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湖泊富营养化是中国主要的生态环境问题之一。中国长江中下游大部分的浅水湖泊已经处于富营养化水平。富营养湖泊很难自我恢复,生态重建成为重度富营养湖泊治理的主要途径。因此,研究富营养化湖泊的生态重建,对丰富浅水湖泊稳态转换理论和指导富营养化湖泊治理,具有重要的理论和现实意义。 滆湖是太湖上游的富营养化湖泊。2008年,通过湖体分隔,滆湖北部形成了约14km2的水域。2010-2013年,为了削减外源和内源污染负荷,滆湖北部湖区实施了湖底污染治理、地形重建、入湖河流改道、前置库建设和清除控制蓝藻等措施。本文首先通过野外调查和原位实验,获得了水生植被重建的光学参数和水深阈值。在此基础上,研究了滆湖北部湖区重建前后(2008-2014)的水环境与沉积物的变化以及浮游植物的响应,揭示该区域生态重建的效果。基于重建区的湖盆形态、水下光学特性、营养盐特征和水生植被生长的水深阈值,探讨该区域水生植被先锋物种群落的稳定性与演变趋势;同时,利用滆湖三维水质水动力模型(EFDC)预测该区域水环境的变化。主要结论如下: (1)滆湖重建区水体光环境显著改善。水体平均透明度增加至42.5cm,是重建前的1.42倍;水体真光层(Zeu)深度显著增加。重建区水体光环境优于对照区。夏季,水体中的无机悬浮物(ISS)是造成滆湖重建区与对照区透明度(SD)和光衰减系数(Kd)显著差异的原因;秋季,影响水下光环境的主要原因是无机悬浮物(ISS)和叶绿素a(Chl.a)的差异。冬季,悬浮物(SS)是水下光环境的主要影响因子。 (2)原位水深实验表明,水生植物先锋物种对水深变化具有较强的形态可塑性,但具有一定的耐受范围。实验水深梯度对沉水植物和挺水植物萌发均无显著影响。在水深125cm范围内,菹草(Potamogeton crispus)和黑藻(hydrilla verticillata)可通过改变植株形态来适应弱光照环境。当水深超过125cm时,两种植物无法完成生活史。香蒲(Typha latifola)和茭草(Zizania caduciflora)适宜生长的水深范围为20-60cm。长时间高水位,不利于其生长和定居。 (3)滆湖重建区水质显著改善,具备了稳态转换的营养盐条件。对入湖河流实施改道后,进入该水域的污染负荷明显减少。通过清淤和湖底地形重建,表层沉积物中的总磷(TP)、总氮(TN)浓度下降了63.8%和52.4%。湖底地形由严重淤积的浅碟形变成复杂多样并形成若干浅滩,有效削减了内污染源并构建了环境多样性。至2014年,重建区水体TP下降至0.091±0.025mg/L,TN下降至2.53±0.65mg/L,高锰酸钾盐指数(CODMn)下降至3.84±0.74mg/L。 (4)滆湖重建区水体叶绿素a浓度呈下降趋势,浮游植物多样性增加。滆湖北部湖区叶绿素a浓度由重建前的34.76μg/L下降为20.17μg/L。浮游植物香侬-威纳(Shannon-Wiener)指数较重建前上升28.70%。但是夏季蓝藻生物量依然高,浮游植物对生态重建措施响应具有滞后性。 (5)滆湖重建区水生植物种类数和覆盖度逐年上升,但仍以耐污种为主。至2013年,水生植被覆盖度由0%增加至10.6%。重建区沉水植物5种,优势种为金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)和菹草(P.crispus)。挺水植物为4种,优势种为芦苇(Phragmites communis Trin.)和茭草(Z.caduciflora);浮叶植物2种,优势种为野菱(Trapa incisa var.sieb.)。 (6)滆湖北部湖区经过系统的生态重建后,水环境得到明显改善,目前处于藻型浊水型向草型清水型的过渡状态。由于入湖污染负荷仍然较大,且大部分区域水深过大,仅约30%的水域适宜沉水植被恢复。要实现重建区向草型清水态转变的目标,必须采取更多的措施,包括进一步控制外源污染、清除草食性鱼类、引种沉水植物和水位调控等。