（渔业资源专业论文）基于能量通道模型的淀山湖生态系统研究.pdf

i l l l l tllll i l l l l l l l ll l l l l l l l l l l l l l l l l l l ll l l l l y 18 2 17 3 5 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包括 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。论文为本人亲 自撰写，对所写的内容负责。 作者签名： 醐2 纠4 月以日 学位论文使用授权声明 本人完全了解上海海洋大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的 电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少数复制并允许 论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库 进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的论文在解 密后适用本规定。 学位论文作者签名：矗立曼导师签名：二耋塞壹、皇学位论文作者签名：塑至：生导师签名：二堑墨壹坚 日期：戽年上月笪日日期：缈五月卫日 上海海洋大学博士硕士论文 答辩委员会成员名单 i 姓名工作单位职称备注 李圣法中国水产科学研究院东海水产研究所研究员 许强华 邹晓荣 管卫兵 张新峰 答辩地点 上海海洋大学 上海海洋大学 上海海洋大学 副教授 副教授 副教授 上海海洋大学讲师 主席 委员 委员 委员 委员 委员 委员 委员 委员 秘书 海洋科学学院a 3 5 1答辩日期2 0 1 0 ，6 ，1 0 ：海海洋人学顾i ：学位论文 摘要 淀山湖处于上海、浙江和江苏三省市交界处，处于我国经济发展最先进的地 区之一。富营养化迅速发展的主要原因是人口的迅速增加和工农业的高速发展， 污水处理滞后并严重缺乏，大量的工农业废水和生活污水排入淀山湖，近5 0 年 来，淀山湖岸线不断萎缩，污染加剧，水质逐渐下降，富营养化程度不断加深， 湖底淤积层厚度逐步上升，沉积物中的污染物浓度不断增加，生态环境遭到了严 重破坏并难以恢复，但淀山湖的渔业捕捞产量却不断增加。导致在2 0 0 4 、2 0 0 5 、 2 0 0 6 连续三年爆发大面积水华。以前的研究主要集中在淀山湖富营养化的发展 或者渔业产量的变化方面，未将富营养化发展与捕捞产量的关系进行相应的研 究，更不用说进行湖泊生态系统的健康评价，并对不同健康标准下载渔量等方面 进行定量性分析与研究，对这一方面的研究有利于湖泊生态系统的恢复与健康发 展，有利于解决经济发展与环境保护之间的矛盾，达到渔业、经济与环境的协调 统一。 为了探索淀山湖生态健康迅速恶化的成因，解决淀山湖渔业发展和环境保护 的矛盾，本研究通过2 0 0 7 年对淀山湖每月进行的渔业资源调查和生态环境调查 数据，结合历史资料，基于食物网营养动力学平衡的e c o p a t h 模型，分别构建了 1 9 5 9 年和2 0 0 7 年淀山湖生态系统能量通道模型，对淀山湖生态系统的现有结构、 功能和生态系统的发育状况丌展了定量分析，并从生态系统结构层次对淀山湖实 施的增殖放流政策和生态修复政策进行了研究分析，为同后从生态系统层面对淀 山湖的渔业和水环境管理奠定了基础。具体的研究结果和主要结论如下： l 淀山湖生态系统的结构变化 经过近5 0 年的发展变化，淀山湖生态系统的结构发生了巨大变化。作为淀 山湖顶级捕食者翘嘴红鱼白和鳙的有效营养级升高了。鲢的有效营养级降低了。说 明淀山湖内翘嘴红鲐的食物组成发生了变化，由于环境的恶化，使得翘嘴红囟臼对 它肉食性鱼类有了新的尝试。而鲢的有效营养级升高主要是由于水体内浮游动物 的增加。淀山湖大部分鱼类的有效营养级不高，也说明了淀山湖生物多样性下降 和食物网复杂程度降低。2 0 0 7 年淀山湖生态系统初级生产者的生产量仅为1 9 5 9 ：淘海洋人学顾i ：学位论义 年的1 3 ，而第1 i 、i i i 营养级流入碎屑的量却比1 9 5 9 年的多出许多，说明此时 淀山湖生态系统内营养物质循环利用的效率较低，而且各个营养级的规模较小。 生物量和捕捞量也都比5 0 年前的低很多，第1 v 营养级的捕捞量仅为1 9 5 9 年的 1 8 ，渔业资源衰退严重。营养级i 、i i 的生物量相差不大，主要原因是由于人工 放流的鲢、鳙对第1 i 营养级提供了大量的补充量。 2 淀山湖生态系统的发育状况 生态系统的成熟度还可用参与再循环的营养物通量、以及表征其大小的指数 ( f c i ) 币i f i n n s 平均路径长度等指标来衡量。研究表明，这些指标与生态系统的 成熟度、恢复力和稳定性都具有密切的相关性。