浅水湖泊底栖-敞水生境耦合对富营养化的响应与稳态转换机理:对湖泊修复的启示

浅水湖泊中的初级生产者主要由分布在底栖生境中的底栖植物和生活在敞水生境中的浮游植物组成.底栖植物主要包括维管束沉水植物和底栖藻类等,浮游植物则主要为浮游藻类.贫营养浅水湖泊湖水营养盐浓度低,透明度高,底栖植物因能直接从沉积物中获取营养盐,往往是浅水湖泊的优势初级生产者.随着外源营养盐负荷的增加,湖水中的营养盐浓度不断升高,浮游植物受到的营养盐限制作用减小,加上其在光照方面的竞争优势,逐步发展成为湖泊的优势初级生产者,湖泊逐步从底栖植物为优势的清水态转变为浮游植物为主的浑水态,即稳态转换.在稳态转换过程中,浅水湖泊生态系统结构与功能发生了一系列变化,本文综述了浅水湖泊沉积物性质和生物(浮游植物、底栖植物、底栖动物和鱼类等)群落结构的变化,分析了这些变化对底栖植物、浮游植物之间竞争优势和底栖敞水生境间磷交换的影响,探讨了富营养化驱动的底栖敞水生境耦合过程变化和稳态转换机理.了解浅水湖泊底栖敞水生境耦合过程与稳态转换机理对富营养化浅水湖泊修复有重要意义.富营养化浅水湖泊修复实际就是重建其清水态,在制定修复目标时应该关注评价清水态的指标,如透明度、浮游植物生物量、底栖植物的覆盖度或优势度等.在开展湖泊修复技术研发与工程应用时,应该重点关注对底栖敞水生境耦合有重要影响的关键技术,如沉积物磷释放和底栖生物食性鱼类控制以及底栖植物(尤其是沉水植物)恢复等有关技术.     

富营养水体中沉水植物与浮游藻类相互竞争的研究

本文就沉水植物与浮游藻类在富营养水体中的相互竞争现象及机制作了初步研究。室内外实验结果表明,二者之间存在着复杂的相互竞争关系。在光资源竞争上,浮游藻类占有相对优势;对水中营养盐的竞争是单向的,沉水植物因可以从底泥中得到营养盐而处于优势地位;当光照和营养盐充足时沉水植物对浮游藻类有明显的生化抑制效应,这种抑制可能通过促进藻类沉降而起作用。二者的互竞争受水深、水温及水中营养盐含量的强烈影响,高水温、高营养盐含量及深水均不利于沉水植物,而助长了浮游藻类的竞争优势。沉水植物群落一旦形成较大的密度,就能对浮游藻类产生强烈的抑制,保持自己的优势地位。因此,沉水植被恢复应从水温和水位均较底的冬季开始,严格控制营养盐输入量是非常重要的。     

武汉东湖底栖藻类在不同基质上生长的比较

测定了富营养化武汉东湖中的底栖藻类在不同人工基质上建群发展为成熟群落的生物量(Chl.a),定性分析了人工和天然基质上成熟硅藻群落的种类组成和结构特征.通过比较建群期间底栖藻类在花岗岩、玻璃、塑料(PVC)和木板4种不同人工基质上的生物量变化,发现底栖藻类在PVC上的生物量峰值(Chl.a,71.0μg/cm2)明显高于其它人工基质,说明PVC是最适合底柄藻类生长的人工基质.分析发现人工基质花岗岩上底柄硅藻群落的种类组成、主要优势种类、群落的相似性指数、多样性指数都和天然基质上的硅藻群落是高度相似的,显示该人工基质能够代表天然基质上的藻类群落,表明花岗岩应该是以底栖藻类作指示生物监测和评价水质的理想人工基质.     

改性当地土壤技术修复富营养化水体综合效果研究:Ⅱ.底栖动物群落结构和多样性的响应

从2010年10月开始在太湖梅梁湾围隔内实验区实施了改性当地土壤技术,在研究其对水体富营养化和蓝藻水华长效控制作用的同时,重点研究了底栖动物群落对此技术的响应.研究发现:经过11个月的处理,相比对照区,实验区内软体动物的平均密度和生物量分别增长了124%和33.8%,底栖动物Margalef和Shannon-Wiener多样性指数分别增长了41.1%和18.5%.环境因子和底栖动物群落的典范对应分析发现叶绿素a、温度、溶解氧和总磷对底栖动物群落有显著影响.本研究表明通过改性当地土壤技术降低水体营养盐含量和叶绿素a含量、增加底泥表层溶解氧含量,可以在一定程度上改善底栖动物生境,提高其物种多样性.     

