水生植物恢復對宛山蕩水質(zhì)及水體微生物代謝功能多樣性的影響

汪 欣，何尚衛(wèi)，潘繼征，李 勇，張國正，應(yīng)炎杰

(1.蘇州科技大學環(huán)境科學與工程學院,江蘇 蘇州 215011；2.江蘇省環(huán)境科學與工程重點實驗室，江蘇 蘇州 215011；3.中國科學院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室,江蘇 南京 210008；4.中國科學院大學,北京 100049)

太湖流域是長三角的核心區(qū)域，流域內(nèi)湖蕩濕地密布。湖蕩濕地是河-湖水系聯(lián)接的關(guān)鍵節(jié)點，對太湖流域的污染物攔截、水質(zhì)凈化和太湖生態(tài)系統(tǒng)的健康維護具有重要作用[1]。伴隨著太湖流域城市化和工業(yè)化進程，大量污染物被排入湖蕩濕地，嚴重影響了湖蕩濕地的水資源利用及功能發(fā)揮。水生植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有顯著的初級生產(chǎn)功能和環(huán)境生態(tài)功能[2]。研究表明，水生植物可以抑制沉積物再懸浮，與藻類爭奪營養(yǎng)物質(zhì)并分泌化感物質(zhì)，進而控制浮游植物的過度生長，改善水質(zhì)并提高水體透明度[3-4]，從而維持湖泊的清水穩(wěn)態(tài)和物種多樣性[5-7]。因此，恢復湖蕩中的水生植物群落系統(tǒng)并構(gòu)建良性循環(huán)的水生生態(tài)系統(tǒng)，成為淺水湖泊、湖蕩濕地修復的重要目標。

宛山蕩位于望虞河以西，形態(tài)狹長，是典型的湖蕩濕地，也是太湖流域“引江濟太”調(diào)水工程的骨干流域之一。宛山蕩通過盛塘河、廊下港、九里河等周邊水系接納上游水體，水流經(jīng)嘉菱蕩、鵝真蕩和望虞河匯入太湖，對太湖及其周圍水系有著較大的影響。在秋冬季引水時會導致宛山蕩水體往復流動，這極大地影響了湖蕩沉水植物的越冬及復蘇。生態(tài)修復工程實施前對宛山蕩實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，宛山蕩中沉水植物零星分布于湖中，覆蓋度不足1%，亟需恢復水生植物群落。另外，宛山蕩西北部水深較淺，普遍在0.5～1.8 m，適合水生植物的恢復；東南部水深較深，普遍在1.5～4.0 m，可供水生植物生長的水深范圍相對狹窄?；诖吮尘?，于2019年3月在宛山蕩西北部開展生態(tài)修復示范工程。該研究從生態(tài)修復工程實施后的水生植物、水質(zhì)變化和水體微生物代謝功能多樣性這3個方面進行分析，論述水生植物恢復對宛山蕩示范區(qū)的水環(huán)境改善效果，以期為湖蕩濕地和類似湖泊的水質(zhì)改善和富營養(yǎng)化治理提供參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

生態(tài)修復示范工程位于宛山蕩西北部湖區(qū)(圖1)，總建設(shè)面積為15 800 m2，平均水深為0.9 m，水體流速約為0.05 m·s-1。工程實施前，宛山蕩西北部湖區(qū)水體TN、TP、NH4+-N和CODMn年平均質(zhì)量濃度分別為(2.69±0.89)、(0.34±0.13)、(0.84±0.41)和(11.34±2.07)mg·L-1，葉綠素(Chl-a)年平均質(zhì)量濃度為(59.97±28.17)μg·L-1，透明度(SD)僅為(0.26±0.06)m，水體處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

1.2 水生植物恢復工程措施

工程實施期間進行地形重塑并建立生態(tài)緩沖帶，隨后建立“挺水-浮葉-沉水”立體式水生植物群落系統(tǒng)(圖1)。地形重塑是利用挖掘機在示范區(qū)內(nèi)取土，將土在岸邊修筑水下緩坡平臺并夯實基底表面，抬高示范區(qū)部分基底，使新建的緩坡平臺距離常水位0.2～0.5 m。通過對地形的改造，營造良好的生境條件，構(gòu)建多樣化的底質(zhì)環(huán)境，為不同水生植物提供適宜的生長環(huán)境。地形重塑為原位工程措施，未對湖區(qū)底泥進行外運處理，因而大大降低了工程費用。

