景观配置对水体净化能力的影响：以高原湖畔湿地为例

《Ecological Engineering》：Impact of landscape configuration on water purification capacity: A case study in a plateau lakeside wetland

本研究以四川Qionghai湖恢复湿地为案例，评估其水净化能力，发现总氮、总磷去除效率分别达63.76%、71.10%，接口性质和景观结构参数对净化效果影响显著，缓坡及复杂植被接口区效果突出，为优化湿地修复提供依据。

　　湖泊岸边湿地的景观配置在调节水质净化方面起着关键作用，因此有必要研究生态恢复如何重塑这些景观格局，从而提升水质。本研究通过分析从入水口到出水口的污染物浓度地理变化，评估了恢复后的高原湖泊岸边湿地在水质净化能力方面的有效性，并识别了影响净化能力的关键景观因素。研究结果表明，总氮、总磷和高锰酸钾指数的平均去除率分别为63.76%、71.10%和28.74%，显示出恢复后的湖泊岸边湿地在营养物质去除和水质净化方面具有显著的能力。冗余分析和变异分解分析进一步表明，界面特性对净化能力的影响最大，占28.1%，其次是土地利用结构参数与栖息地元素的协同作用（16.3%），以及土地利用栖息地元素的独立作用（13.2%）和结构参数的独立作用（12.2%）。其中，缓坡显著增强了氮的滞留能力（p < 0.05）。植被丰富的界面区域，由于其复杂的群落结构，显著提高了营养物质的去除效果，这为在湖泊岸边湿地中优先建设草地-水体和森林-水体界面提供了战略依据，以最大化污染物的削减效果。这些发现为通过有针对性的景观配置和管理优化湖泊岸边湿地恢复提供了可操作的框架，从而显著增强湖泊生态系统的长期水质保护能力。

湖泊岸边湿地作为陆地生态系统与水体生态系统之间的过渡区域，因其丰富的生态功能而受到广泛关注。这些湿地不仅维持生物多样性，还参与生物地球化学循环的调节，以及水质的净化过程。其独特的物理和生物地球化学特性影响着从流域向湖泊输送的水、营养物质及其他外源性物质的流动。在进入湖泊之前，陆源物质会在湖泊岸边湿地中发生改变、转化或稀释，这可能有助于改善湖泊水质，并对重要的生态功能过程产生影响。然而，由于广泛的人类活动，如农业集约化和城市扩张，湖泊岸边湿地的生态功能和生态系统服务能力已大幅下降。许多自然湖泊的岸边湿地被改造成农田、鱼塘和住宅区，这些土地利用类型的转变严重削弱了湿地的生态功能，导致湖泊水质恶化和富营养化现象加剧。

为了应对这种退化，生态恢复项目旨在通过恢复生态过程和功能来修复受损的生态系统。然而，生态恢复面临诸多挑战，包括复杂的生态水文反馈机制和分散的管理方式，这往往导致恢复效果不理想。例如，自2007年以来，太湖周边约有100平方公里的湿地得到了恢复，以控制非点源污染，但生态恢复策略并未带来显著的水质改善。因此，评估湖泊岸边湿地恢复的有效性对于指导未来的生态恢复工作至关重要。水质被认为是评估生态恢复效果的关键指标，而水质指数（WQI）在湖泊和河流的水质评估中被广泛应用，因为它可以将多种物理和化学参数转化为一个综合值，反映整体的水质状况。此外，实现持续的长期水质改善需要理解恢复的时序动态。一项关于淡水生态系统恢复的元分析表明，恢复后溶解性营养物质的减少速度较快，但在约9.3年后趋于缓慢。因此，为了实现持续的长期水质改善，湖泊岸边湿地的设计必须基于对污染物去除过程以及景观配置对水质和净化能力影响的深入理解。

生态恢复项目显著改变了湖泊岸边湿地的景观特征，进而影响其生态功能。结构参数，如宽度、面积和坡度，是影响水质的关键因素。其中，宽度通常被视为湖泊岸边湿地恢复中的重要指标。例如，王等人（2020）提出，为了改善水质，需要在滇池、洱海和抚仙湖的湖岸区域建立450米、100米和150米的缓冲带，将农田转变为森林和草地。土地利用在决定水质方面也起着至关重要的作用。森林和草地作为营养物质的汇，能够有效缓解水质的退化。研究表明，在靠近河岸森林缓冲带的水体中，水质的改善最为明显。生态恢复引发的土地利用变化可能改变水体的自然流动路径，并影响水体与相邻景观之间的相互作用。恢复工作在湖泊岸边湿地中创建了密集的流动水网络，增加了水体与周围景观（如草地和森林）之间的接触面积。在这些界面区域，湿地植物的根、茎或叶浸入水中，形成天然的过滤屏障，能够捕获、过滤和沉淀污染物。功能性的界面区域，如草地与水体的交界和森林与水体的交界，是水质改善的关键区域。然而，目前很少有研究系统地探讨这些界面特性对湖泊岸边湿地水质改善的具体影响。

上述因素对湖泊岸边湿地的水质和生态功能具有重要影响，但这些驱动因素的综合效应及其相对贡献却鲜有深入研究。开发对景观因素如何影响水质的定量理解，是管理者和政策制定者做出有效决策的前提。此外，以往的研究主要关注景观因素对水质的影响，而较少探讨它们对湖泊岸边湿地净化能力的影响，即湿地去除污染物的能力。解析景观配置与净化能力之间的关系对于确定关键的管理优先事项至关重要。这种理解将为未来湿地管理和恢复策略的制定提供更清晰的框架。

以四川境内的邛海湖为例，该湖是中国高原地区的一个典型淡水湖泊。自20世纪60年代以来，邛海湖岸湿地被大量占用用于水产养殖和耕作，导致严重的生态破坏。自然屏障的丧失加剧了湖泊的污染问题，使其营养状态从贫营养转变为中营养，并增加了富营养化的风险。为了解决这一问题，邛海湖岸湿地恢复项目于2009年启动。到2015年，中国最大的城市湿地公园之一已经建成。恢复工作优化了植物群落结构、物种组成、生物多样性和生态系统功能，增强了湿地的景观功能，从而提升了其水质净化能力。

本研究以恢复后的邛海湖岸湿地为案例，探讨了生态恢复对水质改善的贡献。研究目标包括：（1）评估湖岸湿地在减少污染物进入邛海湖方面的作用；（2）建立景观配置与水质净化能力之间的关系；（3）识别影响水质净化能力的关键景观因素。研究结果将有助于深化对湖岸湿地配置如何影响水质净化的理解，并支持水质管理策略的制定。通过全面分析恢复后的湿地对水质的影响，本研究不仅提供了科学依据，也为实际的生态恢复和管理提供了参考。这种基于具体案例的研究方法有助于揭示生态恢复的复杂机制，并为未来的湿地保护和管理提供指导。