（水生生物学专业论文）大淀湖综合治理后浮游生物群落结构与水质状况研究.pdf

上海海洋大学硕十论文 摘要 大淀湖位于上海市朱家角镇，大淀湖水环境整治是2 0 0 5 年度上海市重点水环境建 设项目，要求通过综合治理把大淀湖的功能定位由原来的渔业生产转变为古镇区内重 要的防洪、调蓄、水资源调度、水生态及自然人文景观中心。2 0 0 6 年，青浦水务局、 朱家角投资开发有限公司对大淀湖湖底进行清淤疏浚、对湖体形态进行景观再造、对 湖体驳岸进行工程建设等原位水生态重建和修复工作。 本研究就大淀湖综合治理工程实施后，于2 0 0 6 年9 月至2 0 0 7 年8 月对大淀湖理化因 子、浮游生物种类组成及群落结构进行连续逐月监测和分析，并运用了多种方法对治 理后的效果进行评价，旨在为综合治理后的大淀湖长效管理提供可靠的数据参考和理 论支持。 1 综合治理后大淀湖水质状况 根据g b 3 8 3 8 2 0 0 2 标准，治理后湖内总氮年均为0 7 8 6m l ( i i i 类水质) ，总磷 年均为0 。0 7 8m l ( 类水质) ；治理前总氮为2 9 6 m l ( 劣v 类水质) ，总磷为 0 1 1 m g l ( v 类水质) ：总氮和总磷在治理后分别下降了7 3 4 和2 9 1 ，可见大淀湖 综合治理在营养盐的控制方面效果是显著的。 2 综合治理后大淀湖浮游植物 治理后共鉴定2 0 1 个分类单元，隶属于8 门8 7 属；年均浮游植物密度为 1 2 6 8 4 1 0 4 c e l l s l ( 其中蓝藻为最多，年均为1 1 3 6 7 1 0 4 c e l l s l ，占总量的8 9 6 ) ；叶 绿素含量月变化在1 0 9 5 6 2 9 0m m 3 之间，年均为2 4 7 5m m 3 。治理前共鉴定5 门7 8 种，浮游植物密度为1 6 6 0 1 1 0 4 c e l l s l ，叶绿素a 含量为5 8 9m g m 3 。综合治理 后，浮游植物种类组成和群落结构有所改变，生物密度和叶绿素a 含量均有明显的改 善。治理后优势种主要有小席藻尸乃d ，m 砌“聊地，2 “p 、皮状席藻p 乃d ，朋翮“聊c o r f 甜聊、大 螺旋藻印加“，f 甩口朋口加，、微小平列藻 庇，括所d p p 彻陀胛扰心砌口、细小平列藻 花廊朋d p g 托所新砌口、针状蓝纤维藻切c 巧如c c d c 唧捃口c 捃群f 口，括和偏凸针杆藻s 朋8 妣 v 酬c h e r i 口e 等o 3 综合治理后大淀湖浮游动物 治理后共鉴定浮游动物7 2 属1 4 9 种，原生动物4 5 属8 0 种，轮虫2 0 属6 1 种，枝角类5 属6 种，桡足类2 属2 种；浮游动物的总丰度为1 2 1 5 0 0 i n d l 、生物量为9 4 8 m l ，原生 动物在种类( 5 3 7 ) 、丰度( 9 8 o ) 和生物量( 8 3 5 ) 上均占优势。治理前在湖 上海海洋大学硕士论文 泊和河道所有采样点上均没有采集到枝角类，而桡足类仅在周边个别河道发现，轮虫 共鉴定5 属1 2 种，轮虫在湖内的丰度为3 5 7 3 i n d l 。综合治理后，浮游动物种类组成和 群落结构均发生了较大改变。优势种方面，治理后原生动物主要有变形虫么朋d p 施s p 和辐射异胞虫h 咖加p 向，：声阳砒幻f ；轮虫主要有针簇多肢轮虫尸b 6 懈，砌懈护而昏坛和 异尾轮虫乃f c 肋c p 彤口s 纱肠幻：桡足类为近邻剑水泾c 弦，0 1 筘v 缸伽甜s ；枝角类为长肢秀 乍扛涵d f 口p 矗口玎o s o 门口，p 甜c “f p 胛6 p ，曾f 口玎“朋并口长害页象鼻藕蚤b d s 朋f 门口，d 胛g f ，d s 驴括。 4 浮游植物与环境因子相关性分析： 浮游植物密度与叶绿素a 含量成显著正相关；种类数与温度呈显著正相关，与氨 氮呈显著负相关，与硝酸氮呈极显著负相关。 5 富营养化评价结果 根据评分法，治理后大淀湖水体处于中营养型；治理后大淀湖浮游植物密度和 叶绿素a 含量均处于富营养化状况；修正的卡尔森营养状态指数评价结果为富营养化； s h a n o n w i e n e r 和m a r g a l e f 生物多样性指数评价为中等污染状况。虽然各种方法的 评价结果略有不同，但与治理前数据相比均有明显改善，综合各种评价方法可以判 定治理后大淀湖水体处于中营养富营养型之间。 大淀湖综合治理工程实施后，大淀湖水体水质出现明显改善，水华不再大面积持 久的出现，富营养化有所减轻。根据本次调查研究结果，认为今后大淀湖的长效综合 管理不但要继续严格控制外源生活污水，同时还应继续加强对鱼类种群的调整，尤其 是控制鳙鱼的数量和密度，以期继续增加枝角类和桡足类的种群数量，使生物操控能 发挥更加有效的作用。 关健词：大淀湖，富营养化，浮游植物，浮游动物，生念修复 a b s t r a c t d a d i a n1 a k ei sl o c a t e di nz h u j 蜥i a ot o w n ，s h a n g h a i d a d i a i ll a k ee n v i r o m e n t a l i m p r o v e m e n ti sa ni m p o r t a n tw a t e rc o n s t l l l c t i o np r o j e c to fs h a n g h a ii n2 0 0 5 。