《973计划“湖泊富营养化过程和蓝藻水华暴发机理研究”项目》由会员分享，可在线阅读，更多相关《973计划“湖泊富营养化过程和蓝藻水华暴发机理研究”项目（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、973方案“湖泊富营养化过程和蓝藻水华爆发机理研究工程富营养型湖泊稳态转换和生态系统调控原理2002CB4123092004年工作总结完成单位与骨干：中 科 院 水 生 所： 刘永定、胡征宇、王洪铸、成水平、侯国祥、李根保中科院武汉植物 园： 李伟深 圳 大 学： 胡章立江 苏 省 农 科 院： 薛启汉昆 明 市 气 象 局： 陈增会2004年12月一、?课题任务书?设置的2004年课题研究内容与目标1、研究内容n 湖泊主要生物群落的结构特征种类、分布、多度、地域分异特征，及其与湖泊水质的定性和定量关系，建立表达湖泊稳态的根本结构参数；n 从不同稳态典型湖泊生物群落的功能特征入手，分析不同生物
2、类群功能之间的协调与反应关系，建立表达湖泊稳态的根本功能参数；n 通过季节和年度典型湖泊生物群落结构与功能研究，分析湖泊生物群落结构和功能特征的变化规律；n 筛选特征性的湖泊稳态表征指标参数，分析各关键参数的边界条件，建立湖泊生态系统稳态的适宜的、简明的表达体系；n 研究环境状态变化对水体生态系统稳态的影响；n 继续研究与水体营养水平和状态相关的水生植物最小生存种群；n 继续从生态系统的角度研究藻类群落与生物和非生物环境的定量关系；n 继续研究水生植被与环境因子的定量关系；n 研究富营养水体生产者消费者相互作用与生态系统稳定性的关系；n 结合水华爆发和湖泊稳态转换条件的研究，分析两者与周丛藻类
3、的关系；n 研究周丛藻类的生产力及其在湖泊生态系统中的作用。2、预期目标与成果指标l 开展湖沼学调查、实验湖沼学研究、种群生态学并群落生态学研究；l 在理论研究进展方面，确立长江流域浅水湖泊稳态表达的指标体系和湖泊生态系统稳态类型划分的指标体系。l 国内外发表论文4篇。二、研究的关键科学问题、主要研究内容与进展1、研究的关键科学问题l 水生植被的生态系统功能和湖泊稳态转换的动力学l 湖泊生态系统稳态转换原理2、主要研究内容n 不同稳态阶段的生态系统结构的定量表征；n 草型清水稳态的生态系统临界参数；n 稳态转换的机制和驱动因素及湖泊稳态转换的生态系统调控原理；n 周丛藻类及其生产力在蓝藻水华爆
4、发和湖泊稳态转换中的作用。3、研究进展与主要结果一、不同稳态阶段的生态系统结构的定量表征1野外工作本年度，对湖北、湖南、江西、安徽、江苏的15个湖泊及10个池塘开展了2至4次调查其中有两个为常年监测湖区，样点200余个，调查湖泊总面积超过7000km2。研究内容包括理化特征、浮游植物、浮游动物、底栖动物、水生植物等。2富营养湖泊理化特征本年度所采湖泊大多数为富营养化藻型湖泊，亦有局部草型湖泊。还包括因受严重污染从草型湖泊正急速转变为藻型湖泊的典型和超富营养化的池塘。各水体的根本参数见表1。表1. 研究水体的根本参数ZM(m)ZSD(cm)TN(mg/L)TDN(mg/L)NH4(mg/L)NO
5、3(mg/L)NO2(mg/L)TP(mg/L)TDP(mg/L)Chl a (mg/L)BMac(g/m2)平均值最小值最大值7030标准差1274注：ZM，水深；ZSD，透明度；BMac，沉水植物生物量。3 藻类优势的限制与驱动因子分析分析了封闭性水体中叶绿素a含量与物理因子、化学因子及生物因子的关系，发现营养盐是影响藻类优势的限制因子图1,2。其中TP浓度最为关键，将作为控制藻类优势的驱动因子。图1. 叶绿素a含量与TP浓度的关系图2. 叶绿素a含量与TN浓度的关系4 沉水植物优势的限制与驱动因子分析从大尺度上分析了水体中沉水植物生物量与各种环境因子的关系，发现透明度水深之比及TP浓度为
