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蓝藻水华与环境因子的相关性历来是研究的热点,而在蓝藻水华暴发区域差异性研究方面国内外均十分薄弱,尤其是针对大中型浅水湖泊蓝藻水华暴发的驱动和维持机制的共性和个性问题缺乏了解,因而难以制定行之有效的蓝藻水华防控管理决策。因此,本研究立足于三湖(太湖、巢湖和滇池)大尺度连续性的湖沼学数据调查和收集,通过比较湖沼学手段归纳出三湖蓝藻水华发生的普适性规律和个性差异,阐明影响不同水华优势种的关键生态学因子及其生态阈值;同时选取滇池为个案分析,利用生态系统模型的方法,定量营养盐循环及湖泊食物链结构与蓝藻水华暴发与维持的相互关联性,通过情景模拟的方式探讨外源削减策略和渔业活动对蓝藻水华的影响;基于上述关于湖泊生态系统结构的基本认识,构建浮游生物网络碳流模型,模拟围隔控藻获取的实验结果,探讨不同添加浓度对生态系统结构和功能上的影响。上述研究预期能为大中型浅水湖泊蓝藻水华的预防和控制提供一定的科学借鉴。 主要内容和结果如下: 1.通过对太湖、巢湖和滇池中蓝藻生物群落结构与环境因子全湖尺度两周年数据的收集,构建优势蓝藻与水温和营养盐的统计学模型,结果显示:水温是影响三种优势蓝藻最主要的驱动因子,其中20℃是微囊藻在三个湖泊中出现较高生物量的阈值温度,水华鱼腥藻生物量在巢湖出现峰值的温度约为8℃,水华束丝藻生物量在滇池和太湖出现峰值对应的温度阈值为17℃;此外,固氮种在蓝藻占有比例受水体溶解性无机氮浓度和微囊藻生物量的影响,太湖和巢湖中水华鱼腥藻和水华束丝藻占据相同的生态位并存在着强烈的物间竞争作用,表现为生物量上此消彼长;蓝藻生物量与总磷的关系要显著性高于总氮,三湖中蓝藻对总磷的响应存在着阈值(0.1 mg/L),同时也存在着响应斜率上的差异。本研究加深了对三湖蓝藻水华个性和共性问题的认识,为针对性地防控三湖及类似水体蓝藻水华提供了较为翔实数据参考和科学依据。 2.构建滇池水动力—水质—生态动力学耦合模型,模拟全年营养盐动态和蓝藻水华消长规律,并据此模型开展情景分析,分析不同策略的外源负荷削减对蓝藻水华控制的效果,结果表明:夏季滇池湖体存在热分层和较强的内源性营养盐释放,使得这段时间内总磷不容易成为限制因子,因而外源营养盐削减不能降低夏季藻类生物量;同时,滇池湖体中氮和磷存在偶联机制,滇池外源氮削减并不能控藻蓝藻现存量,反而因为改变湖体内部氮磷比例触发固氮蓝藻在春季的生长;模型证明只有严格的外源磷削率才能对控制滇池蓝藻水华起到效果。研究结果加深了滇池营养盐循环与蓝藻水华相互关联性的认识,为其它类似湖泊外源性营养控制策略提供一定的科学参考。 3.基于滇池生态系统中各个生物类群一周年的调查和历史数据收集,构建了滇池食物网模型,结果显示,滇池食物链虽涉及六个营养级,但物质和能量流动集中在前三个营养级;滇池是一个碎屑驱动的生态系统,食物链起始能量有77%源于有机碎屑的供给,滇池食物链能量转换效率非常低,尤其是第二营养级仅有2.9%;微生物食物环在联系有机碎屑与第二营养级中起了非常重要的作用;链接系数和平均相互信息的值反映出滇池生态结构简单,但微型食物环中能量循环比例高,由此形成能量物质流的正反馈作用,并据此锁定了营养盐,促使并维持了浮游生物生物量的膨胀。滇池生态系统是一个上行效应支配的系统,而其生态系统的结构特征在一定程度上解释了蓝藻水华为何能在滇池维持高生物量。最后,探讨了现阶段进行鲢鳙鱼投放和历史上外来银鱼的生态学效应。研究结果为滇池及类似水体生态系统的管理提供了科学依据。 4.基于滇池草海开展的不同过氧化氢添加浓度的控藻实验,获取相关实验数据,并构建浮游生物网络模型。运用马尔科夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)对流量进行估算,定量分析浮游植物、浮游动物和浮游细菌群落中碳流量获取和流失过程,用网络分析的方法对生态系统参数进行计算。结果表明:低浓度过氧化氢(2 mg/L)投加,短时间内抑制小型浮游动物的生理代谢,而促使了大型浮游动物对食物摄食和排泄,生态系统层面上加速了系统营养物质的再生和循环流量的提高,表现为藻类生物的一定程度上反弹和维持;而中等浓度过氧化氢(4 mg/L)投加,对浮游动物群落的生理生态有一定的选择抑制性,表现在枝角类生理代谢过程受到抑制,而促进了桡足类和轮虫的生理过程,导致藻类群落组成发生变化:绿藻开始逐渐占据优势;而高浓度过氧化氢投加组,强烈改变生态系统的结构组成,使之表现为从浮游植物支配的牧食食物链转变为碎屑和细菌等支配的碎屑食物链。在藻类水华控制理念上,提出对目标水体施加中等强度的干扰,使生态系统通过自我平衡调节来促发藻类组成结构上的改变,进而实现水华藻类的控制。该研究为水华应急控制的生态安全性评价提供思路上和方法学上的借鉴。