（动物学专业论文）淀山湖生态系统结构与能量流动特征的ecopath模型研究.pdf

d i s s e n a t i o nf o rm a s t e rd e g r e e s c h o o lc o d e 1 0 2 6 9 s t u d e n ti d 5 1 0 8 1 3 0 0 0 3 8 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t r u c t u r ea n d e n e r g y f l o wo f d i a n s h a nl a k e e c o s y s t e m b a s e d0 n e c o p a t hm o d e l c o l l e g e m a j o r s c h o o lo fl i f es c i e n c e r e s e a r c ha r e a h y 鱼 q 坠i q q g y s u p e r v i s o r c a n d i d a t e m a y 2 0 1 1 兰 壹 盟坠 嘲一饥一磐 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明 本人所呈交的学位论文 淀山湖生态系统结构与能量流动特征的 e c o p a t h 模型研究 是在华东师范大学攻读砸白博士 请勾选 学位期间 在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果 除文中已经注明引用的内容 外 本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重 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 作者签名 日期孔 f 年 月3 日 华东师范大学学位论文授权使用声明 淀山湖生态系统结构与能量流动特征的e c o p a t h 模型研究 系本人在华东 师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕 博士 请勾选 学位论文 本 论文的研究成果归华东师范大学所有 本人同意华东师范大学根据相关规定保留 和使用此学位论文 并向主管部门和相关机构如国家图书馆 中信所和 知网 送交学位论文的印刷版和电子版 允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据 库被查阅 借阅 同意学校将学位论文加入全国博士 硕士学位论文共建单位数 据库进行检索 将学位论文的标题和摘要汇编出版 采用影印 缩印或者其它方 式合理复制学位论文 本学位论文属于 请勾选 1 经华东师范大学相关部门审查核定的 内部 或者 涉密 学位论文 于年月日解密 解密后适用上述授权 2 不保密 适用上述授权 本人签名 v 年6 月 1 日 会办公室或保密委员会审定过的孚位论文 涉密 申请表 方为有效 未经上述 部门审定的学位论文均为公开学位论文 此声明栏不填写的 默认为公开学位论文 均适用 上述授权 冯德祥硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 李利珍教授上海师范大学主席 王群教授华东师范大学委员 李恺教授华东师范大学委员 摘要 淀山湖生态系统结构与能量流动特征的 e c o p a t h 模型研究 摘要 为了研究现阶段淀山湖富营养化形成的内在原因 根据2 0 0 8 2 0 0 9 年间对淀 山湖湖区水生生物资源调查的结果和历史调查资料 运用e c o p a t hw i t he c o s i m6 1 软件构建了淀山湖生态系统的营养通道模型 分析了淀山湖水域生态系统的结构 和能量流动特征 模型中涉及淀山湖生态系统中的水鸟 鱼类 虾类 软体动物 底栖动物 浮游动物 浮游植物 碎屑等2 1 个功能组分 基本涵盖了淀山湖生态 系统的主要能量流动过程 将来自不同功能组的营养流合并为数个营养级 以简化复杂的食物网关系 称之为生态系统的营养级结构 本研究最终将淀山湖生态系统合并为5 个重要的 营养级 其中第1 级包括碎屑 浮游植物 高等水生植物 第1 i 级包括象形浮游 动物 枝角类 桡足类 软体动物 其他底栖动物 草食性鱼类 第1 级包括刀 鲚 光泽黄颡鱼 其他鱼类等 第 级包括红白鱼和其他肉食型鱼类 第v 级包 括水鸟 红白鱼和其他肉食型鱼类 经营养级转换效率分析后发现 淀山湖生态 系统第川 i v 营养级间的转换效率较高 达到1 4 6 淀山湖生态系统的牧食食物 链转换效率为1 2 3 碎屑食物链转换效率为1 1 3 系统的能量流动在5 个营养 级之间平均能量转换效率为1 1 7 高于周边太湖和千岛湖等湖泊的均值 生态 网络分析显示 淀山湖生态系统的能流 生物量及生产量的分布呈金字塔型 各 功能组的营养级范围为1 3 9 2 水鸟占据了营养级的最高层 混合营养效应分析即指食物网中不同的功能组对其他相应功能组的影响 淀 山湖生态系统混合营养效应分析显示 每个功能组对其自身的混合营养效应一般 为负效应 捕食者对其饵料 渔业对其渔获物的混合营养效应一般也为负效应 浮游植物和碎屑作为该食物网的生产者对其他大部分种类都有正效应 顶级捕食 者对其饵料的负效应不明显 综合分析认为 目前淀山湖渔业捕捞强度会对该生 