i ta i m e dt o t u mt h eo r i e n t a t i o no fi t sf _ u n c t i o nf r o mt h eo r i g i n a l f i s hc u l t i v a t i o nt oe c o l o 画c a l e n t e r t a i m e n tc e n t e ri nt h eo l dt o 、v n i n2 0 0 6 ，t h ew a t e rs u p p l i e sd e p a n m e n to fq i n g p u a n dz h u ii a i i a oi n v e s t m e n ta n dd e v e l o p m e n tc o ，l t dc o n d u c t e dt h ei n s i t um i c r o e c 0 1 0 9 i c a l r e c o n s t m c t i o na n dr e m e d i a t i o nw o r k t h i sw o r ki n c l u d e dd r e d g i n gu pt h es i l ti nt h eb o t t o m o fd a d i a j ll a k e ，r e b u i l d i n gt h es c e n e 巧，a n dr e c o n s t r u c t i n gt h eb a n k s 1 1 1 i ss t u d yo nd a d i a nl a k ea f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no fc o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t p r o j e c t ，a c c o r d i n gt om o n t h l yc o n s e c u t i v em o n i t o r i n gd a t ac o l l e c t e di ns e p t 2 0 0 6t oa u g 2 0 0 7 ，m o n i t o r e da n da n a l y z e dt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lf a c t o r s ，t h ep h y t o p l a n k t o na n d z o o p l a n k t o ns p e c i e sc o m p o s i t i o na n dc o m m u n i t ys t n l c t u r e b e s i d e s ，u s i n gm a n yd i 仃e r e m m e t h o d s ，t h i ss t u d ye v a l u a t e dt h ee f f e c t so ft h i sp r o je c t ，a i m i n gt op r o v i d er e l i a _ b l e r e f e r e n c ed a t af o rl o n g t e m le f f e c t i v et r e a t m e n ta n dt h e o r e t i c a ls u p p o r t 1 。t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a ld a t as h o w e dt h ea v e r a g et o t a ln i t r o g e ni nt h el a k ew a s 0 7 8 6m l ，w i t hw a t e rq u a l i t yo fi i i ，t h em e a nv a l u eo ft pi nt h el a k ew a s0 0 7 8m g l ， w i t hwa _ t e rq u “i t yo f b e f o r em ed a d i a nl a k ew a st r e a t e d ，t h ew a t e rq u a l l t y w a s b e t w e e nva i l di n f e r i o rvs t a n d a r d s a r e rt h et r e a t m e n t ，t h et o t a ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i nd a d i a n1 a k ed e c r e a s e db y7 3 4p e r c e n ta n d2 9 1p e r c e n t i nc o n c l u s i o n ，n u t r i e mc o n t r o l i nt h i sp