由于人类活动的影响,如点面源污染所携带的大量氮磷营养盐的不断输出和累积,世界范围内,作为内陆淡水生态系统受纳水体的各类大小湖泊均面临着富营养化甚至超富营养化的难题。由湖泊富营养化引起的淡水生态系统生物多样性降低、沉水植物群落衰亡、沉积物内源污染物释放等众多负面影响共同导致原本的草型清水稳态彻底转变为浮游藻类为主的浊水态水生态系统,湖泊的水生态功能减退甚至丧失殆尽。由于沉水植物的多种生态功能,重建以沉水植物为核心的生态系统是恢复浅水湖泊生态系统的有效手段。杭州西湖属于典型的城市型浅水湖泊,仍然面临着富营养化的难题。本研究在杭州西湖底质改良和沉水植物恢复工程成功实施的基础上开展。1.沉水植物恢复是重建水生态系统的关键。杭州西湖是有名的“香灰土”底质,沉水植物难以定植扩繁,通过生态底质改良技术恢复了西湖沉水植物复合群落。以往的研究主要关注于环境因子对沉水植物的影响。然而,关于沉水植物恢复工程实施后,水体参数、沉积物性质的空间和季节分布特征及其与沉水植物长期关系的研究较少。因此,对杭州西湖水质参数、沉积物性质及沉水植物的空间和季节分布特征进行详细的月度监测。从这些结果中探讨了环境变量与沉水植物间的关系。得到以下结论:（1）随着沉水植物群落在大时间尺度上的不断生长和扩繁,沉水植物生物量从0.31 kg m-2提高至1.45 kg m-2（2013年-2019年）,水体营养盐浓度持续降低,水体氨态氮、硝态氮、总氮和总磷分别从2013年的0.15 mg L-1、1.83 mg L-1、2.75 mg L-1和0.07 mg L-1削减至2019年的0.06 mg L-1、0.35 mg L-1、1.51 mg L-1和0.02 mg L-1,水质质量得到持续提高。杭州西湖水体养分含量不断下降,并加速了沉积物营养盐的积累。季节变化和流域土地利用类型影响水体参数的时空分布差异,季节变化影响沉积物性质的时空分布差异。（2）冗余分析结果表明,环境因子对沉水植物分布的总解释度为78.7%,水体养分对沉水植物分布的影响大于沉积物。高度发达的根系、较高磷的化学计量内稳态以及较强的叶片组织损伤补偿能力是导致苦草在杭州西湖大面积分布的原因。探讨水体参数和沉积物性质与沉水植物间的长期关系对成功恢复沉水植物具有重要的意义。2.以典型的亚热带浅水型城市湖泊杭州西湖为研究对象,对水体和沉积物营养盐的时空分布特征进行了评估,并通过定量分析确定了水体参数、沉积物性质和沉水植物特征对沉积物磷保留与释放的贡献。研究结果发现:（1）水体养分特征受流场类型和季节变化的影响。另外,相对于上游和中游湖区氮磷比（9.79±1.30～26.33±2.90）,下游湖区的氮磷比（TN/TP）较低（6.29±3.25～16.82±1.54）,导致水体养分与叶绿素和湖泊富营养化指数不一致。沉积物总磷的时空分布规律主要受季节变化、水体流场类型、沉水植物类型和引水工程中铝盐沉淀等因素的影响。主成分分析结果表明沉水植物对磷的保留机制与水体流场类型降低流速对磷的保留机制相似。（2）水体总氮、叶绿素和湖泊富营养化程度指数是影响沉积物总磷的主要因素,其中水体氮是关键限制因素。水体养分能够直接显著地影响沉积物总磷,相关系数为0.254,同时水体养分和沉积物性质能分别通过改变沉水植物分布间接影响沉积物总磷,对应的相关系数为0.077和0.062。氮的流失和磷的增加影响沉水植物的分布、促使更高的富营养化状态和沉积物磷的释放。3.构建由水体、沉积物、底质改良材料及沉水植物组成的中宇宙系统。从沉积物理化性质、沉积物反硝化速率、沉积物甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）生成速率以及沉积物微生物群落结构方面,探究了底质改良材料协同沉水植物修复技术对沉积物微环境的改善作用和微生态效应:（1）3种底质改良材料的添加能够略微降低沉积物p H,使沉积物环境保持微酸性。添加膨润土和蛭石能提高沉积物的含水率,而添加麦饭石降低了沉积物含水率。添加膨润土和麦饭石均提高了沉积物密度。相对于黑藻和马来眼子菜,苦草处理组能够提高沉积物含水率并能提高沉积物氧化还原电位。3种材料添加量为30%和40%处理组对沉积物氨态氮和硝态氮的控制效果最好;30%和40%的膨润土和蛭石处理组对控制沉积物有机质的效果最好。（2）3种材料对沉积物Fe/Al-P和无机磷（IP）均有明显的去除效果,其中膨润土各混合比例处理组对沉积物Fe/Al-P的控制效果优于蛭石和麦饭石。30%混合比例的膨润土和蛭石处理组对沉积物Ca-P具有较好的去除效果。40%混合比例的膨润土处理组和30%混合比例的蛭石处理组对有机磷（OP）有明显的去除效果。高混合比的膨润土和蛭石对沉积物总磷具有良好的控制作用。除Ca-P外,其它各组分磷均表现出苦草组＜黑藻组＜马来眼子菜组的趋势。（3）添加底质改良材料能够提高沉积物反硝化细菌的脱氮功能,植物类别反硝化速率表现为苦草组＞黑藻组＞马来眼子菜组。添加底质改良材料能够提高沉积物CH4释放速率,材料类别在沉积物CH4释放速率表现为膨润土组＜麦饭石组＜蛭石组,沉水植物类别在沉积物CH4释放速率上的表现为苦草组＜黑藻组＜马来眼子菜组。种植苦草的膨润土处理组具有较高的抑制沉积物向大气中释放CH4和CO2的作用。（4）添加材料后,沉积物主要优势菌门为绿湾菌门、变形菌门、厚壁菌门、酸杆菌门、放线菌门、脱硫菌门和拟杆菌门。其中绿湾菌门和酸杆菌门的丰度增加,而变形菌门和厚壁菌门的丰度有所减少。麦饭石组和蛭石组与对照组和膨润土组的细菌组成存在明显的差异性,苦草组和黑藻组间存在一定的相似性。添加材料虽然降低了底质中细菌群落的多样性,但提高了某些特定功能微生物类群的丰度,此时沉积物中的腐殖化有机质较少,处于有机质分解的后期,沉积物微环境处于比较良好的状态,适合对沉水植物有益的微生物与沉水植物生长。