性和湿地植被净化功能（水质状况）之间存在一定的耦合关系。提出人工引种湿地植物,构建湿地植物群落结构,恢复湿地生态环境是改善再生水补水湿地水体富营养化的重要措施之一。（2）再生水城市湿地补水关键元素与优势湿地植物生理生态学模型构建结果表明，多变量回归模型精度较高；多变量回归模型中，PLSR模型精度较高，R2cv可达0.72，RMSEcv仅为0.24，是建立湿地植物光谱与水体总氮含量关系的最优模型。不同湿地植物类型相比，利用芦苇反射光谱建立的各种预测模型的精度都高于香蒲。其他环境因子（总磷）也是影响TN含量与湿地植物反射光谱关系的重要因素。3）再生水补水人工湿地植物根际微生物生态效应结果表明芦苇根结合细菌群落结构季节差异明显，夏季较秋季细菌群落密度增加，群落多样性增高，均匀度增大；与秋季相比，夏季净化系统各单元细菌群落结构差异较大即各单元细菌优势类群变异较大，偶见类群频度较高，而秋季净化系统中各单元优势类群趋同，偶见类群频度较低。无论夏季还是秋季空间变异规律均表现为潜流湿地较氧化塘更有利于微生物群落密度增高及细菌群落多样性增加，其季节变异较氧化塘更为显著；与循环水处理湿地相比，再生水处理湿地受进水水质的特有属性影响，具有最高群落密度与群落多样性。环境解释结果表明一些生态幅度比较广泛的种属在净化系统中具较稳定的丰度，受水质变量影响较小。水质变量NH4+、TN、ORP、TP是芦苇根结合好气细菌群落结构季节差异的驱动因子，水质变量TDS、pH、Sal则是导致夏季细菌群落结构空间差异的关键因子。