流速对浮游藻类生长和种群变化影响的模拟试验

采集夏季崇明岛中心湖原水,在环形有机玻璃水槽开展了不同流速对浮游藻类生长和种群变化影响的研究.相对于静止水槽,实验前期不同的流速条件均对浮游藻类的生长产生了一定的抑制作用,实验后期浮游藻类叶绿素a含量均稳定在一定水平,且流动水槽中叶绿素a含量略大于静止水槽,这可能与静止围隔中出现大量枝角类浮游动物有关,而流动条件则抑制了浮游动物的生长,减轻了对浮游藻类的捕食压力.水体流动导致了浮游藻类种群的变化,蓝藻的迅速消失、绿藻和硅藻形成生长优势是主要特征,表明持续的流动条件是导致浮游植物种属减少和群落结构变化的直接原因.该研究可为调水引流在河道、湖泊和水库中的富营养化控制和水华防治提供基础依据.     

水动力条件对水体富营养化的影响

水动力条件是影响水体富营养化状态和进程的主要自然因素.研究水动力条件对水体富营养化的影响对于水体富营养化模拟、预测和控制具有十分重要的意义.水动力条件能直接作用于水华藻类细胞,影响其生长繁殖与种间竞争,同时改变水体环境及营养盐的状况.其中,流速不仅对藻类的生长聚集与分布具有十分明显的影响,同时还能影响水体营养物质与优势藻的种类;流量则主要通过单位时间内水量的变化影响水体富营养化的发生与消亡;水体扰动直接作用于水体中藻类细胞与藻团,加强藻类的聚集,同时影响营养物质的混合与运移,从而使水体富营养化得以发生并持续.本文综述了流速、流量和水体扰动等水动力因子对水体富营养化的影响研究,并对其未来的研究方向进行展望,最后指出:不同水动力条件对营养盐存在形态、藻类生长及水体富营养化状态的影响机理和水动力条件对水体富营养化影响的滞后性规律与临界值研究有待进一步加强.     

CO2浓度升高对浮游藻类元素化学计量值的影响

通过梅梁湾和东太湖的四季原位实验,研究CO_2浓度升高对不同营养水平淡水生态系统中浮游藻类C、N、P元素计量值的影响.实验设置了270、380和750 ppm共3个CO_2浓度,分别代表工业革命前、当前和IPCC预测的21世纪末的CO_2浓度.结果表明梅梁湾水体营养盐浓度在四季均高于东太湖水体营养盐浓度,但梅梁湾原位实验中浮游藻类C、N、P含量却普遍低于东太湖原位实验中浮游藻类营养元素含量,并且前者在季节上变化更大.CO_2浓度升高使梅梁湾原位实验中浮游藻类C∶P比明显增加,N∶P比略有增加,这种增加归因于藻细胞内C、N含量的升高,而东太湖浮游藻类化学计量值对CO_2浓度变化的响应不显著.因此浮游藻类元素化学计量值对CO_2浓度变化的响应程度与水体营养盐的绝对浓度无关,而与浮游藻类的生长是否受营养盐限制有关,只有当藻类生长受到水体营养盐浓度限制时,CO_2浓度升高才会显著改变其元素组成.     

塔里木盆地奥陶系海相源岩中两类生烃母质

中上奥陶统海相源岩是塔里木盆地的主要油源岩, 高有机质丰度生油岩发育在台缘-坡灰泥丘相之中. 中等成熟的(等效镜质体反射率0.8%-1.3%)这类油源岩中明显存在两类生烃母质, 表现为两类不同光性有机显微组分. 一是具明显黄色和褐黄色荧光的富氢组分, 主要为结构藻类体、 层状藻类体、 碎屑类脂体, 主要来源于浮游藻类和疑源类; 二是不具荧光的, 光性上类似于镜质体的相对贫氢组分, 显微镜下其形态多呈条带状. 宏观化石和显微有机组分对比分析表明, 镜状体来源于底栖叶状体植物(如较贫氢的褐藻类). 对更多的元古界和下古生界宏观藻化石的有机岩石学分析揭示原始贫氢的有机质在前泥盆系海相源岩中广泛存在, 这是一些浅水碳酸盐岩有机质类型较差(IIB型和III型)的主要原因.     

