（植物病理学专业论文）杭州西湖水域微生物结构与功能的研究.pdf

中文摘要 下2 0 0 1 2 0 0 2 年度对杭州西湖水域中微生物的结构与功能进行了研究。水体中可培养异 养细菌( 氮化细菌) 和囿氮菌的年平均值分别为5 1 0 和2 3 6 c f u m l 氨氧化细苗、：哑硝酸氧 化细菌、硝酸盐还原菌和脱氮菌的数量分别为8 5 、1 6 、5 8 7 和1 6m p n m l ；无机磷和有机 磷分解菌分别为8 9c f u m l 和3 7m p n m l ：好氧性纤维素分解菌和厌氧性纤维素分解菌只有 7 和5m p n m l 。而表层底泥中这1 0 类功能微生物菌群的数量分别为2 2 7 x1 0 5 、7 x1 0 4c f u 旭，6 _ 8 x 1 0 3 、2 3 1 0 5 、1 1 1 0 5 、1 0 1 x 1 0 4 m p n g ，5 1 5 x 1 0 4c r u 、3 6 9 1 0 3m p n g ， 2 9 2 利4 0 0m p n 悖( 以干泥计) 。从季：肖变化来看，大多数微生物苗群在温度较低的季反 而较多；从湖医变化来看，总体说来异养型细苗在寓营养较重的两里湖数觜稍多，而臼养型 的硝化细菌在水质相对较好的湖心丰度较高。对备功能菌群中的优势菌的鉴定表明优势的 氮化细菌为希瓦氏菌属，产碱菌属，黄杆菌属，芽孢杆菌属或气单胞菌属；分离到的4 个优 势同氦细菌苗株中，一株为基瘤固氮根瘤菌。属于a 一变形菌弧门，而另外3 株都属_ 丁肠杆 菌科，! j - | 丁y 变形菌亚r j 。2 个硝酸盐还原菌菌株分别为气单胞苗属和柠檬酸杆菌属的菌株， 它们也都j j l 于y 变形菌亚门。对3 株有代表性的无机磷分解菌和6 株占优势的有机磷分解曲 的鉴定显示，3 株无机磷分解苗与巨大芽孢杆菌、大地杆菌和j a n t h i n o b a c t e r i u ml i v i d u m 最相 近，而6 株有机磷分解菌分圳为同氮螺茁，产气肠杆菌- b l a s t o b a c t e ra g g r e g a t u s ，表皮葡萄 球菌，溶血不动杆菌和念珠菌。实验室试验表明无机磷分解菌在台适条件f 培养每天可释 放出5 0 皿g m l 的磷，而有机磷分解菌每天只能释放出2 口g m l 水溶性磷。这些功能苗群较 低的生物量和不太丰富的生物多样性预示着湖泊弱的水体自净能力。 为了探明西湖水体中细菌生物量低的原因，通过添加不同营养盐类的纯种和自然培养试 验，对异养细菌生艮的限制因子进行了研究。绱果表明生物可利用的有机碳是土要的限制性 营养冈子丽氮源和磷源的影响较小：湖水的高p h 以及丰富的藻类和浮游动物生物量也制约 了异养细菌的生长。另外，湖水进行实验室培养时细菌的最大生长量可达1 0 5 个m l 。此外， 根据l 计氯菌的主要限制性因子是磷这一特性。设计了一种被称为“同氮细菌生哎潜力试验” 的评价水体限制性营养网子的新方法。该方法主要包括4 个步骤：将样本在合适的条件r 培 养，让十著微生物得到最人限度的生 ：= ，然后过滤或离心击除初级生物量，在滤液中接入闻 氯细幽，升测定同氮细菌的生长潜能。用在杭州西湖水域分离到的一固氮菌株a z o m o n a ss p w s 6 对富营养水体样本和自来水样本进行了限制性营养因子的监测，结果与传统的藻类生 k 满力试验( a g p ) 和细菌再生潜力试验( b r p ) 相符，说明“同氮细菌生长潜力试验”是评价 环境质量的一种有川的方法。 关键词：杭州两湖，可培养异养细菌，氮利_ i _ f j 细苗磷细菌。纤维素分解菌， 1 6 sr r n a 基 冈，限制性营养冈子，尉氮曲生跃潜力。 s u m m a r y t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f m i c r o o r g a n i s m si nx i z il a k e ，h a n g z h o u ，w e r es t u d i e dd u r i n gt h e p e r i o df r o m2 0 0 1t o2 0 0 2 r e s u l t ss h o w e dt h a ti nt h ew a t e rb o d yo fx i z il a k e ，a n n u a la v e r a g eo f c u l t u r a b l ep l a n k t o n i ca m m o n i f i e r sa n dn i t r o g e nf i x e r sw e r e510a n d2 3 6c f u m l ，r e s p e c t i v e l y ； a m m o n i ao x i d i z e r s ，n i t r i t eo x i d i z e r s ，n i t r a t er e d u c e r sa n dd e n i t r i f i e r sw e r e8 5 ，1 6 ，5 8 7a n d1 6 m p n m l ，r e s p