态系统的鱼类功能组产生负效应 循环流量是系统中重新进入再循环的营养流总量 淀山湖生态系统的循环 i 摘要 流量为7 7 6 5t k m a 一 该值远小于相邻的太湖 说明目前淀山湖生态系统的整 体再循环率较低 能量利用效率有待改善和提高 t p p 厂t r 系统初级生产力比总 呼吸量 是描述系统成熟度的重要指标 发育成熟的生态系统其t p 昕r 值应接 近1 本研究结果显示淀山湖生态系统t p p 汀r 值为2 8 0 连接指数c i 和系统杂 食指数s 0 i 都是反应系统内部联系复杂程度的指标 越趋于成熟的生态系统 其 系统各功能组间的联系越复杂 淀山湖生态系统的连接指数和系统杂食指数分 别为0 1 9 和0 0 7 两值均小于相邻的太湖 f i n n s 循环指数指的是系统中循环流 量与总流量的比值 淀山湖的f i n n s 值为1 8 9 而f i n n s 平均路径长度指的是 每个循环流经食物链的平均长度 淀山湖的f i n n s 平均路径长度为2 3 7 综合分 析淀山湖的生态系统参数系统初级生产力 总呼吸量 t p p 厂r r 连接指数c i 和能量循环指数f c i 分别为2 8 0 0 1 9 和o 0 1 8 9 表明 淀山湖生态系统目前 仍然处于幼态化生态系统状态 关键词 淀山湖 营养通道模型 幼态化生态系统 食物网 s u b s t r a c t s t r u c t u 陀a n de n e 唱yf i o wo fd i an s h anl ak ee c o s y s t e m b a s e do ne c o p a t hm o d e l a b s t r a c t d i a n s h a nl a k e t h eb i g g e s tf r e s hw a t e ri a i ei ns h a n g h a lc o v e r sa nar i 三ao f6 2 k m 2w i t hm e a nd e p t ho f2 0m i ti sr e g a r d e da st h ek e yw a t e rc o n s e n a t i o nd i s t r i c to f s h a n g h a p n v i d i n gdr n k i n gw a t e rf o rm o r et h a n1 0m i i o np e o p i e b u tw i t ht h e r a p i dd e v e i o p m e n t0 fi n d u s t r ya n da g r i c u i t u r ei nr e c e n ty e a r s t h ew a t e r 0 fd i a n s h a n l a k eh a sb e e nd r a s t i c a yp o u t e db yi n d u s t r ya n di i v i n gs e w a g ef n o ms u r r o u n d i n g a r e a s w h a t sw o r s ei st h a tb i u e g r e e na i g a eb i o o mh a se m e 唱e di ns o m ep a r t so ft h e l a k e t h es e l f c i e a nc a p a b i i i t yo fd i a n s h a nl a k eh a sa l r e a d yd e g r a d e d t h ec i t y g o v e r n m e n th a sp r 0 v i d e ds e v e r a i陀s e a r c hp r o j e c t st oe x p l o 陀t h e 陀a s o n sf o r e c o i o g i c a id e t e r i o r a t i o no ft h i sa i e a b a s e do nad a t a b a s e 苎p o r to fb i o r e s o u r c e s s u n e yf r o ms e p t e m b e r2 0 0 8t os e p t e m b e r2 0 0 9 am a s s b a i a n c em o d e io ft r o p h i c i n t e r a c t i o n sw a sc o n s t r u c t e du s i n ge c o p a t hw i t he c o s i mt 0n 喜p r e s e n tt h ee n e r g y t 陀n s f e rt h r o u g ht h et r o p h i ci e v e i so ft h ed i a n s h a nl a k ee c o s y s t e m w h i c h r i 苎p r e s e n t e dt h ef i r s te c o p a t hm o d e io fd i a n s h a nl a i ea n dc o n s i s t e do f2 1f u n c t i o n a i g r o