论文部分内容阅读
湖湾是湖泊污染消纳、水环境最复杂的区位,也是生态系统最敏感的区位,是生物地球化学过程最活跃的区位,是人们最关注、需求最高的区位,是生态破坏与修复的前沿阵地。稳态转换分析是制定湖泊管理策略与实施评估的有效工具。从已有的稳态研究方法来看,我国大部分湖泊调查资料时间跨度短,并不适合该理论的应用,这也限制了该理论在我国的发展和应用。本文在传统湖泊调查的基础上,从湖泊生态系统理化特征、浮游植物、浮游动物、水生植物入手,结合已有的参考阈值,探索稳态转换研究的新方法。主要研究结果如下:
(1)对洱海6个典型湖湾进行了全面生态调查,分析了其各自的生态系统稳态特征。结果表明:洱海各湖湾的理化指标相比2008年夏季同期,营养盐含量有不同程度的提高。除向阳湾的沉水植物优势种季节变化明显外,其他湖湾的优势种基本为全年优势种。耐污的微齿眼子菜、金鱼藻是洱海湖湾的优势种。各湖湾7月、10月的叶绿素a含量较高,局部出现了水华堆积。北部的沙坪湾、海潮河湾和红山湾可以作为代表湖湾。洱海湖湾的透明度与水深利于沉水植物的恢复,但从全湖看,存在沉积物受风浪影响大的风险。
(2)对代表湖湾的水化学变化进行了详细研究。结果表明北部各湖湾的理化指标存在差异,基本都有明显的季节性变化,全年综合营养状态指数平均为41.07。一般而言,各指标冬春优于夏秋。从理化指标来看,洱海北部湖湾整体都处于清水稳态或过渡态。
(3)对代表湖湾的浮游植物群落结构及演替进行了研究。结果表明:洱海湖湾的浮游植物群落已转化为蓝藻、绿藻占优势,绿藻的优势在提高。洱海浮游植物群落的优势种在历史演替过程中存在较大的种属变化,由早期的清水种逐渐演替为耐污种,浮游植物的密度和生物量近年来急剧增加,种类多样性逐渐下降。洱海蓝藻门不同藻类演替主是营养驱动,而蓝藻门、绿藻门以及硅藻门藻类的季节演替更多的受温度驱动的。光照强度可能是演替模式发生变化的重要原因。
(4)对代表湖湾的浮游动物群落结构即演替进行了研究。2009年8月-2010年7月北部湖湾共发现浮游动物87种,甲壳动物29种,轮虫32种,原生动物26种。常见种类基本为耐污种。从2009年7月浮游动物在包括典型湖湾在内的全湖分布来看,数量分布在各湖湾出现分异,其中轮虫在红山湾、长育湾的数量较高,而海潮河湾的数量较少。原生动物在长育湾的数量较高,海潮河湾的数量较少。总体而言,洱海北部湖湾的的浮游动物以原生动物为主,北部湖湾的轮虫及原生动物在秋冬季数量较高,除部分月份外,湖湾的轮虫、原生动物及浮游动物总数比敝水区要丰富。对比历史资料,发现洱海的浮游动物密度相比1997年有大幅提高,并仍处于原生动物数量占优的状态。
(5)通过对洱海典型湖湾以及与太湖滇池的典型湖湾透明度以及叶绿素a进行频数分析,洱海的6个湖湾属于同一个状态群体,但整体与太湖及滇池的典型湖湾不同。洱海典型湖湾的叶绿素a含量峰值为26.7μg/L,而滇池、太湖的叶绿素a峰值处于178μg/L附近。洱海典型湖湾的TN,TP峰值分别为3.8 mg/L,0.035 mg/L,而滇池、太湖典型湖湾的TN,TP峰值分别为9.96 mg/L,0.310 mg/L。基于Regime Shift Detection稳态跃迁诊断结果表明,北部3个湖湾的部分指标正在发生跃迁。用模糊评价法和支持向量机对洱海湖湾稳态阶段进行了分析。结合浮游植物、浮游动物以及水生植被情况,洱海各个湖湾仍然有发生退化转换的可能,警示洱海湖湾周边相应的治理不容忽视。同时发现,风力和水文条件导致的水华堆积是湖湾稳态的重要影响因素。
(6)针对湖湾稳态的重要影响因素--水华堆积问题,从水华的定义和相关阈值着手,综合分析了已有的水华预警方法后,选用机器学习新理论对洱海湖湾临近区域的水华进行了预测研究。结果表明,支持向量机模型可以用于水华预警。