e c t i v e l y ；i n o r g a n i cp h o s p h a t es o l u b i l i z i n gb a c t e r i a ( i p b ) a n do r g a n i cp h o s p h o r u s m i n e r a l i z i n gb a c t e r i a ( o p b ) w e r e8 9c f u m la n d3 7m p n m l ，a e r o b i ca n da n a e r o b i cc e l l u l o s e d e c o m p o s e r sw e r e7a n d5m p n m l ，r e s p e c t i v e l y w h i l ei nt h es e d i m e n t ，a b o v e10g r o u p so f m i c r o b i a lc o m m u n i t i e sw e r e2 2 7 x1 0 5 ，7 1 0 4c f u 幢，6 8 x1 0 3 ，2 3x1 0 5 ，1 1x1 0 5 ，1 0 1x1 0 4 m p n g ，515x10 4c f u g ，3 6 9 10 3m p n g ，2 9 2m p n ga n d4 0 0m p n g , r e s p e c t i v e l y ( c a l c u l a t e d a sd r ym u d ) f r o ms e a s o n a ld i s t r i b u t i o n ，m o s to f m i c r o o r g a n i s m sw e r er e l a t i v e l yr i c hi nc o l dw i n t e r ； f r o ms p a t i a l , d i s t r i b u t i o n ，h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i aw e r er i c ha ts e v e r e l yp o l l u t e dx i l is u b a r e aw h i l e a u t o t r o p h i cn i t r i f i e r sw e r er i c ha tr e l a t i v e l yc l e a ro u t e rc e n t e r i d e n t i f i c a t i o no ff u n c t i o n a lb a c t e r i a s h o w e dp r e d o m i n a n ta m m o n i f i e r sw e r es h e w a n e l l a v a r i o v o r a x , c h r y s e o b a c t e r i u m ，b a c i l l u so r a e r o m o n a s ；a m o n g4s e l e c t e dn i t r o g e nf i x e r s ，o n e ( a z o r h i z o b i u mc a u l i n o d a n s ) b e l o n g e dt o o p r o t e o b a c t e r i a , t h eo t h e rt h r e e ( s e r r a t i am a r c e s c e n s ，k l e b s i e l l ap n e u m o n i a ea n dc i t r o b a c t e r f r e u n d i i ) w e r ee n t e r o b a c t e r i a c e ，w h i c hb e l o n g st oy - p r o t e o b a c t e r i a ；2n i t r a t er e d u c e r sw e r e a e r o m o n a ss p a n dc i t r o b a c t e rs p ，r e s p e c t i v e l y b o t ho ft h e mw e r ey - p r o t e o b a c t e r i a 3i p b s t r a i n sc l o s e l ym a t c h e dt ob a c i l l u sm e g a t e r i u m ，t e r r a b a c t e rt u m e s c e na n dd a n t h i n o b a c t e r i u m l i v i d u m r e s p e c t i v e l y , a n d6o p bs t r a i n sw e r ea z o s p i r i l l u ms p ，e n t e r o b a c l e ra e r o g e n e s , b l a s t o b a c t e ra g g r e g a t u s ，s t a p h y l o c o c c u s e p i d e r m i d i s , a c i n e t o b a c t e rh a e m o l y t i c u s a n d c r y p t o c o c c u ss p ，r e s p e c t i v e l y l a b o r a t o r yt e s t so np h o s p h o r u sr e l e a s ea b i l i t i e so fs e l e c t e db a c t e r i a l s t r a i n ss h o w e di p bc o u l dl i b e r a t em o r et h a n5 0 肛g m l ，w h i l eo p bp r o d u c e dl e s st h a n2 口g m l w a t e rs o l u b l ei n o r g a n i cp h o s p h o r u s ( w s l p ) e v e r yd a y , d e m o n s t r a t i n gt h ee n z y m e sp a r t i c i p a t i n gi n s o l u b i l i z a t i o no fc a - ps h o u l db ec o n s t i t u t i v ef e r m e n t sa n de n z y m e sc o n c e r n i n gw i t hm i n e r a l i z a t i o n o fl e c i t h i nm i g h tb ei n d u c i b l ec a t a l y s t s l o wa b u n d a n c ea n dp o o rc o m p o s i t i o n so fn i t r o g e nu t i l i z i n g b a c t e r i as u g g e s t e dp o o rb a c t e r i a ld i v e r s i t i e sa n dw e a ks e l f - p u r i f i c a t i o no f t h el a k e f o rr e v e a l i n gt h em e c h a n i s mo fl o wb a c t e r i a lb i o m a s si nt h el a k e ，l i m i t i n gf a c t o r sf o rb a c t e r i a l g r o w t hw e r es t u d i e dw i t hp u r ec u l t u r a la n dn a t u r a lc u l t u r a lt e s t s i tw a ss h o w e dt h a tc a r b o ns o u r c e b a c t e r i ac o u l da b s o r b w a sa m o r e i m p o r t a n t f a c t o r t h a n ( n h 4 ) 2 s 0 4a n d k h 2 p 0 4 ；a n dh i g h e rp h ， r i c hb i o m a s so fp h y t o p l a n k t o n sa n dz o o p l a n k t o n si nw a t e rb o d ya l s or e s t r a i n e dt h eg r o w t ho f h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i a i tw a sa l s os h o w e db a c t e r i ag r o w t hp o t e n t i a l i t yi nn a t u r a lw a t e rc o u l dr e a c h t o10 5c f u m l i na d d i t i o n ，b a s e do nt h ef a c tt h a tp h o s p h o r u si su s u a l l yt h el i m i t i n gn u t r i e n tf o r n i t r o g e nf i x e r s ，an o v e lm e t h o dn a m e d “n i t r o g e nf i x i n gb a c t e r i a lg r o w t hp o t e n t i a l ”( n f b g p ) t e s t ， f o re v a l u a t i n gl i m i t i n gn u t r i e n t s ，w a sd