生態(tài)緩沖帶為兩道圍網(wǎng)，圍網(wǎng)間隔5 m，鍍鋅鋼管樁固定。在生態(tài)緩沖帶中種植浮葉植物荇菜、菱角、水鱉及部分沉水植物穗狀狐尾藻和金魚藻等。一方面可以攔截其他湖區(qū)污染物如腐爛分解的水生植物和垃圾等，另一方面能減少調(diào)水期間宛山蕩對示范區(qū)水生植物的沖刷，抑制風浪對示范區(qū)底泥的擾動和再懸浮，從而提高水體的透明度，促進沉水植物生長發(fā)育。

在地形重塑后，于2019年4月在示范區(qū)內(nèi)構(gòu)建水生植物群落系統(tǒng)，主要包括：(1)挺水植物恢復區(qū)，以蘆葦、水莎草、美人蕉和花菖蒲等為主；(2)浮葉植物恢復區(qū)，以荇菜、菱角、水鱉等為主；(3)沉水植物恢復區(qū)，以穗狀狐尾藻、金魚藻、菹草和苦草等為主。

將西北部湖區(qū)分為示范區(qū)(水生植物恢復區(qū)域)、敞水區(qū)(往來船只較多，水生植物生長受到干擾)和對照區(qū)(未修復區(qū)域)，這3個區(qū)域水體互相連通。通過對比3個區(qū)域水生植物及水質(zhì)的差異，研究恢復水生植物對水質(zhì)的改善效果以及對水體微生物代謝功能多樣性的影響。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1水生植物物種多樣性調(diào)查及分析方法

分別于2019年11月、2020年1月、2020年4月和2020年7月對宛山蕩西北湖區(qū)水生植物種類和蓋度進行季度調(diào)查。每個采樣點設(shè)3個樣方(挺水植物為1 m×1 m；沉水植物為0.2 m×0.2 m)，共30個樣方。利用船只沿水生植物分布區(qū)外圍行駛，用GPS定位，確定其分布范圍，計算水生植物蓋度。選用Shannon-Wiener指數(shù)(H)和Simpson指數(shù)(D)對宛山蕩西北湖區(qū)水生植物物種多樣性特征進行分析。

1.3.2水體樣品采集及分析方法

于2019年8月—2020年8月(2020年2月、3月因疫情原因未進行測定)對宛山蕩西北湖區(qū)水質(zhì)進行月度監(jiān)測，每個區(qū)域布設(shè)3個采樣點。透明度(SD)采用20 cm塞氏盤進行測定，同時采集表層0.5 m以下水樣1 L置于保溫箱中保存，水樣立即帶回實驗室進行總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、葉綠素(Chl-a)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)測定，測定方法參照文獻[8]。

1.3.3水體微生物功能多樣性分析

采用Biolog-ECO微平板對夏季(7月)3個不同區(qū)域水體微生物功能多樣性進行分析[9-10]。利用平均顏色變化率(AWCD)來評價水體微生物群落的碳源利用能力，其值越高表明水體微生物群落的代謝活性越強[11]。對培養(yǎng)72 h(對數(shù)增長期)的平均顏色變化率進行微生物群落功能多樣性指數(shù)計算[12]。多樣性指數(shù)包括Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)、McIntosh指數(shù)(U)和Pielou指數(shù)(J)[13-14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019和Origin 9.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制。采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)差異性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)修復后水生植物種類、蓋度及多樣性的變化

生態(tài)修復后，水生植物分布種類、覆蓋度和物種多樣性都發(fā)生了明顯的變化。示范區(qū)、敞水區(qū)和對照區(qū)共有水生植物16種，隸屬于13科14屬(表1)。

表1 生態(tài)修復后不同區(qū)域水生植物分布Table 1 Distribution of aquatic plants in different areas after ecological restoration

其中挺水植物7種，沉水植物5種，浮葉植物4種。示范區(qū)分布有水生植被16種，隸屬于13科14屬；敞水區(qū)分布有水生植被8種，隸屬于8科7屬；對照區(qū)分布有水生植被11種，隸屬于11科11屬。蘆葦(Phragmitescommunis)、高稈莎草(Cyperusexaltatus)、空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)、穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、菱角(Trapajaponica)、水鱉(Hydrocharisdubia)和鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)是3個水域的共有種。苦草(Vallisnerianatans)、菹草(Potamogetoncrispus)、馬來眼子菜(Potamogetonperfoliatus)和荇菜(Nymphoidespeltatum)是示范區(qū)的特有種。

