论文部分内容阅读
伴随着经济社会的迅速发展,水体富营养化问题日益严重,成为全人类共同面对的难题,这客观上促进了对富营养化问题的研究。作为解决富营养化问题的稳态转换理论日益引起重视并逐渐成为湖沼学家关注的热点问题之一。有关稳态转换的研究已有几十年的历史,但对整个转换过程的研究仍不够深入,传统上把湖泊分成清水稳态和浊水稳态,对系统组分在稳态转换过程中的变化研究不够,对不同的状态的定义仅仅是描述性的,缺乏量化的指标。本文在前人研究的基础上,对稳态转换的过程进行了详细研究。从生态系统的结构入手,综合水化学、浮游植物、浮游动物、水生植物及鱼类等组分在稳态转换中的变化,利用实验湖沼学、比较湖沼学及案例分析等手段,从不同的视角及层面研究了湖泊的稳态转换过程,给出了处于不同阶段湖泊的典型定量特征及营养盐转换阈值,并对稳态转换的驱动力进行了研究分析。主要取得了以下结论:
1.用受控生态系统模拟了稳态转换的过程,即用生态修复的手段实现了受控生态系统由浊水稳态向清水稳态转换的整个过程。发现受控生态系统在稳态转换过程中出现三种状态:即藻型稳态,藻-草型过渡态,清水稳态；发现稳态转换是一个综合的过程,可近似用幂函数方程y=a*xb(Y为描述水体状态参数,x为时间)来描述,转变过程中存在一个突变区域,符合不连续变化模型。总磷是驱动藻型稳态向草型稳态转变驱动力,温度是对照围隔季节波动的主要因素,并给出了围隔生态系统进入清水稳态的阈值。
2.通过对云南29个湖库的调查,用拐点探测分析及频度分析验证了湖泊存在多稳态现象,发现湖泊从一种状态到另一种状态转变存在明显的跃迁现象。自然状态下的湖泊主要呈现以下几种状态,即清水稳态、过渡态及浊水稳态,根据过渡态湖泊草-藻之间的关系可细分为清水变稳态及浊水变稳态。综合实验湖沼学及前人已有结论得出湖泊不同状态间转换的营养盐阈值,即当TP<0.03mg/L,TN<0.39mg/L,SD>180cm,Chl-a<0.01mg/L时,湖泊处于清水稳态；当TP>0.10mg/L,TN>2mg/L,SD<100cm,Chl-a>0.036mg/L时,系统处于浊水稳态；介于两者之间,湖泊为过渡态的非稳态,可向清水稳态或浊水稳态转变。分析结果表明总磷是驱动水体状态转换的主要因素。
3.通过对滇池近50年来资料的分析,将滇池生态系统稳态转换过程分为以下三个阶段:50-60年代,该段时间营养盐较低,透明度高。植被覆盖度高,群落丰富,多样性高,在生态系统中居于优势地位。浮游植物生物量低,优势种以清水种为主。土著鱼类种类丰富产量高,在鱼类种群中居于主导地位。因此,该段时间系统处于清水稳态；70-80年代滇池营养盐急剧增加,透明度降低。土著鱼类种群退化,大量种类消失,产量急剧下降。浮游植物生物量增加,优势种逐渐向蓝藻门、绿藻门、硅藻门中的耐污种转变,局部微囊藻水华出现。水生植被覆盖度急剧降低,群落大量消失,优势种已转化为以狐尾藻为主的种群结构。因此,滇池70-80年代为稳态转换中的过渡态；90年代以后,滇池营养盐水平很高、浮游植物生物量高,四季优势种均为蓝藻。水生植物几乎消失殆尽,残存的以耐污种红线草为主。土著鱼类种类大量灭绝,表明系统已经进入浊水稳态。滇池生态系统进入浊水稳态的营养盐阈值为TP>0.11mg/L,TN>1.955mg/L,CODMn>7.38mg/L,SD<55cm。转换的主要因为有两个,一是营养盐的增加,使得沉水植物退化,浮游植物生物量迅速增加及透明度的大幅度降低。二是鱼类的引种及不合理的开发利用,使得滇池的鱼类区系成分发生了明显的变化,逐渐转变为小型鱼类为主的种群结构,且产量大幅度降低。鱼类种群及产量的变化加大了对浮游动物的牧食压力,从而减轻了对浮游植物的控制作用。
4.综合实验湖沼学、比较湖沼学及案例研究,我们将湖泊的整个演化进程划分为四个阶段:即清水稳态阶段、清水变稳态阶段、浊水变稳态阶段、浊水稳态阶段、再加上一种极端黑臭状态阶段,湖泊演化可分为五个阶段。每个阶段的典型特点如下:清水稳态阶段的特点是:TP<0.03mg/L,TN<0.4mg/L,SD>1.8m,Chl-a<10μg/L,藻类细胞数≤106cell/L水平。沉水植物在生态系统中居于优势地位,优势种为海菜花、轮叶黑藻、轮藻、苦草等。浮游植物优势种为金藻、鼓藻、硅藻、甲藻,生态系统多样性高；清水变稳态阶段的特点是:TP为0.03-0.10mg/L,TN为0.4-2mg/L,SD为1-2.5m,Chl-a为10～25μg/L,藻类细胞数105-107水平。沉水植物在生态系统中居于优势地位,优势种为微齿眼子菜、金鱼藻、苦草等。浮游植物优势种为硅藻、蓝藻、绿藻,生态系统多样性高:浊水变稳态阶段的特点是:TP为0.03-0.10mg/L,TN为0.4-2mg/L,SD为0.5-2m,Chl-a为20～36μg/L,藻类细胞数106-108水平,浮游植物在生态系统中居于优势地位,优势种为蓝藻、硅藻、绿藻、隐藻等,沉水植物优势种为狐尾藻、红线草、微齿眼子菜等,生态系统多样性中等；浊水稳态阶段的特点是:TP>0.10mg/L,TN>2mg/L,SD<1m,Chl-a>36μg/L,藻类细胞数≥107cell/L水平,浮游植物在生态系统居于优势地位,优势种往往为蓝藻、绿藻、裸藻、硅藻等,沉水植被优势种为红线草、狐尾藻等,生态系统多样性低:黑臭状态阶段的特点是:营养盐浓度很高,P/R<1,以异养细菌为主,溶解氧小于2mg/L,一般无沉水植物,只有极少量蓝藻,生态系统多样性极低。