e v e l o p e d b r i e f l y , t h em e t h o di n c l u d e sf o u rs t e p s ：c u l t u r i n ga s a m p l et ot h em a x i m u mg r o w t ho fa u t o c h t b o n o u sm i c r o o r g a n i s m ，f i l t e r i n gt or e m o v et h eo r i g i n a l b i o m a s s ，i n o c u l a t i n gt h ef i l t r a t ew i t hc e r t a i nk i n do fn i t r o g e nf i x i n gb a c t e r i u ma n dd e t e r m i n i n gt h e b a c t e r i a lg r o w t hp o t e n t i a l w i t ht h ei s o l a t e dn i t r o g e nf i x i n gb a c t e r i u ma z o m o n a ss p w s 6 ，t h e l i m i t i n gn u t r i e n t so fae u t r o p h i cw a t e rs a m p l ea n dad r i n k i n gw a t e rs a m p l ew e r em o n i t o r e d t h e r e s u l t sc o r r e s p o n d e dw e l lt ot h o s ef r o mt r a d i t i o n a la l g a lg r o w t hp o t e n t i a l ( a g p ) t e s ta n dt h e b a c t e r i a lr e g r o w t hp o t e n t i a l ( b r p ) t e s t ，s u g g e s t i n gt h a tt h en f b g pt e s ti sau s e f u lm e t h o df o r e v a l u a t i n ge n v i r o n m e n t a lq u a l i t y k e yw o r d s ：x i z il a k e ，h a n g z h o u ；c u l t i v a b l eh e t e r o t r o p h i eb a c t e r i a ；n i t r o g e nu t i l i z i n gb a c t e r i u m ； p h o s p h o b a c t e r i a ；c e l l u l o s ed e c o m p o s i n gb a c t e r i a ；1 6 sr d n a ；l i m i t i n gn u t r i e n t ；n i t r o g e nf i x i n g b a c t e r i ag r o w t hp o t e n t i a l 致谢 本论文是在导师周雪平教授的悉心指导下完成，从论文立题、构思、实验到撰 写的过程中，无不倾注了导师的心血和智慧。周老师扎实的专业基础、清晰的科研 思路、严谨的治学态度和勤奋刻苦的工作作风已经并将继续对我今后的生活、工作 产生久远的影响，谨此致以诚挚的敬意和深深的感谢! 感谢李桂新老师在实验室的管理方面尽心尽力，为实验的顺利进行提供了便捷 的条件。同时她豁达平易的处世态度给了我很多的启迪，生活上对我的关心照顾和 提出的良好建议将使我终身受益。 在三年多的生活和学 - - - j 期间，生物技术研究所的很多老师都给予了热心的指导 和帮助；而病毒实验室前来后往的兄弟姐妹们更给了我极大的支持与鼓励， 同他 们的融洽相处使我能以一种轻松、愉| 夹的心情投身科研。在此向生物所所有给予我 帮助的热心的老师和同学们表示衷心的感谢和良好的祝愿。 衷心感谢杭州市环境保护研究所虞左明高级王程师( 教授级) 和西湖水域管理 处的吴芝瑛高级工程师在样品采集和运输方面提供的大力协助，感谢虞左明高级工 程师和吴洁高级工程师在提供杭州西湖背景资料方面提供的大量帮助。 感谢浙江大学生命科学学院西溪分院微生物教研组的老师和同学们提供的许 多有益建议，感谢陈汉民老师对微生物分离物所进行的电镜观察，感谢万欢、周婕、 毛海江、孙宇、朱宁、金惠、严群、何建军、朱思恩等同学在实验过程中提供的帮 助。 感谢浙江省自然科学基金委员会对本项目提供的资助，感谢杭州市环境保护基 金对本项l f l 的资助。 最后，向一直以来给我无限关爱、理解和支持的家人及亲朋好友们表示深深的 感激和谢意 吴根福 2 0 0 4 年5 月 于华家池畔 浙江大学博士学位论文 第一篇杭州西湖水域的环境及研究治理概况 1 引言 随着i ：农业生产的发展和人们物质生活水平的提高，世界各地众多城市湖泊富营养化进 程加速，水质日趋恶化，历史景观遭到损害，直接影响了城市旅游业的发展。