不同區(qū)域水生植物蓋度也呈現(xiàn)出顯著差異(圖2)，據(jù)調(diào)查，2019年11月、2020年1月、2020年4月和2020年7月示范區(qū)水生植物蓋度分別為55%、53%、63%和65%，其中沉水植物蓋度分別為37%、43%、49%和49%，對照區(qū)和敞水區(qū)水生植物蓋度顯著低于示范區(qū)，其中沉水植物蓋度均不足1%。示范區(qū)水生植物優(yōu)勢種各季節(jié)存在差異，春季(2020年4月)優(yōu)勢種為菹草、苦草和金魚藻，蓋度分別為19%、15%和8%；夏季(2020年7月)優(yōu)勢種為苦草、金魚藻和狐尾藻，蓋度分別為23%、11%和10%；秋季(2019年11月)優(yōu)勢種為水鱉、菹草和苦草，蓋度分別為13%、13%和12%；冬季(2020年1月)優(yōu)勢種為菹草、苦草和金魚藻，蓋度分別為14%、13%和8.2%，表明沉水植物苦草和菹草為示范區(qū)主要的優(yōu)勢植物(圖2)。

從水生植物物種多樣性指數(shù)來看，示范區(qū)、敞水區(qū)和對照區(qū)Shannon-Wiener指數(shù)分別為3.46±0.15、1.53±0.24和1.61±0.30，Simpson指數(shù)分別為0.89±0.02、0.49±0.08和0.51±0.10，均表現(xiàn)為示范區(qū)>對照區(qū)>敞水區(qū)。綜上可見，生態(tài)修復工程不僅增加了示范區(qū)水生植物種類和蓋度，而且提高了水生植物的多樣性，其中沉水植物尤為明顯。

2.2 水生植物恢復對水質(zhì)的影響

宛山蕩西北湖區(qū)主要水質(zhì)指標周年變化如表2所示?？梢钥闯觯鹕绞幬鞅焙^(qū)水體透明度周年變化趨勢一致，春季和冬季高，夏季和秋季低。與敞水區(qū)和對照區(qū)相比，示范區(qū)水體透明度改善效果明顯。示范區(qū)春、夏、秋、冬季平均透明度分別為(0.52±0.02)、(0.36±0.05)、(0.40±0.04)和(0.59±0.01)m，比敞水區(qū)分別提高13%、20%、11%和11%，比對照區(qū)分別提高28%、35%、11%和20%。周年變化顯示，示范區(qū)水體年平均透明度顯著高于敞水區(qū)和對照區(qū)(P<0.05)，分別提高23%和30%。

宛山蕩西北湖區(qū)TN濃度整體表現(xiàn)為夏季>秋季>冬季>春季，但季節(jié)差異不顯著；示范區(qū)水體TN年平均濃度為(1.27±0.46)mg·L-1，比敞水區(qū)和對照區(qū)分別降低32%和19%(P<0.05)，達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中Ⅳ類標準。示范區(qū)水體NH4+-N冬季改善效果高于其他3季；周年結(jié)果還顯示，NH4+-N年平均質(zhì)量濃度為(0.28±0.17)mg·L-1，比敞水區(qū)和對照區(qū)分別顯著降低28%和32%(P<0.05)，達到了地表水Ⅱ類標準。水生植物恢復對水體中TP濃度改善效果明顯且呈顯著的季節(jié)差異，春、夏季高于秋、冬季；TP年平均質(zhì)量濃度為(0.18±0.04)mg·L-1，比敞水區(qū)和對照區(qū)分別降低28%和31%(P<0.05)，達到了地表水Ⅴ類標準。

生態(tài)修復初期(2019年8月)，宛山蕩西北湖區(qū)水體Chl-a和CODMn濃度較高，隨著示范區(qū)水生植物的生長和定植，Chl-a濃度和CODMn在短期內(nèi)明顯降低。從周年變化來看，水體中Chl-a年平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)為對照區(qū)>示范區(qū)>敞水區(qū)，但差異不顯著(P>0.05)。示范區(qū)水體中CODMn年平均質(zhì)量濃度為(6.04±0.98)mg·L-1，略低于敞水區(qū)和對照區(qū)(P>0.05)。

