水生植物修复对过水性湖荡水生态环境的影响 ——以宛山荡为例

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湖荡是河湖水系连接的关键缓冲节点,对太湖及周边水系污染物拦截、水质净化和生态系统调节具有重要的影响。受人类生产生活等社会活动的影响,外源物质输入湖荡内导致湖荡表现为不同程度的富营养化。这不仅抑制了湖荡内水生植物的生长、破坏了湖荡生态系统而且阻碍其水资源利用及功能的发挥。宛山荡是太湖流域典型的过水性湖荡,于2019年3月~6月在宛山荡西北湖区通过地形重塑和生态缓冲带的建立,营造良好的生境条件,促进湖荡区域内水生植物修复。本文通过对宛山荡西北湖区(示范区、敞水区和对照区)水生植物、水质和浮游植物进行跟踪监测,并利用Biolog技术对水生植物修复后宛山荡西北湖区夏季水体微生物群落代谢功能进行分析。同时针对宛山荡优势沉水植物苦草(Vallisneria natans)和菹草(Potamogeton crispus L)春末夏初交替生长的现象进行模拟实验,综合分析宛山荡湖区水生植物修复对水生态环境的影响,以期为湖荡湿地和类似浅水湖泊的水生植物修复和生态管理提供参考。本文的研究结果如下:(1)于2019年8月~2020年8月对宛山荡西北湖区水质月度监测结果显示,水生植物修复对示范区水体透明度改善效果明显,示范区水体年平均透明度比敞水区和对照区分别提高了23%和30%,通过多元回归分析表明,悬浮物(SS)是影响宛山荡水体透明度的最主要因子,其次是CODMn。宛山荡西北湖区水体中DOM主要由类色氨酸(C1)、类腐殖质(C2)和类腐殖质(C3)组成,荧光强度百分比和荧光光谱特征参数(HIX、BIX、FI)结果均表示宛山荡水体溶解性有机质(DOM)主要以内源贡献为主。水生植物修复后示范区TN、NH4+-N和TP年平均浓度比敞水区分别降低了32%、28%和28%,比对照区分别降低了19%、32%和31%,但对水体中CODMn去除效果不明显,这与水生植物腐烂分解有关。另外开闸放水(2019年11月)和连续暴雨(2020年7月)等极端条件导致宛山荡西北湖区水质波动较大,但示范区水质仍较好于敞水区和对照区。(2)通过对宛山荡西北湖区水生植物、浮游植物进行季度监测并利用Biolog技术对宛山荡夏季水体微生物功能多样性进行分析,结果表明水生植物修复后示范区水生植物种类、盖度和物种多样性显著提高,沉水植物盖度达到了37%~49%,沉水植物苦草(Vallisneria natans)和菹草(Potamogeton crispus L)为示范区主要的优势植物。由于示范区特殊的地形和水文等导致水生植物的生长对示范区水体Chl.a改善效果不明显,但对浮游植物群落特别是蓝藻有较大影响。调查结果还显示,宛山荡西北湖区浮游植物以蓝藻、硅藻和绿藻为主,水体处于中污染到轻污染之间,CODMn、SS、T和TN是影响宛山荡西北湖区水体浮游植物群落的主要环境因子。另外水生植物修复还能促进水体微生物群落演替,提高微生物对碳水化合物、羧酸类、多聚物类和胺类碳源的响应和利用,增加水体微生物代谢活性,提升湖荡区域水体自净能力。(3)沉水植物在季节交替生长过程中的管理问题是保障湖荡生态系统稳定运行的一项重要的工作。通过模拟人为栽种系统中春末夏初不同生物量菹草衰亡对苦草生长的影响,进行为期100 d的持续监测,结果表明沉水植物苦草的生长能加快菹草残体的分解。在苦草生长的情况下投加0.5 kg·m-3菹草残体量有利于苦草植株的发育生长,能提高水体中DO浓度,还能促进水体中氮磷营养盐的转化和去除,水体中DTN、TN、DTP、TP和PO43--P分别降低了36.09%、51.57%、68.98%、65.69%和79.21%,但过量(1 kg·m-3)的菹草残体会抑制苦草的生长,导致苦草植株腐烂分解,从而使水体中氮磷营养盐维持在较高水平。0.5 kg·m-3菹草腐解和苦草生长还能降低水体中CDOM含量,而过量(1 kg·m-3)的菹草腐解会导致水体中CDOM含量大幅度增加。从微生态角度来看,菹草中速分解阶段,水体中微生物群落对碳源的利用程度最高,并且苦草和菹草交替生长的过程能显著提高水体微生物群落对碳源特别是碳水化合物的利用能力,还能增加微生物功能多样性指数。冗余分析结果还表明,TN、DTP、TP、DO和DOC是影响水体微生物功能多样性的主要环境因子。综上所述,宛山荡西北湖区示范工程实施后水生植物的增加显著改善了水环境,修复了湖荡的生态功能,达到了提升湖荡湿地生境质量的目的,为湖荡湿地和类似浅水湖泊的生态修复积累了一定的工程经验。但极端的条件对宛山荡水环境影响较大,仍需要采取相应的措施进行控制。另外,在春末夏初季节交替时控制0.5 kg·m-3菹草残体量有利于湖荡内水环境的改善以及水生植物的生长。
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