杭州西湖也不 例外。这一现象已经引起各级政府和广大有识之十的高度重视。有关部门已采取了多项措施 来控制硝湖的富营养化改善西湖水质，保护历史景观。本篇就两湖的污染及治理作一简单 介绍。 2 自然地理 杭州西湖是全国著名的风景旅游湖泊，位于东经1 2 0 。1 6 ，北纬3 0 。1 5 ，距离上海 约2 0 0k m ，冈在杭州老城区的西部而得名。柏湖= 面环山，一面紧靠杭州市吒。南此长3 3 k m ， 东鹋宽2 8 k m ，周艮约1 5 k m 。湖区面积为6 0 3 k m 2 ，但由于存在岛和堤，实际水域面积只有 5 6 6 k m 2 。全湖被白堤和苏堤分隔成5 个子湖区：外湖( 4 4 0k m 2 ) 、北里湖( 0 3 2k n 2 ) 、两 里湖( o 7 3k m 2 ) 、岳湖( o 0 6k m ：) 和小南湖( o 0 9k m 2 ) 。 2 1 地质地貌 m 湖流域的人地构造属扬子淮地台东南边缘浙西的一部分，以低山丘陵为主，地形复杂。 地势总体上西南高东北低，西部低山区山势陡峭，东北部毗邻杭州湾，地势低平。 两湖流域内的匠陵由古生代沉积岩和中生代火山岩构成，围绕西湖水域早马蹄形分布， 可分为二个同层，外圈主要是海拔3 0 0 4 0 0 m 的以l 待 砂岩为主的山峰。包括北高峰、天竺 山、大马山、美人峰等：中间是溶岩发育而成的低矮山匠，海拔在3 0 0 m 以下。包括飞来峰、 南离峰、玉皇山等；内圈主要是以喷出岩为主的宝石山、葛岭、孤山等，海拔在3 5 1 2 5 m 之间。流域内平原区为第四系河流、湖沼相地层。在西湖流域与半山之间的主城区、下沙和 滨江区均为海积或钱塘江冲积平原，地势平坦，河网众多，海拔在5 l o m 之间。 2 ；2 土壤 西湖流域的岩石由第四纪凝灰岩、流纹岩、酸性岩浆岩等的风化体发育而成，土壤种类 繁多，资源丰富成士母质良好，有机质含量较高营养元素较全，酸碱适中。主要有红壤、 4 i 灰( 岩) 十、粗骨士、潮十和水稻+ 等5 个十类，计1 1 个距类，3 4 个士属。 ( i ) 红壤：在州湖流域分布面积摄广主要分布在撕面的竹竿山、狮子山等匠陵地带。 剖面一般早棕红或黄棕色，从质地上看多属粘壤土或轻粘士，粘韧性能高，酸度火，p h 约 浙江大学博士学位论文 为4 3 5 5 9 5 ，表层( 0 8 9 3 4 5 c m ) 有机质含量为1 2 9 1 3 5 。 ( 2 ) 石灰( 岩) 土：主要分布在西湖四周的灰岩丘陵地带，根据土层厚度和剖面发育 程度分为厚层十和薄层十。厚层十十体厚达1 m 以上，剖面发育好，质地粘重，十壤呈中性， o h6 5 5 。表层( 0 5 3 5 c m ) 有机质含量为1 7 9 3 4 5 ，宜于绿化造林：薄层十主要分 布在灰岩丘陵坡地上部裸岩的间隙地段，十体厚不足3 0 c m ，质地为含有较多岩屑的粘十， p h 值与厚层十相似，有机质含量相对较高。 ( 3 ) 水稻_ 卜：主要分布在丘陵岗地的缓坡以及谷地溪流两侧的缓坡、阶地，在流域东 部近湖处较多，是一类以粗粉砂为主的粘壤十，易于团结土质匀细，地卜- 水位较高，酸度 适中，p h6 2 ，表层( o 1 2 c r o ) 有机质含量为2 2 6 。多辟为旱地，主要种植蔬菜等。 ( 4 ) 淤灌_ 十：分布于西湖西9 , u s h 南侧的茅家埠、乌龟潭、鹤鹊湾一带，由近年米西湖疏 浚和周边引灌的湖泥堆积而成。淤灌士禽有丰富泥炭质有机物表层有机质含量( o 2 0 c m ) 高达7 9 4 ，p h 值平均约为6 0 。 此外在宝i i 山、葛岭一带的山顶上还分布着粗骨士，山谷的河溪两旁还分布有潮十。 2 3 气象特征 撕湖地处弧热带季风气候区，温暖湿润，四季分明，雨量充沛，日照充足，全年相对平 均湿度8 0 左右年平均降雨量1 3 9 9 m m 。全年有两个降雨高峰，5 6 月份的梅雨季节和8 9 月间的台风季节。3 4 月间清明时节的雨量也比较充足。7 8 月间，由于副热带高压的 控制常出现持续晴热天气秋冬季也常有晴旱天气。硅湖流域年平均气温1 6 2 c ，7 月份 的平均温度最高达2 8 6 。c ，极端最高温度4 2 1 一年中平均温度超过i o c 的天数达 1 3 1 天无霜期在2 5 0 天左右。最冷的1 月份平均温度也在3 8 以上，极端最低温度零f 1 0 5 c 。年日照时数约为1 8 9 9 小时，7 月和8 月的日照时间较妖。日照率达5 5 q 6 和6 0 。, 6 。常 年地面土导风向为s s w ( 1 2 7 1 ) 。由于受温带胡风带天气系统与热带东风带天气系统频繁 交替作川冷、热、干、湿的季仃变化很人，常造成洪涝、干旱等灾害性天气。 2 4 水文特征 两湖属太湖水系。水面积约5 6 5k m 2o 平均水深在2 0 0 1 年疏浚前为1 5 5 m ，最深处2 8 0 m ， 常水位控制在黄海标高7 1 5m 处，相应蓄水量为9 2 3 万m 3 。泄水主要通过圣塘闸排除。 两湖流域面积2 1 2 5k m 2 ，多年平均径流苗1 4 6 1 0 7 m 3 ，各支流为向湖汇集的放射状水 系，支流的次级水系为羽状。