研究表明，1 9 5 9 年淀山湖的再 循环营养物通量为8 9 6 5 9t k m ，而2 0 0 7 年则为4 2 1 3 5 6t k m 五，1 9 5 9 和2 0 0 7 年的f c l 分别为3 1 7 9 和6 9 3 ，f i n n s 平均路径长度分别为4 2 5 7 和2 5 9 8 。 所有这些指标均明确表明了，淀山湖生态系统在2 0 0 7 年的状态处于“幼态”。 此外，淀山湖与临近的太湖和千岛湖比较表明，淀山湖生态系统能量循环指 数( f c i ) 和平均能流路径( m p l ) 较低，分别为6 9 3 和2 5 9 8 ，远低于太湖和 千岛湖。生念系统的这些特征也说明了淀山湖物再质循环较低，营养流所经过的 食物链较短，能量在生态系统各营养级间的传递利用率较低。淀山湖的c i 和s o i 值均低于太湖和千岛湖。因此，淀山湖生态系统内食物链较简单，稳定性低于太 湖和千岛湖。总捕捞量最高为1 2 4 0 9t k m 2 y e a r ，但其净生产量仅为2 0 8 1 1 0 9 t k m z y e a r ，低于太湖和千岛湖。可见淀山湖的初级生产力较太湖和千岛湖低， 但是其人工放养的鱼类的数量较太湖和千岛湖大。 ， 3 淀山湖管理政策对生态系统的影响 在自然生态系统中，随着生态系统的发育，高营养级的生物量不断积累，系 统的食物网结构也同趋复杂，同时随着碎屑食物链的增加，系统再循环的通量也 不断增加，系统的成熟度和稳定性增加。而捕捞与这一进程刚好相反。通常捕捞 总是从高营养级鱼类丌始，随着高营养级生物量的降低，捕捞目标也沿着食物链 下移，捕捞营养级下降。淀山湖大规模的进行鲢鳙的增殖放流活动，与捕捞有着 异曲同工之效：捕捞降低了高营养级生物，使低营养级生物的生物量增加；而对 鲢鳙进行增殖放流，直接就增加了低营养级数量，从而使高营养级的相对比例减 少。研究表明，淀山湖生态系统的发育进程和发育方向与鲢鳙的的增贿放流和捕 ：海海洋人学颂i ? 学位论文 捞具有密切的关系。 总之，淀山湖环境整治，生态修复有很多工作要做。首先，严格控制流入淀 山湖的水源污染源，严格控制生活污水和工业废水向湖区排放；其次，禁止带有 破坏性的渔具渔法在淀山湖内从事渔业生产，是修复淀山湖生态系统的初级生产 力的基础；再次，修复淀山湖生态系统的初级生产力，改善淀山湖湖底植被“荒 漠化现象；最后，增加淀山湖增殖放流鱼种的种类和数量，完善淀山湖生态系 统的食物网组成，增加生态系统的稳定性。 关键词：淀山湖，生态系统，e c o p a t h 模型，营养结构 沟洳洋人学倾i ：学位论文 a b s t r a c t d i a n s h a nl a k e ，w h i c hl o c a t e si nt h ej u n c t i o no fs h a n g h a i ，z h e j i a n ga n dj i a n g s u p r o v i n c e ，i si nt h em o s ta d v a n c e da r e ao fe c o n o m i c si nc h i n a i nt h ep a s t5 0y e a r st h e l a k es h o r e l i n eo fd i a n s h a nl a k ed e c r e a s e dd r a m a t i c a l l ya n dp o l l u t i o ni n t e n s i f i e dd u e t ot h e i n c r e a s i n go fp o p u l a t i o na n dd e v e l o p i n g o fi n d u s t r i e s t h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n to fd i a n s h a nl a k ei s f a c i n gau n p r e c e d e n t e dc h a l l e n g e b e c a u s eo f e u t r o p h i c a t i o n ，s e d i m e n t a t i o n ，p o l l u t i o na n do v e r - f i s h i n g l a r g ea r e aw a t e rb l o o m s c o n t i n u o u so c c u r r e di n2 0 0 4 ，2 0 0 5a n d2 0 0 6 p r e v i o u ss t u d i e sw e r em a i n l yf o c u so n a n a l y z i n gt h ee u t r o p h i c a t i o no rc a t c hv a r i a t i o ni n d e p e n d e n t l y t h e yd i