在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建后1 a內(nèi)宛山蕩西北湖區(qū)水質(zhì)波動較大，這與開閘放水(2019年11月)和連續(xù)暴雨(2020年7月)等極端條件有關(guān)，如在連續(xù)暴雨時水位短期大幅升高超過1 m，大量外源污染物被沖刷進入湖區(qū)，嚴重影響了宛山蕩西北湖區(qū)水質(zhì)和生境質(zhì)量。圖3還表明，極端條件下示范區(qū)水質(zhì)仍好于敞水區(qū)和對照區(qū)，說明示范區(qū)水體自凈能力更強?？傮w而言，水生植物恢復對示范區(qū)透明度和氮、磷營養(yǎng)鹽改善效果明顯，達到了提升過水性湖蕩生境質(zhì)量的目的。

2.3 水生植物恢復對水體微生物代謝功能多樣性的影響

水體微生物對碳源總量和不同類型碳源的利用均存在顯著的季節(jié)差異[15]。利用Biolog技術(shù)，在微生物碳源利用較高的夏季，對宛山蕩西北部湖區(qū)水體微生物群落代謝活性和能力進行測定和分析(圖3)。結(jié)果表明，在培養(yǎng)0～24 h內(nèi)，各水體的顏色平均變化率(AWCD值)均處于代謝延遲期，24～120 h為對數(shù)生長期，120 h后為代謝穩(wěn)定期，說明上覆水體微生物群落在24～120 h培養(yǎng)時間內(nèi)代謝活性最強。另外，AWCD分析結(jié)果顯示，在培養(yǎng)24～96 h內(nèi)，示范區(qū)水體微生物群落的代謝活性顯著高于敞水區(qū)和對照區(qū)(P<0.05)，但培養(yǎng)120 h后，3個區(qū)域水體無顯著差異(P>0.05)；培養(yǎng)48～72 h，敞水區(qū)水體的代謝活性顯著高于對照區(qū)(P<0.05)；培養(yǎng)72 h后，敞水區(qū)和對照區(qū)水體微生物群落代謝活性差異不顯著(P>0.05)。AWCD總體變化趨勢為示范區(qū)>敞水區(qū)>對照區(qū)，說明示范區(qū)上覆水體微生物群落具有較強的代謝能力。

Biolog-Eco板中31種不同的碳基質(zhì)可分為碳水化合物、氨基酸、羧酸、多聚物、酚酸和胺6大類[16-18]。比較發(fā)現(xiàn)，示范區(qū)水體微生物對碳源的利用能力由高到低依次為胺類、羧酸類、氨基酸類、酚酸類、多聚物類和碳水化合物；敞水區(qū)對碳源的利用能力由高到低依次為酚酸類、氨基酸類、多聚物類、羧酸類、胺類和碳水化合物；而對照區(qū)對碳源的利用能力由高到低依次為多聚物類、氨基酸類、碳水化合物類、胺類、羧酸類和酚酸類(圖4)。示范區(qū)、敞水區(qū)和對照區(qū)水體中的微生物對碳源利用能力有差異，反映出不同湖區(qū)水體微生物群落的不同功能代謝特征，是不同湖區(qū)水體微生物群落演替的結(jié)果。另外，示范區(qū)水體微生物群落對六大類碳源利用能力顯著高于對照區(qū)(P<0.05)，對碳水化合物、羧酸類、多聚物類和胺類這四大類碳源的利用能力顯著高于敞水區(qū)(P<0.05)，說明示范區(qū)內(nèi)水體微生物群落對碳水化合物、羧酸類、多聚物類和胺類碳源的利用能力更高，具有更強的代謝活性。

微生物群落多樣性指數(shù)是反映物種豐富度和均勻度的綜合指標，其變化能夠準確反映群落功能多樣性總體的動態(tài)變化[15]。通過水體微生物群落功能多樣性分析(表3)發(fā)現(xiàn)，示范區(qū)內(nèi)外水體Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)無顯著差異(P>0.05)，而Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和McIntosh多樣性指數(shù)均顯著高于敞水區(qū)和對照區(qū)(P<0.05)。說明恢復水生植物改變了示范區(qū)水體對某一些碳源的利用喜好和利用程度，這與AWCD 值結(jié)果相對應(yīng)。

表3 不同區(qū)域水體微生物功能多樣性Table 3 The functional diversities of water microorganisms in different areas

對示范區(qū)、敞水區(qū)和對照區(qū)水體微生物72 h各類碳源AWCD值進行主成分分析，前7個主成分的初始特征值大于1，累計方差貢獻率為97.6%。其中第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)的累計貢獻率為52.4%，可以反映水體微生物群落代謝的基本情況。由圖5可以看出，示范區(qū)位于第1、4象限，敞水區(qū)位于第3象限，對照區(qū)位于第2象限，分布相對分散，說明不同區(qū)域水體微生物群落代謝功能存在顯著差異。

