随着社会的迅速发展,河流健康问题日益严重,河流生态系统社会服务功能缺失,水生植物修复技术作为一种生态修复技术成为国内外河流生态修复研究热点之一。本文围绕物种选择和优化配置两个水生植物修复技术关键环节展开研究,利用现代化信息手段,建立水生植物群落物种选择平台,提出群落物种组合和时空优化配置方法。探讨北京市河流水系生态分区尺度下水生植物群落构建与配置模式的基础上,展开妫水河世园段河流在更小的河段尺度下,水生植物群落构建与优化配置方案的设计与实践,对工程应用效果进行监测评价,以期为水生植物修复技术应用和河流生态修复实践提供依据和建议。主要研究内容与结果如下:(1)基于Python构建的水生植物数据库平台,提供针对特定受损河段的物种选择功能,同时支持数据库中水生植物物种的增添、删除、修改、完善和查找功能,以便扩大水生植物修复物种的筛选范围。基于环境因子的物种初选功能,选定影响植物生长状况的土壤、水温、光强、水深、流速、水质6类环境因子作为水生植物群落构建初期物种的初步筛选条件;基于修复目标的优选功能,建立在完全独立型的层次分析法模型上,选定水质修复指标、水生态系统动态平衡指标、社会服务功能指标3个准则层指标,重金属修复、氮磷去除率、藻类抑制能力、有机物修复能力、固土护坡功能、生物多样性、亲水娱乐性、水资源供应、经济产能、景观功能9个指标层指标,完成特定修复目标的物种优化筛选。(2)基于自然水生植物群落的结构组成、结构特征和群落发展趋势,提出人工构建水生植物群落时,群落结构和时空配置的优化原则和方法。基于生态位理念确定主导群落功能的优势种,依照优势种和伴生种常见组合形式优化群落内部的结构组成。空间优化配置时,群落在垂直河流方向水位由浅及深依次布置挺水植物、浮水植物、沉水植物,沿河流流向的水平方向上呈条带状或斑块状布置相同生活型的水生植物。时间优化配置综合考虑不同季相条件和时间尺度下,水生植物的生长状况和修复效果,总结了16种常见水生植物的最佳种植时间、种植密度和繁殖方式,以10种常见挺水植物的生长期为例,介绍我国北方寒冷季节植物的季相搭配方法,同时提出在水生植物修复工程应用的不同阶段,需要人工调控群落的组成,以优化群落功能。(3)研究北京市河流水系不同生态区的生态修复目标,参考水生植物数据库平台,在生态分区尺度下筛选适宜物种,提出适合北京市河流水系的水生植物群落构建与配置模式。借鉴北京市三级生态分区结果,分析24个三级生态区的区域特点,识别其区域内最重要的生态修复目标。总结北京市常见水生植物25科,36属,48种,作为初选植物库,结合24个生态区的生态修复目标,利用水生植物数据库平台优化筛选出13种适宜水生植物。参考北京市河流的水生植物群落调研结果,提出单优势种群落、挺水植物群落、浮水植物群落、沉水植物群落、多优势层复合植物群落共39组适宜的水生植物群落组合模式。(4)研究妫水河世园段的河流分段方法,在更小尺度下分析水生植物群落构建与优化配置的设计方法与原则,以雅荷园河段为例开展水生植物群落设计与实践,实施后进行效果监测与评估。对妫水河世园段9个采样点进行现场调研评估后,结合北京市的三级生态分区,将研究区划分为5个河段,河段的水质和植物监测结果显示,世园段末端Ⅱ-2-1-3和雅荷园河段Ⅱ-2-3-5水质较好,修复目标以水生态修复为主,三里河下游Ⅲ-1-5-6和世园段首段Ⅲ-1-8-9水质较差,以水质修复为主,夏都公园下游Ⅲ-1-6-8靠近城区,以社会经济服务功能修复为主。以雅荷园河段的水生态修复工程为例介绍了水生植物群落设计方案,并在妫水河世园段全段实施对应的水生植物修复工程。一年后水质监测结果显示,妫水河干流污染汇入前后河段,总氮的削减率分别为58.81%、14.92%,总磷削减率分别为3.8%、41.23%;生物多样性结果显示,雅荷园点位附近的河流断面,生物多样性香农威纳指数SW平均值由0.915增长到2.05,最高值达2.3,生物多样性大幅度提升。