（环境科学专业论文）南四湖藻类及生态系统健康评价.pdf

硕士学位论文南阴湖藻类j 生态系统健康评价 运用模糊综合评价法得出南四湖的生态系统健康状态。评价结果为： 南四湖生态系统健康级别为一般，五个监测点的生态系统健康级别分 别为：前白口为疾病状态，二级坝为病态，南阳的健康状态最佳，为 很健康状态，大捐和岛东的健康状态为一般。 关键词：南四湖藻类相关性生态系统健康评价 i v 硕上学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 a b s t r a c t n a n s il a k ei so n eo ft h ei m p o r t a n ts t o r a g el a k e ，a n da l s ot h em a i n w a t e rs o u r c eo f s h a n d o n g p r o v i n c ef o r i n d u s t r i a l ，a g r i c u l t u r a l a n d d o m e s t i cw a t e r i t sw a t e rq u a l i t yn o t o n l y a f f e c t st h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fn a n s il a k ea r e a ，b u ta l s oa f f e c t st h ew a t e rq u a l i t ys a f e t y o ft h ee a s tr o u t es o u t h t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t a tp r e s e n t ，t h e l a k ee u t r o p h i c a t i o nh a sb e c o m et h em a j o re n v i r o n m e n t a lp r o b l e mi no u r c o u n t r y a t t h es a m et i m e ，t h ea l g a l ”b l o o m ”i sa ni m p o r t a n tf a c t o r , w h i c h a f f e c t st h es a f e t yo fw a t e rs u p p l yi nl a k e t h e r e f o r e ，i th a si m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dv a l u eg u i d et oa n a l y z et h ea l g a eg r o w t hf a c t o r o ft h ee a s tr o u t es o u t h - - t o n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c ta n de v a l u a t et h e e c o s y s t e mh e a l t ho fn a n s il a k ef o rc a r r y i n go u tt h ee a s t e r nr o u t e p r o j e c ts u c c e s s f u l l y , r e d u c i n g t h er i s ko fd i v e r s i o nw a t e r q u a l i t y , p r o t e c t i n gt h ew a t e rq u a l i t ys a f e t yo ft h ew a t e rr e c e i v i n gr e g i o n ，a n d p r o m o t i n gt h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to ft h es o c i a la n de c o n o m i ca l o n gt h e s o u t h t o n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t i nt h i sp a p e r ，s p s s l 3 0s o f t w a r ei su s e df o ra n a l y z i n gt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h em a i ne n v i r o n m e n tf a c t o r sa n dc h l o r o p h y l la ，a l g a ed e n s i t 5 b a s e do nt h ew a t e rt e m p e r a t u r e ，t o t a ln i t r o g e n ，t o t a l p h o s p h o r u s ，p h ， c o d m n ，t u r b i d i t y , t r a n s p a r e n c ya n dd o a n do t h e rf a c t o r sa si n d e p e n d e n t v a r i a b l e s ，c h l o r o p h y l la a n d a l g a e a st