u p si n c i u d i n gb i r d s c o m m e r c i a if i s h e s p h y t o p i a n k t o n s z o o p i a n k t o n s b e n t h o s s h r i m p s m o u s k s m a c r o p h e sa n dd e t r i t u s e a c hg r o u pr e p r e s e n t e dt h eo 唱a n i s m s w i t hs i m i i a rr o i e si nt h ef o o dw e ba n dc o v e r e dt h em a i nt r o p h i cf i o wi nd i a n s h a n l a k e t h er e s u i t si n d i c a t e dt h a tt o t a lt h r o u g h p u tw a s4 0 9 8 5 0t k m 2 y e a r 一1 t h e t r l p h i ci e v e i so fd i 仟e r e n tg r o u p s 阳n g e df n o m1f o rd e t r i t u sa n dp h y t o p l a n k t o n st o 3 9 2f o ri ar g e p r e d a t o r s a n dw a t e rb i r d g r o u po c c up i e d t h et o pi e v e io f e c o s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ea n a i y s i so f m i e dt n p h i ci m p a c t t h et 阳w i i n ga n dg i n e t f i s h i n gw e r eb o t hc o n s i d e r e da si m p a c t i n gc o m p o n e n t sa n dt h en e g a t i v et n p h i c l m p a c to ff i s h i n go nd i f f e r e n tg r o u p so ft h es y s t e mw a sr e i a t i v eh i g h l y a c c o r d i n gt 0 s u b s t r a c t t o p d o w nc o n t r o l0 rb o t t o m u pc o n t r o li ns e v e r a ip r e d a t o r p r e yr e i a t i o n s h i p s s o m e s p e c i e sc a nb e u s e dt 0c o n t r o l b i u e g r e e na i g a eb l o o mi n s o m e a r e a e g 产f j p d p 拍a f 门1 f 亡 t 归m d r 瓜h a dn e g a t i v et r o p h i ci m p a c to nt h ea i g a ed u et ot h e i r p r e d a t i o n 陀i a t i o n s h i pi nt h ef b o dw e b w h i i es u b m e 喀e dm a c r o p h y t e sa n do t h e r m a c r o p h e sh a di i t t l ei n f i u e n c eo nt h e ai g a ed u et ot h e i rc o m p e t i t i v er e i a t i o n s h i pi n t h ef o o dw e bb e c a u s eo ft h e i ri o wb i o m a s st oi e e pt h en i c h e t h r o u g hn e t w o r k a n a i y s i s t h es y s t e mn e t w o r ki sm a p p e di n t oal i n e a rf o o dc h a i na n df v em a i nt r o p h i c i e v e l sa r ef o u n dw i t ham e a nt r a n s f e re 仟 c i e n c yo f1 1 3 f r o md e t r i t u sa n d1 2 3 f r o mt h ep r i m a r yp r o d u c e r sw l t h i nt h ee c o s y s t e m w h i c hw a sh i g h e rt h a nt h el a k e s n e a r b y b u tt h et r a n s f e re f f i c i e n c yi sj u s t7 0 f r o mi e v e i it oi e v e i