富营养化初期湖泊放养鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)控藻生态效果的初步评估

放养鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys mobilis）控制富营养化湖泊蓝藻水华暴发是当前最有效的手段之一.为评估富营养化初期湖泊鲢、鳙控藻的生态效果,2016年在洱海红山湾开展原位围栏鲢、鳙控藻实验,对围栏内外的浮游生物群落结构及水环境因子的变化进行对比分析,同时测定了围栏内鲢、鳙的生长及摄食节律.结果表明：围栏内鲢、鳙呈现匀速生长,围栏生存环境适宜.根据Egger''s模型估算鲢、鳙的日摄食量分别为24.96%和18.18%,鲢的日粮高于鳙;滤食率结果表明,鲢对浮游植物的摄食率高于鳙（分别为3.01和2.19 L/（g·h）,而鳙对浮游动物的滤食率高于鲢（分别为18.61和13.54 L/（g·h））.研究期间,围栏内外水体理化因子无显著差异;但围栏内外微囊藻生物量差异明显,并且在7月达到生物量峰值（围栏内为1.7 mg/L,围栏外为2.4 mg/L）.鲢、鳙对浮游植物的优势种类——微囊藻和隐藻有明显的削减效果,6-8月逐渐上升并在8月达到最高（64%）;当浮游植物优势种由微囊藻替换为硅藻门和绿藻门的种类时,鲢、鳙的削减效率不明显（10-11月为负值）.此外,鲢、鳙放养显著降低了浮游甲壳动物的总生物量和枝角类生物量.因此,结合实验结果得出,鲢具有更高的控藻能力,尤其对微囊藻水华,但同时具备了较高对浮游甲壳动物的削减能力,需要进一步分析富营养化初期湖泊——洱海中实施非经典生物操纵的适宜性.     

生物操纵与非经典生物操纵的应用分析及对策探讨

分析了生物操纵(biomanipulation)和非经典生物操纵(non-traditional biomanipulation)理论的原理、应用条件及局限性,提出了在局部水体治理湖泊富营养化的对策.分析认为:生物操纵的核心内容是利用浮游动物控制藻类;但浮游动物不能有效控制丝状藻类和形成群体的蓝藻水华;我国的大型浅水湖泊浮游动物数量一般并不多,对浮游植物摄食压力不大;在浅水湖泊,浮游动物摄食藻类后很快分解、释放又进入物质循环,因此不能治理湖泊富营养化;浮游动物是浮游植物和鱼类等经济水生动物之间重要的营养通道,过分追求保护浮游动物是值得思考和研究的问题.而非经典生物操纵的核心内容是利用鱼类直接控制蓝藻水华;当鲢、鳙鱼达到阈值密度可以控制蓝藻水华,但很难控制所有藻类和降低N、P治理湖泊富营养化.在局部水体治理湖泊富营养化的对策是:把鱼类控藻、水生植被恢复和局部水域生态系统重建相结合,形成具有利用与控制蓝藻生产鱼类、吸收氮磷净化水质功能的"水质生物调控单元".     

非经典生物操纵驱动从水华向非水华的稳态转化——来自武汉东湖的全湖验证实验

对藻类水华的生态控制区分为欧美学者提出的经典生物操纵和我国学者提出的非经典生物操纵,前者依赖浮游动物,可用来控制小型藻类,后者依赖滤食性鱼类,可用来控制形成群体的蓝藻（特别是微囊藻）。武汉东湖是一个富营养化城市湖泊,30余年未发生水华,2021年突然暴发微囊藻水华,一度覆盖湖面近87%。东湖生态站通过对长期监测数据的分析发现,东湖目前的营养水平仍然适合蓝藻的暴发,而短期内又无法进一步有效削减营养盐负荷,因此,基于非经典生物操纵的理论（合理配置本土的滤食性鲢、鳙）,实施了定量化的生物控藻方案,结果控藻成效显著,在极端高温干旱的2022年并未发生蓝藻水华,即将东湖生态系统从水华（浊水）稳态迅速切换到了非水华稳态,完成了一种新的稳态转换,获得了经典生物操纵从未有过的成功。非经典生物操纵理论的有效性通过全湖实验得到了验证,证明它提供了一种对环境友好、成本极低且颇为有效的控制富营养湖泊中形成群体蓝藻水华的方法,具有广阔的应用前景。     