h ed e p e n d e n tv a r i a b l e d e e p l y v 硕士学位论文南p l j 湖藻类与生态系统健康评价 a n a l y z et h eg r o ws t a t u so ft h eg r e e na l g a e ，c y a n o b a c t e r i a ，d i a t o m sa n d o t h e rp h y t o p l a n k t o na f f e c t e db yt h em a i ne n v i r o n m e n t a lf a c t o r s i nt h em e a n t i m e ，t h ee c o s y s t e mh e a l t hs t a t u so fn a n s il a k ei s e v a l u a t e di nt h i sp a p e r , w i t ht h em e t h o da sf o l l o w s ：f i r s t l y , b u i l dt h e e c o s y s t e mh e a l t he v a l u a t ei n d i c a t o r ss y s t e mf o rn a n s il a k e ，w h i c hi s c o m ef r o mt h et h r e ep a r t sm a i n l y ：t h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r si n d i c a t o r s ， t h es t r u c t u r ei n d i c a t o r sa n dt h es y s t e mi n d i c a t o r s ( i n c l u d i n gt e ns u b i n d i c a t o r s ) ，c o n s i d e r i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h en a n s il a k ea n dt h e d a t ao b t a i n a b l es i t u a t i o nw h e ns e l e c t i n ge v a l u a t ei n d i c a t o r s s e c o n d l y , d e t e r m i n et h e e c o s y s t e mh e a l t h e v a l u a t i o nc r i t e r i o nf o rn a n s il a k e ， d i v i d et h e h e a l t hs t a t u si n t o f i v e l e v e l s ；t h i r d l y , c a l c u l a t et h e e a c h i n d i c a t o rw e i g h to fn a n s il a k eb yw e i g h t e da v e r a g em e t h o d ；f i n a l l y , g e t t h ee c o s y s t e mh e a l t hs t a t u sf r o mt h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m e t h o d t h ee v a l u a t i o nr e s u l t s ：t h eh e a l t hl e v e lo fn a n s il a k ei sg e n e r a l i t i st h ee c o s y s t e mh e a l t hl e v e lf o rf i v em o n i t o r i n gs i t e sa sf o l l o w s ：q i a n b a i k o ui si ni l l n e s s ，e rj i b ai si nc o m m o ni l l n e s s ，tn a n y a n gi si ne x c e l l e n t ， d aj u a na n dd a o d o n g sh e a l t hs t a t u ei si nc o m m o n k e yw o r d s ：n a n s il a k e ，a l g a e ，r e l a t i o n s h i p ，e c o s y s t e mh e a l t he v a l u a t i o n v 1 硕士学位论文 南四湖藻类与生态系统健康评价 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均己明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 骘左苤 e t 期：趁厶笸： 硕士学位论文 南阴湖藻类j 生态系统健康评价 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州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，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：皇上蕴左导师签名：j 釜垫日 期：出j j ， l i 硕十学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 1 绪论 1 1 湖泊生态系统健康的内涵及研究进展 ( 1 ) 生态系统健康研究 生态系统健康是一个新的概念，属于新的研究领域。