摘要
富营养化已成为当前全球水生生态系统面临的最主要的环境问题，主要与人类活动导致过量的磷输入有关。磷是限制水生生态系统初级生产力最重要的元素，而沉积物磷释放成为富营养化持续发生的关键驱动力，尤其在浅水湖泊这种作用更加明显。因此，成功控制磷污染成为治理富营养化的关键。水生植物作为水生生态系统中最重要的初级生产者，在改善水质、降低营养盐含量和维持水生生态系统结构与功能方面扮演着关键角色。近些年，水生植被重建技术用于修复富营养化湖泊已经引起广泛关注。然而，很少有大尺度（gt;80km2）的研究集中在水生植被恢复亚热带磷污染湖泊上，且沉水植物控制沉积物磷释放的机制尚不清楚。本论文以典型富磷浅水湖泊大通湖为研究区域，通过原位调查，利用薄膜扩散梯度技术（DGT）和高分辨孔隙水采样技术（HR-Peeper），同时结合沉积物不同形态磷连续提取技术（SMT法）相结合的方法来进一步了解水生植被重建过程中沉积物和上覆水中磷形态的季节和空间变化，以期阐明沉水植物在富营养化磷污染湖泊中控制内源磷负荷的机制。同时，与清淤技术形成对比研究，找到控制内源磷负荷的有效方法。本研究可以为其它富营养化湖泊的水生植被恢复及管理提供理论指导。 1.本文第一部分研究了大通湖外源磷时空动态分布及长期进行水产养殖对内源磷的影响。大通湖流域陆源养殖废水及湖岸32个河流上覆水磷时空分布特征研究（第三章）结果表明，大通湖陆源畜禽养殖废水磷污染严重，且东岸河流水体含有较高的磷含量，尤其春末夏初季节更高。沉积物磷特性研究发现长期进行集约型水产养殖活动及外源废水输入对沉积物不同形态磷含量具有显著影响，尤其是沉积物钙结合态磷（Ca-P）和铁结合态磷（Fe-P）含量（第四章）。湖心区表层沉积物更高的Ca-P和有机磷（OP）含量很大程度上与施肥种类有关，而湖岸区表层沉积物Fe-P含量更高很大程度上与外源废水输入有关。除此之外，开场水域长期进行水产养殖活动导致湖心区磷污染层达70mm深，而湖岸浅水区高密度围栏养殖及外源废水大量输入造成该区域磷污染层更深（大于70mm）。集约型水产养殖明显提高了沉积物活性磷含量，尤其是高密度围栏水产养殖模式（第五章）。夏季沉积物孔隙水可溶性活性磷（SRP）释放主要集中在表层20mm深的沉积层，尤其湖心区孔隙水SRP的释放更强烈。此外，沉积物磷的释放主要由Fe调控。我们的结果表明大通湖外源上覆水及内源沉积物展现不同的磷形态分布及积累特征，因此，应根据具体位点磷污染特征制定有针对性的磷修复措施。同时，减少外源废水输入对于控制湖泊富营养化至关重要。 2.本文第二部分研究了水生植被重建及沉积物清淤对内源磷控制的影响。我们发现重新引入沉水植物可以有效降低上覆水及表层沉积物磷含量，尤其是上覆水中溶解性磷含量和沉积物Ca-P含量降低了一半以上；恢复之后，大通湖表层沉积物磷污染水平由重度污染降低为中度污染水平，而上覆水总磷浓度由地表湖库劣V类水平降低为Ⅴ类水平；沉水植物可以有效控制内源磷释放，主要取决于底层水的溶氧浓度；同时，我们发现不同生长型的沉水植物（冠层型和莲座型）对高温的响应策略不同，较大程度上决定着湖泊中水生植物群落的组成，从而决定着最终的修复效力（第六章）。植物器官磷结果表明大通湖水生植物含有更高的磷含量且水生植物磷含量展现明显的季相变化。优势沉水植物轮叶黑藻和密齿苦草从生长期到花果期，其地上部分呈现明显的磷富集现象；而从花果期到衰亡期植物地上组织磷含量呈下降趋势，很可能与水生植物将更多的营养物质转移到后代繁殖体有关。轮叶黑藻展现最高的磷积累量，可能主要与其适应高温环境及具有更高的生长率有关。而密齿苦草地下部分磷含量最高，可能与其具有发达的根系，且其生长繁殖主要靠根系吸收更多的磷有关（第七章）。清淤结果表明随着生物可利用性磷（Fe-P和OP）的重新沉积，清淤效力将随着时间的推移而减弱，这反过来又增加了沉积物磷的释放风险（第八章）。 综上，本研究丰富了现有的关于沉水植物修复亚热带磷污染湖泊的知识，同时为沉水植物修复湖泊内源磷负荷机制提供了新的理论支撑。
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