梁子湖生态站刘春花课题组研究湖泊生态系统磷循环机理取得新进展

　　

　　刘春花教授课题组今年在环境和生态学主流期刊《Environmental Pollution》（IF=8.071）发表了沉水植被重建修复富营养化湖泊的控磷机制的文章，论文题目为“Submerged macrophytes successfully restored a subtropical aquacultural lake by controlling its internal phosphorus loading”。第一作者是2017级博士研究生李杨，刘春花教授为通讯作者。该研究结果表明：大通湖重建沉水植物显著降低了上覆水及表层沉积物中磷含量，尤其是上覆水中溶解性磷和沉积物中钙结合态磷含量降低了一半以上；沉水植物可以有效抑制内源磷释放，主要取决于底层水的溶解氧浓度；同时发现不同生长型（冠层型和莲座型）沉水植物对高温的响应策略不同，从而影响了湖泊中水生植物群落的组成，并决定着湖泊修复效力；铁在调控沉积物磷释放方面扮演着关键角色。

　　该课题组对大通湖磷循环的研究还发现：湖泊在清淤两年后，由于活性磷的重新沉积，清淤效力将随着时间的推移而减弱，反而增加了内源磷的释放风险。因此，为了抑制沉积物磷的释放，将清淤工程与水生植被重建相结合，有效改善表层沉积物的氧化膜结构，减少了沉积物的再悬浮和磷向水体的释放通量，从而达到长期控制沉积物磷释放的目的。该研究结果发表在环境和生态学主流期刊《Science of The Total Environment》（IF=7.963）上（第一作者是2017级博士研究生李杨，刘春花教授为通讯作者）。

　　此外，大通湖系列研究还发现：沉水植被的恢复降低了水体和沉积物中磷的含量，提高了水体的透明度，但增加了沉积物中碳和氮的含量。这些环境条件的改变对水生微生物群落有潜在的影响；植被的恢复提高了沉积物细菌群落的α多样性，但降低了浮游细菌的α多样性，且沉水植物物种的差异对浮游细菌群落组成影响较大。该结果近日发表在环境和生态学主流期刊《Science of The Total Environment》（IF=7.963）。第一作者是武汉大学生科院2018级博士研究生巢传鑫，刘春花教授为通讯作者。

　　2019级博士生严智伟对湖泊早春植物研究表明：沉水植物菹草生态幅宽，能在冷季甚至冰下正常生长和越冬，是长江流域冬春季节的优势种，其在富营养化水体能建群并修复生态系统。实验表明富营养化和全球变暖显著地影响了菹草的形态特征，改变了菹草的繁殖策略，抑制营养器官内氮、磷等营养元素的富集，不利于菹草的生长发育和种群扩散，从而对冬春季湖泊生态系统稳态维持产生不利影响。该结果于近期发表在《Environmental and Experimental Botany》（IF=5.545）（第一作者是2019级博士研究生严智伟，王力功老师和刘春花教授为共同通讯作者）。

　　梁子湖生态站将基础研究结果用以指导生态恢复实践，探索高效低耗的水生植被重建和生态系统修复的新技术方法，发明了充分利用水体生态空间的立体种植模式，经过三年水生植被重建和生态治理，恢复第一年（2018年）水生植被覆盖率达到82%。目前，大通湖水质由劣五类上升为四类，由三年前的“水下荒漠”演变为今天的“水下绿洲”，生物多样性显著增加，大通湖 “由蛹化蝶”的蜕变使得长江流域最后一个富营养化湖泊脱离劣五类，环境部和湖南省充分肯定了大通湖的治理成效。

　　这些研究工作得到国家科技基础研究专项基金（2013FY112300）、国家自然科学基金（31900281）和中央高校基础研究基金（2042020kf1025）的资助。

论文连接如下：

Y. Li, L.G. Wang, C.X. Chao, H.W. Yu, D. Yu, C.H. Liu*. 2021, Submerged macrophytes successfully restored a subtropical aquacultural lake by controlling its internal phosphorus loading. Environmental Pollution. 268, 115949.

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115949

C.X. Chao, L.G. Wang, Y. Li, Z.W. Yan, H. Liu. D. Yu, C.H. Liu*. 2021, Response of sediment and water microbial communities to submerged vegetations restoration in a shallow eutrophic lake. Science of The Total Environment. 801,149701.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149701

Z.W. Yan, Q.Y. Qiu, Y. Li, L. Wu, J.N. Wang, B. Xing, D. Yu, L.G. Wang*, C.H. Liu*. 2021, Combined effects of warming and nutrient enrichment on water properties, growth, reproductive strategies and nutrient stoichiometry of Potamogeton crispus. Environmental and Experimental Botany. 190, 104572.

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104572

Y. Li, L.G. Wang, Z.W. Yan, C.X. Chao, H.W. Yu, D. Yu, C.H. Liu*. 2020, Effectiveness of dredging on internal phosphorus loading in a typical aquacultural lake. Science of the Total Environment. 744, 140883.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140883