目前国内外还未对其 进行深入研究没有形成一套完整的体系。“生态系统健康”概念于十八世纪八十 年代开始萌芽。1 7 8 8 年，苏格兰生态学家j a m e sh u t t o n 在他的一篇文献中提及 “自然健康 【1 l ，此后，他进一步发展了“生态系统健康”的概念，且对土地 健康作了详细研究，预测土地健康将发展成为一门科学。2 0 世纪4 0 年代，英 国学者l e o p o l d 最早提出了土地健康的概念，6 0 年代，他将此概念进一步升华 为景观健康1 2 1 。 真正的书面语“生态系统健康”是在2 0 世纪8 0 年代后期出现的，主要代 表有加拿大学者s c h a c f f e r 和r e p p o r t 。s c h a c f f e r 认为，生态系统健康就是生态 系统没有疾病，而生态系统疾病是指生态系统的组织受到损害或减弱。1 9 8 8 年 s c h a c f f e r 等首次探讨关于生态系统健康如何度量的问题，但对生态系统健康的 定义没有明确【3 】。1 9 8 9 年r a p p o r t 发展了s c h a c f f e r 的观点，将生态系统疾病进 一步阐述为生态系统水平上的危难和综合病症，论述了生态系统的内涵。 9 0 年代，h a s k e l l l 4 】等认为生态系统健康和生态系统不受疾病困扰的条件有： 生态系统是稳定的和可持续的，或者说生态系统是活跃的，能保持自身的组织 和自主性，对压力具有恢复力。h a w w o r t hl 【5 1 等认为生态系统健康可从系统功 能和系统目标两方面理解，系统功能是指生态系统的完整性、弹性、有效性以 及使生物群落保持活力的必要性。j o a n n ab u r g e r 认为从生态系统的角度看，生 态健康是指生态系统靠什么结构和功能特征来维持的。 由于生态系统本身复杂多变，且各位学者的研究角度不同，对于“生态系 统健康 的定义目前尚无普遍认同的观点，当前最具权威性，被科学界认可的 观点由c o s t a n z a l 6 j 提出，从七个方面论述“生态系统健康”：( 1 ) 生态系统健康 是系统的自动平衡；( 2 ) 生态系统健康缺乏疾病；( 3 ) 生态系统健康具有多样 性和复杂性；( 4 ) 生态系统健康具有稳定性和弹性；( 5 ) 生态系统健康是生长 的活力和生活幅；( 6 ) 生态系统健康是系统组分之间的平衡；( 7 ) 生态系统健 硕士学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 康具有生态系统整合性。 上述定义倾向于强调流域生态系统健康的生态学方面，而更为综合的考虑 应该将流域看作一个社会经济自然复合生态系统，将人类健康和社会经济因 素考虑在内【7 ，引。后来，大量研究者又提出了考虑人类健康因素的生态系统健康。 沈佐锐【9 l 认为：从生态系统观点出发，一个健康的生态系统是稳定和可持续的， 在时间上能够维持其组织结构，自治和胁迫的恢复力：从人类需求上考虑，健 康的生态系统能提供维持人类社区的生态系统服务。m e y e r f l 0 j 对此阐述最为全 面，认为健康的生态系统不但要维持生态系统的结构和功能，且包括对人类的 服务功能与其社会价值，在健康的概念中覆盖了生态完整性与人类价值。 国内外学者普遍认为健康的生态系统具有以下特征：( 1 ) 生态系统健康是 指系统内的物质循环和能量流动未受到损害；( 2 ) 关键生态组分和有机组织被 保存完整，且缺乏疾病；( 3 ) 对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和 稳定性，整体功能表现出多样性、复杂性、活力和相应的生产率；( 4 ) 其发展 终极是生态整合性，且能够提供合乎自然和人类需求的生态服务，维持健康的 人类群体。 湖泊生态系统健康【6 j 是指，湖泊内具有完整的关键生态组分和有机组织，且 没有疾病，经受突发的人为或自然扰动后能保证原有的结构和功能，未损害信 息流动、能量和物质循环，具有多样性、复杂性和活力的整体功能，它是目前 生态系统研究中最为详实的部分，是生态系统健康的一个分支，湖泊生态系统 健康评价是对湖泊生态系统做好科学管理和生态恢复的基础。 ( 2 ) 评价方法及指标体系的研究 目前，我国湖泊生态系统健康评价尚处于实验和摸索阶段，没有形成一套 成熟的方法。目前用到的湖泊研究方法主要有表1 - 1 中所示的几种。 2 硕士学位论文南阴湖藻类与生态系统健康评价 表1 1 湖泊生态系统健康评价方法研究进展 文献作者方法 c o n s t a n z a j o r g e n s o n 徐福留等 刘永等 赵臻彦 许文杰 袁军 生态健康指数法 初步评价程序法 实测计算法和生态模犁法 综合健康指数法 生态系统健康指数法 墒权综合健康指数法 模糊综合评价法 生态健康指数【1 1 ( h e a l t hi n d e x ，简称h i ) ：h i = v * o * r ，式中v 代表系统的能 量和活动性，通过新陈代谢初级生产力等来测度；o 为组织结构，代表系统结 构的复杂性，通过生态系统组分之间的作用的多样性及结构层次来评价；r 为 胁迫逐渐减小，系统逐渐恢复的能力，通过系统的自救能力和负荷能力来测度。 初步评价程序法【1 2 】是指利用生态热力学指标能质、结构能质和生态缓冲量 等指标进行生态系统健康评价。