i ia n d3 3 f r o m i e v e ivt ov i w h i c hm e a n st h et 阳n s f e re 仟 c i e n c yo fd i a n s h a nl a k ee c o s y s t e mi st o o i m b a i a n c e d t h ei m p o n a n c eo fd i s c a r df o o da n dt h es y s t e m 陀一c y c i n g 阳t ei n e c o s y s t e m sw a si o w e n e 唱yu t l i i z a t i o nr a t ec o u i db ei n c r e a s e d m o s to ft h eu n u s e d d e t r i t u sd e p o s i t e do nt h eb o t t o m0 fi a k ea n da 仟e c t e dw a t e rt 陀n s p a r e n c yv i ab e i n g a g i t a t e db yt h es t o r m t h ei n d i c e sr e f i e c t i n ge c o s y s t e mm a t u r t ya n ds t a b i i t ye x a m i n e dt p p t r t o t a i pr m a r yp r o d u c t i o n t o t a ir e s p i r a t i o n c l c o n n e c t a n c ei n d e x f c i f i n n sc y c l i n gi n d e x w e 陀2 8 0 0 1 7 0 0 1 8 9 陀s p e c t i v e i y s h o w e dt h a td i a n s h a nl a k ew a si ns u c ha c o n d i t i o no fe n v i r o n m e n t a is t 门e s st h a ti tw a so u to ft h ei a l e 夸s e i f c i e a nc a p a b i t a n dt h a tc o n d u c t e dt o p d o w nc o n t n 0 10 rb o t t o m u pc o n t r d id i dn o tw o r ki n w h o i e f o o dw e b e c o i o g i c a it h e o r yl o s tt h ep o w e ri ns o m ep a r t so fi a k e t h ev a i u eo f f c i 1 8 9 i n d i c a t e dt h a tam a s s0 fe n e 唱yc o u i db ef u r t h e ru s e di nd i a n s h a nl a k e e c o s y s t e m t h ev a i u e0 fc i 0 1 7 i n d i c a t e dt h a tt h er e i a t i o n s h i p sl nt h ef o o dw e b w e r ei o o s e s u g g e s t i n gt h a tf i s hd i v e r s i t yc o n s e r v a t l o na n dm a c r o p h y t e s 陀s t 0 阳t i o n m u s tb ec o n s i d e r e d w h i i ei n t e r n a la n de t e m a ip o i i u t i o ns o u r c e sw e r ei i m i t e d c o n s i d e r i n go d u m st h e o r yo fe c o s y s t e md e v e i o p m e n t t h ee c o s y s t e mw a sp i a c e do n ai o wd e v e i o p m e n t a is t a g e v s u b s t r a c t k e yw o r d s d i a n s h a nl a k ee c o s y s t e m e c o p a t hm o d e l i n g e c o s y s t e mm a t u r i t y f 0 0 dw e b 目录 目录 摘要 i a b 盯r a c t 1 1 淀山湖概况 1 1 2 淀山湖水体富营养化的演变 2 1 3e c o p a t h 在国内外水域生态系统中的研究概况 4 1 4 本研究的目的与意义 5 第二章材料与方法 7 2 1 材料 7 2 2 方法 1 8 第三章结果 2 2 3 1 淀山湖e c o p t h 的基本输出结果 2 2 3 2 淀山湖生态系统的营养级结构与物质能量流动 2 3 3 3 淀山湖生态系统的混合营养效应和生态位 2 8 3 4 淀山湖生态系统的关键种 3 3 3 5 