支流较短小主要有金沙涧、龙弘涧和k 桥溪三条。其中金沙 涧的集水面积、河长、河道坡度分别为8 8 2k m 2 , 6 18k m 和2 0 6 7 度：龙弘涧分别为4 6 5k m 2 、 4 2 3k m 和11 6 度；k 桥溪分别为2 1 5k m 2 、2 3 5k m 和3 7 5 度。三条溪流的合计集水面积 2 浙江大学博士学位论文 舶湖总集水面积的7 3 6 。赤山泉以及环湖零星低丘也有溪水补给。由于西湖湖底平均高 稃为5 , 2 米，高于市郊广人河网平原地面高程，是杭州附近各水体水位最高的，冈此不能从 其它水系得到自然补给。入湖4 条溪流主要概况见表1 。 表l 西湖入湖溪流概况 t a b l e10 u t l i n eo f t h es t r e a m st ox i z il a k e 3 社会环境 3 1 历史沿革 商湖，占称武林水，x 称金牛湖、明圣湖。冈在钱塘县内，唐代称其为钱塘湖。 硝涮形成丁汉代，东晋到隋代是西湖风景区建设的早期，当时在灵隐、天竺和五泉山 带相继建了一些寺庙。唐代白居易对西湖进行了首次疏浚、清淤、扩大了水面、疏通了水系。 经五代吴越n - i l 宋，两湖逐渐成为游览胜地。南宋迁都杭州，给西湖风景区的发展注入了活 3 浙江大学博士学位论文 力，形成了名传千载的“阳湖十景”。后人义在此基础上创建了“钱塘十景”、“州湖十八景” 等。但清代中叶以后两湖风景名胜逐渐衰落，许多景点名存实亡。 建国后，有芙部门对酲湖流域进行了大规模的建设。花港观鱼、柳浪闻莺、曲院风荷等 公吲相继建成，使园林总面积达3 8 0 0 h a 。改革开放以后，西湖的建设日新月异，1 9 8 6 年钱 塘江引水入湖i j 程竣j r ，使西湖水质得到极大改善，太子湾公园、曲院风荷等也先后建成， 两湖风景名胜区止以更璀璨的景色吸引着国内外的游客。 3 2 社会经济状况 西湖流域常证人口3 万余人，人口密度约为1 5 0 0 人k m 2 ，其中农业人口7 0 0 0 多人， 农业用地2 4 5k m 2 ，主要种植茶叶，建有茶园3 0 0 0 多亩，其次是粮食作物。两湖水体中鱼 类的养殖由两湖水域管理处专营，年捕捞量约2 5 万公斤。 曲湖流域有公吲、风景名胜点1 0 0 余处。2 0 0 1 年，来杭境外游客8 1 9 4 万人次，旅游 外汇收入3 7 3 亿美元：国内游客2 5 1 0 万人次，旅游收入达2 1 8 8 8 亿元。近年的“5 1 ”黄 金周期间总游客量在1 5 0 万人次左右，日均游客量达2 0 万人次d ，在假日旅游经济获得明 显的经济效益的同时，对景区旅游资源和环境带来了极大的压力，由游客带来的固体废弃物、 水质和空气污染、噪声污染早上升趋势。 4 西湖形成和变迁概况 4 1 西湖地质成因 芙于西湖的成因尚未有明确定论，但最受广泛接受的是“泻湖”说，该地质学假说认为 西湖是一万二千年前沧海消退时留f 的礁湖，约在2 5 0 0 年前，在海水的冲刷下，海湾四周 的岩t 隧渐变成泥沙沉积，使海湾变浅，同时杭州湾钱塘江的涌潮也带来大量泥沙，沉积在 入海口使沙坎地形增高，陆地面积不断扩人，这样在吴山和宝石山的山麓间逐渐形成沙嘴， 弗擐终毗迩在一起，形成沙洲，堵塞了内海与外海相连的通道，并沙洲的西侧形成一个淡水 湖泊西湖。此后在溪流挟带的泥沙的堆积下。西湖面积逐渐缩小，湖水变浅，进入了 沼泽化阶段。而后经过历代劳动人民的筑塘和浚治，西湖逐渐成为风景湖泊。因此两湖的发 育过程是由淡水湖沼经历海水入侵的海相时期，然后再淡化而成的，经历了构造湖盆一泻湖 一人为治理三个阶段后演变形成的。 4 2 西湖生态系统的演变 曲湖的生态系统演变过程与杭州城市社会经济发展等人类活动密切相芙。通过对西湖底 泥沉积物藻类骨骸的秉直分布的调查，可以了解西湖藻类种群的演替过程结果表明在地质 年代1 8 6 0 + _ 1 9 4 a b p ，( 相当丁历史上的东汉年间，即公元2 5 2 2 0 年) ，沉积物中的藻类主 4 浙江大学博士学位论文 要为附生藻，说明该时期西湖经常浅涸，水草繁生，湖封蔓敲，沼泽化倾向严重。而在地质 年代8 5 4 1 1 9 a b p ( 相当于1 2 1 3 世纪的南宋时期，即1 1 2 7 1 2 7 9 年) 西湖藻类由附生 藻向浮游藻转变。说明这一时期通过辛勤疏治，使西湖成为风景游览性湖泊。 在1 9 5 0 年代初两湖湖底水草丛生，水质清澈见底整个湖区表现出草型湖泊生态系 统的特点。1 9 5 5 年，为了防i r 湖泊的沼泽化两湖进行了为期4 年的人规模疏浚，平均水 深从0 5 m 增至i 、8 m ；疏浚造成了底牺动物与水生维管束植物的大面积破坏，与此同时，对 旭湖进行了渔业开发，大量放养草食性鱼类( 草鱼、团头鲂) ，使高等水生植物彻底灭绝： 当时除北里湖、岳湖和三潭内湖有少量人l ：栽培的莲之外，其余湖区无任何高等植物生长。 止是由于人类的活动，两湖由草型湖泊转变为藻型湖泊，浮游植物控制整了个湖泊生 态系统出现逆行演替。