梁子湖生態(tài)站劉春花課題組重建水生植被修復(fù)洞庭湖水系—大通湖研究取得系列進展
劉春花教授課題組今年在環(huán)境和生態(tài)學(xué)主流期刊《Environmental Pollution》（IF=8.071）發(fā)表了沉水植被重建修復(fù)富營養(yǎng)化湖泊的控磷機制的文章，論文題目為“Submerged macrophytes successfully restored a subtropical aquacultural lake by controlling its internal phosphorus loading”。第一作者是2017級博士研究生李楊，劉春花教授為通訊作者。該研究結(jié)果表明：大通湖重建沉水植物顯著降低了上覆水及表層沉積物中磷含量，尤其是上覆水中溶解性磷和沉積物中鈣結(jié)合態(tài)磷含量降低了一半以上；沉水植物可以有效抑制內(nèi)源磷釋放，主要取決于底層水的溶解氧濃度；同時發(fā)現(xiàn)不同生長型（冠層型和蓮座型）沉水植物對高溫的響應(yīng)策略不同，從而影響了湖泊中水生植物群落的組成，并決定著湖泊修復(fù)效力；鐵在調(diào)控沉積物磷釋放方面扮演著關(guān)鍵角色。
該課題組對大通湖磷循環(huán)的研究還發(fā)現(xiàn)：湖泊在清淤兩年后，由于活性磷的重新沉積，清淤效力將隨著時間的推移而減弱，反而增加了內(nèi)源磷的釋放風(fēng)險。因此，為了抑制沉積物磷的釋放，將清淤工程與水生植被重建相結(jié)合，有效改善表層沉積物的氧化膜結(jié)構(gòu)，減少了沉積物的再懸浮和磷向水體的釋放通量，從而達到長期控制沉積物磷釋放的目的。該研究結(jié)果發(fā)表在環(huán)境和生態(tài)學(xué)主流期刊《Science of The Total Environment》（IF=7.963）上（第一作者是2017級博士研究生李楊，劉春花教授為通訊作者）。
此外，大通湖系列研究還發(fā)現(xiàn)：沉水植被的恢復(fù)降低了水體和沉積物中磷的含量，提高了水體的透明度，但增加了沉積物中碳和氮的含量。這些環(huán)境條件的改變對水生微生物群落有潛在的影響；植被的恢復(fù)提高了沉積物細菌群落的α多樣性，但降低了浮游細菌的α多樣性，且沉水植物物種的差異對浮游細菌群落組成影響較大。該結(jié)果近日發(fā)表在環(huán)境和生態(tài)學(xué)主流期刊《Science of The Total Environment》（IF=7.963）。第一作者是武漢大學(xué)生科院2018級博士研究生巢傳鑫，劉春花教授為通訊作者。
2019級博士生嚴(yán)智偉對湖泊早春植物研究表明：沉水植物菹草生態(tài)幅寬，能在冷季甚至冰下正常生長和越冬，是長江流域冬春季節(jié)的優(yōu)勢種，其在富營養(yǎng)化水體能建群并修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。實驗表明富營養(yǎng)化和全球變暖顯著地影響了菹草的形態(tài)特征，改變了菹草的繁殖策略，抑制營養(yǎng)器官內(nèi)氮、磷等營養(yǎng)元素的富集，不利于菹草的生長發(fā)育和種群擴散，從而對冬春季湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)維持產(chǎn)生不利影響。該結(jié)果于近期發(fā)表在《Environmental and Experimental Botany》（IF=5.545）（第一作者是2019級博士研究生嚴(yán)智偉，王力功老師和劉春花教授為共同通訊作者）。
梁子湖生態(tài)站將基礎(chǔ)研究結(jié)果用以指導(dǎo)生態(tài)恢復(fù)實踐，探索高效低耗的水生植被重建和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的新技術(shù)方法，發(fā)明了充分利用水體生態(tài)空間的立體種植模式，經(jīng)過三年水生植被重建和生態(tài)治理，恢復(fù)第一年（2018年）水生植被覆蓋率達到82%。目前，大通湖水質(zhì)由劣五類上升為四類，由三年前的“水下荒漠”演變?yōu)榻裉斓摹八戮G洲”，生物多樣性顯著增加，大通湖 “由蛹化蝶”的蛻變使得長江流域最后一個富營養(yǎng)化湖泊脫離劣五類，環(huán)境部和湖南省充分肯定了大通湖的治理成效。
這些研究工作得到國家科技基礎(chǔ)研究專項基金（2013FY112300）、國家自然科學(xué)基金（31900281）和中央高校基礎(chǔ)研究基金（2042020kf1025）的資助。
論文連接如下：
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
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