dn o tc o m p a r e d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e s et w oi s s u e sa n da s s e s st h el a k ee c o l o g y q u a n t i f i c a t i o n a l l yb ya n a l y z i n gt h ec a p a b i l i t yo ff i s hb i o m a s su n d e rd i f f e r e n tl e v e l s s u c hr e s e a r c h e sa r ec r i t i c a lt ot h eb a l a n c eo ff i s h e r y , e c o n o m i c sa n de n v i r o n m e n t i no r d e rt oi d e n t i f yt h ec a u s eo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc h a n g e so fd i a n s h a n l a k ea n ds o l v et h ec o n t r a d i c t i o no ff i s h e r yd e v e l o p m e n ta n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， t h i sp a p e rq u a n t i f i e st h es t r u c t u r ea n ds t a t u so fd i a n s h a nl a k ee c o l o g ya n da n a l y z e t h ee f f e c to fp r o l i f e r a t i o na n do t h e re c o l o g i c a lr e s t o r i n gm e a s u r e m e n t sb yc o n s t r u c t t h ee c o l o g i c a le n e r g yt r a n s f e rm o d e l sb a s e do nt h eh i s t o r i c a ld a t aa n dm o n t h l yf i s h e r y a n de n v i r o n m e n t a ls u r v e yc a r d e do u ti n2 0 0 7 r e s u l t sa r ea sb e l o w ： 1 t h ec h a n g eo fe c o l o g ys t r u c t u r e t h ee c o l o g ys t r u c t u r eo fd i a n s h a nl a k ec h a n g e dd r a m a t i c a l l yi nt h ep a s t5 0 y e a r s t h ee f f e c t i v et r o p h i cl e v e lo fc u l t e ra l b u r n u sa n da r i s t i c h t h y sn o b i l i sw h i c h a r et h et o pp r e yi nd i a n s h a nl a k ei n c r e a s e d m e a n w h i l e ，t h ee f f e c t i v et r o p h i cl e v e lo f h y p o p h t h a l m i c h t h y sm o l i t r i xd e c r e a s e db e c a u s eo ft h ei n c r e a s eo fz o o p l a n k t o n t h i s i n d i c a t e st h a tt h ef o o dc o m p o n e n t so fc u l t e ra l b u r n u sc h a n g e d ，c u l t e ra l b u r n u s b e g a nt op r e y o ns a r c o p h a g o u sf i s hs p e c i e si nr e s p o n s et ot h ee n v i r o n m e n t d e t e r i o r a t i o n m o s tf i s hs p e c i e si nd i a n s h a nl a k eh a v eal o we f f e c t i v et r o p h i cl e v e l ， i v ：海洵洋人学硕i ? 