从而导致了1 9 5 8 年的“红水”( 由蓝纤维藻暴发引起，湖心点密度高 达6 5 1 0 ”个升) 和1 9 8 1 年的“黑水”( 由水华束丝藻爆发引起，占藻类总量的9 8 ，密度 为6 7 7 x1 0 8 个升) 现象。目前西湖的浮游植物群落仍以蓝藻- 片绝对优势藻体小型化趋 势明显，优势种为颤藻、平裂藻、林氏藻和尖头藻。 4 3 西湖历代疏浚整治 历史上，两湖是一项兼有生活用水( 包括酿酒) 、农田灌溉、航运、游览、养殖、城防、 防火、调协气候等多种功能的综台性水利j | 秽。唐代以前，西湖并不山名。随着历代有识之 十年i l 劳动人k 的治理开发，才逐渐名扬天下。原因是西湖与杭州城市发展相得益彰，西湖的 治理开发促进了杭州市的繁荣：同时，杭州城市的发展又促进了西湖的治理和开发。换言之， 如果硝湖不经历代的治理。早在千年以前就己成为平陆杭州大约也就不会有“天堂”之美 称了。两湖是古代水利：翻譬建设的一坐丰碑。 4 3 i 古代浚治 硝湖的古代浚治主要分成两个阶段：在唐代之前，主要以兴筑堤塘为主，以外隔江海， 内障湖水防江海潮患：唐代2 后则以疏浚为主，防l p 沼泽化。以利生产和生活。仅在宋代 ( 9 6 0 1 2 7 9 ) 的三百余年中州湖就疏浚过7 次，平均约5 0 多年1 次：明代( 1 3 6 8 1 6 4 4 ) 的近三卣年中也曾疏浚7 次，平均4 0 年1 次：而清代顺治九年( 1 6 5 2 年) 至光绪二年( 1 8 7 6 年) 的二百多年中疏浚达1 1 次，平均2 0 年左右1 次。在西湖古代疏浚中，以唐、宋、明的 二次人规模疏浚最为重要； 忻湖形成初期湖东是一片沙洲，人们的生息活动主要集中在湖两。从东晋到隋代，在 灵隐、天竺和玉泉一带相继建起了一批寺庙，即现在的灵隐寺、天竺寺等。唐代是西湖形成 浙江大学博士学位论文 风景湖泊的初期，当时的强湖面积约有l o k m 2 ，湖的西、南部都延至山麓。唐穆宗长庆三年 ( 公元8 2 2 年) 自居易到杭州任刺史，在杭三年，他大力整治西湖，建水闸、筑堤塘，并 对柏湖进行疏浚，清理湖底淤泥，疏通西湖进出水系。成为治理西湖的先驱者。 五代炅越时期是西湖的全面建设整治时期，在吴越钱氏王朝的7 0 余年中，不但疏浚了 两湖，还设置了日常浚湖的“撩湖兵”，疏通涌金池将西湖水引人城中并在西湖四周大 兴- 十术，广营寺庙，当时杭州被称为“东南佛国”著名的六和塔、保椒塔、雷峰塔、闸口 向塔都在这个时期建成。从五代至苏东坡到杭州任知州( 公元1 0 8 4 年) 前的1 0 0 多年间， 撕湖k 年不治葑草潭塞，竟i 了湖面的一、n 。苏东坡动员2 0 万民1 ：疏浚两湖，挖出的淤 泥在湖中堆成了& 堤即著名的苏堤。从此西湖的泱泱绿水分成了东西两个部分。 南束偏安临安。杭州衣冠华会，商贾云集竞建园林、楼馆，形成“一色楼台三十里” 的奢华景象，井对西湖进行了大规模的开发，形成了名传千载的“西湖十景”即平湖秋月、 苏堤春晓、断桥残雪、雷峰夕照、南屏晚钟、曲院风荷、花港观鱼、柳浪闻莺、三潭印月、 烈峰插云。 元代对西湖不加治理，西湖逐渐荒芜，湖面淤为茭田荷荡，“六桥以西悉为池田桑梗。 里湖西岸亦然，中仅一港通酒船，孤山路南。东至城下，宣抵雷峰塔迤西皆然”。明弘治1 6 年( 公元1 5 0 3 年) 杨孟瑛任杭州知州他锐情恢拓力排众议，儿经曲折，遂兴i ：浚湖， 拆毁田荡近3 5 0 0 亩，使苏堤以西至洪春桥、茅家埠一带尽为湖面，淤泥堆起了一条新堤， 后人称杨公堤，堤上架六桥，称“里六桥”和苏堤六桥遥相呼应。弘治以后，西湖又经历 了儿次疏浚，挖出的湖泥堆成了湖心亭三潭印月两个小岛。 清代的康熙、乾隆曾多次南巡杭州，康熙为i i t i 湖十景题写景名，义勒7 1 i 建亭，乾隆写了 十景诗。使西湖十景一直流传下来，成为闻名逼迩的景点。清雍正时。西湖面积尚有1 1 3 1 5 亩，但葑滩3 1 0 0 亩。当时又进行了一次大规模的疏浚，基本恢复了西湖旧观。公元1 8 0 0 年阮元作浙江巡抚时又进行了一次疏浚在湖中堆起了第三坐岛阮公墩。至此，现代 硝湖的基本轮廓已经形成。 4 3 2 建国初期的浚治 解放前，两湖虽设有疏浚机构，但因缺乏设备和资金，疏浚工作开展得很少，1 9 4 5 1 9 4 9 年间仅挖泥1 0 2 3 2 m 3 。1 9 4 9 年5 爿杭州解放时，西湖污泥淤塞，湖床增高平均水深仅0 5 5 米蓄水鲑仅3 0 0 余万m 3 ，湖底遍生水草。人游船只能循航道行驶。湖西南部多成洼塘沼泽 地杂草丛生，蚊蝇孽聚，一片荒芜。当时杭州百废待举国家仍将治理西湖列为杭州市重 6 浙江大学博士学位论文 点建设项目。1 9 5 1 年设立两湖疏浚工程处，于1 9 5 2 1 9 5 9 年问共疏浚淤泥7 2 0 8 8 万m 3 ， 使水深平均达i 8 m ，蓄水援达i 0 1 8 8 万m ：。挖出的淤泥填平了昭庆寺、花港观鱼、赤山埠、 江庄、刘庄、卧龙桥、茅家埠、金沙港等环绕西j 酊的田荡、洼地1 8 处，并在古荡堆积淤泥 1 6 6 h a 。1 9 7 6 年国家叉拨款2 0 0 万元，重设浚湖工程处。开始第二次疏浚工作。1 9 7 8 1 9 8 2 年间共疏浚淤泥1 8 8 4 万m 3 ，由于当时沿湖均已绿化改为保养性局部疏浚，挖出的淤泥填 平了太子湾公园和黄龙饭店的洼地。