淀山湖生态系统的总体状态评价 3 3 第四章讨论 3 6 4 1 各功能组织间的相互关系 3 6 4 2 淀山湖生态系统的物质能量流动 3 6 4 3 淀山湖生态系统的营养级转换效率 3 7 4 3 淀山湖生态系统的退化 3 7 4 5 淀山湖生态系统的关键种 3 8 4 6 生态系统综合评价 3 8 第五章总结与建议 柏 j 目录 附录 4 2 参考文献 4 s 受谢 5 l 第一章绪论 1 1 淀山湖概况 淀山湖又名薛淀湖 位于上海市和江苏省交界处 是上海市郊最大的天然淡 水湖泊 也是黄浦江上游重要的水源保护地 淀山湖是由全新世古泻湖演变而来 整个湖区在长江河流冲积作用与湖泊淤积作用下长期形成 其范围大致为北纬 3 1 0 4 一3 1 1 2 东经1 2 0 5 4 一1 2 1 0 1 之间 淀山湖为太湖平原水网的一个浅水 湖泊 湖泊平均水深约2 1 1 米 水面面积约6 2 平方公里 容积为1 3 0 亿立方米 淀山湖北部约1 4 5 平方公里的面积位于江苏省昆山市境内 其余部分上海市青 浦区境内 由文辉 1 9 9 5 淀山湖所在区域地势平坦 水流速度较慢 河网分 布密集 湖荡相连 由急水港 大朱砂 白石矶等入湖 由拦路港等支流下泄黄 浦江 图1 淀山湖示意图 f i g 1m a po ft h ed i a n s h a nl a k ee c o s y s t e m 1 第一 章绪论 1 2 淀山湖水体富营养化概况 1 2 1 藻类种群的变化 1 9 9 1 1 9 9 2 年的调查表明 淀山湖的浮游植物相当丰富 共鉴定8 门 6 3 属 9 8 种 种类较多的浮游植物依次为绿藻门 硅藻门和蓝藻门 三者属种和种数 之和分别占总数的8 0 9 5 和8 2 6 5 浮游植物组成以常见浮游植物为主 占总 种数的8 9 9 由于湖底平坦 各部分水深相差不大 并生长着相当数量的高等 水生植物 因而有不少属于非常见浮游植物种类 约占总种数的8 1 主要集 中于硅藻门中 同时 着生种类漂浮到水中的情况也较常见 多出现于秋末和冬 季水草死去分解后的时期中 约占2 o 由文辉 1 9 9 5 9 0 年代以来逐步向绿藻 蓝藻水华演替 特别是夏季蓝藻占绝对优势 水 华频率不断升高 主要是铜绿微囊藻 水华微囊藻和惠氏微囊藻 指示富营养化 的蓝藻占绝对优势 特别是富营养化典型属微囊藻属 鱼腥藻属为主 其次为隐 藻 浮游藻类的生长高峰季节 已由冬季转变到夏季 藻类密度各月间变化及空 间差异平缓均匀 浮游藻类的种群结构和生物量 叶绿素a 等指标均显示淀山湖 已是富营养湖泊 程曦 李小平 2 0 1 0 2 0 0 8 年1 0 月 2 0 0 9 年l1 月华东师范大学的最新调查结果 华东师范大学 2 0 1 0 共鉴定浮游植物4 9 3 种 分属8 个门类 分别为绿藻门2 0 1 种 硅藻门 1 4 2 蓝藻门6 l 隐藻门8 种 裸藻门6 5 种 甲藻门8 种 金藻门4 种和黄藻 门4 种 淀山湖浮游植物种类最为丰富的分别为 绿藻门 主要包括小球藻属 衣藻属 十字藻属 链丝藻属等 硅藻门 主要包括针杆藻属 直链藻属等 和蓝藻门 主要包括色球藻属 微囊藻属 颤藻属 蓝纤维藻属等 从2 0 0 8 年 秋季到2 0 0 9 年秋季 绿藻门浮游植物种类数呈先减少后增加趋势 在2 0 0 8 年 秋季时种类数最多 占到当时种类总数的4 0 o 蓝藻门浮游植物也呈先减少后 增加趋势 硅藻门在此期间则呈现先增加后减少的趋势 在2 0 0 9 年冬末春初 种类数达到最大 占当时种类总数的3 2 8 仅次于绿藻门排在第二位 同时 淀山湖隐藻门种类数相对稳定 裸藻门 主要包括尖尾裸藻 梭形裸藻 沟状扁 裸藻 囊裸藻属等 种类也较为丰富 甲藻门 主要包括盾形多甲藻 飞燕角甲 2 第一章绪论 藻 裸甲藻等 金藻门 主要包括突出花环锥囊藻 顶刺鱼鳞藻等 和黄藻门 主要包括小黄丝藻 头状蛇胞藻等 种类 数量均较少 1 2 2 主要理化指标的变化 据华东师范大学 上海市环境监测中心等单位的多次调查表明 淀山湖营养 水平和水生生态系统总体营养水平不断上升 自1 9 8 5 年首次大规模蓝藻水华暴 发以来 每年均有水华暴发 水华暴发的频度不断增加 其中2 0 0 7 年发生3 次 2 0 0 8 年发生5 次大规模的水华 经过多年营养物的累积 已由中度富营养化逐 渐转化为重度富营养化 湖泊水环境日趋恶化 十五 十一五 期间 淀山 湖的d o c o d m c 0 d c b o d 5 氨氮 t n 及t p 各项指标均存在超过i i 类水标 准的情况 其中最主要的污染指标为c o d m 氨氮 t n 和t p 这四项指标的 监测数据基本都超过i i 类水标准 氨氮和t p 指标普遍超过 类水标准 部分劣 于v 类水标准 t n 在大部分点位均为劣于v 类水标准 氮 磷含量偏高引起富 营养化是淀山湖的主要污染特征 淀山湖如水口水质最差 出水口水质好于入水 口 说明淀山湖水体有一定的降解和稀释作用 十一五 与 十五 期间的指标值 蛩 相比 b o d s 略有下降 高锰酸盐指数 c o d c 氨氮 t n 及t p 的浓度增均有不 同程度的增加 透明度进一步减少 叶绿素a 浓度明显降低 综合淀山湖浮游植 物 底栖动物的生物学监测和评价结果 以及粪大肠杆菌和a g p 试验监测评价 结果 2 0 0 1 2 0 0 9 年淀山湖水质生物学评价结果为轻 