学位论义 w h i c hi n d i c a t e st h a tb o t hs p e c i e sd i v e r s i t ya n df o o dc h a i n so fd i a n s h a nl a k ed e c r e a s e t h ep r o d u c t i v i t yo fp r i m a r yp r o d u c e ri n2 0 0 7i so n l yt h eo n et h i r do f19 59 ，h o w e v e r t h ei n f l u xo fi ia n di i it r o p h i cl e v e l sa r em u c hm o r et h a n19 5 9 t h i si n d i c a t e st h a tt h e e f f i c i e n c yo fn u t r i t i o nu t i l i z a t i o ni nt h ee c o l o g yo fd i a n s h a nl a k ed e c r e a s e da n de a c h t r o p h i cl e v e lh a ss m a l ls c a l e t h eb i o m a s sa n dc a t c h e si n2 0 0 7a r ea l s ol e s st h a n19 5 9 ， t h ec a t c ho fi vt r o p h i cl e v e li n2 0 0 7i so n l yt h eo n ee i g h t ho f19 5 9 t h eb i o m a s so fi a n di it r o p h i cl e v e lo f2 0 0 7a r en e a r l yt h es a m ea s19 5 9d u et ot h ep r o l i f e r a t i o no f a r i s t i c h t h y sn o b i l i sa n dh y p o p h t h a l m i c h t h y sm o l i t r i x 2t h e e c o l o g i c a ls t a t u so fd i a n s h a nl a k e t h er i p e n e s so fe c o l o g yi sm e a s u r e db yt h er e - c i r c u l a t o r yn u t r i t i o nf l u xa n d i n d e xo ff c i ，f i n n sa v e r a g ep a t hl e n g t h t h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e - c i r c u l a t o r y n u t r i t i o nf l u xa r e8 9 6 5 9t k m a n d4 213 5 6t k m t h ei n d e xo ff c ia r e31 7 9 a n d 6 9 3 ，t h ef i n n sa v e r a g ep a t hl e n g t ha r e4 2 5 7a n d2 5 9 8i n 19 5 9a n d2 0 0 7 r e s p e c t i v e l y a l lt h e s ei n d e xi n d i c a t e st h a tt h ee c o l o g yo fd i a n s h a nl a k eo f2 0 0 7i si n t h ep r i m a r ys t a t u s c o m p a r e dt ot h ea d j a c e n tt a i h ul a k ea n dq i a n d a ol a k e ，t h ei n d e xo ff c ia n d m p la r em u c hl o w e r t h i si n d i c a t e st h a tt h ee f f i c i e n c yo fn u t r i t i o nr e - c i r c u l a t o r yi s l o wa n dt h ef o o dc h a i nw h i c hn u t r i t i o np a s sb yi ss h o r t m o r e o v e r , t h ei n d e xo fc ia n d s o ia r ea l s ol e s st h a nt a i h ul a k ea n dq