1 9 8 5 年以后每年疏浚约2 万一主要对码头及沿岸淤 积严重的地块进行局部性疏浚。 4 3 3 现代综合治理 两湖作为淡水湖泊。水源仅靠天然降雨及山间积蓄的泉水，自净能力差。1 9 5 0 年后， 虽在m 湖流域进行了人面积植树造林，使水土流失现象得到控制。但1 9 5 2 1 9 5 9 年的大规 模疏浚，使两湖的蓄水量达1 0 1 8 8 万m 3 ，再加上过重的旅游负荷及地域经济的迅猛发展， 导致州湖水环境污染问题臼益突山，湖泊富营养化过程加速。对此，党乖l 政府十分重视。从 7 0 年代末开始，先后投资5 0 0 0 多万元，实施了l o 项治理措施来控制水体的污染：( 1 ) 限 期搬迁流域内的污染工厂。埋设沿湖污水管道1 7 k m ，平均每天可减少4 9 3 5 m 3 的污水排入两 湖；( 2 ) 搞好西湖上游绿化保护水土减少泥沙带入西湖：( 3 ) 全面整修湖坎共新驳湖 坎2 9 8 0 0 m ：( 4 ) 控制船只数量。改造以内燃机为动力的游船；( 5 ) 专人定时打捞湖面污物， 保持湖面洁净；( 6 ) 疏浚清淤，维持一定水深；( 7 ) 搞好水生动植物的养护管理：( 8 ) 新建 引水一翻呈，引入钱塘江水，增加湖水自净能力；( 9 ) 改造沿湖单位的炉灶，消除烟尘散落湖 中：( 1 0 ) 制订和落实防止西湖污染的政策法规。 为了进一步提高西湖水体的质鼙，杭州市政府投资为2 3 1 5 亿元于1 9 9 9 2 0 0 2 年实施 了两湖疏浚i ：程，妯疏浚底泥2 7 8 9 0 万m 3 ，疏浚后外湖平均水深达到2 1 5 m 并削减了大 量的有机碳、氮、磷等营养物质负荷。 5 西湖引水工程 两湖从五十年代后期开始。水体逐渐富营养化，藻类生长旺盛，水色晦暗，水质浑浊 使两湖风光人为逊色。为了解决西湖水天然补给不足，水体更新交换比较慢的问题。政府于 1 9 8 0 年代投资1 1 6 9 万元实施了钱塘江引水工程，将水质较好的钱塘江水；【入西湖，促进湖 水交换更新。丁程包括取水头部、取水泵房和输水管渠的建设，取水头部由4 根直径1 0 0 0 m m 的吸水管伸入钱塘江中取水；取水泵房设置4 台2 1 s a - 1 9 d 离心泵( o = 3 8 0 0 m 3 h 。h = 1 3 m ) ； 输水管粱全长3 1 9 4 5 m ( 从取水泵房至小南湖) ，由直径2 0 0 0 m 钢管浇制成的2 m x l 8 m 马 浙江大学博士学位论文 蹄型钢筋砼渠道( 长1 1 6 8 8 m ) 、底宽2 1 m 净高2 1 m 的圆拱直墙式隧洞( 艮1 6 0 5 m ) 及闶 林式明渠( 长4 2 0 。7 m ) 组成，钱塘江水由明渠流经太子湾公园后穿过南山路桥涵进入小南 湖。引水工程于1 9 8 6 年9 月3 0 日竣工，日引水量3 0 万m 3 d 。 引水啊程试图从控制营养盐类、降低湖泊水体中的n 、p 浓度来控制浮游植物的生产力。 以达鲥解决水体富营养化的目的。但经过十多年的实践，发现西湖富营养化和水体的感官井 点的c h l a 年均值为7 6 6 3 m g m 3 。究其原因，一是近年来钱塘江水质不理想，营养盐含量较 高( 2 0 0 2 年1 2 月份测定t n 为2 2 9 4 m g l ，t p 为0 1 2 4 m g l ) 。而且大部份以藻类可利用的 无机态形式存在；二二是引水量不足以有效地改变西湖的水文特征和水体动力学过程，对西湖 水体的藻类不能起到稀释作用。 为进一步扩大钱塘江引水量，2 0 0 1 年开始建设西湖引水完善工程，即利用一期抗成渠 道( 向塔段) 与西湖引水输水管道相连。将珊瑚沙水库的淡水引进西湖，日引水量可达3 0 万m 3 d 。 拍湖两进鼙建立后，对西湖引水：l ：程取水泵房进行了改造，在维持小南湖引水不受影 响的前提f 增加溪流上游引水的配水点一方面增加景观用水，在枯水季节保证溪流有一 定的水流域；另一方面改善两湖及上游溪流的水质。具体措施有： ( 1 ) 为保证茅家埠、金沙港新开挖水域的水量和水质。在江洋畈建设3 0 万m 3 d 的玉 皇预处理场，采用混凝沉淀法将钱塘江水净化后利用引水工程的水莱输入太子湾。利用赤山 埠水厂的富余容量。改造扩容白塔岭泵站，增加取水量1 0 万口3 d 在赤山埠水厂附近建预 处理场。将钱塘江水净化后引至法相巷口分别流入乌龟潭和赤山埠浴鹄湾中。 引水工程预处理场和泵房改造建设项目完工后，入西湖水质控制为浊度( 7 度总磷 0 0 s m g l ，透明度1 2 0 c a ，年引水量在2 0 0 3 年达到6 0 0 0 万m y a 2 0 0 4 年以后每年可达 到1 2 亿m 3 a 。 ( 2 ) 结合引钱塘江水入西部河道的方案。在引水渠上开辟支流向金沙涧上游输水。 井在金沙淘的中游经渠道向龙泓酒上游翰水。 6 西湖水环境现状 6 1 西湖水理化指标 西湖的外湖( 湖心) 永质为v 类，主要影响因子为t p ，而两里湖富营养化程度最严重， 为劣v 类水体，其中t n 超过v 类标准0 3 6 倍( 见表2 ) 。 8 浙江大学博士学位论文 6 2 金沙涧、龙泓涧、赤d 溪水质指标 除t