r o ie c th a da c h i e v e dr e m a r k a b l er e s u l t s 2 2 01t a x ao fp h y t o p l a n k t o nw e r ei d e n t i f i e d ，、v h i c hb e l o n g e dt 0 8p h y l a ，8 7g e n e r a t h ea v e r a g ea n n u a la m o u n to fd e n s i t yw a s12 6 8 4 xl0 4 c e l l s l t h ea v e r a g eo fc h l o r o p h y l l a w a s2 4 7 5m m 3 b e f o r et h ed a d i a n1 a k ew a st r e a t e d ，7 8s p e c i e s a n d4p h y l ao f p h y t o p l a n k t o n w e r ei d e n t i f i e d ， d e n s i t y w a s16 6 01 10 4 c e l l s l ， c h l o r o p h y u a w a s 5 8 9 m g m 3 a r e rt h et r e a t m e n t ，t h ed o m i n a n tp h y t o p l a n k t o ns p e c i e sm a i n l yi n c l u d e d p h o r m i c l i u mf e n h e 、p h o r m i d i t l mc o r i t l m 、s p i r t l l n c i 玳回o r 、m e r i s m o p 2 d i al e 跏矗s s i m n 、 和，西m d p p 斫口m f 门f 朋口、d 臼c 砂，d c c d c ( ) p s f s 口c f c “f 口r fa n d | 5 1 ) ，刀p c 办口v 口“c 向p ，f 口p ，a n ds oo n 3 1 4 9s p e c i e s7 2g e n e r ao fz o o p l a n k t o n 、e r ei d e n t i 丘e d ，a m o n gw h i c h8 0s p e c i e s4 5 上海海洋大学硕十论文 g e n e r ao fp r o t o z o a ，6 l s p e c i e s2 0g e n e r a 。fr o t i f e r ，6s p e c i e s5g e n e r ao fc l a d o c e r aa n d2 s p e c i e s2g e n e r ao fc o p e p o d s t h ea v e r a g e2 l b u n d a n c eo fz o o p l a m t o nw a s12 15 10 4 i n d l ，a n dt h ea v e r a g eb i o m a s sw a s9 4 8m lb e f o r et h ed a d i a nl a k ew a st r e a t e d ， c l a d o c e r ah a dn o tb e e nc o l l e c t e di nt h el a k e sa n da 1 1t h er i v e r s ，b u tc o p e p o d sw a so n l y f o u n di nm ea d ja c e n tr i v e r s r o t i f e rw e r ei d e n t m e dt o12s p e c i e s ，b e l o n g i n gt o5g e n e r a i n a l lt h ec o l l e c t i o ns t a t i o n so ft h e 订v e r s ，t h ea v e r a g ed e n s i t yo fr o t i f e rw a s3 0 4 4i n d l i n t h ed a d i a nl a l ( er e g i o n ，t h er o t i f e rc o l l e c t e dw a s3 5 7 3i n d l z o o p l a i l l ( t o ns p e c i e s c o m p o s i t i o na n dc o m m u n i t ys t m c t u r ew a sc h a n g e dm o r ea r e rt h et r e a t m e n t t h ed o m i n a n t s p e c i e so fz o o p l a n k t o na n dt h ep r e d o m i n a n ts p e c i e so fp r o t o z o ai nt h et r e a t e d1 a k ew e r e a 愀d p 6 口 s p a n d胁幻厂印，z ，) 岱阳西口即胁，。 