三峡水库上游长寿湖浮游藻类的季节变化特征及关键环境影响因子

基于2013年3月-2014年2月的长寿湖浮游藻类以及水质的监测结果,分析浮游藻类物种组成、密度以及多样性指数的季节动态,利用非度量多维尺度和相似性分析检验不同季节浮游藻类群落差异,同时利用典范对应分析法确定影响不同季节浮游藻类群落结构的关键环境因子.结果表明:泽丝藻(Limnothrix sp.)、小尖头藻(Raphidiopsis sp.)、汉斯冠盘藻(Stephanodiscus hantzschii)、具尾逗隐藻(Komma caudata)、鞘丝藻(Lyngbya sp.)和马索隐藻(Cryptomonas marssonii)为长寿湖优势种群,不同季节间浮游藻类群落组成结构存在较大差异.浮游藻类群落结构以春季最为简单,夏季次之,秋、冬季最为复杂.不同季节影响浮游藻类群落结构的环境因子差异较大,水温和营养盐是影响浮游藻类群落结构最重要的环境因子,光照强度、高锰酸盐指数、氧化还原电位、溶解有机碳在秋、冬季节同样成为影响浮游藻类群落结构的关键环境因子.     

背角无齿蚌滤食对营养盐和浮游藻类结构影响的模拟

利用微型生态系统研究背角无齿蚌（Anodonta woodiana）高密度养殖情况下对微型生态系统水柱中不同形态氮磷浓度和浮游藻类群落结构的影响,结果显示蚌的高强度滤食：（1）减少微型生态系统中悬浮态氮的含量,明显增加厂水柱中的溶解性氮、磷含量,但是对总氮、总磷和正磷酸盐含量没有显著影响;（2）显著减少所有浮游藻类的数量和生物量,提高水体透明度,同时迅速改变微型生态系统中浮游藻类的群落结构,降低了微囊藻等蓝藻的数量及其所占的相对百分比,而绿藻所占的比例迅速上升;（3）导致微型生态系统的生态结构发生了显著变化,上行效应（Bottom-up effects）在浮游藻类与营养盐的关系方面发生了变化,实验组水柱中氮、磷含量与浮游藻类的相关关系显著降低;（4）并不能有效降低微型生态系统的富营养水平．     

The contribution of benthic macrofauna to the nutrient filter in coastal lagoons

Human activities in coastal areas have increased the occurrence of eutrophication events, especially in vulnerable ecosystems such as coastal lagoons. Although we have a general knowledge of the consequences of eutrophication in these ecosystems, some efforts need to be made to understand biotic feedbacks that could modify the response of the environment to nutrient enrichment. The plant-mediated 'coastal filter' is one of the main factors that determine lagoonal efficiency in processing excess nutrients. In this context, the present paper examined the relative contribution of benthic macrofauna to the 'coastal filter' of a Mediterranean lagoon. The analysis of macrofaunal assemblages in the Mar Menor lagoon led to a clear differentiation between shallow areas of net nutrient recycling and exportation and deeper areas of net retention. These differences enhance nutrient removal from the water column, thus increasing the ecosystem's resistance to eutrophication.     

沉水植物附植生物群落生态学研究进展

在高等水生植物表面经常附着生长着藻类、真菌和细菌等,这些有机群体组成附植生物群落,在大中型浅水湖泊中普遍存在.附植生物群落具有特定的物种组成和空间结构,并随季节推移和沉水植物生长表现出一定的动态变化特征.附植生物群落与宿主植物及周围水体环境联系密切,不仅能够表征水体营养盐、光照、温度等环境因子特征,与沉水植物、食草动物、浮游植物等水生生物类群也存在不同的相互作用.水生生态系统中,附植生物群落参与水体营养物质转化,在草-藻型湖泊生态系统的相互转化过程中起重要作用;其较高的初级生产力作为水生动物重要的食物来源,增加了食物网的多样性;同时,附植生物群落因其独特的生理生态特征正逐渐被应用于水质净化和水环境质量监测.本文在综述近年来附植生物群落研究进展的基础上,分析了附植生物群落的组成结构和动态变化特征,阐述了附植生物群落在水生生态系统中的功能,可为湖泊富营养化治理,尤其是沉水植被的生态修复和管理提供科学依据.     