i a n d a ol a k e t h et o t a lc a t c ha n dn e t p r o d u c t i o n o fd i a n s h a nl a k ea r e12 4 0 9 t k r n 2 y e a ra n d2 0 81 10 9 t k m 2 y e a r r e s p e c t i v e l y , w h i c ha r el e s st h a nt a i h ul a k ea n dq i a n d a ol a k e t h e r e f o r e ，t h e e c o l o g yo fd i a n s h a nl a k e i sl e s ss t a b l et h a nt a i h ul a k ea n dq i a n d a ol a k e 3 t h ee f f e c to fm a n a g e m e n tm e a s u r e so nt h ee c o l o g y i nt h en a t u r a le c o l o g y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o l o g y , t h eh i g ht r o p h i cl e v e l b i o m a s si n c r e a s ea n dt h es t r u c t u r eo ff o o dw e bt e n dt ob em o r ec o m p l e x w i t ht h e i n c r e a s i n go fc h i pc h a i n s ，t h ef l u xo fn u t r i t i o nr e - c i r c u l a t o r yi n c r e a s e h o w e v e r , t h e c a t c hb e h a v i o ri so p p o s i t et ot h i sp r o c e s s g e n e r a l l y , c a t c h i n gb e g i n so nt h eh i g hl e v e l s p e c i e s w i t ht h ed e c r e a s eo fh i g hl e v e ls p e c i e s ，c a t c ht a r g e tt r a n s f e rt ot h el o wl e v e l v ：海海洋人学硕i ：学位论殳 s p e c i e s t h ep r o l i f e r a t i o no f a r i s t i c h t h y sn o b i l i sa n dh y p o p h t h a l m i c h t h y sm o l i t r i xh a s t h es a m ef u n c t i o na sc a t c hp r o c e s s ，w h i c hm a k et h el o wl e v e ls p e c i e si n c r e a s e t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h e r ei sac l o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r o l i f e r a t i o no f a r i s t i c h t h y s n o b i l i sa n dh y p o p h t h a l m i c h t h y sm o l i t r i xa n dd e v e l o p m e n to fd i a n s h a nl a k ee c o l o g y i naw o r d ，t h e r ea r em u c hw o r k st od ou n t i lt h ee c o l o g yr e s t o r a t i o no fd i a n s h a n l a k e f i r s t ，c o n t r o lt h ep o l l u t i o ns o u r c ei n t ot h ed i a n s h a nl a k e ；s e c o n d ，p r o h i b i tt h e r u i n o u sf i s h i n gg e a r sf r o mo p e r a t i n gi nd i a n s h a nl a k e ；t h i r d ，i m p r o v et h eb o t t o m v e g e t a t i o no