南水北调中线工程从汉江的丹江口水库引水至华北地区，用于京、津、冀等地的城镇生活、工业及农业灌溉用水。汉江流域上游作为工程水源地，其水质质量直接影响到工程能否充分发挥其社会经济和生态效益，并关系着京津地区的社会、经济可持续发展。因此，丹江口水库水源地的水环境保护，直接关系到南水北调中线工程的成败。 

　　为更好的服务水源地保障的重大国家需求，武汉植物园从加拿大自然资源部加拿大遥感中心引进张全发博士，并组建了系统生态学学科组，开展南水北调中线水源地水环境的时空格局和河流-流域水环境及其与土地利用之间的关系等方面的研究。 

　　2008年，武汉植物园集中系统生态学、水生植物生物学、水生植物适应性进化学、湿地生态学、入侵生物学、植被生态学、植物营养与农业生态、生态景观与工程等优势力量组建了中国科学院水生植物与流域生态重点实验室，张全发研究员任重点实验室主任。重点实验室以南水北调中线水源地水资源保护为重点，系统研究流域复合生态系统内的物质、能量、信息流动及水域、水陆交错带、湿地和陆地子系统之间的耦合机制，揭示流域生态环境的时空格局及演化规律，开展植物资源利用的环境可持续性、退化植被恢复与生态工程重建及水资源保护的技术创新。 

　　在国家科技支撑计划、基金委重点项目和面上项目和重点部署项目等支持下，项目先后对汉江干流和主要入江支流的水化学进行了每年4次的长期监测，利用水环境化学及生物地球化学理论和遥感/GIS及多元统计分析等技术，揭示了水源地水环境地球化学特征、土地利用和水文节律双重作用下水环境的时空效应，同时研究结果为开展以水环境保护为目标的退化生态系统定向恢复提供了依据。通过系统调查，探明了丹江口库区湿地高等植物的物种组成和群落类型，共计有30科56属90种，14个湿地植被类型，同时揭示了坡度、周边土地利用以及离水面距离是影响湿地植被物种组成和群落分布的主要环境因子。结合DEM、土地利用及植被数据构建了分类回归树模型，预测大坝加高后库区湿地植被类型和植物物种多样性的分布，对植被类型总体预测精度为77.4%，物种多样性总体预测精度达到75.6%。 

　　通过研究土壤氮矿化和硝化与土壤有机碳和土壤碳氮比的关系，揭示了植被恢复过程中C、N耦合作用；在流域尺度上辨识了自然过程和人为活动对河流-水库-流域复合生态系统中元素循环的影响。结合运用水生生物学及生态学理论及多元统计分析方法，揭示了河流底栖硅藻群落组成特征、时空变化格局及其与水环境的关系，筛选了适用于工程水源地的硅藻指数并对汉江上游河流进行了营养水平的健康评价，为建立我国亚热带河流的生物监测体系奠定了基础。 

　　2012年，武汉植物园联合长江水资源保护科学研究所、华中农业大学、中国科学院测量与地球物理研究所、中国科学院生态环境研究中心等承担了国家科技支撑计划课题“丹江口库区生态修复与环境保障关键技术研究与示范”，开展了库/河岸带植物种质资源筛选与人工群落构建、入库河口生态修复与污染阻控关键技术与示范、库岸带植被恢复与群落稳定化关键技术与示范、新库/河岸带生态系统重建规划与有序利用模式等研究工作。通过四年的努力，研制成功了河/库岸带人工群落构建、植被群落恢复与稳定维持、入库河口生态缓冲与污染阻控、生态系统重建及有序利用等关键技术；建成了库岸带植被恢复试验示范区约60亩、入库河口湿地生态修复与污染阻控技术试验示范区约50亩；解决了丹江口库区生态修复与环境保障中关键技术难题，为南水北调中线水源地的水质保障和工程长期优质稳定运行提供技术支撑。刘贵华、程晓莉、党海山、刘文治等作为课题骨干全程参与了该项目的研发。 

　　2015年，承担了中国科学院科技服务网络计划项目“丹江口库区高效生态农业示范”，张全发研究员任项目负责人，傅金民、刘文治和吴金清为课题负责人。该项目以国家发展改革委印发的《丹江口库区及上游地区经济社会发展规划》为指导，以南水北调中线工程水源地丹江口库区移民安稳致富及水环境保护为目标，通过“官产研”合作模式，推广示范武汉植物园具有自主知识产权的特色农业新品种及规模化生态种植技术，在湖北省丹江口市习家店镇和河南淅川县大石桥乡建设面积1000亩的库区高效生态农业示范园，其中林果等特色农业示范园150亩，水生经济植物50亩，优质草坪和牧草品种示范基地100亩，适宜消落区耐水淹经济林木示范园700亩。通过示范，形成上述新品种在库区生态种植的技术规范和推广模式，培训15-20名生态农业技术人员。该项目为改善库区生态环境、调整农业经济结构提供技术支撑，并服务于南水北调中线工程水源地的水质安全。 

　　2016年，在中国科学院重点部署项目支持下，联合水生生物研究所、地质与地球物理研究所、重庆绿色智能技术研究院等单位，开展了“南水北调中线水源地河流水质保障技术与示范”研究工作。该项目面向南水北调中线工程水源地河流水质保障的重大国家需求，利用河流水体生物、理化和水文特性，结合资料查询、野外调查、实验室分析，构建以生物要素为核心的水源地河流生态环境评价技术；利用水化学、氮素形态、碳氮氧多稳定同位素示踪手段，建立氮碳污染物来源及其物质贡献率的定量解析方法，量化水源地典型污染物来源及其对河流水体污染负荷；采取“输移过程阻断”和“末端治理”协同治理理念，研发和集成河岸带及河道生态工程修复技术，强化河岸带和河道对氮、磷及泥沙的截留功能，建成河岸带和河道污染阻断及生态修复的关键技术体系，并在水源地选择代表性河流淇河进行生态修复工程示范。项目成果将为南水北调中线工程水源地以保障河流水质为目标的河流修复及管理提供系统解决方案，同时河流水质安全也将为国家京津冀协同发展战略提供优质水资源保障。 

　　经过12年的不懈努力，武汉植物园对南水北调中线水源地的水环境现状进行了系统诊断，提出了生态治理的初步方案，建成了湖北丹江口市习家店生态农业示范基地和河南淅川县大石桥河流生态修复示范基地。围绕项目共发表科研论文300余篇，申请专利40余件。2015年南水北调中线工程水源地水环境及保护技术获得湖北省科技进步二等奖。 

　　                                                                  (撰稿人：刘贵华)