中污染水平 水体富营养 化程度为富营养 华东师范大学 2 0 1 0 1 3e c o p a t h 模型在国内外水域生态系统中的研究概况 1 3 1e c o p a t h 模型在国内外水域生态系统中的发展 随着数学 物理 计算机技术的发展 应用数学模型对水域生态系统进行研 究 已经成为一种新的研究手段 但以往的单种群模型不能很好地反映种群变动 对生态系统其他部分的影响 也无法全面考虑生态系统内其他因素对该种群的影 响 所以难以应用到基于生态系统的多目标管理中来 李云凯等 2 0 0 9 近年 来 越来越多的研究尝试将种群的动态变化与其所处的生态系统物流网络变化结 3 第一章绪论 合起来 e c o p a t hw i t he c o s i m e w e 软件就是通过对水域生态系统的分析 建模来 研究水域生态系统结构和能量流动特征的 其结果对于了解生态系统的结构 功 能 食物产出过程和数量及质量具有重要的意义 s c h e f f e r 1 9 9 8 截止至2 0 0 8 年e w e 已经在全世界1 2 4 个国家拥有超过2 s o o 个注册用户 并且 在各类期刊发表了超过两百多篇有关e w e 模型的文献 c h r i s t e n s e ne ta i 2 0 0 8 e w e 包括了e c o p a t h e c o s i m 和e c o s p a c e 三个模块 其e c o p a t h 模块以构建基于食 物网的数量平衡模型为基础 通过整合了一系列生态学分析工具 研究生态系统 的规模 稳定性和成熟度 物质循环和能量流动的分布和循环 系统食物网内部 捕食 竞争等营养级关系和不同营养级间能量流动的效率 生物种群间生态位以 及彼此互利或危害的程度等 c h r l s t e n s e ne ta i 2 0 0 8 宋兵 2 0 0 4 目前 e w e 软件在国际上己被广泛运用在海洋生态系统的研究中 h a l f o ne ta l 1 9 9 6 c a r r e ra n d0 p i t z 1 9 9 9 m o r e a ue ta i 2 0 0 1 h e y m a n se ta i 2 0 0 4 而朝明泊 生态系统的研究较少 k m a v u t i e ta i 1 9 9 6 m a r l ae ta i 2 0 0 8 t a d e s s ea n d s e y o u m 2 0 0 7 t a d e s s e e ta i 2 0 1 1 该软件引进我国不久 在国内的应用仅 限于少数几个水体 其中在我国海洋生态系统中运用较多 仝玲等 2 0 0 0 王雪 辉等 2 0 0 5 陈作志等 2 0 0 6 刘玉等 2 0 0 7 林群等 2 0 0 9 李云凯等 2 0 1 0 而湖泊方面仅对太湖和千岛湖生态系统的结构 功能特征进行了分析 杨再福 2 0 0 3 宋兵 2 0 0 4 刘其根 2 0 0 s ue ta l 2 0 0 9 李云凯等 2 0 0 9 1 3 2 e c o p a t h 模型的应用范围 就已有研究来看 e c o p a t h 模型主要用于研究生态系统结构 鱼类种群的发 展进化情况以及渔业管理方面 环境变化对生态系统的影响等方面 在墨西哥湾 西部海域和尤卡坦大陆架 a r r e g u i ne ta i 1 9 9 8 运用e c o p a t h 模型评估笛鲷科 鱼类在这两个生态系统中的所处的地位的研究表明 墨西哥湾西部海域所受的捕 捞压力较小 系统更稳定也更复杂 k i t c h e 等 k i t c h e l le ta i 2 0 0 0 通过构架 e w e 模型对在休闲渔业和外来物种入侵的影响下 加拿大苏必利尔湖生态系统对 管理政策的响应和本地鳟鱼种群的恢复策略进行了研究 o k e y 和p a u i y o k e ya n d p a u l y 1 9 8 9 通过构建1 9 8 9 年威廉王子湾原油泄漏前后的e w e 模型并进行比较 4 第一章绪论 后发现 泄漏事件使得浮游动物 浮游植物的生物量减少 系统内的关键种 鱼 类的生物量从8 1 0 7 t k m 2 降到了4 8 6 6 t k m 2 造成了整个生态系统结构的破坏和生 产力的下降 在威尼斯泻湖生态系统的研究 c a r e e re ta i 2 0 0 0 中c a r e e r 等通 过构建e c o p a t h 模型 并将其输出结果作为另一个生态毒理模型的输入参数 成 功的评估了二嗯英类物质在水生生物体内的积累情况 在北本格拉生态系统的研 究结果 h e y m a n se ta i 2 0 0 4 h e y m a n se ta i 2 0 0 9 说明e w e 软件能很好的 模拟气候变化下 生态系统中各个功能组随时间的变化情况 国内的研究中仅在 千岛湖 刘其根 2 0 0 5 通过比较投放滤食性鱼类前后浮游植物的种群变化 分 析了滤食性鱼类对千岛湖生态系统的影响 1 4 本研究的目的与意义 近3 0 年来 我国湖泊富营养化进程发展迅速 并呈现出日趋严重的态势 目 一一 前大部分湖泊呈现中营养或以上水平状态 部分湖泊甚至达到超富氧化的程度 金相灿 2 0 0 1 这些严重富营养化的湖泊水质恶化 湖内生物群落紊乱 藻类 燕 阶段性大量繁殖而形成 