微型生态系统中鲢、鳙下行影响的实验研究——1.浮游生物群落和初级生产力

在营养物供给量较大的实验条件下,鲢、鳙放养明显地改变了微型生态系统的群落结构、代谢和理化环境,以致实验后期鳙单养和鲢、鳙混养系统出现不同程度的富营养化。微型生态系统中浮游植物密度的增长不完全由营养级联效应所致,但初级生产力的组间差异可大致依据营养级联假说来解释。实验结果认为,以提高鱼产量为目标的鲢、鳙高密度放养,对加速营养物来源丰富的天然水域的富营养化起着重要的作用。     

微型生态系统中鲢、鳙下行影响的实验研究——1.浮游生物群落和初级生产力

在营养物供给量较大的实验条件下,鲢、鳙放养明显地改变了微型生态系统的群落结构、代谢和理化环境,以致实验后期鳙单养和鲢、鳙混养系统出现不同程度的富营养化。微型生态系统中浮游植物密度的增长不完全由营养级联效应所致,但初级生产力的组间差异可大致依据营养级联假说来解释。实验结果认为,以提高鱼产量为目标的鲢、鳙高密度放养,对加速营养物来源丰富的天然水域的富营养化起着重要的作用。     

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.     

湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用

氮素是影响湖泊富营养化的关键元素之一,对湖泊中氮素生物地球化学循环整个过程进行全面的了解,有利于对湖泊富营养化进行控制和治理.本文综述了湖泊生态系统(特别是富营养化湖泊)中氮素的输入、输出及其在沉积物-水界面的迁移转化规律,着重分析和比较了藻型湖泊和草型湖泊的不同食物链中的氮素营养循环过程,重点讨论了微生物参与的硝化作用、反硝化作用、生物固氮和厌氧氨氧化等过程的最新研究进展,并对氮循环相关的研究方法和技术进行了小结.最后指出当前国内外研究中亟待解决的问题,并对湖泊氮循环今后的研究方向提出了建议.     

基于遥感藻总量和气象因子的巢湖不同湖区藻华预测

湖泊能为人类提供不可或缺的资源,而全球普遍存在的湖泊富营养化导致的藻华频繁暴发正不断损害湖泊生态环境服务功能.为合理保护湖泊环境和防治藻华危害,需预测藻华暴发.以我国富营养巢湖为研究区,本文构建了一种基于遥感藻总量和气象因子的不同湖区藻华暴发概率预测方法.基于MODIS/Aqua数据,研究首先反演了2003—2019年日尺度的藻华分布和考虑垂向结构的水柱藻总量.然后,统计了西、中和东巢湖的藻华面积,判别了藻华/非藻华日,并匹配日平均藻总量和气象因子.最后,筛选出藻华形成的关键影响因子——藻总量、气温和水汽压,并构建了不同湖区日藻华暴发概率的Logistic预测模型.不同湖区月平均藻总量基本一致,但藻华暴发日占比呈“西高东低”特征.对西、中和东巢湖的藻华/非藻华检验样本,模型精度分别为90%、85%和89.5%,模型也适用于2020年夏秋季和冬春季藻华预测.湖泊藻华暴发是藻类大量增殖并在一定气象条件下的产物,故基于遥感藻总量和气象因子的藻华暴发概率预测科学合理,可推广应用于太湖等其他富营养湖泊.     