t h ep r e d o m i n a n ts p e c i e so fr o t i f e rw e r e p d 砒z r 历，以舻辔肠a n d 开f 幽d 卯煳s 纱肠幻t h ed o m i n a n ts p e c i e so fc o p e p o d s 、v a s ( 如，9 芦 v f c 加z z s t h ed o m i n a n ts p e c i e so fc l a d o c e r aw e r ed 良妒办口，2 d 5 d 刀口，p “c “f p 甩6 p ，苫f 口甩甜，押a n d b o s m t n ( 1l o n g i r o s t r t s 4 i nt h ec o l l r e l a t i v es t u d yb e t w e e np h ”o p l a n k t o na n dt h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ， c h l o r o p h y l l aa n dd e n s i t yw e r ei nas i g n i 丘c a n tp o s i t i v ec o r 】r e l a t i o n s p e c i e sn u m b e rw a s p o s i t i v e l yc o h e l a t e dw i t ht e m p e r a t u r e ，n e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i ma m m o n i an i t r o g e n ，a 1 1 d s i g n i f i c a n t l yn e g a t i v ec o r t e l a t e dw i t hn i t r a t en i t r o g e n 5 d a d i a nl a k eh a dr e a c h e de u t r o p h l c a t i o ne v a l u a t e db yu s i n gp h y s i c a la n dc h e m i c a l i n d e x e s 、 p h y t o p l a n k t o ni n d e x e s 、 c o r r e c t e dc a r l s o nt r o p h i cs t a t ei n d e xa n db i o l o g i c a l d i v e r s i t yi n d e x e s ，e t c t h er e s u l t so fe v a l u a t i o nm e t h o d sw e r es l i g h t l yd i f 佗r e n t ，h o w e v e r ， c o m p a r e dw i t ht h ep r e v i o u sr e s u l t s ，t h ew a t e rq u a l i t yh a db e e ni m p r o v e dt os o m ee x t e n t t h et r e a t e dl a k ew a sp o l l u t e db e t w e e nm e s o t r o p h e ra j l de u t r o p h e ra sc o n s i d e r e d c o m p r e h e n s i v e l y i ns h o r t ，i tc a nb es e e nt h a tt h ee u t r o p h i c a t i o no fd a d i a ni a k eh a db e e nd e c r e a s e da r e r t h eo v e r a l lt r e a t m e n t n e v e r t h e l e s s ，b a s e do nm em o n i t o r i n gd a t a ，w h e ns t r i c t l yc o n t r o l l i n g d a i l ys e w a g ei n t od a d i a n1 a k ei nt h e 允t u r e ，a tt h es a m et i m et h e6 s hc o m m u n i t i e ss h o u l d b ea d j u s t e dt o o ，e s p e c i a l l yt h ec o n t r o lo ft h e 锄o u n ta n dd e n s j t yo f 彳r 西，f ( 历砂咨m d 6 f ? 