湖泊富营养化已成为当今世界性的水环境问题,其污染治理一直是相关研究关注的重点,其中生态修复是近年提出的湖泊富营养化控制和治理的主要方法。浅水湖泊是一种重要的湿地类型,大型水生植物是水生态系统的主要组成部分,对生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用,利用水生植被的净化功能治理湖泊富营养化是湖泊生态恢复的重要措施。但目前有关浅水湖泊中水生植物对营养盐的去除机理和影响因素尚不清楚。此外,浅水湖泊水位较低,水生植物蒸散发作用对水位影响较大,从而进一步影响水质。因此,浅水湖泊水质将同时受到水生植物蒸散发及其对营养盐去除两个相反作用的共同影响,但以往研究都没有考虑水生植物这两方面的作用。研究浅水湖泊中水生植物去除和降低营养盐的过程和机理,对控制湖泊富营养化具有重要的科学意义和指导作用。　　白洋淀湿地是华北地区最大的浅水湖泊湿地,芦苇是主要的挺水植物。本文选取白洋淀湿地为研究区,研究了白洋淀水体营养盐的时空变化规律;通过野外采样和野外模拟实验相结合的方法,研究了芦苇对营养盐去除的两个途径一对营养盐的吸收以及芦苇根际的反硝化作用,考察了水位条件和环境中营养盐浓度对芦苇的生长及其对营养盐吸收的影响,分析了水位及温度变化对芦苇根际的反硝化速率的影响,阐明了芦苇根际反硝化细菌,硝化细菌数量及芦苇氮素储存量与根际沉积物氮含量之间的关系。最后,综合考虑芦苇对营养盐的去除及其蒸散发对水质影响的两个相反作用,提出了适合于白洋淀水质恢复的最佳芦苇覆盖度及最佳收割期。主要结论如下:　　(1)主成分分析法将白洋淀21个水质物理化学参数分成4个主成分,其贡献率达到92.5％,第一组成分包括总氮,总磷,氨氮,硝氮,亚硝氮,高锰酸钾指数,氯离子,占总变异系数的60％;第二组成分包括水体主要阳离子,水温和电导率,占总变异系数的17.3％;第三和第四组成分主要包括水体物理参数,分别占到总变异系数的9.8％和5.4％。因此,营养盐是白洋淀的主要污染物。聚类分析法将13个采样点分成五类,同时运用综合污染指数法对13个采样点的污染情况进行评估,结果指出,第二和第三聚类的采样点污染程度最小,主要集中于湖泊中部和东部;第一和第四聚类的采样点污染程度中等,主要集中于湖泊北部;第五聚类的采样点污染最严重,位于湖泊西部。　　(2)白洋淀湿地水体营养盐浓度呈现明显的季节变化,2000到2009年,白洋淀湖泊月平均总氮(TN)浓度变化范围是2.56-5.60mg L-1,在秋季和冬季较高,春季和夏季较低;总磷(TP)浓度的变化范围是0.08-0.61mg L-1,在夏季和秋季较高,冬季和春季较低。相关性分析结果表明,水体总磷浓度与水位呈负相关。而水位变化主要受降水及人工补水的影响,因此降水和补水影响着白洋淀的水质状况。此外,综合富营养化指数的变化范围是60-70,最小值出现在2009年,最大值出现在2006年,评估结果显示,白洋淀已经处于严重富营养化状态。　　(3)白洋淀湿地芦苇生长主要受生长环境中水位条件的影响。台地区芦苇平均茎长,直径及地上生物量比分别比水淹带高26.3-27.5％,7.2-12.0％和36.6-51.8％。芦苇地上和地下部分营养盐浓度主要受环境中营养盐浓度的影响。进一步分析环境因子对芦苇生长及营养盐吸收(营养盐储存量)的综合效应,结果表明,同等营养盐条件下,芦苇营养盐的储存量顺序为:台地＞交错带＞水淹带;但与水位条件的影响相比,环境中营养盐浓度对芦苇营养盐的储存量影响相对更大。　　(4)白洋淀湿地是氧化亚氮(N2O)重要的排放源。野外模拟实验结果表明,芦苇根际N2O日排放速率在12:00达到最大值,3:00-6:00达到最小值,与温度变化显著正相关(p＜0.05)。芦苇N2O月排放量在8月份最大,11月份最小。相关分析指出,芦苇月排放速率与芦苇地上生物量及其变化呈正相关,与地下生物量及其变化呈负相关;其中,芦苇月排放速率与地上生物量变化有明显的相关关系(p＜0.05)。对比芦苇根际和沉积物(无芦苇种植)N2O排放速率,结果显示,芦苇根际N2O排放量占沉积物N2O排放量的45.8％-52.8％,因此,芦苇对N2O排放有一定的贡献。此外,水位波动条件下N2O排放量比水淹条件下N2O排放量增加9.4％-26.1％,表明水位变化是影响白洋淀湿地N2O排放量的另一个原因。　　(5)硝化细菌和反硝化细菌的数量直接反映了硝化作用和反硝化作用的能力。结合N2O月排放速率变化,可知白洋淀湿地中,芦苇根际硝化细菌和反硝化细菌数量分别与N2O月排放速率呈正相关(p＜0.05)。水位条件和气温是影响硝化和反硝化细菌数量及土壤微生物的电子传递系统(ETS)活性的主要因素,而根际土壤氮的含量不是主要的控制因素。芦苇根际环境硝化细菌,反硝化细菌的数量和ETS活性与气温呈显著性正相关(p＜0.01)。硝化细菌数量和ETS活性与水位负相关,台地芦苇根际硝化细菌的数量和ETS活性比水淹条件下分别高48.3％和45.7％:反硝化细菌数量与水位正相关,水淹条件下芦苇根际反硝化细菌的数量是台地的2倍。此外,结合芦苇地上部分氮储存量的月变化规律发现,根际土壤氮的含量与芦苇体内氮的储存量成负相关(p＜0.05)。　　(6)芦苇对水质的双重影响主要表现为:一方面芦苇对营养盐的吸收作用及其根际环境的反硝化作用有助于湖泊中营养盐的去除,改善水质:另一方面,芦苇的蒸散发耗水导致水位下降,其浓缩效应使水体中营养盐浓度增大。模拟实验结果显示,随芦苇覆盖度的增加,实验体系中水体和沉积物TN和TP的去除率增加。然而,当芦苇覆盖度为60％时,水质最好。这是由于芦苇蒸散发对水体氮磷的浓缩效应随覆盖度增加而增加。当芦苇覆盖度为100％时,其蒸散发量为无芦苇种植时的2倍。野外实验结果显示,芦苇地上部分营养盐储存量在9月达到最大值。据此提出白洋淀湿地的修复方法为:将芦苇覆盖度调整到当前覆盖度的60％,此后在每年9月份收割芦苇的地上部分。结果表明在6年后,白洋淀水体和沉积物TN和TP去除率分别达到49％和8.5％。