fd i a n s h a nl a k e ；f i a n a l l y , i n c r e a s et h es p e c i e sa n dp o p u l a t i o ns i z eo f p r o l i f e r a t i o n k e yw o r d s ：d i a n s h a n l a k e ，e c o s y s t e m s ，e c o p a t hm o d e l ，t r o p h i cs t r u c t u r e ， ：海海洋人学硕i ：学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 第一章引言1 1 1 淀山湖概况l 1 2 淀山湖生态所面临的问题2 1 3 生态系统能量通道模型的研究进展3 1 3 1 国外生态系统能量通道模型的发展和应用3 1 3 2 我国生态系统能量通道模型的发展和应用6 1 3 3e c o p a t hw i t he c o s i m 软件7 1 4 本文的研究思路8 1 5 技术路线1 0 第二章材料与方法l l 2 1 数据来源1 1 2 1 1 野外调查数据1 l 2 1 2 捕捞同志1 1 2 1 3 社会调查数据，1 2 2 1 4 对比分析数据1 2 2 1 5 其它数据。1 2 2 2 研究方法1 2 2 2 1 淀山湖生态系统功能组划分1 2 2 2 2e c o p a t h 模型1 3 2 2 2 1 模型的原理和方法1 3 2 2 2 2 淀山湖生态系统能量通道模型( e c o p a t h 模型) 的参数1 6 2 2 2 3 模型可信度的评价2 0 第三章结果与分析：2 2 v ：洵淘洋人学顾i ：学位论文 3 1 模型的平衡及参数估算2 2 3 1 11 9 5 9 年淀山湖生态系统能量通道模型2 2 3 1 22 0 0 7 年淀山湖生态系统能量通道模型2 3 3 22 0 0 7 和1 9 5 9 年淀山湖生态系统比较2 6 3 2 1 系统营养结构2 6 3 2 2 系统营养级间的物质流动2 9 3 2 3 系统混合营养级相互影响3 1 3 2 4 各功能组死亡率3 2 3 2 5 系统营养级生物量和捕捞量3 4 3 2 6 系统总体特征3 5 3 2 6 1 系统生产力和系统规模的比较3 5 3 2 6 2 系统食物网的链接指数比较3 6 3 2 6 3 系统发育成熟度的比较3 6 3 3 淀山湖生态系统与千岛湖、太湖生态系统比较3 7 第四章讨论4 0 4 1 淀山湖生态系统发育过程4 0 4 2 淀山湖生物群落的演变4 0 4 3 引起淀山湖生态系统变化的主要原因4 l 4 4 淀山湖管理措施对生态系统的影响4 l 4 4 1 渔业政策对淀山湖生态系统的影响4 l 4 4 2 增殖放流对淀山湖生态系统的影响：4 2 4 4 3 增殖放流和捕捞对淀山湖生态系统发育和稳定性的影响4 3 4 5 提高淀山湖生态系统稳定性的建议4 4 4 5 1 修复淀山湖生态系统的初级生产力。4 4 4 5 2 禁止淀山湖内的破坏性渔具渔法4 4 4 5 3 增加淀山湖增殖放流鱼种的种类和数量4 4 4 5 4 严格控制流入淀山湖的污染水源4 5 第五章小结4 6 参考文献4 7 致谢5 l v 1 1 1 ：海海洋人学硕l ：学位论文 第一章引言 淀山湖是上海市最大的淡水湖泊，对上海的经济和社会发展具有重要的作 用，其具有调蓄、灌溉、航运、旅游、渔业等功能。淀山湖是上海的重要水源地 和旅游景点，历来也是上海主要的渔业水域，湖区内的渔业资源也非常丰富，是 上海淡水鱼类的重要“仓库”，解决了湖区周边许多农民的就业、提高了他们的 收入水平，并为市场提供大量优质水产品，在上海的渔业经济中占据重要地位。 淀山湖作为紧邻上海城区的最大湖泊，其生态功能对上海的影响非常大，但 是随着国民经济的发展，淀山湖水域的生态环境恶化，污染严重、水质下降、渔 业资源衰退、湖底植被荒漠化、水体富营养化等现象严重，特别是2 0 0 4 、2 0 0 5 年爆发力大规模的水化。近年来，有关部门也开展对淀山湖进行治理，但是大多 从某一方面入手，治理方法比较片面，没有从生态系统的角度考虑，效果不甚明 显。本文运用能量通道模型，根据近年的调查数据和历史数据分析，对淀山湖的 生态系统开展研究，以评价淀山湖生态系统营养结构和发育状况，为有关部门更 好地治理淀山湖提供科学的依据。 1 1 淀山湖概况 淀山湖位于上海、江苏、浙江三个地区的交界处，北纬3 1 0 0 4 - - 3 1 0 1 2 ；东 经1 2 0 0 5 3 一1 2 1 0 0 1 。淀山湖湖区近似葫芦形，地势自西向东倾斜，环湖四周湖 荡星罗棋布，河流交织，总计5 9 条【l 】。主要进水河有急水港、大朱库、白石矾。 河水由西部注入湖内，其中较大 j 勺为急水港。出水河有拦路港、西旺港、石塘， 东部的拦路港为最大的出水港【2 1 ，约占湖泊总出水量的7 l 。