6、影响沉水植物优势的限制因子图3,4。其中TP浓度通过对藻类的作用影响着水体光照强度，因子TP浓度将作为增强沉水植物优势的直接控制指标。 图3. 沉水植物生物量与透明度水深之比的关系图4. 沉水植物生物量与TP浓度的关系6底栖动物模型研究对不同营养水平湖泊的底栖动物与环境因子进行了回归分析见图5-7。log(Dtot)=10.63+1.541log(NO2)r=0.87 p=0 n=18图5. 超富营养湖泊底栖动物密度与水体亚硝酸氮浓度的关系log(Btot)3 log(NO2)r=0.83 p=0 n=18图6. 超富营养湖泊底栖动物生物量与水体亚硝酸氮浓度的关系log(Dtot)r=-0.7
7、6 p=0 n=18图7. 超富营养湖泊底栖动物密度与水体总磷浓度的关系超富营养化湖泊的底栖动物密度、生物量与水体亚硝酸氮浓度呈正相关关系，与水体总磷浓度呈负相关关系。研究还发现：河蟹对沉水植物有严重的破坏作用图8，并建立了沉水植物生物量与河蟹产量的经验模型图9。图8.河蟹放养密度(D)与次年沉水植物生物量(BMac)的关系图9.河蟹单产与沉水植物生物量的关系该研究为合理地放养河蟹从而保护沉水植物提供了重要依据。二、草型清水稳态的生态系统临界参数为了完成课题中的预计目标，我们从野外调查、定位研究、实验种群等方面开展了工作，工作进展分述如下：1继续对洪湖、粱子湖、西梁湖、龙感湖、鄱阳湖的水生植被
8、进行考察，今年的重点考察湖泊是粱子湖、龙感湖和鄱阳湖。2在洪湖完成了三种水生植物优势种菰、莲和微齿眼子菜的原位分解实验以及外源营养对植物分解的影响研究，这一局部工作已经结束。3在西梁湖约1000m2的围栏中，完成了4种群落类型中植物、水和底泥中氮、磷等的月变化动态检测，以及不同生活型的植物群落对湖泊氮磷循环的影响。同时研究不同植被类型对湖泊底泥再悬浮的影响及再悬浮的季节变化特征。目前该项研究的调查局部已经结束，大局部指标已经测定，估计今年底能够全部结束。4在东湖和我园的水生植物研究基地，完成了两种沉水植物在不同水质条件下的短期生理生态与种群动态研究。实验条件下不同水生植物对水体营养的影响和响应
9、研究根本结束，目前正在进行大量的样品分析测试工作。5对上一年度所筛选的一种能够取代凤眼莲用于富营养化水体治理的乡土水生植物，今年重点开展了其实验种群方面的研究工作，并开始进行该植物对重金属等污染物的吸收效率研究。6初步开展了沉水植物稳定种群对营养输入的响应研究。结合以往的工作积累，本年度在学术方面的进展主要有以下方面：研究了4种沉水植物在不同水质营养条件下的实验种群动态与物质分配。目前穗花狐尾藻的实验与分析工作已经结束，其他植物的实验已完成，正进行分析工作。以穗花狐尾藻为例，随着水体营养浓度的增加，穗花狐尾藻表现出有性生殖减弱至消失、营养繁殖功能增强的趋势，由于其无性繁殖以断枝方式为主，我们推
10、断，这与该植物对环境的适应性有一定关系，即该植物通过断枝的随水流散布到达降低水环境的胁迫、提高种群生存时机的作用。严重富营养化对水生植物而言均是一种致死因素。不同水生植物在富营养水体中的物质分配模式可以比拟有效地反映出它们的富营养化耐受性差异。水生植物在富营养水体中的营养积累与分配特点与营养程度较低情况下可能存在显著不同。不同基质营养条件下菹草的生长研究工作已经完成，通过不同营养浓度底质对菹草的实验，初步发现营养胁迫低浓度和高浓度基质营养条件下，菹草将通过迅速形成营养繁殖体的方式逃避胁迫。初步结果说明当底质中的N浓度大于0.5 g/kg、P浓度大于0.468 g/kg时，菹草的生长将受到限制。