诂， t h ep u 印o s eo fw h i c hw a st or a i s et h e 锄o u n to fc l a d o c e r aa n dc o p e p o d si np a r t i c u l a r ，s o a st om a k eb i o m a n i p u l a t i o n 如n c t i o nm o r ee f 艳c t i v e l y k e y 、o r d s ： d a d i a n l a k e ，e u t r o p h i c a t i o n ，p h ”o p l a l l k t o n ，z o o p l a n k t o n ， e c o l o 西c a l r e m e d i a t i o n 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：暂5 2 绍鹚 日期御年厂月功日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 言翥嚣蔬同删毅意翥嚣者黔 上海海洋人学硕+ 论文 l 湖泊富营养化 引言 1 1 富营养化现状 富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 指水体中营养物质过多，特别是氮、磷过多而导致水生 植物( 浮游藻类等) 大量繁殖，影响水体与大气正常的氧气交换，加之死亡藻类的分解 消耗大量氧气，造成水体溶解氧迅速下降，鱼类及其他生物大量死亡，加速水体衰老 的进程，使整个水体生态平衡改变，从而造成危害的一种污染现象。国际经济发展合 作组织( o e c d ) 将这种“水体中由于营养盐的增加而导致藻类和水生植物生产力的增 加、水质下降等一系列的变化，从而使水的用途受到影响。”的现象定义为湖泊的富营 养化。发生富营养化的水体功能不断退化，逐渐向沼泽发展，最终将演化为陆地。 水体富营养化发生在江河湖泊，称为藻花，又称“水花”或“水华”( a l g a lb l o o m 或 w a t e rb 1 0 0 m ) 。其中蓝藻水华又是全世界关注的湖泊富营养化控制焦点，产生水华的 主要是蓝藻门的微囊藻和鞭毛藻。 从2 0 世纪3 0 年代首次发现富营养化现象到现在，全世界已有3 0 4 0 的湖泊和 水库受到不同程度富营养化的影响1 2 j ；我国目前6 6 以上的湖泊、水库处于富营养 化的水平，其中重富营养和超富营养的占2 2 ，使得富营养化成为我国湖泊目前与今 后相当长一段时期内的重大水环境问题；湖泊富营养化己经成为世界范围的环境灾害 【3 】 o 湖泊和水库的富营养化是与植物营养盐主要是磷和氮的富集有关的过程所造成 的结果。这些营养物既可以溶解的形式也可以与有机颗粒相结合而成为混合物的形式 进入湖泊和水库【4 j 。顾宗濂把我国的湖泊分为天然富营养化和人工富营养化。在天然 条件下，湖泊的富营养化要经历几千年或更长时i 白j 才能形成，而人类活动则可以使湖 泊在较短的时间内完成富营养化的过程。湖泊富营养化主要是由于人类活动所造成 的，生活污水、工业废水、农业面源污染等是湖泊富营养化的污染源【5 j 。 富营养化已成为一个全球性的重大水环境问题，引起了广泛重视。早在2 0 世纪 初，湖泊水库富营养化的出现就引起了欧美一些国家的关注，研究和防治工作也随之 展歼。特别是最近4 0 年来，随着全球水体富营养化问题的不断加剧，各国为控制富 营养化进行了大量研究与实践。近2 0 年来，虽然我国对湖泊富营养化状况、产生原 因等进行了一系列研究与防治的实践，但是，在我国，出于研究起步较晚，再加上我 上海海洋人学硕十论文 国湖泊的环境非常脆弱，湖中的营养物质来源广泛，背景浓度高，富营养化一直未能 得到有效控制。近年来，中央和地方政府在湖泊富营养化治理方面投入了大量资金， 滇池耗资4 0 亿元，太湖耗资1 0 0 亿元，一些小型城市湖泊的治理动辄也是上亿元， 但是几乎没有一个见到明显效剽6 7 1 。2 0 0 7 年夏季无锡太湖发生蓝藻水华，严重影响 了当地居民的饮水问题，已经引起中国政府的高度关注，无论是中央还是地方政府都 决心下大气力对“富营养化”的湖泊进行彻底的整治。 1 2 蓝藻水化危害与发生机理 “水华”( w a t e r b l o o m ) 是淡水中的一种自然生态现象，是由藻类过度繁殖引起的， 如蓝藻、绿藻、硅藻等，也就是水体的富营养化。“水华”发生时，浮游藻类以显著地 高于一般水体中生物量的平均值出现在水中，使水体变得浑浊、着色，或在一定的条 件下，水面被明显的漂浮积聚物所覆盖，从而使水体呈蓝色或绿色悼j 。这种自然界的 “水华”现象，在我国古代历史上就有记载。当藻类大量生长时，这些藻类能释放出 毒素，对鱼类有毒杀作用。藻类大量死亡后，在腐败、被分解的过程中，也要消耗水 中大量的溶解氧，使水体严重恶臭。这样就会影响到当地水厂供水，不但增加水厂处 理成本，而且还会大大影响饮用水的水质和口感，继而影响人们的健康。水产养殖及 生态系统的平衡也会因此而被破坏，增加了养殖的风险，也使湖泊功能发生退化，加 速湖泊的老化。另外，富营养化还会对旅游带来影响，尤其是一些城市湖泊。 造成水华现象的主要原因是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大 量排入江河湖泊，致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量迅速上升。