3 討論

生態(tài)修復前，因附近設(shè)有閘控且水體流通緩慢，示范區(qū)積累了大量的氮磷營養(yǎng)鹽，水體透明度僅為(0.26±0.06)m。經(jīng)過1 a的運行，示范區(qū)沉水植物成功定植，實現(xiàn)了水生植物季節(jié)演替，這改善了示范區(qū)水體透明度和氮、磷營養(yǎng)鹽濃度，達到了提升湖蕩濕地生境質(zhì)量的目的。

水體中懸浮顆粒物、Chl-a和可溶性有機質(zhì)是影響透明度的主要因素[19]。示范區(qū)水體透明度的提高一方面是因為生態(tài)緩沖帶抑制了風浪對示范區(qū)底泥的擾動和再懸浮，另一方面是地形重塑促進了沉水植物的定植存活，進而減少底泥懸浮，有效改善水質(zhì)感官效果[20]。示范區(qū)、敞水區(qū)和對照區(qū)的藻生物量無顯著差異，且在長江中下游水體中可溶性有機質(zhì)對水體透明度的影響極小[21]，因此示范區(qū)水體透明度的提高主要是懸浮顆粒物濃度降低所致。秋季受開閘放水和夏季受連續(xù)暴雨天氣的影響，水位短期內(nèi)升高超過1 m，沉水植物生長受到限制，外加夏季暴雨對底泥的沖刷，導致懸浮物上浮，因此宛山蕩西北湖區(qū)在夏秋季出現(xiàn)透明度突然下降的現(xiàn)象。

示范區(qū)水質(zhì)凈化效果與水生植物生物量和多樣性密切相關(guān)，水生植物可以通過根、莖、葉直接吸收水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽。構(gòu)建的“挺水-浮葉-沉水”立體式水生植物群落系統(tǒng)在示范區(qū)上下立體空間生長，一方面增加了等面積水域的生物量，有利于微生物在水生植物表面附著，促進硝化反硝化作用，提高凈化效果[22-24]。另一方面增加了水生植物的物種多樣性，可以提高水體對污染物的不同處理能力，有利于實現(xiàn)水體的完全或半完全自我循環(huán)，從而提高污染物的凈化效率，凈化效果更穩(wěn)定[24-25]。生態(tài)修復后，示范區(qū)水生植物實現(xiàn)季節(jié)演替。春季菹草處于生長旺盛期，蓋度和生物量達到最大，金魚藻、穗花狐尾藻、苦草、水鱉、菱角等水生植物開始生長，因此春季示范區(qū)水質(zhì)改善效果最佳；夏季雖然金魚藻、穗花狐尾藻、水鱉和苦草進入快速生長期，但是菹草開始衰亡，外加連續(xù)暴雨將大量外源污染物沖刷進入湖體，因此宛山蕩西北湖區(qū)整體水質(zhì)較差，示范區(qū)水體對氮磷營養(yǎng)鹽的去除能力較低；秋季菹草開始萌發(fā)并進入快速生長期，水鱉和菱角等開始衰亡，水生植物總蓋度達65%，對示范區(qū)水體有一定的改善效果；冬季水生植物開始緩慢生長甚至處于休眠狀態(tài)，對水質(zhì)改善效果不佳。

水生植物不僅與藻類競爭營養(yǎng)鹽，而且對藻類的生長起到光抑制和化感作用。沉水植物蓋度大幅度增加，進一步提高了化感作用和食物鏈的下行效應(yīng)壓力，抑制藻類生長。研究表明，當淺水湖泊沉水植物蓋度大于30%時，沉水植物可抑制浮游植物的生長，使水體長期維持清水態(tài)[26]。但1 a結(jié)果顯示，示范區(qū)和敞水區(qū)的藻生物量沒有顯著差異，一方面敞水區(qū)水流較示范區(qū)大，不利于藻類生長；而示范區(qū)相對封閉，有利于藻類生長[27-28]。另一方面在風向的作用下，臨近敞水區(qū)的藻類在風作用下飄進示范區(qū)，而封閉的示范區(qū)內(nèi)的藻類較難遷移至臨近敞水區(qū)，這種現(xiàn)象在滆湖北部湖區(qū)修復過程中也出現(xiàn)過[21]。

