水生所在基底改良和沉水植物恢复工程应用研究中取得进展

　　

　　杭州西湖是我国首个列入《世界遗产名录》中的湖泊类文化遗产，是我国城市景观湖泊的典型代表。杭州西湖面临的环境问题在我国城市湖泊非常具有代表性。富营养化湖泊治理后期将面临内源污染和生态恢复等问题。这是湖泊在完成控源截污后将面临的主要环境问题。在水生态修复工作中，恢复沉水植物是水体治理的有效途径。生境条件的改善是沉水植物恢复的必要条件。就西湖而言，即面临着“香灰土”的问题。西湖湖底的浮泥层和软泥层氮磷营养盐和有机质含量高、腐殖化程度高、含水率高、极易悬浮，形似香灰，俗称“香灰土”。“香灰土”底质非常不利于沉水植物的生长和恢复。种子萌芽和根系的发育是沉水植物恢复的关键，而底质条件对沉水植物的发芽、根系及营养获取起到至关重要的作用。如何在重富营养化城市湖泊“香灰土”底质上进行底质改良和生态修复是个科学和技术难题，也是困扰西湖进一步提升水质的障碍之一。 

　　以中科院水生所吴振斌研究员学科组为主的西湖科研团队针对西湖“香灰土”底质等不利于沉水植物恢复的技术难题，将改性矿物基材料制备成环保型复合基底改良剂和沉水植物的种植载体，研发了针对不同底质生境的生态型基底改良技术和沉水植物恢复技术（图1），并成功应用于杭州西湖（图2、图3）。开展了杭州西湖小南湖基底改良和沉水植物恢复示范区的六年长期效应评估。 

　　研究发现基底改良技术突破了高有机质、高营养盐胁迫等生境制约沉水植物恢复的瓶颈，在示范区成功恢复了苦草为主的复合沉水植物群落，示范区沉水植物盖度长期维持在95%以上，显著降低了沉积物总磷和有机质含量，2015年沉积物总磷和有机质含量分别为2.94 mg/g和27.44%，2020年分别降到 1.33 mg/g和 8.08%。增大了沉水植物生物量，提高了沉积物微生物多样性，改善了示范区底栖无脊椎动物群落结构，水环境质量明显改善，透明度达到2.5m以上，加快了湖泊生态系统的恢复与重建，促进了水生态系统向清水草型转换（图4、图5）。　　  

图1 基底改良技术原理示意图 

图2 基底改良和沉水植物恢复施工过程

图3 基底改良和沉水植物恢复技术工程应用示意图 

图4 基底改良和沉水植物恢复工程对沉积物特性、沉水植物、微生物和底栖生物的影响效应

图5 西湖小南湖基底改良和沉水植物恢复示范区

　　相关研究工作近期陆续发表。研究工作得到了国家“十二五”水专项（2012ZX07101007-005）、国家自然科学基金（31830013; 51709254）、中国科学院青年创新促进会（2020335）、中国科学院科技服务网络计划（STS计划）（KFJ-STS-ZDTP-038）、湖北省自然科学基金（2020CFB555）、中国科学院特别研究助理资助项目等项目的支持。 

　　“Long-term study of ecological restoration in a typical shallow urban lake”，发表于Science of the Total Environment（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722046034），第一作者：刘子森，通讯作者：张义； 

　　“Combined Remediation Mechanism of Bentonite and Submerged Plants on Lake Sediments by DGT Technique”发表于Chemosphere（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653522007299），第一作者：刘云利，通讯作者：张义； 

　　“Effects of bentonite on the growth process of submerged macrophytes and sediment microenvironment”发表于Journal of Environmental Management（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721003704），第一作者：刘云利，通讯作者：张义； 

　　“Impact of submerged vegetation, water flow field and season changes on sediment phosphorus distribution in a typical subtropical shallow urban lake: water nutrients state determines its retention and release mechanism”发表于Journal of Environmental Chemical Engineering  （https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213343722008557），第一作者：白国梁，通讯作者：张义。上述研究工作主要参与人员还有：刘碧云研究员、周巧红研究员、吴振斌研究员等。