11、菹草是公认的对水体富营养化具有高度耐受性的沉水植物，往往作为沉水植被恢复重建的一个先锋种类，本工作为更好地利用这一种类提供了一方面的根底数据。研究了微齿眼子菜和苦草在不同水体营养条件下的最小生存种群问题，分析结果初步说明：不同生活型的沉水植物表现不一样，在重富营养条件下，当微齿眼子菜的种群规模大于48株/m2时，植被生长良好，水体质量得以改善，藻类生物量少；而苦草对水质的耐受性强并且克隆繁殖能力强，当种群规模大于16株/m2时，植被就能自然恢复。在洪湖进行了3种水生植物优势种菰、莲和微齿眼子菜在自然原位和不同水体氮、磷浓度下的分解速率、营养盐在不同分解阶段的吸收和释放特点以及在植物分解过程中对
12、洪湖水体营养循环的影响的实验研究。结果说明：菰茎、莲叶柄和微齿眼子菜的分解速率相似，k值在-0.0022至-0.0045之间，最慢的是原位分解的微齿眼子菜，k值为-0.0022，半数分解需300-315天；菰叶和莲叶的分解速率相当，k值在-0.0059至-0.0071之间，分解速度最快的是莲叶，k值为-0.0071，半数分解需97-99天。菰茎、莲叶柄及微齿眼子菜低的分解速度是由于其低的营养物含量、高的纤维素和厚壁组织含量。不同水体氮磷浓度对分解速度没有显著影响，大小网孔对微齿眼子菜的分解没有显著影响。三种植物的营养释放对水体营养浓度的变化影响巨大，分解速率较低的植物对湖泊演替的影响显著。在封
13、闭体系中研究了三种沉水植物苦草、穗花狐尾藻和微齿眼子菜对水体营养分配的影响。底泥营养是实验体系中营养的主体，对总磷TP的分析说明：1植物在生长过程中，随着生物量的增加吸收P的能力不断增加，但到一定时期，其P的含量反而降低；2底泥中的P随植物的吸收逐渐减少，但这种减少并不是匀速的，而是表现为一个波动的过程；3三种植物对P的吸收能力有显著差异P0.001，以植物体P含量表示，苦草干物质中P的含量最大，穗华狐尾藻次之，微齿眼子菜最小。在西梁湖实验基地研究了不同水生植被类型对湖泊底泥再悬浮的影响及再悬浮的季节变化特征。群落生物量与悬浮物量大致呈相反的变化趋势，说明水体中植被的存在可以有效地增加沉积和降
14、低重悬浮作用，从而减少了底泥中营养向水体的释放。在所研究的三种植被类型中，微齿眼子菜地段，悬浮物的量始终保持在一个很低的水平；苦草地段相对较高；穗花狐尾藻地段的悬浮物量含量最大，且波动显著，这与三种植物不同的水体空间占据方式与生活史特征有关。沉水植物经验模型构建对草型湖泊的分析说明透明度-水深之比ZSD/ZM是影响沉水植物生物量BMac, g/m2的关键因子解释率为50%；进一步分析发现3-6月既是沉水植物的快速生长期，又是关键因子作用的关键期。建立的5个关键期模型均获得较为理想的效果见以下方程及图10：3月：BMacZSD/ZM r2=0.75 p0.001 n=154月：BMacZSD/ZM r2=0.76 p0.001 n=165月：BMacZSD/ZM r2= 0.77 p n=176月：BMacZSD/ZM r2=0.69 p0.001 n=183-6月：BMacZSD/ZM r2=0.81 p0.001 n=18图10. 3-6月透明度-水深之比平均值与沉水植物生物量年均值之间的关系根据模型方程对沉水植物快速生长期的透明度阈值进行了解析
