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湖泊富营养化是一种普遍存在的现象,已严重威胁到社会经济的持续发展和人类健康。对湖泊进行水环境治理的主要目标是修复为稳定健康的水生态系统。自1998年起太湖周边河流开始实行“零排放”政策,各级部门也投入大量财力、物力和人力,但太湖的富营养化问题依然没有解决。2007年再次暴发的蓝藻水华严重影响了周围居民的生活。
水体富营养化最根本的原因就是营养盐含量较高,而沉水植物对水体营养盐具有较强的吸收功能。本文从营养盐角度出发,对太湖沉水植物优势种马来眼子菜进行系统性研究,包括其生长过程中对水体营养盐的吸收,在净化水体时的生理响应和水绵对其的影响,马来眼子菜在死亡腐烂分解后对水体营养盐的贡献量,以及在长时间尺度修复水体时的生态演变。湖泊是一个复合生态系统,为了使其成为稳定、健康的生态系统,在对其进行生态修复的同时还需要一种有效的管理方式,但首先需要对其进行生态系统健康评价。本论文的主要研究内容和结果如下:
1.在野外水泥池子中进行吊盆悬挂试验,研究了一年生长周期内不同底质、不同水深对马来眼子菜生长的影响,试图探询其最佳生长习性。结果表明水深对马来眼子菜的影响大于底质,株长、株长增加量、相对生长速率和干重增加量随水深的增加而增加,差异显著。在60-120cm的水深范围内分蘖数随着时间变化缓慢增加,是马来眼子菜的最佳生长深度。而在两种底质中,这些指标却没有显著性差异。
2.根据太湖历年各测点的氮磷浓度值,设计低、中、高浓度水体,研究马来眼予菜在不同浓度条件下的净化速率及生理响应。结果发现:不同氮磷浓度对马来眼子菜株长和生物量的增长率没有造成显著性影响,但高浓度的氮磷营养盐对马来眼子菜的繁殖发育有一定影响。马来眼子菜在净化水体时,对低浓度水体总氮的去除效果比较好,对高浓度水体的总磷去除效果较好;但马来眼子菜在生理特征上表现出一定的抗逆性,尤其是高营养盐浓度水体中的马来眼子菜过氧化物酶活性较高、叶绿素含量和根系活力较低。
3.针对静水条件或者流速较小的条件下水绵与水生植物共生的特点,设计了马来眼子菜与水绵生物量比例分别为1:1、5:1和10:1三种组合试验。结果发现水绵对马来眼子菜生长有一定的影响,主要表现在对生物量的影响;对马来眼子菜吸收水体营养盐的功能也有一定影响,水绵占的比例越大其影响越明显,特别是对水体总磷的去除影响比较大。
4.分别在冬季和夏季设计马来眼子菜腐烂分解释放营养盐试验。结果发现冬季与夏季马来眼子菜腐烂分解有明显的不同,其中温度起着至关重要的作用。马来眼子菜腐烂分解过程中,氮营养盐的损失主要由茎贡献,磷主要由叶贡献。用Stella模型对马来眼子菜腐烂分解过程进行模拟发现,氮磷的无机物在试验初始能迅速溶于水体中,其中磷的溶解速率明显高于氮,而氮磷的有机物则是逐渐被释放到水体中。
5.通过野外水池模拟研究,马来眼子菜在修复河泥和黄土两种底质的水体过程中分别发生了生态演替。在三年时间内,河泥底质生长的马来眼子菜演替为菹草和荇菜,黄土底质生长的马来眼子菜被微齿眼子菜和轮叶黑藻等植物所代替。对湖泊进行生态修复时,马来眼子菜适合作为先锋种吸收水体营养盐,为易于在低营养盐底质或水体中生长的植物成为优势种提供有利条件。菹草相比马来眼子菜更适合修复营养盐含量较高的河泥底质。
6.基于1959-2007年太湖浮游植物、浮游动物、底栖动物、水生植物和鱼类等生态资料建立多层次综合评价体系,对太湖及各分区的生态系统进行健康评价。结果表明:太湖生态系统逐渐由健康向亚健康再向不健康状态演变。从空间分布来看,太湖东部湖区的健康状态较好、西部湖区较差。可以选取浮游植物中的蓝藻数量、浮游动物中的原生动物数量、底栖中的环节动物数量以及鱼类中的鲌鱼产量作为太湖生态系统健康评价的代表性指标。