CODMn改善效果不明顯，主要是因為示范區(qū)水生植物季節(jié)演替過程中，水生植物殘體腐爛，分解易降解半纖維素，被迅速去除，剩下部分難降解的纖維素和木質(zhì)素較為穩(wěn)定，存在于水體中。在易降解有機質(zhì)被迅速去除過程中，水體中的微生物群落發(fā)生變化，改變對不同種類的有機物的代謝能力。示范區(qū)沉水植物菹草在夏季大量死亡被分解，同時較多的藻類死亡也會釋放出大量易降解有機質(zhì)，兩者共同存在時將顯著影響水體中微生物群落的代謝功能。圖5顯示，夏季示范區(qū)和對照區(qū)水體微生物群落呈現(xiàn)出顯著的功能化差異，微生物群落分化趨勢明顯。在秋冬季節(jié)，示范區(qū)的菱角和水鱉等浮葉植物也會死亡，這將進一步分化不同區(qū)域之間的微生物群落組成，導致不同區(qū)域水體中有機質(zhì)組成的差異，如親疏水性、分子結(jié)構(gòu)等，這也將進一步改變水體和底泥中有毒難降解有機物的去除途徑(如光解、微生物共代謝等)，但這種信息并不能被綜合性指標如CODMn捕捉到。

微生物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要一環(huán)，它的結(jié)構(gòu)和功能會隨著環(huán)境條件的改變而迅速發(fā)生改變，這種變化可能會先于大型動植物，并對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的影響，是水環(huán)境變化和演替的重要標志[16,29]。示范區(qū)水生植物物種多樣性和蓋度的增加在為微生物群落營造多樣生存環(huán)境的同時也為水體中微生物提供了充足的養(yǎng)分，這大大提高了水體代謝功能活性。另外，夏季示范區(qū)大量的沉水植物菹草和較多的藻類死亡分解釋放出大量易降解有機質(zhì)，這些物質(zhì)被迅速去除，促使水體中微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，對碳源的喜好和利用程度也隨之產(chǎn)生變化。示范區(qū)夏季水體微生物群落對碳水化合物、羧酸類、多聚物類和胺類這4類碳源的利用能力顯著增加，表明示范區(qū)水生植物根系和植物殘體均為水體微生物提供了大量碳源物質(zhì)，從而加快與這4類碳源利用類型相對應(yīng)的微生物生長和繁殖，這也在一定程度上提高了水體微生物代謝能力。微生物群落多樣性指數(shù)和主成分分析表明，夏季示范區(qū)和對照區(qū)水體微生物群落呈現(xiàn)出顯著的功能化差異，微生物群落分化趨勢明顯。綜上所述，水生植物的恢復影響水體中微生物群落對碳源的響應(yīng)和利用，提高了示范區(qū)水體微生物代謝活性，提升了湖蕩區(qū)域水體自凈能力。

4 結(jié)論

宛山蕩西北湖區(qū)水生植物恢復示范工程水質(zhì)改善效果明顯，達到了提升湖蕩濕地生境質(zhì)量的目的，為湖蕩濕地和類似湖泊的生態(tài)修復積累了一定的工程經(jīng)驗。經(jīng)過1 a的運行，水生植物成功定植并隨季節(jié)變化發(fā)生演替，示范區(qū)水生植物種類、蓋度和物種多樣性均顯著高于敞水區(qū)和對照區(qū)，其中沉水植物蓋度達37%～49%，沉水植物苦草和菹草為示范區(qū)主要的優(yōu)勢植物。這不僅改善了水體透明度，而且提高了水體對氮磷營養(yǎng)鹽的去除效率。示范區(qū)水體透明度和TN、NH4+-N、TP濃度比敞水區(qū)分別提高23%、32%、28%和28%，比對照區(qū)分別提高30%、19%、32%和31%。但水生植物的生長對Chl-a和CODMn的改善效果不明顯，這和示范區(qū)特殊的地理位置、水文條件以及管理方式等因素有關(guān)。從微生態(tài)的角度來看，水生植物恢復后水體微生物對碳水化合物、羧酸類、多聚物類和胺類碳源的利用程度提高，微生物代謝活性增強，湖蕩區(qū)水體自凈能力顯著提升。但是對于示范區(qū)水生植物季節(jié)演替過程水質(zhì)變化和微生物群落代謝功能差異的影響因素尚不明確，有待進一步研究。