水华爆发一般有生物 学机制和非生物学机制。生物学机制包括正常的和非正常功能的内在因素以及化学调 节、生理需求、营养竞争、食物链的生态相关性和外部入侵的外在原因；而非生物学 因素包括物理因素、化学因素的驱动作用以及抑制作用。从生态学的角度来看，蓝藻 水华形成作为一种典型的生态学现象，也应该遵循生念学基本规律。关于水华形成的 条件，尽管各国学者观点不一，但普遍认为以下三项条件成立桫j ： 1 水华种类的存在，并非所有的藻类都能以营养群体的形式在底泥中安全越冬， 所以强势藻类，如微囊藻就更能有效的形成营养体而安全过冬，并为来年的 复苏形成有效的“接种物”( i n c u l u m ) 。 2 适度的营养条件，条件是泛指细胞内外营养物质浓度以及细胞生理状态等的 综合指示。但对于氮磷元素的需求问题，各国学者的分歧在于绝对需求量和 相对需求量上。 3 其他适宜的理化条件，如光照、水温、水流、溶解氧、电导率和碱度等。 上海海洋人学硕十论文 孔繁翔和高光根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测，提出了 蓝藻水华成因的四阶段理论假设。即在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖 泊，蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加( 生长) 、上浮及聚集 等4 个阶段，每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同。在冬季，水 华蓝藻的休眠主要受低温及黑暗环境所影响；春节的复苏过程主要受湖泊沉积表面的 温度和溶解氧控制，而光合作用和细胞分裂所需要的物质与能量则决定了水华蓝藻在 春季和夏季的生长状况，旦有合适的气象与水文条件，已经在水体中积累的大量水 华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚，形成可见的水华l l 。 1 3 富营养化评价 湖泊( 水库) 水体富营养化的评价是对水体富营养化发展过程中某一阶段营养状 态的定量描述，也即是一个将定性问题定量化的多变量的综合决策过程【1 1 | 。主要目的 是通过对湖泊富营养化代表性指标的详细调查，科学地评价湖泊的营养状态，了解其 富营养化进程，并预测其发展趋势，为湖泊的水质管理及富营养化控制提供科学的依 据i i2 1 ，随着对物质循环和能量流动过程的深入研究，富营养化评价日益成为湖泊富营 养化研究的重要内容，国内外已有许多评价湖泊富营养化的方法。 1 3 1 特征法和参数法( 评分法) 特征法是同本的吉村在1 9 3 7 年提出的，是根据水体富营养化的生态环境因子特征 来评价水体营养状态的方法，采用的指标主要包括湖俞形态、水质、生物和底质等四 个方面，把水体区分为贫营养和富营养。参数法是根据水体富营养化的主要代表性参 数，来评价水体营养状态的方法，所选择的参数多为水体中总磷、总氮、叶绿素a 、 透明度等，通过对这些参数的数量大小分级，把水体分为多个营养程度，如贫、中、 中一富、富、极富等【l3 | 。 1 3 2 营养状态指数法 营养状态法是综合了多项富营养化的代表性指标，将其表示成指数，而对水体营 养状态进行连续分级的方法。卡森( c a r s o n ) 在1 9 7 7 年提出了t s i 营养状态评价指 数( t r o p h i cs t a t ei n d e x ) ，他把以透明度为基准的t s i 指数，分为1 0 0 的连续数值， 作为评价湖泊营养状态的分级标准4 1 。日本的相崎守弘等人，将以透明度为基础的 t s i 指数，改为以叶绿素浓度为基准的营养状态指数，称之为修正的营养状态指数 ( t s i m ) 【1 5 j 。 另外，还有相关加权综合营养状态指数法，针对不同参数的营养状态指数，按照 上海海洋大学硕十论文 各参数与基准参数相关性程度的某种关系进行适当加权综合，用相关加权后的综合指 数来判断湖泊所处的营养状念。该方法以叶绿素a 的状态指数t l i ( c h l a ) 为基准，再选 择其他参数的状态指数一起进行相关加权综合。算出分值后，根据标准进行富营养化 评价，在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重【1 6 】。 1 3 3 生物评价法 生物评价法是利用生物个体、种群或群落的状况和变化及其对环境污染或变化所 产生的反映，阐明环境污染的状况，从生物学的角度评价环境质量及污染状况。主要 有生物量【1 7 】、叶绿素a 【1 8 ，19 1 、指示生物法( 优势种评价法) 【2 0 】、污水生物系统、生物 指数法【2 l ，2 2 】和生物多样性指数评价法【2 3 _ 2 6 1 。 1 3 4 其他方法 除了以上评价方法外，常用还有数学模型法，如f u z z y g r e y 决策法模糊神经网 络、模糊数学法、灰色局势决策法、灰色层次决策法以及灰色聚类法等【27 3 1 】。另外， 还有3 s 技术，它是指遥感技术( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 和全球定位系统( g p s ) 的一 体化系统集成。