水华 刘健康 1 9 9 5 水华的形成直接降低了湖泊生 态系统的服务功能 因此 对湖泊富营养化进行系统全面的研究就显得尤为重要 作为描述整个生态系统结构与能量流动的e w e 模型来说 分析其营养级底端的碎 屑与浮游植物的循环与转化也是其主要功能之一 淀山湖是上海最大的淡水湖泊 是黄浦江上游重要的水源保护地 其多年平 均下泄水量约占松浦大桥取水口断面净泄量的1 3 1 7 淀山湖的富营养化研究 和保护历来受到上海市的关注和重视 1 9 8 5 年 上海市黄浦江上游水源保护条 例 将其划为水源保护区 它兼具休闲旅游 水产养殖 交通运输 农田灌溉和 排洪调蓄等诸多功能 自2 0 世纪8 0 年代以来 随着周边工农业生产的快速发展 和人口的大量增加 直接或间接进入湖水中的污染物负荷激增 淀山湖生态系统 的自净功能和平衡遭受严重破坏 湖泊局部区域出现蓝藻水华 水体环境质量明 显下降 阮仁良 王云 1 9 9 3 由文辉 1 9 9 7 淀山湖的水质污染不仅直接影 响湖体的景观效果 同时也严重威胁到了上海地区的取水安全 5 第一章绪论 淀i b 湖属弱 感潮型 湖泊 水体流动性强 污染源复杂且不确定 从而给 湖泊的富营养化和污染控制带来了很大的难度 本研究充分考虑淀山湖的生境特 点 根据2 0 0 8 2 0 0 9 年间对淀山湖湖区水生生物资源的调查结果和近期研究资料 通过生态系统定量分析模型 来揭示该区域水体富营养化的规律和成因 研究结 果可为对有针对性地探索不同的生物治理技术 技术集成和优化等提供参考 从 而为淀山湖水体富营养化治理 蓝藻水华发生的控制提供技术支撑 有利于抑制 蓝藻爆发 改善淀山湖水质 为上海的水质安全和居民健康提供保障 6 第三章材料和方法 第二章材料与方法 2 1 材料 2 1 1e c o p a t h 模型的构建原理 e c o p a t h 模型定义生态系统由 系列生态关联的功能成分组成 这些功能成 分称为功能组 全部功能组能够基本覆盖生态系统中能量流动的过程 c h r l s t e n s e nve ta i 2 0 0 8 模型可以由下面的公式来描述 b k 日l l 臣 曰4 t p i 1 一g 易 式中 p 为功能组 的生产量 坼为功能组 的总捕捞量 8 为功能组 的生物量 忱 是功能组 的捕食死亡率 是功能组 的净迁移 b a 是功能组f 的生物积累 量 e e 为功能组 的生态营养转换效率 该式也可以表示为 b t 0 一 冬t 岛 圆 d q t l 一巨一朋t o 式中 8 为功能组 生产量与生物量的比值 m 8 为功能组 消费量与 生物量的比值 d 0 为被捕食者 占捕食者 的总捕食量比例 模型需要输入的基本参数有b 徊伯 阳i b 蹈 d c c 和 x 其中前 4 个参数可出现任意一个未知数 它能由模型通过其他参数计算出来 后2 个参 数 即食物组成矩阵参数d 岛和产出参数踊为必须输入参数 c h r i s t e n s e ne ta i 2 0 0 8 李云凯等 2 0 1 0 2 1 2 淀山湖e c o p a t h 模型功能组数据的来源 2 1 2 1 功能组划分 根据实际调查中淀山湖生态系统的现有生物群落结构特征和e c o p a t h 模型的 运算规律 按照不同生物种群在生态系统中的生态位 食性 生活方式等将淀山 湖生态系统模型分为2 1 个功能组 c h r i s t e n s e nve ta i 2 0 0 8 基本覆盖淀山 湖生态系统的能量流动全过程 见表1 7 第三章材料和方法 表1 淀山湖生态系统生物模型的功能组 曼曼 三 坚翌曼 里璺曼 星 q 望巳墨里 q 曼旦兰垒曼璺 曼 皇曼旦三y 竺盟里垡皇 功能组 编号 n o f u n c t i o n a ig r o up 物种组成 s p e c i e sc o m p o s i t i o n 8 1 1 草食性鱼类h e r b i v o r o u sf i s h e s拟鳊a c a n 确d 6 r 口m as m o 仃 1 2虾 1 3 软体动物 s h r i m p s m o i i u s c s 1 4 其他底栖动物o t h e r b e n t h o s 圃头鳊m e 9 0 o b r a m o q m b t y c e p h q o 草鱼c t e n o p h 0 吖n g o d o n l d e l u s 秀丽白虾p a 口e m d 仃m o d e s c s 缅是米虾c 0 r d i n on i l o t j c q 舄言齿j 器 茧 c q r i d i n od e n t i c o l e t q 钩虾h y o l e l l ao z t e c o 等 铜锈环棱螺8 e 口m y 口 等 溺蚬c o r b j c u qf l u m i n e o 梨形环棱螺b p 口m y ap u 形7 c 口幻 寡鳃齿吻沙蚕 n e p h t y so l i 9 0 b r a n c h i os o u t h e m 霍普水丝蚓 m d 们舾 h o f t m e j s t e o i 摇蚊幼虫幼 r 0 门d m 胁e 等 1 5 小型浮游动物 m i c r o z o o p i a n k t o n s 原生动物p 阳f 0 z d a 轮虫r d f e