湖水东泄，经黄浦 江注入东海。 淀山湖为吞吐性感潮湖泊【7 1 ，长1 2 8 k m ，最大处宽8 1 m ，平均宽4 9 8 k m ， 湖岸全长约6 2 3 k m ，湖泊容积1 3 1 0 7 m 3 ，湖泊面积6 3 7 k m 2 ，其中上海市管辖 面积4 7 5k m 2 ，影响区域总面积为4 4 6 k m 2 。年同照时数2 0 7 1 1 h ，全年无霜期 达2 3 5 d 大部分水量来自太湖，占入湖水量的6 7 。水文情势同时受上游束水和 下游潮水的影响。一般年份，6 1 0 月为丰水期，1 2 - 2 月为枯水期。多年平均 水位2 6 3 m ，最大年变幅1 5 7 m ，最小年变幅0 6 m ，平均年变幅1 0 5 m 。最大水 深4 3 6 m 。蓄水量1 5 9 x1 0 8m 3 。换水周期约为2 9 天，湖水平均透明度0 5 6 m ， p h 值8 0 ，平均水温1 7 7 。 海海洋人学硕i ：学位论义 淀山湖水质化学指标每年都在变动，水质富营养化趋势明显【3 】。淀山湖的， 湖底瓮形状特征值为0 3 2 ，表明湖水易在风浪作用下混合，使全湖水质趋于一致。 淀山湖湖流十分缓慢，一般流速仅0 0 3 m s e c 。由近岸向湖心渐减，总射流向由西 北向东南，湖心流向甚不规则。湖北部表层流速为o 0 3 5 m s e c ，底层趋近于零。 湖南部石塘至淀峰一带流速较大，中层流速一般为0 0 2 m s e e ，最大值可达 0 0 9 7 r n s e c 。 图1 - 1 淀山湖的地理位置 f i g l 一1t h el o c a t i o no f d i a n s h a nl a k e 1 2 淀山湖生态所面临的问题 淀山湖背靠人口最为密集的长江三角地区，随着社会经济和科技的发展，污 染同趋严重，而高强度破坏性的渔业生产，使得淀山湖底层的植被严重破坏，生 态系统的自我净化、调控能力严重降低。2 0 0 4 年为i v 类，部分湖区劣于v 类，主 要超标指标为氨氮、生化需氧量、高锰酸献指数。湖水富营养化程度已经相当严 2 ：海海洋人学硕j ：学位论义 重【7 】。 由于湖泊生态环境的严重退化，鱼类等水生生物的产卵场、洄游繁育地，以 及珍稀鸟类的栖息地、越冬地的生境遭受破坏。水质的恶化、沉水植物的大幅度 减少、围垦与建闸坝等严重影响了鱼类的繁贿和自然增殖，湖区渔获物产量呈大 幅度下降趋势，生物多样性已受到严重的威胁，渔获物的结构出现明显的低龄化 和小型化现象，野杂鱼的比重增加【2 】。 淀山湖鱼类种群结构由过去的复杂逐渐简单化。原有的青鱼、草鱼、鳊、鱼臼、 花鱼骨等经济鱼种数量稀少，子棱栉缎虎等杂鱼数量相对较多，刀鲚在淀山湖鱼 类资源中比重较大，但个体普遍较小，人工放养的白鲢、鲫鱼、鲤鱼、鳙是当前 主要的经济种类。多样性指数和均匀度的降低，优势度的升高，说明淀山湖鱼类 群落稳定性下降，鱼类物种多样性j 下逐渐减少。 近5 0 年来，淀山湖岸线不断萎缩，污染加剧，水质逐渐下降，富营养化程度 不断加深，湖底淤积层厚度逐步上升，沉积物中的污染物浓度不断增加，生态环 境遭到了严重破坏并难以恢复，但淀山湖的渔业捕捞产量却不断增加【4 枷。以f j 的研究主要集中在淀山湖富营养化的发展或者渔业产量的变化方面，未将富营养 化发展与捕捞产量的关系进行相应的研究，更不用说进行湖泊生态系统的健康评 价，并对不同健康标准下载渔量等方面进行定量性分析与研究，对这一方面的研 究有利于湖泊生态系统的恢复与健康发展，有利于解决经济发展与环境保护之间 的矛盾，达到渔业、经济与环境的协调统一。 1 3 生态系统能量通道模型的研究进展 为更好地分析人类扰动以及自然扰动对水生生态系统的影响，并建立合理的 管理机制，许多研究总群结构和动态的模型软件以及建模方法被丌发出来。这些 方法包括但种群模型、多物种虚拟种群分析模型( m u l t i s p e c i e sv i r t u a lp o p u l a t i o n a n a l y s e s ，m s v p a ) 以及基于食物网的生态模型等。单种群生态模型难以全面的反 应整个生态系统的结构和功能，也难以预测渔业和环境变迁在系统水平上的影 响，从而无法实现宏观和科学的决策。m s v p a 的局限性则在于其所需要参数过 于复杂，非常难以获得。而e w e 则采用e c o p a t h 先建立描述生态系统食物网关 系的静态模型，然后将e c o p a t h 的结果用于驱动e e o s i m 和e c o s p a c e ，从而得以分 析在系统能量和物质背景下种群数量和生物量的动态变化，并简化了参数的估计 过程。 