湖泊藻型富营养化控制——技术、理论及应用

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等艰难历程,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。回顾和分析富营养化湖泊治理研究与实践的成功经验与失败教训,无疑将有助于采取更切实可行的技术有效控制湖泊富营养化。综观全球营养养化治理研究成果,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。在全湖性富营养化难以快速根治的情况下,如何集中技术优势和有限财力,优先解决对人类生活影响较大的局部水域富营养化问题,逐步修复受损的湖泊生态系统,提高水体自净能力、改善水体环境质量并建立湖泊健康生态系统。     

水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响

以江苏省南京市富营养化程度不同的清溪、护城河、玄武湖、月牙湖、琵琶湖和前湖为研究对象,调查各水体浮游植物的群落特征和优势种,并结合藻类生长潜力试验,探究不同氮、磷营养水平的自然水体对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）生长与竞争的影响.野外调查发现不同营养水平水体浮游植物优势种不同,按水体富营养化程度从高到底依次以绿藻、蓝藻、硅藻和隐藻分别占优势.单一藻种培养时,铜绿微囊藻在清溪、护城河和玄武湖水体中生长均较好,而斜生栅藻仅在高氮、磷浓度的清溪和护城河水体中有较大生长量,说明斜生栅藻对氮、磷的需求高于铜绿微囊藻;两种藻共培养时,清溪水体中斜生栅藻占优势,护城河和玄武湖水体中铜绿微囊藻占优势,但其他水体中两种藻均不能生长,说明氮、磷浓度过高或过低都不利于蓝藻形成优势.对低营养水平的玄武湖、琵琶湖、月牙湖和前湖水体进行氮、磷加富后,两种藻均能较好地生长,且各组没有显著差异,说明藻类在这些水体中生长受到氮、磷的限制,氮、磷浓度升高会增加水华发生的风险.本研究将野外调查和藻类生长潜力实验相结合,深入探究了蓝藻优势形成与水体氮、磷营养水平的关系,揭示了蓝藻水华是湖泊富营养化发展到特定阶段的产物,水体氮、磷浓度过高或过低均不易产生蓝藻优势.     

竞争捕食作用对千岛湖浮游动物群落结构的影响

竞争与捕食作用是调节湖泊和池塘等淡水生态系统结构的主要动力,并且影响着浮游动物的群落结构和种群动态变化.为了阐明生物因素对千岛湖浮游动物群落结构的影响,于2009-2010年对千岛湖浮游动物群落结构变化规律进行调查.利用Pearson相关性分析和多元逐步回归法分析生物因素对千岛湖中浮游动物群落结构的影响.对千岛湖1999、2004、2007-2010年的鲢鳙鱼生物量和浮游动物生物量的统计分析表明,1999年鲢鳙鱼的生物量约为2004、2007-2010年年平均生物量的1/5,而轮虫和桡足类生物量变化不大,枝角类中盔形溞密度下降.鲢鳙鱼放养后浮游植物密度下降,而大型浮游动物(如盔形溞)的密度变化趋势与浮游植物相一致,因此推断鲢鳙鱼的放养将对千岛湖浮游动物群落结构产生影响.     

Variability of a cyprinid lake ecosystem with special emphasis on the native fish fauna under intensive fisheries management including common carp (Cyprinus carpio) and silver carp (Hypophthalmichthys molitrix)