r 口 9 第互章材料和方法 2 1 2 2 数据来源 水鸟 红白鱼是淀山湖最为重要的肉食性鱼类 因此 将红白鱼作为肉食性鱼类的 代表 红白鱼是淀山湖中翘嘴红鲔 红鳍鲔 青梢红鲐和蒙古红鲐等红鲐的俗称 红白鱼的生物量数据取自淀山湖水生生物资源调查报告 华东师范大学 2 0 1 0 红白鱼的q b 根据p a u l y 和p a i o m a r e s p a ul y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n dp a u l y 1 9 9 8 的经典计算公式其值为4 5 9 未同化食物比例u q 值分别设为0 2 w i n b e r 1 9 5 6 b r e y 1 9 7 9 其他肉食雠 其他肉食性鱼类主要包括鳗鲡和花鲳等 生物量数据取自淀山湖水生生物资 源调查报告 华东师范大学 2 0 1 0 p b 系数参照渔业资源数据库和其它临近 湖泊模型取1 6 7 坐巡巡 巫b 垒坌三皇 q 唱 塞基12 q q 垒 杨再福 2 0 0 3 刘其根 2 0 0 5 刀鲚 刀鲚是长江流域重要的经济鱼类 但是由于过度捕捞 淀山湖刀鲚数量锐减 有研究报道中将刀鲚分为大型的成年个体 和小型的幼年个体两个组分 但本研 究中由于刀鲚小型化严重 所以合并为一个组分 淀山湖刀鲚的平均生物量为 0 2 8 5 t k m 2 华东师范大学 2 0 1 0 根据p a u i y 和p a i o m a r e s p a u l y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n dp a u l y 1 9 9 8 的经典计算公式和渔业资源数据库 型坐堂 鱼墨b 垒坌墨呈 q 蟹 p b 和q b 分另u 为2 1 7 7 8 2 光泽黄颓鱼 1 1 第三章材料和方法 光泽黄颡鱼是淀山湖重要的放流鱼类和底栖鱼类 沙蚕 钩虾和桡足类为光 泽黄颡鱼的主要食物资源 并且其食物选择具有明显的季节性 春季主要取食钩 虾 夏季主要取食沙蚕 秋季主要取食桡足类 但冬季无明显的选择性 平均生 物量为0 0 6 7 t k m 2 华东师范大学 2 0 1 0 根据p a u i y 和p a i o m a r e s p a u l y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n dp a u l y 1 9 9 8 的经典计算公式和渔业资源数据库 塑巡型 巫b 垒曼兰呈 q 蟹 p b 和q b 分别为2 5 3 9 8 0 鲤鱼 鲤鱼属杂食性 仔鲤以轮虫 枝角类和挠足类为主食 体长1 5 2 0 m m 以上 改食寡毛类 水生昆虫 成体以螺 观 蚌等软体动物为食 春季亦以沉水植物 水生昆虫和丝状藻类为食 生物量数据取自淀山湖水生生物资源调查报告 华东 师范大学 2 0 1 0 根据根据p a u l y 和p a i o m a r e s p a u l y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n d p a u l y 1 9 9 8 的经典计算公式和渔业资源数据库 w 腑s h b a s e o 唱 鲤鱼的q b 系数为8 4 4 p b 系数为1 8 9 鲫鱼 鲫鱼属杂食性 软体动物 寡毛类 水生昆虫 原生动物 轮虫 枝角类和 挠足类 高等水生植物碎片 各类丝状藻都是其食物组成 这使鲫鱼成为现阶段 淀山湖生物量最为丰富的鱼类之一 也是当地主要的捕获鱼类 其平均生物量为 0 4 0 2 t k m 2 华东师范大学 2 0 1 0 根据根据p a u i y 和p a i o m a r e s p a u l y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n dp a u l y 1 9 9 8 的经典计算公式和渔业资源数据库 巡巡堂地b 垒曼兰曼 q 蟹 其 p b 和q b 分别为2 0 5 和1 4 2 鳙鱼 鳙鱼属于滤食性鱼类 是淀山湖重要的放流鱼类 主要以浮游动物和浮游植 物为食 生物量数据取自淀山湖水生生物资源调查报告 华东师范大学 2 0 1 0 根据根据p a u i y 和p a l o m a 陀s p a u l y 1 9 8 0 p a l o m a r e sa n dp a u l y 1 9 9 8 的 第三章材料和方法 经典计算公式 渔业资源数据库 w w w f i s h b a s e o 唱 和相邻太湖和千岛湖的报 道 杨再福 2 0 0 3 宋兵 2 0 0 4 刘其根 2 0 0 5 鳙鱼的q b 系数为1 0 2 p b 系数为2 1 3 其他鱼类 野杂鱼 其他鱼类主要有子陵吻缎虎鱼 间下鲢 麦穗鱼 棒花鱼 中华鲂皱等 华 东师范大学 2 0 1 0 其中子陵吻缎虎鱼为淀山湖常见优势种 野杂鱼主要以枝 角类 挠足类 水生昆虫和其它为食 生物量数据取自淀山湖水生生物资源调查 报告 华东师范大学 2 0 1 0 根据相邻太湖和千岛湖的报道 杨再福 2 0 0 3 宋兵 2 0 0 4 刘其根 2 0 0 5 将其p b 和q b 分别设为2 0 3 和1 0 0 白鲢 淀山湖为了治理湖泊富营养化 放流了大量的滤食性鱼类白鲢 主要以浮游 藻类和小型浮游动物为食