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湖泊富营养化已经成为当今世界面临的严重环境问题之一。为了有效防治湖泊富营养化,必须就其产生原因进行深入的研究。从理论上讲,任何一个开放系统的输出的变化都是由系统输入和结构的变化引起的,湖泊富营养化正是在外源营养物质负荷增大和湖泊自身自净能力下降的双重作用下出现的。为了压缩外源营养物质负荷,实行总量控制,必须将其与湖泊生态系统环境容量相一致。然而,目前在综合考虑各种物理、化学、生物自净能力的基础之上计算环境容量还是研究中的一个难点。
为了科学评价湖泊环境容量,将其与湖泊生态系统自净能力相匹配,本文在系统科学思想的指导下,以植物——生境的关系作为研究出发点,借助遥感手段,对太湖生态系统的结构、功能和演化过程进行分析,在此基础之上,根据物质守恒原理,对太湖环境容量现状进行了评价,并对2007年环境容量进行了预测,提出了总量控制方案和结构改善建议。
1.太湖生态系统结构分析结构分析从两个角度进行:水平结构和垂直结构。水平结构着重分析植被群落及水、土、盐等限制和影响植物生长的生境要素的水平分布格局;垂直结构着重分析不同生活型植物及其生境在垂直方向上的成层现象。最后,以水平格局和垂向分层结果为依据将太湖生态系统划分为五个生态子系统,综合分析不同子系统的结构和功能。
根据分析得出结论:水生植物与其生境是相互作用、相互联系的有机整体。水生植物的生存依赖水下环境的各种物理、化学条件,同时,水生植物的发育、繁衍所进行的生理活动,又在不同程度上改造它所在的水下环境,两者相生相克形成互为因果的生态学关系。
2.太湖生态系统演化分析演化分析选取了1979、1986、1993、1997、2001、2006年六期遥感资料,并对这些遥感资料进行解译,从中提取植物群落类型和植物密度的信息;并结合前人调查的生境调查资料,综合对比分析不同时期各生态子系统的结构与功能发生的变化,分析太湖生态系统的演化过程。
通过对太湖生态系统演变过程的分析,可以清晰地看到,生境、植被分布格局、自净功能的演变呈现一致性。同时也发现人类活动只是改变了太湖生态系统的局部环节,系统的整体格局未发生根本性的变化,目前的富营养化状态只是一种暂态。太湖生态系统存在着部分恢复和改善的可能性。
3.太湖生态系统环境容量评价在科学认识太湖生态系统结构与功能的基础之上,根据质量守恒原理,通过对水文资料的分析,推算了在特定目标下1986、1993和1997年的环境容量,并分析了不同年份植物对氮、磷的净化效率及其变化原因。计算发现,每千克植物生物量可截流固定4.2g的氮和0.33g的磷,与高等水生植物体内氮、磷含量十分接近。这说明当前阶段太湖生态系统对氮、磷的自净最终体现为高等植物的摄取、吸收作用。同时,还发现太湖生态系统中高等植物对氮、磷营养物质的净化效率与植被格局有着密切的关系,“封闭环形”的植被分布格局最利于自净功能的发挥。
4.太湖富营养化防治根据系统科学原理,湖泊富营养化防治应该从控制外源营养物质输入和改善湖泊内部结构两方面入手。
为保证2007年以及后续年份东太湖水质保持在III类,在现有植被的基础上预测2007年的全氮负荷总量控制应保持在1.6086万吨,全磷应控制在1291.93吨以下。同时,为了改善太湖生态系统的自净能力,必须大力推广水生植被人工修复技术,增加太湖高等水生植物的总生物量,使太湖高等水生植被尽可能的恢复到天然的“环状”结构。