随着r s 技术和计算机技术的快速发展，g i s 和g p s 技术必然在环境 管理和水环境演变研究中带来新的生机，3 s 技术与传统方法相结合应用于湖泊( 水 库) 富营养化评价及预测是今后研究的方向【3z 3 3 j 。 2 国内外研究现状 2 1 营养盐控制 控制水体营养盐浓度是传统的富营养化防治措施，它基于限制因子原理，以实验 室藻类生长瓶法测定结果为依据，对于外源性污染采取截污、污水改道、污水除磷， 对于内源性污染采取了清淤挖泥、营养盐钝化、底层暴气、稀释冲刷、调节湖水氮磷 比、覆盖底部沉积物及絮凝沉降等一系列措施。 一些水体，特别是浅水湖泊，即使营养盐得到了很好的控制，但是湖水富营养 化状态往往难见缓解，治理后水体中的叶绿素a 含量仍会升高，藻类数量有时不降反 而升高，尤其用引水冲污来稀释营养盐和藻类浓度较高的湖水，虽然营养盐浓度在 定程度上得到了控制，但由于稀释作用同时也减缓了藻类生长的密度制约压力，引水 冲污后藻类生长往往呈现加剧趋势。可见，对于某些湖泊，单纯的靠截污、疏浚和引 水冲於等控制营养盐的方法已经难以控制富营养化藻类的爆发。这样的实例在国内外 均有出现，如同本的诹访湖、芬兰的v e s i j a r v i 湖、荷兰“绿色心脏”地区的g e e r p l a s 、 4 上海海洋人学硕+ 论文 n i e u wk o o p 、美国的a p o p k a 湖、以及国内南京玄武湖和西湖等【m 圳j 。 有研究者认为限制因子原理局限于“稳定状态”条件，藻型富营养化浅水湖泊 缺乏生活史长、稳定性高的生物种群，以藻类为绝对优势种群的富营养化湖泊生态系 统结构不稳定、功能单一，对包括营养盐在内的环境因子波动缓冲能力弱，因而藻型 富营养化浅水湖泊往往处于“非稳定状态”，简单地运用限制因子原理，刻意寻找限制 因子，往往难以奏效，目前关于营养盐控制理论还有很多的讨论和争议【4 h 5 | 。 尽管不少通过控制氮和磷来防治湖泊富营养化的实践并没有取得理想的成功结 果，但是，这只能说明不能仅仅靠控制营养盐来防治富营养化，而并不意味着不需要 控制营养盐。f 如同本湖泊环境调查指南所述：“在水浅而富营养化的湖泊当中， 决定湖水状态的主要因子中不能无视湖底所起的作用。”所以，我们对湖泊，尤其是 一些城市浅水富营养化湖泊进行以清淤为代表的内源性营养盐控制是非常具有必要 的【46 | 。控制包括含营养盐、有毒有害化学品等污染物的各类废水进入水体，是水体富 营养化防治和管理的重要措施；尤其是有毒有害化学品，它排入水体不仅可能会通过 食物链影响人类健康生存，而且可能会导致一些水生生物灭绝，甚至引起整个生态系 统结构破坏、功能丧失；对于内源性营养盐的控制也同样重要。因此，根据湖泊水体 的功能以及湖泊生态系统的生态学特征，制订切实可行的污染控制方案是富营养化防 治的根本措施。 2 2 生物调控 作为营养盐控制的一种替代技术，生物调控( b i o m a n i p u l a t i o n ) 是通过重建生物 群落以得到一个有利的响应，常用于减少藻类生物量，保持水质清澈并提高生物多样 性【4 7 】。主要是采用鱼类种群的下行调控，通过改变捕食者( 鱼类) 的种类组成或数量 来操纵植食性的浮游动物群落的结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别 是枝角类种群的发展，来控制藻类；也有直接利用浮游植物食性鱼类控制富营养化和 藻类水华 4 8 4 9 1 ，c r i s m a j l 和b e a v e r ( 1 9 9 0 ) 认为，在热带和亚热带地区枝角类种类较 少，而且体型较小，浮游植物食性鱼是更适合的生物操纵工具【5 0 j ；底栖动物作为一种 滤食性动物具有很强的滤水能力，能通过过滤大量水体摄取浮游植物从而对整个生态 系统的结构和功能产生影响，所以也有人提出利用大型软体动物的滤食作用来控制藻 类和其他悬浮物阢5 劲，国内也有学者对此进行了研究，并取得了良好的效果【5 3 - 5 6 】；此 外，水生高等植物不仅能够快速吸收水体和沉积物中的营养盐，分泌产生他感物质抑 制浮游植物生长，而且对湖泊生态系统的物理、化学及生物学特性办有重要影响，所 以也有人提出以高等植物控制水体营养盐及浮游植物的生物调控f 5 m 引。 上海海洋人学硕士论文 生物调控在营养盐管理已经失败的富营养化湖泊中已显示出明显的治理效果，且 其费用低。虽然也有成功的事例【6 4 6 5 1 ，但不幸的是，许多成功的事例往往是短期的 【6 6 6 7 ”，所以有必要强化生物调控稳定性的研究。在欧洲生物调控得到深入研究和广泛 应用，但是由于研究区域、研究对象以及研究范围的不同，往往很难得到一致的结论 与结果。近年来，生物调控技术本身也面临一系列的挑战，因此，生物调控作为管理 工具的有效性仍存在很大的争议1 6 8 7 3 】。 2 3 湿地生态 湿地生态修复技术( w e t l a n de c o r e m e d i a t i o n ) ，俗称湿地处理系统，它介于陆生 生态与水生生态之间，将被污染的河水、湖水有效的投配到生长有芦苇、香蒲等沼泽 生植物的湿地上，使之经常处于饱和状态，污水在沿一定的方向流动的过程中，经过 耐水植物和土壤( 或其他基质) 的作用得以净化【7 4 1 。