1 3 1 国外的研究和应用情况 ：海海洋人学硕i ：学位论史 e w e 软件的丌发已有2 0 多年的历史，最早由夏威夷海洋研究所的 p o l o v i n s ( 1 9 8 4 ) 提出【5 1 1 ，评估稳定状念水域生念系统组成( 生物种类或种类组) 的生物量和食物消耗，经过与u l a n o w i e a ( 19 8 6 ) 能量分析生态学理论结合f 5 5 1 ，逐 步发展成为一种生态系统营养成分流动分析方法。随后，在菲律宾i c l a r m 工 作的v c h r i s t e n s e n 和d a n i e lp a u l y 种分析方法发展成为用户使用方便的个人计算 机应用软件( v c h r i s t e n s e n & d a u l y1 9 9 2 ) 【3 1 1 。成为定量评估生态系统能量流动 过程的一种收支平衡模型。此后，e c o p a t h 的功能逐渐得到扩展，并丌发了用于 模拟生念系统在时问和空间上动态变化的分析模块，也就是e c o s i m 和e c o s p a c e 。 目前e w e 主要由p a u l y 、w a l t e r s ( 力h 拿大大不列颠哥伦比亚大学渔业中心) 以及 c h r i s t e n s e n ( 国际水生生物资源管理中心，i c l a r m ) 等进行丌发和推广工作。 主要从以下三个方面 ( 1 ) 生态系统的结构及其食物网营养动力学特征的研究 生物系统中的生物和非生物组分以及期间复杂的物流、能流联系构成生态系 统的结构。围绕生态系统的组成要素与相互作用，生态系统内部的层级关系，生 态系统结构与其稳定性的关系，外来物种对生态系统的影响，以及食物网营养动 力学的研究一直都是生态学研究领域的热点问题。同时，上述研究的开展也是渔 业和环境管理所必须的基础工组以及后续研究得以进行的f i 提。e w e 可以对生 态系统的结构和营养动力学特征进行量化、综合分析。a r r e g 舀m s f i n c h e z 等( 1 9 9 8 年) 运用e c o p a t h 评估了笛科鱼类在墨西哥湾西部海湾和优卡坦大陆架这两个生 态系统中的所处地位【2 们，并运用持久性( p e r s i s t e n c e ) 、恢复时间( r e c o v e r yt i m e ) 和弹性( r e s i l i e n c e ) 等指标比较了上述两个生态系统的稳定性。结果表明f j 者的 捕捞压力较小，系统更复杂也更稳定。v e g a c e n d e j a s 等( 2 0 0 1 年) 对墨西哥红 树林生态系统的研究表明：碎屑在该生态系统中占有重要的地位，约有6 0 的能 量由碎屑经过微型甲壳动物再传递到各种鱼类的幼体【5 6 1 。同时鱼类组较低的生态 营养效率说明他们很少遭到捕食。红树林生态系统为许多经济鱼类的幼体提供了 良好的栖息和觅食场所，维持该系统对渔业资源的保护具有重要意义。此外， j a r r e t e i c h m a n n 等( 2 0 0 6 年) 运用e c o p a t h 对南班加拉等6 个上升流生态系统进 行了比较研列3 6 】。h e y m a n s ( 2 0 0 7 年) 以北班加拉上升流生态系统为对象比较 了e c o p a t h 和n e t w r k 这两个软件的网络分析功能【3 5 1 。b r a d f o r d g r i e v e 等( 2 0 0 4 年) 对新西兰东南部海底生态系统的生产力和能量传输效率进行了研究【6 8 1 。 ( 2 ) 渔业对水生生态系统影响的研究 渔业是人类对水生生态系统最重要的影响之一，一些营养级比较高的肉食性 鱼类，往往引其经济价值较高而被捕捞。由于渔业捕捞不断从水体选择性的移除 顶级捕食者，造成了捕食压力的减小，其下行( t o p d o w n ) 效应将对生态系统的 4 ：海海洋人学顺l ：学位论义 结构造成显著影响，使得较低营养级的鱼虾类在系统和渔获物种占绝对优势。 e w e 丌发的初衷及其最主要的用途就是研究渔业对水生生态系统的影响，并为 渔业管理和决策提供量化工具和科学依据。p a u l y 等( 2 0 0 0 年) 根据已发布的6 0 多个e e o p a t h 模型【4 7 1 ，计算得到2 2 0 多种鱼类和无脊椎动物营养级，并分析了 1 9 5 0 - - 1 9 9 4 年全球渔业捕捞营养级的变化及其成因。结果表明：全球捕捞营养 级由1 9 5 0 年的3 3 下降到了1 9 9 0 年代3 1 其原因是随着渔业捕捞压力的增大， 渔获物逐渐由肉食性、长寿的底层鱼类向浮游生物食性、短寿的上层鱼类转变。 与全球渔业捕捞营养级下降相呼应的是渔业捕捞产量的先升后降，说明当i j 全球 渔业资源开发过度，其发展不具备可持续性。s t e v e n s 等( 2 0 0 0 年) 研究了软骨 鱼类捕捞业对委内瑞拉热带大陆架、夏威夷珊瑚礁及北太平洋生态系统的影响。 由于软骨类( 尤其是鲨鱼) 多为可选择型物种，并且分布区域具有较大的局限性， 其资源量极易受到捕捞压力的影响，且很