鳑鲏与河蚌交互作用对浮游生物和底栖生物的影响分析

放养河蚌,提高水体透明度以促进沉水植物生长,是湖泊生态修复中的常用手段之一.而小型杂食性鱼类鳑鲏依赖河蚌繁殖,河蚌放养可能会促进鳑鲏种群的发展;而鳑鲏与河蚌交互作用对水生态系统的影响仍研究较少.于2018年11 12月通过原位受控实验,设置对照组、河蚌组、鳑鲏组和河蚌+鳑鲏组,研究了鳑鲏(大鳍鱊Acheilognathus macropterus)与河蚌(背角无齿蚌Sinanodonta woodiana)对水质、浮游生物和底栖生物的影响.结果表明:鳑鲏显著增加了上覆水总氮、总磷、悬浮质和叶绿素a(Chl.a)浓度;但并未显著影响无机悬浮质的浓度,说明鳑鲏对沉积物的扰动作用较弱.此外,鳑鲏显著增加了浮游植物生物量和蓝藻的比例.浮游动物总生物量并未受鳑鲏的影响,但显著增加了浮游动物的丰度,其中以轮虫为主.鳑鲏组的底栖动物总丰度(主要为水丝蚓)显著高于对照组,说明鳑鲏对水丝蚓的摄食压力较低.鳑鲏与河蚌交互作用对总磷、Chl.a、浮游植物和浮游动物丰度具有显著影响:具体表现为河蚌虽然抵消了部分鳑鲏对水质(如氮、磷和悬浮质浓度,以及Chl.a浓度和浮游植物生物量等)的负面影响,但其对浮游动物和水丝蚓生物量的影响不显著.在湖泊生态修复和管理中,需要关注和重视鳑鲏等此类小型杂食性鱼类对水生态系统可能产生的负面影响,通过物理(网簖等)或生物(放养肉食性鱼类)等方式将其控制在较低密度水平,从而降低这些鱼类对水质、浮游生物和底栖生物群落可能产生的负面影响,维持生态修复效果的长效与稳定运行.     

Alkaline phosphatase as a bio-indicator of phosphorus-eutrophy in freshwater ecosystems: A review

Limnologists have greatly advanced the understanding of indicators of phosphorus(P)-eutrophy in surface waters. Biotic variables such as macro-invertebrates, fish, zooplankton, benthic algae, and diatoms are extensively used for bio-assessment of eutrophy. New concepts highlight the importance of bed-sediment based “response” variables predicting functional shifts during eutrophication. A cross analysis of studies reveals that alkaline phosphatase(ALP), which serves as a proxy of P-deficiency, a...     

In the other 90%: phytoplankton responses to enhanced nutrient availability in the Great Barrier Reef Lagoon

Our view of how water quality effects ecosystems of the Great Barrier Reef (GBR) is largely framed by observed or expected responses of large benthic organisms (corals, algae, seagrasses) to enhanced levels of dissolved nutrients, sediments and other pollutants in reef waters. In the case of nutrients, however, benthic organisms and communities are largely responding to materials which have cycled through and been transformed by pelagic communities dominated by micro-algae (phytoplankton), protozoa, flagellates and bacteria. Because GBR waters are characterised by high ambient light intensities and water temperatures, inputs of nutrients from both internal and external sources are rapidly taken up and converted to organic matter in inter-reefal waters. Phytoplankton growth, pelagic grazing and remineralisation rates are very rapid. Dominant phytoplankton species in GBR waters have in situ growth rates which range from approximately 1 to several doublings per day. To a first approximation, phytoplankton communities and their constituent nutrient content turn over on a daily basis. Relative abundances of dissolved nutrient species strongly indicate N limitation of new biomass formation. Direct ((15)N) and indirect ((14)C) estimates of N demand by phytoplankton indicate dissolved inorganic N pools have turnover times on the order of hours to days. Turnover times for inorganic phosphorus in the water column range from hours to weeks. Because of the rapid assimilation of nutrients by plankton communities, biological responses in benthic communities to changed water quality are more likely driven (at several ecological levels) by organic matter derived from pelagic primary production than by dissolved nutrient stocks alone.     

A New Coastal Marine Ecosystem Model Study Coupled with Hydrodynamics and Tidal Flat Ecosystem Effect

A new coastal marine ecosystem model was developed, which was composed of pelagic and benthic ecosystems, and was applied to Mikawa Bay, Japan. This model deals with variations of biochemical and physical interactions among dissolved oxygen and C–N–P species (composition formed out of carbon, nitrogen and phosphorus elements) so that it resolves the flux dynamics of carbon, nitrogen, phosphorus and oxygen elements. The physical and biochemical mechanism figured in this model is constructed for the purpose of simulating the estuarine lower trophic ecosystem, in areas where the sea was too deep for light to reach the sea-bottom. As a result of coupling the benthic with pelagic system, the effect of process of sedimentation and nutrient diffusion back to the pelagic system could be indicated. In addition, by implementing the tidal flat ecosystem model's calculation result, the integrated model can include the effect of water purification in tidal flats where the light can reach the sea-bottom, and where sea-weed, sea grass and benthic algae exist. In this study, the model indicates that oxygen-depleted water exists at the sea-bottom especially in summer mainly caused by an increase of oxygen consumption in the benthic system and a decrease of the vertical mixing water process. Furthermore, by comparing the case – with the tidal flat ecosystem model and the case without it, the effect of water purification of tidal flat estuaries was indicated. From the viewpoint of a short time scale, the tidal flat has the potential to restrict red tide (rapid increase of phytoplankton), and from the viewpoint of a long time scale, it restricts the sedimentation of detritus. Restricting the sedimentation prevents oxygen-depleted water occurring in the coastal marine system of Mikawa Bay.