污染物的去除是在湿地植物、水 体和湿地基质的相互作用下完成的，这些过程可能是物理、化学和生物的过程【75 1 。 在湿地的应用方面，国内学者尹澄清、刘文祥等研究表明湿地对地表径流总氮、 总磷截留率分别高达4 2 、6 5 和6 0 、5 0 纠。国外，美国佛罗里达州的大型浅 水湖_ a p o p k a 湖，利用湿地去除湖泊中的悬浮物、氮、磷等，取得了良好的效果。 经过2 9 个月的运作结果归纳如下：总悬浮物8 9 9 9 ，总磷为3 0 一6 7 ，总氮为 3 0 5 2 【7 6 ，7 7 1 。 2 4 生态工程与生态修复 生态工程是2 0 世纪6 0 年代提出来的包括生态学、工程学等多学科相互交叉渗透 的应用学科领域。生态工程的目的在于利用工程技术创造新的综合化的生态系统。在 这个领域内生态工程的设计包括废水的处理、水土流失控制、生态修复及其他的多种 应用过程。生态工程的意义在于创造出能替代传统技术解决办法的低成本、高效益的 替代模式。生念工程的一些设计受到古代人们管理多功能稻田生态系统的影响，而现 在其他的生态工程则高度依赖于高尖端的技术如密封的生命支持系统。因此，生态工 程提供了一个专业化、运用新的知识技术手段来解决人与自然之间的恶问题【7 引。 对于湖泊富营养化治理而言，生态修复( e c o l o g i c a lr e m e d i a t i o n ) 是通过修复受 损伤的富营养化生态系统的结构，重建健康的水生生态系统，修复和强化湖泊生态系 统的主要功能( 特别是水体自净功能) ，并使修复的生态系统实现整体协调、自我维 持、自我演替的良性循环。目前，生念修复已成为全球淡水生态系统研究的前瞻性研 究领域，恢复湖泊生态系统结构和功能的完整性不仅是湖泊富营养化综合治理的目 6 上海海洋人学硕十论文 标，而且也是湖泊富营养化治理的重要手段【7 引。 总之，湖泊富营养化防治走过了从控制营养盐、直接除藻，到生物调控、生态工 程及生态恢复的艰难历程。各国为此投入了巨额资金，然而收效甚微，富营养化依然 是全球性重大水环境问题。综观全球富营养化治理研究成果，不难看出，富营养化是 一个典型的生态问题，生态问题只有用生态学方法解决。当前，生态修复的生态工程 被认为是最重要、也是最佳的湖泊富营养化治理方法和途径。然而，我们也应该清醒 地认识到，湖泊的生态恢复是一个漫长的过程，而对于湖泊的富营养化治理，任何单 一的手段都难以奏效。只能运用综合治理的措施，动用一切手段，才能改善湖泊的生 态环境。 3 大淀湖概况 3 1 地理及气候条件 大淀湖位于上海市青浦区朱家角古镇北面，朱昆河以东，黄家埭江以南，沿家港 以西，淀浦河以北，略成椭圆形，水面积约为5 0 0 0 0 0 m 2 ( 约7 5 0 亩) ，平均水深2 1 m ， 椭圆形的湖体长约9 2 6 m ，宽约2 8 9 m 。大淀湖周边河道9 条，其中直接相连的有7 条，分别为跃进河、西井河、东井河、唐家江、中宇龙江、唐家浜村江、大淀湖支河； 另外朱昆河和黄家埭江则通过支流与大淀湖相互连接。大淀湖为一个小型、浅水型湖 泊。 气候：年平均气温1 5 3 4 ，1 月份的气温最低，平均2 8 ，极端最低气温达一1 0 0 ( 1 9 7 7 年1 月3 1 日) ，7 月到8 月份的气温最高，平均3 0 5 ，极端最高气温达3 7 9 ( 1 9 8 3 年8 月2 同) 。 降雨量：本区雨量较多，年降雨量日在1 3 6 天，年平均降雨量在1 0 7 4 1 3 0 0 m m 之 间。春术夏初有连绵梅雨，盛夏有阵雨和雷雨，夏秋季间有台风暴雨，时有连绵秋雨， 冬季雨水较少。5 9 月为汛期，降雨量占全年降雨量的6 8 以上，其中月降雨量最多 为6 月份，月降雨量在7 2 9 2 m m ，其次为5 月份有5 0 5 m m 。r 降雨量最大的1 9 8 1 年1 0 月 8 同，有6 4 7 脚1 1 ，1 9 8 2 年7 月9 1 2 日，受台风的影响，连降暴雨，雨量达1 1 9 m m 。蒸 发量：年均蒸发量9 5 3 1 眦i l 。 霜、雪：全年无霜期为2 4 5 天左右，一般每年1 1 月中旬为初霜期，最早初霜期出 现在1 0 月下旬( 1 9 8 1 年l o 月2 4r ) ，最低温度4 ，最迟初霜期出现在l1 月下旬( 19 7 0 年11 月3 0 同) ；3 月下旬为终霜期，最早中霜期在3 月上旬( 1 9 7 6 年3 月3 同) ，最迟为4 月中旬( 1 9 7 9 年4 月15 同) 。 上海海洋大学硕士论文 日照：年平均同照总时数为1 9 3 2 1 小时，晴、雨、阴均占三分之一，日照月份最 多为8 月份，有2 4 5 9 小时；最少为2 月份，1 1 5 3 小时。 风向风速：夏季多东南风，如遇西南风，则天气闷热，冬季多西北风，年平均风 速为2 8 耐s 。夏秋之际多台风，但时有4 、5 月份亦有台风侵袭，1 9 8 1 年4 月2 2 日“一 号台风”，最大风力为2 2 州s ，台风影响本地区时，一般都有6 5 1 0 0 多m m 的暴雨和7 级 以上大风出现【7 9 j 。 3 2 治理前水环境状况 3 2 1 水质状况 大淀湖及周边河道的水质状况不容乐观，根据测定结果，大淀湖直