水生植物恢復(fù)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(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215011；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215011；3.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008；4.中國科學(xué)院大學(xué),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(diǎn)，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(hù)具有重要作用[1]。伴隨著太湖流域城市化和工業(yè)化進(jìn)程，大量污染物被排入湖蕩濕地，嚴(yán)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(jìn)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(fù)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(fù)的重要目標(biāo)。

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(jì)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(dǎo)致宛山蕩水體往復(fù)流動，這極大地影響了湖蕩沉水植物的越冬及復(fù)蘇。生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施前對宛山蕩實(shí)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(fù)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(fù)；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。基于此背景，于2019年3月在宛山蕩西北部開展生態(tài)修復(fù)示范工程。該研究從生態(tài)修復(fù)工程實(shí)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(jìn)行分析，論述水生植物恢復(fù)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(fù)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(shí)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(fù)工程措施

工程實(shí)施期間進(jìn)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(jī)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(shí)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(jìn)行外運(yùn)處理，因而大大降低了工程費(fèi)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(fēng)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(jìn)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(fù)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(fù)區(qū)，以荇菜、菱角、水鱉等為主；(3)沉水植物恢復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(jìn)行季度調(diào)查。每個采樣點(diǎn)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(jì)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(jìn)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(jìn)行測定)對宛山蕩西北湖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行月度監(jiān)測，每個區(qū)域布設(shè)3個采樣點(diǎn)。透明度(SD)采用20 cm塞氏盤進(jìn)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(xiàn)[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(jìn)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(qiáng)[11]。對培養(yǎng)72 h(對數(shù)增長期)的平均顏色變化率進(jìn)行微生物群落功能多樣性指數(shù)計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)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(fù)后水生植物種類、蓋度及多樣性的變化

生態(tài)修復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)對水質(zhì)的影響

宛山蕩西北湖區(qū)主要水質(zhì)指標(biāo)周年變化如表2所示。可以看出，宛山蕩西北湖區(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(dá)到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)到了地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。水生植物恢復(fù)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(dá)到了地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

生態(tài)修復(fù)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(jìn)入湖區(qū)，嚴(yán)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(qiáng)。總體而言，水生植物恢復(fù)對示范區(qū)透明度和氮、磷營養(yǎng)鹽改善效果明顯，達(dá)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(fù)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(jìn)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(qiáng)。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(qiáng)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(qiáng)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(biāo)，其變化能夠準(zhǔn)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(fù)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(jìn)行主成分分析，前7個主成分的初始特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為97.6%。其中第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)的累計(jì)貢獻(xiàn)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(fù)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(yùn)行，示范區(qū)沉水植物成功定植，實(shí)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(dá)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(jī)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?yàn)樯鷳B(tài)緩沖帶抑制了風(fēng)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(jìn)了沉水植物的定植存活，進(jìn)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(jī)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(dǎo)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(jìn)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(shí)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(fù)后，示范區(qū)水生植物實(shí)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入快速生長期，水鱉和菱角等開始衰亡，水生植物總蓋度達(dá)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(jìn)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(dāng)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(fēng)向的作用下，臨近敞水區(qū)的藻類在風(fēng)作用下飄進(jìn)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(fù)過程中也出現(xiàn)過[21]。

CODMn改善效果不明顯，主要是因?yàn)槭痉秴^(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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)一步分化不同區(qū)域之間的微生物群落組成，導(dǎo)致不同區(qū)域水體中有機(jī)質(zhì)組成的差異，如親疏水性、分子結(jié)構(gòu)等，這也將進(jìn)一步改變水體和底泥中有毒難降解有機(jī)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(biāo)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(biāo)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(jī)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(fù)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(fù)示范工程水質(zhì)改善效果明顯，達(dá)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(fù)積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過1 a的運(yùn)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(dá)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(fù)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(qiáng)，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(jìn)一步研究。