The lake investigated (Lake Heiliger See near the town of Angermünde, North-East Germany) is small (10.2 ha) but deep (z_max = 12 m, ? = 6.5 m). During summer the thermocline is at a depth of 4-5 m, and the hypolimnion is filled with H₂S already by mid-June, making 60-75% of the bottom area inaccessible to fish. The native fish fauna is dominated by planktivorous roach (Rutilus rutilus). A test stocking of silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) together with an unplanned and erroneous stocking of common carp (Cyprinus carpio), coupled with an incorrectly calculated strong stocking of eel (Anguilla anguilla), which assumed that the total lake area yielded fish food organisms, brought about a strong depression of the food biomass available to native fish. Both silver carp and common carp showed a pattern of behaviour which only partly agreed with results obtained in experimental ponds prior to lake stocking. At least for 10 years there was a very low zooplankton biomass (mostly below 1 mg/l fresh weight) caused by silver carp and a strongly reduced benthos biomass (frequently below 1 g/m² fresh weight) caused by common carp and eel on H₂S-free bottom areas. Despite this extreme situation, which lasted for 20 years and is rarely found in lakes elsewhere, it was not possible to demonstrate negative effects on the native fish fauna comprising 16 species. Also the dominance pattern seems uninfluenced in the long run. A strong decline of the catchable roach stock was observed for some years, but the stock reappeared soon in comparable quantity. During the time of roach stock depression the individual growth of roach (and common carp) was particularly low. Nevertheless, roach succeeded in reproduction during this time in spite of the reduced zooplankton and detritus concentrations. Fry numbers per year ranged from 500-15 000 individuals/ha. The pike perch (Stizostedion lucioperca) was perhaps the most endangered species of all those living at small population numbers in the lake, since its fry is confined to the limnion where competition from silver carp and adult roach and perhaps predation by roach is highest. However the pike perch stock remained unchanged at the low level of 1950, the time prior of carp and eel stocking. All other rare species of Lake Heiliger See spawn in the littoral zone where fry survival conditions were less impacted. In summary, we present more evidence that the fish fauna of cyprinid lakes is more robust than in salmonid lakes. The regulation capacity of fish communities of eutrophic lakes seems to be able to offset even severe direct and indirect influences of fisheries management.     

鲢鳙对浮游动物群落结构的影响

1990年4—7月,在武汉东湖运用围圈的方法,研究了鲢(Hypophthalmichthys molitriac)、鳙(Aristichthys nobilis)对浮游动物群落结构的影响。观察表明:在鲢鳙混养的围圈中,原生动物和小型轮虫的数量较多,而甲壳动物和大型轮虫较少。在无鱼的围圈中,结果正好相反。就浮游动物平均生物量而论,无鱼的两个围圈(55.035mg/L和38.374mg/L)比鲢鳙混养的两个围圈(3.028mg/L和3.490mg/L)高得多。甲壳动物(无节幼体除外)的体长频度分布表明:在无鱼的围圈中,大型甲壳动物的频度比有鱼的围圈高得多。围圈实验表明:鲢鳙的摄食促进了浮游动物向小型化方向发展。     

微型生态系统中鲢、鳙下行影响的实验研究——2.营养物水平

鲢、鳙放养使微型生态系统的水柱氮、磷浓度和磷的分布发生了明显的变化。至实验结束时,各实验组的水柱颗粒磷、总磷和氨氮浓度都比对照组高,而正磷酸盐浓度和沉积物磷的量均低于对照组。这种变化以鳙单养系统为最大,其次是鲢、鳙混养系统,鲢单养系统的变化最小。微型生态系统中正磷酸盐浓度同浮游动、植物密度和初级生产力显著相关,氨氮浓度同所述变量之间的相关关系则多半与正磷酸盐相反。实验观测期间浮游植物密度与总磷浓度之间存在营养级联假说所预见的下行影响,实验结束时二者之间却有上行影响的趋向。根据实验观测结果认为,微型生态系统营养物(尤其是磷)水平的变动,主要是鲢、鳙的摄食改变了系统的群属结构和代谢强度的结果,同时反映了实验鱼对系统中营养物再生的影响。     

