【摘 要】
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人类活动会导致湖泊发生富营养化稳态转换,即由沉水植物覆盖度高的清水型(草型)稳态转变为沉水植物覆盖度低甚至消失、浮游植物过量增殖的浊水型(藻型)稳态。长江中下游湖泊由清水型稳态转变为浊水型稳态(藻型化),对长江大保护具有严重的负面影响。然而,目前关于富营养化通过上行效应和下行效应影响沉水植物,进而驱动浅水湖泊稳态转换的磷化学计量机制缺乏系统研究。为完善湖泊稳态转换理论体系,本研究首先基于对文献数据
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2017YFC0405300)“江湖关系变化胁迫下两湖水生态环境效应及适应性调控”
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人类活动会导致湖泊发生富营养化稳态转换,即由沉水植物覆盖度高的清水型(草型)稳态转变为沉水植物覆盖度低甚至消失、浮游植物过量增殖的浊水型(藻型)稳态。长江中下游湖泊由清水型稳态转变为浊水型稳态(藻型化),对长江大保护具有严重的负面影响。然而,目前关于富营养化通过上行效应和下行效应影响沉水植物,进而驱动浅水湖泊稳态转换的磷化学计量机制缺乏系统研究。为完善湖泊稳态转换理论体系,本研究首先基于对文献数据的分析,从湖泊营养状态和沉水植物群落磷内稳态两方面,对长江中下游湖泊的藻型化风险进行了综合评估;在此基础上,基于化学计量内稳态的原理和方法,通过控制试验,研究了典型高内稳型沉水植物微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和低内稳型沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)在不同营养水平下生长特性和抑制浮游植物(抑藻)能力的差异,探讨富营养化通过沉水植物驱动湖泊稳态转换的上行效应机制;同时利用控制试验,研究了典型草食性动物草鱼(Ctenopharyngodon idella)和铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)对沉水植物、浮游植物、水体理化性质的影响,探讨下行效应对湖泊稳态转换的影响;最后,选取西洞庭湖自然生境,调查了沉水植物群落的磷内稳态及其抑藻作用,验证了控制试验的研究成果。主要结果如下:(1)长江中下游21个典型湖泊(子湖)中,藻型化风险高、中、低的湖泊(子湖)数量分别为3个、6个、12个,其中巢湖、高邮湖、淀山湖的藻型化风险较高。(2)轮叶黑藻在富营养条件下生长迅速而成为沉水植物组合的优势种,但其抑藻能力相对较弱;而微齿眼子菜生长受磷浓度影响相对较小,且在富营养条件下的抑藻能力显著高于轮叶黑藻。沉水植物的抑藻能力随其磷内稳态增加呈线性增加趋势,且随着试验的进行,线性趋势更加明显(r~2由0.123增加到0.259)。(3)草鱼和铜锈环棱螺降低了沉水植物生物量,以及其中的内源营养积累量,其中草鱼导致内源磷、氮积累量分别减少了68.01%和66.81%。草鱼和铜锈环棱螺处理下,沉水植物的抑藻能力分别升高到了空白对照的3.96倍和2.13倍。(4)西洞庭湖沉水植物的抑藻能力随其磷内稳态增加呈线性增加趋势。沉水植物的群落磷内稳态,及其抑藻能力沿西部入湖口向湖心区逐步增加、沿北部入湖口向湖心区增减变化规律不明显。本研究发现,长江中下游湖泊富营养化的进程中,沉水植物组合的优势种由高内稳型沉水植物演替为低内稳型沉水植物,会降低沉水植物的抑藻能力,最终通过上行机制促进浮游植物增殖和稳态转换;短期投放草食性动物可以通过调控沉水植物组合的物种结构增强其抑藻能力,同时转变内源营养释放规律,进而通过下行机制预防稳态转换。本研究从生态化学计量学的视角丰富了湖泊稳态转换理论体系。建议在湖泊藻型化风险评估中,将沉水植物磷内稳态作为湖泊营养状态和沉水植物数量的补充依据;在湖泊藻型化治理中,可利用草食性动物增强清水型稳态。
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