对富营养化水生生态系统进行生态修复和重建是当今水环境研究领域的热点。富营养化原因是水体中氮磷等营养盐浓度的升高,直接导致的后果是藻类的爆发性增长。从淡水生态系统的营养结构可以看出,水生高等植物为藻类的竞争者,底栖动物、滤食性鱼类为其捕食者,许多研究证明,通过选择性控制以上作为竞争者和捕食者的生物的生物量,对富营养化水体的治理,能起到良好的治理效果。本论文选用沉水植物金鱼藻、挺水植物花叶芦竹、香蒲进行富营养水体的短期实验,选用沉水植物金鱼藻、苦草、挺水植物花叶芦竹、香蒲、环棱螺构建模拟生态系统的长期实验,追踪调查丽娃河生态恢复的效果,结果表明:1.在短期实验中,相同的浓度梯度设计,金鱼藻、花叶芦竹、香蒲最终氮磷浓度、最终生物量均有所不同。a.金鱼藻与苦草相比,最终生物量增幅显著大于苦草,尤其在高浓度的氮磷条件下;实验结束时,金鱼藻和苦草的最终氮磷浓度,在低浓度组,即贫营养化至中营养组(p(N)=0.5-2mg/L,ρ(P)=0.05-0.2mg/L)没有显著差别,而在高浓度组,即富营养化至极富营养化组(ρ(N)=-8-6mg/L,ρ(P)=0.8-1.6mg/L),金鱼藻的最终氮磷浓度均显著低于苦草。说明在高浓度氮磷的极富营养水体中,金鱼藻对氮磷的吸收能力高于苦草,金鱼藻的耐受能力高于苦草。b.花叶芦竹与香蒲相比,其各组生物量显著大于香蒲;实验结束时,花叶芦竹和香蒲的最终氮磷浓度,在低浓度,即贫营养化组(ρ(N)=0.5mg/L,ρ(P)=0.05mg/L)组没有显著差别,而在高浓度组,即中营养化至极富营养化组(ρ(N)=2-16mg/L,ρ(P)=0.2-1.6mg/L)花叶芦竹的最终氮磷浓度均显著低于香蒲。培养香蒲的水体中叶绿素a含量显著高于培养花叶芦竹的水体。以上说明在高浓度氮磷的极富营养水体中,花叶芦竹对氮磷的吸收能力高于香蒲,花叶芦竹的耐受能力高于香蒲,花叶芦竹对水体中浮游藻类的抑制强于香蒲。c.挺水植物与沉水植物相比,挺水植物花叶芦竹和香蒲的生物量增加幅度显著大于沉水植物金鱼藻和香蒲,高浓度的氮磷对金鱼藻、苦草、香蒲的生物量的增加有抑制作用,而花叶芦竹的生物量始终随氮磷浓度的升高而增加,在最高的氮磷浓度下,呈现了最大的生物量。对富营养水体的耐受限度:花叶芦竹>香蒲>金鱼藻>苦草。在氮磷较低浓度情况下,挺水植物芦竹、香蒲与沉水植物金鱼藻、苦草吸收氮的能力相近,前者对磷的吸收能力逊于后者;在氮磷较低浓度情况下,前者吸收氮磷的能力均高于后者。2.长期实验采用丽娃河水和泥土构建模拟生态系统,并在不同阶段,在不同的模拟生态系统放入沉水植物金鱼藻、苦草,挺水植物花叶芦竹、香蒲,环棱螺,研究它们对水生生态系统水质和浮游植物的影响。a.本研究中各模拟生态系统,全年总体而言,存在沉水植物、挺水植物、螺类的系统,其TN、TP、叶绿素a、COD浓度均显著低于空白对照的系统,说明沉水植物金鱼藻、苦草,挺水植物花叶芦竹、香蒲,环棱螺对富营养化水体的水质有明显改善作用。其中螺类对叶绿素a和COD浓度的降低效果比对TN、TP的降低效果更加显著。挺水植物对COD的去除效果好于沉水植物,对绿叶素的去除效果逊于沉水植物,对TN、TP的去除效果,花叶芦竹最佳,苦草次之,其次为香蒲。b.植物单纯的吸收作用对水体中氮浓度下降贡献率并不大(<20%),但是当其生物量较大的时候,植物的吸收作用对磷的浓度下降贡献率还是相当可观的(>50%)。植物对系统中氮磷的减少的促进不仅仅是通过将营养元素吸收并固定在体内,增加水体融氧、为微生物提供附着空间、为滤食性的底栖动物提供栖息、繁殖生境也是植物对系统中氮磷的减少的重要贡献。c.本研究中各模拟生态系统,全年总体而言,存在沉水植物、挺水植物、螺类的系统,其浮游植物的密度均显著低于空白对照的系统,其浮游植物的多样性指数均显著高于空白对照系统,说明沉水植物、挺水植物、螺类对降低藻类密度、提高其多样性均有一定作用。其中沉水植物降低藻类密度、提高其多样性的能力高于挺水植物。3.丽娃河生态恢复工程完成后,总氮、总磷、COD从工程实施之前的1.85mg/L、0.23mg/L和33.25mg/L降低到工程完成一年之后的0.41mg/L、0.03mg/L和21.5mg/L,溶氧达到9.09-11.18mg/L,透明达到80cm-l00cm,叶绿素a浓度下降到了7.86μg/L,水质达到Ⅱ类标准(GB3838-2002);同时浮游植物密度下降到了7.9×10~4-5.6×10~4个/mL;生态系统中出现等萝卜螺、扁蜷螺、鲦鱼、小龙虾自生种,生物多样性得到了提高;结果表明,生态恢复工程对丽娃河的富营养状态的治理和修复是行之有效的。其中菹草与荷花的打捞与收割对氮、磷的去除量在生态恢复工程去除氮、磷总量中分别占32.6%和30.4%,其他不进行打捞与收割的苦草、金鱼藻、睡莲、鸢尾等植物固定氮、磷贡献占整体的4.5%和7.6%;对有较大生物量的植物在其生物量达到最高峰之后进行收割的措施,较之不进行收割的对策,具有较高的氮、磷的去除率。