三峡水库和长江中下游通江湖泊(洞庭湖和鄱阳湖)草鱼、鲢的孵化日期及早期生长特征

三峡水库以及上游江段形成的河—库生态系统与长江中下游洞庭湖和鄱阳湖的江湖生态系统都是四大家鱼的重要栖息地,有相似性也有差异.2017年7—8月在三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖利用地笼、虾笼、高网和迷魂阵采集草鱼和鲢幼鱼样本,观测耳石日轮,分析三峡水库和通江湖泊草鱼和鲢幼鱼的繁殖时间和早期生长特征及差异,探讨相应的保护措施.结果显示,三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖采集草鱼幼鱼的孵化日期分别为4月24日—5月25日、5月21日—6月26日和5月4日—5月28日;鲢幼鱼的孵化日期分别为4月10日—6月12日、5月25日—6月19日和5月9日—6月12日.三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖草鱼样本的体长增长率分别为1.04、1.84和1.64 mm/d,微耳石的沉积率分别为3.41、5.41和4.77μm/d;鲢幼鱼的体长增长率分别为1.10、2.87和1.96 mm/d,微耳石沉积率分别为2.96、7.17和4.57μm/d.洞庭湖草鱼和鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库;鄱阳湖鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库,而草鱼的体长增长率和耳石沉积率则与三峡水库没有显著差异.结果表明,三峡水库蓄水后长江中游干流草鱼和鲢的繁殖时间明显滞后;洞庭湖和鄱阳湖的草鱼和鲢幼鱼生长更快.目前,长江全面禁渔正在逐步实施,预期将对恢复鱼类资源起到重要的作用.除了全面禁渔之外,还建议保护和修复鱼类栖息地;减少江湖阻隔,灌江纳苗;增殖放流亲鱼;开展生态调度,促进鱼类繁殖.     

以鲢、鳙养殖为主的长江中下游武山湖浮游植物群落结构特征

武山湖是紧邻长江的通江型富营养化湖泊,是国家级湿地公园.为切实了解该湖在以鲢、鳙养殖为主的情况下浮游植物结构特征,于2017年9月-2018年8月对其浮游植物群落结构特征及水质开展了监测.监测结果表明武山湖水质全年处于轻度富营养到重度富营养水平之间;12次共采集浮游植物7门100种（属）,浮游植物优势种共有23种,其中蓝藻门有9种,绿藻门有8种,硅藻门和隐藻门各有3种.夏季和秋季蓝藻门优势种最多且优势度高,冬季和春季绿藻门和硅藻门优势种多且优势度高.武山湖浮游植物每月优势度最大的种类主要有蓝藻门微囊藻和细小平裂藻、绿藻门小球藻以及硅藻门小环藻.浮游植物生物量峰值出现在6月,达34.77 mg/L;丰度峰值出现在7月,达341.46×10⁶ cells/L.冗余分析（RDA）和线性相关分析均表明浮游植物丰度和生物量与总磷、温度和pH均呈显著正相关,且蓝藻门生物量和丰度以及优势属与总磷和温度均呈显著正相关.研究结果表明武山湖浮游植物丰度和生物量在夏季均很高,发生蓝藻水华的风险较大.相对于氮,磷是更重要的限制浮游植物生长的营养元素.     

伊乐藻-草鱼圈养人工复合生态系统建设的研究

十多年来,在长江中下游浅水湖泊,特别是城郊湖泊,围栏圈养草食性鱼类发展迅速,产量大幅度提高,经济效益明显增长。养鱼过程中,由于大量投喂商品饲料和过量利用湖泊水草资源,加之湖滨人口不断增加等多种原因,导致不少草型湖泊水生植被退化,水草消失,加速了湖泊富营养化进程,湖泊整体功能下降。 伊乐藻是1986年从国外引种东太湖的高等沉水植物,已在东太湖归化,并被广大渔民用作草食性养殖鱼类的饲料。本研究是充分利用伊乐藻的生物学和生态学特性,以及易种植、生物量大、可利用程度高等特点,研究了在浅水湖泊人工种植、采收时间和刈割方法,提高其单位面积产量;测定了草鱼对伊乐藻的消化吸收和饲料系数;研究了伊乐藻在水生态系统中的功能等,从而在浅水湖泊中设计和建设伊乐藻—草鱼圈养人工复合生态系统。即以种植伊乐藻为中心,并以它作为草食性鱼类饲料和在水界物质循环的中介,在湖泊大系统内建立的草—鱼平衡系统,以提高湖泊养鱼产量和其他水产品产量,改善渔业水质和优化湖泊生态环境为主要目的。