南水北調中線工程從漢江的丹江口水庫引水至華北地區，用于京、津、冀等地的城鎮生活、工業及農業灌溉用水。漢江流域上游作為工程水源地，其水質質量直接影響到工程能否充分發揮其社會經濟和生態效益，并關系著京津地區的社會、經濟可持續發展。因此，丹江口水庫水源地的水環境保護，直接關系到南水北調中線工程的成敗。 

　　為更好的服務水源地保障的重大國家需求，武漢植物園從加拿大自然資源部加拿大遙感中心引進張全發博士，并組建了系統生態學學科組，開展南水北調中線水源地水環境的時空格局和河流-流域水環境及其與土地利用之間的關系等方面的研究。 

　　2008年，武漢植物園集中系統生態學、水生植物生物學、水生植物適應性進化學、濕地生態學、入侵生物學、植被生態學、植物營養與農業生態、生態景觀與工程等優勢力量組建了中國科學院水生植物與流域生態重點實驗室，張全發研究員任重點實驗室主任。重點實驗室以南水北調中線水源地水資源保護為重點，系統研究流域復合生態系統內的物質、能量、信息流動及水域、水陸交錯帶、濕地和陸地子系統之間的耦合機制，揭示流域生態環境的時空格局及演化規律，開展植物資源利用的環境可持續性、退化植被恢復與生態工程重建及水資源保護的技術創新。 

　　在國家科技支撐計劃、基金委重點項目和面上項目和重點部署項目等支持下，項目先后對漢江干流和主要入江支流的水化學進行了每年4次的長期監測，利用水環境化學及生物地球化學理論和遙感/GIS及多元統計分析等技術，揭示了水源地水環境地球化學特征、土地利用和水文節律雙重作用下水環境的時空效應，同時研究結果為開展以水環境保護為目標的退化生態系統定向恢復提供了依據。通過系統調查，探明了丹江口庫區濕地高等植物的物種組成和群落類型，共計有30科56屬90種，14個濕地植被類型，同時揭示了坡度、周邊土地利用以及離水面距離是影響濕地植被物種組成和群落分布的主要環境因子。結合DEM、土地利用及植被數據構建了分類回歸樹模型，預測大壩加高后庫區濕地植被類型和植物物種多樣性的分布，對植被類型總體預測精度為77.4%，物種多樣性總體預測精度達到75.6%。 

　　通過研究土壤氮礦化和硝化與土壤有機碳和土壤碳氮比的關系，揭示了植被恢復過程中C、N耦合作用；在流域尺度上辨識了自然過程和人為活動對河流-水庫-流域復合生態系統中元素循環的影響。結合運用水生生物學及生態學理論及多元統計分析方法，揭示了河流底棲硅藻群落組成特征、時空變化格局及其與水環境的關系，篩選了適用于工程水源地的硅藻指數并對漢江上游河流進行了營養水平的健康評價，為建立我國亞熱帶河流的生物監測體系奠定了基礎。 

　　2012年，武漢植物園聯合長江水資源保護科學研究所、華中農業大學、中國科學院測量與地球物理研究所、中國科學院生態環境研究中心等承擔了國家科技支撐計劃課題“丹江口庫區生態修復與環境保障關鍵技術研究與示范”，開展了庫/河岸帶植物種質資源篩選與人工群落構建、入庫河口生態修復與污染阻控關鍵技術與示范、庫岸帶植被恢復與群落穩定化關鍵技術與示范、新庫/河岸帶生態系統重建規劃與有序利用模式等研究工作。通過四年的努力，研制成功了河/庫岸帶人工群落構建、植被群落恢復與穩定維持、入庫河口生態緩沖與污染阻控、生態系統重建及有序利用等關鍵技術；建成了庫岸帶植被恢復試驗示范區約60畝、入庫河口濕地生態修復與污染阻控技術試驗示范區約50畝；解決了丹江口庫區生態修復與環境保障中關鍵技術難題，為南水北調中線水源地的水質保障和工程長期優質穩定運行提供技術支撐。劉貴華、程曉莉、黨海山、劉文治等作為課題骨干全程參與了該項目的研發。 

　　2015年，承擔了中國科學院科技服務網絡計劃項目“丹江口庫區高效生態農業示范”，張全發研究員任項目負責人，傅金民、劉文治和吳金清為課題負責人。該項目以國家發展改革委印發的《丹江口庫區及上游地區經濟社會發展規劃》為指導，以南水北調中線工程水源地丹江口庫區移民安穩致富及水環境保護為目標，通過“官產研”合作模式，推廣示范武漢植物園具有自主知識產權的特色農業新品種及規模化生態種植技術，在湖北省丹江口市習家店鎮和河南淅川縣大石橋鄉建設面積1000畝的庫區高效生態農業示范園，其中林果等特色農業示范園150畝，水生經濟植物50畝，優質草坪和牧草品種示范基地100畝，適宜消落區耐水淹經濟林木示范園700畝。通過示范，形成上述新品種在庫區生態種植的技術規范和推廣模式，培訓15-20名生態農業技術人員。該項目為改善庫區生態環境、調整農業經濟結構提供技術支撐，并服務于南水北調中線工程水源地的水質安全。 

　　2016年，在中國科學院重點部署項目支持下，聯合水生生物研究所、地質與地球物理研究所、重慶綠色智能技術研究院等單位，開展了“南水北調中線水源地河流水質保障技術與示范”研究工作。該項目面向南水北調中線工程水源地河流水質保障的重大國家需求，利用河流水體生物、理化和水文特性，結合資料查詢、野外調查、實驗室分析，構建以生物要素為核心的水源地河流生態環境評價技術；利用水化學、氮素形態、碳氮氧多穩定同位素示蹤手段，建立氮碳污染物來源及其物質貢獻率的定量解析方法，量化水源地典型污染物來源及其對河流水體污染負荷；采取“輸移過程阻斷”和“末端治理”協同治理理念，研發和集成河岸帶及河道生態工程修復技術，強化河岸帶和河道對氮、磷及泥沙的截留功能，建成河岸帶和河道污染阻斷及生態修復的關鍵技術體系，并在水源地選擇代表性河流淇河進行生態修復工程示范。項目成果將為南水北調中線工程水源地以保障河流水質為目標的河流修復及管理提供系統解決方案，同時河流水質安全也將為國家京津冀協同發展戰略提供優質水資源保障。 

　　經過12年的不懈努力，武漢植物園對南水北調中線水源地的水環境現狀進行了系統診斷，提出了生態治理的初步方案，建成了湖北丹江口市習家店生態農業示范基地和河南淅川縣大石橋河流生態修復示范基地。圍繞項目共發表科研論文300余篇，申請專利40余件。2015年南水北調中線工程水源地水環境及保護技術獲得湖北省科技進步二等獎。 

　　                                                                  (撰稿人：劉貴華)