许多研究者对能质和结构能质进行了充分的研 究，发现其在生态系统健康评价中具有不可取代的意义。 徐福留等人提出实测计算法( d m m ) 和生态模型法( e m m ) ，运用这两种方法 分别对巢湖进行评价，所得结果类似。 刘永等人提出综合健康指数法( c o m p r e h e n s i v eh e a l t hi n d e x ，i c h ) 【1 3 】： n i c h = y i i , v ；式中，i i 代表第i 种指标的归一化数值( o i i 1 ) ，w i 为指标i 郁 的权重值，可根据专家打分后运用层次分析法分析得到。 赵臻彦提出生态系统健康指数法【1 4 】，该法首先设计了一个0 1 0 0 的生态系 统健康指数作为定量尺度，再选择评价指标、计算各指标的生态系统健康分指 数、确定各指标权重、计算生态系统健康综合指数等步骤，来评价湖泊生态系 统健康状态。此法原理简单，计算简便，结果可靠、直观，不论是同一湖泊还 是不同湖泊，均可用该法对湖泊生态系统健康状态进行定量评价与比较，这种 3 硕士学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 定量评价方法值得推广。 聚类分析法【1 5 】是根据数据之间的离散程度，利用数学方法计算数据之间的 相似性和差异性。具体方法有欧式距离法和指标聚类树状图等。 模糊综合评判方法，是一种运用模糊数学原理分析和评价具有“模糊性” 的事物的系统分析方法。它是一种以模糊推理为主的定性与定量相结合、精确 与非精确相统一的分析评价方法1 1 6 】。需分析评价指标，确定级别，然后确定各 评价指标对各个级别的隶属度，最终确定它目前的状态。对于湖泊生态系统健 康评价，模糊综合评价法是一个可行的、便于应用的方法。 此外，湖泊与河流虽有不同之处，但在功能、作用方面仍然有相似点，可 借鉴国外( 如美国、英国、瑞典、南非等) 一些比较成熟的方法对湖泊生态系 统健康状态进行评价，如物理化学评价方法、生物评估、水文评估、生物栖息 地质量评估等。 湖泊生态系统健康评价指标的分类方法很多，不同研究者从自身研究角度 出发，把所选指标按一定原则进行分类组合构成了不同评价体系，其分类方法 如表1 2 所示。目前，广泛应用的的评价方法和指标主要分三类：生态指标： 在生态系统水平和群落层次上设计指标：人类健康和社会经济指标：主要应 用在些与人类有密切关系的生态系统中，如流域内的生态系统；物化指标： 探究影响生态系统变化的非生物原因。 表1 - 2 湖泊生态系统健康评价指标研究进展 学者评价指标 k a l l 1 7 j 罗跃初等【1 8 1 崔保山【1 9 _ 驯 刘永【1 3 1 袁兴中【2 l 】 麦少芝、蒋卫国等m 圳 卢嫒媛等5 x u 等2 5 1 孔红梅啪 生物完整性指标 生态学、物理化学、社会经济学、人类健康 生态特征、功能整合性及社会政治环境 外部指标、环境要素状态及生态指标 生物物理指标、生态学指标和社会经济指标 运用压力一状态一响应( p s r ) 法建立指标体系 活力组织力、恢复力、压力指标、影响指标 结构、功能和系统级的指标体系 综合指标 4 硕上学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 生态特征、人类健康和社会经济指标和物化指标三大类指标，通过比较可 知，生态特征和物化指标是系统健康存在的基本体现，而人类干扰要素确定了 生态系统结构和功能可接受的变化和限制的范围。而社会政治环境中政策法规 对湿地的重视程度及公众对湿地的理解程度同样制约着湿地的健康，因而三类 指标处于同等重要的地位。因而以上述原因作为选择湿地生态系统健康指标的 依据。在管理和评价湖泊生态系统健康评价过程中生态系统的选择是非常重要 的，不同的湖泊类型要求有不同的指标。湖泊，当地实践，可利用的资金，可 获取的数据和感觉等因素都会影响生态系统指标的选择。 目前湖泊生态系统健康评价指标的研究成果不多，且没有统一的评价体系， 我国的湖泊生态健康评价指标体系主要考虑生态系统的特征和功能指标。今后 生态健康评价指标必然包括生态、社会、经济综合指标，可准确反应多压力、 多尺度的复杂系统。 1 2 研究目的意义 1 2 1 研究背景 南水北调东线工程作为我国特大型跨流域调水战略的一个组成部分，跨越长 江、淮河、黄河、海河四大流域，其供水范围涉及苏、皖、鲁、冀、津五省市。 东线工程的基本任务是从长江下游调水，向黄淮海平原东部和山东半岛补充水 源，主要供水目标是解决调水工程沿线和山东半岛的城市及工业用水，改善淮北 部分地区的农业供水条件，并根据需要提供北方农业和部分生态环境用水。 南四湖地处江苏、山东两省交界的地区，是南水北调东线的必经之路，也是 东线调水的重要调蓄湖泊之一。在调水期，南四湖上、下级湖水流向由原来的自 北向南自然流向，经泵站提水变为由南向北的流向，是承接湖泊支流来水和东线 调水来水的调蓄湖泊。与此同时，南四湖还具有向其它地区供水的功能，因此是 东线后段调水的重要水源地。由于南四湖特殊的地理位置和水文特点，该湖泊的 调蓄能力和水资源状况将直接影响整个山东的供水安全，对未来向河北、天津送 水也将起到至关重要的调配作用。 目前，我国6 6 的湖泊已经发生富营养化【2 7 1 ，太湖、巢湖、滇池、千岛湖 等内陆大型湖泊富营养化严重，多次爆发蓝藻水华，且爆发规模越来越大。蓝 5 硕：l 二学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 藻水华的爆发不仅破坏了湖泊的生态系统，而且严重的影响了人民群众的生活 和工农业生产。由于南四湖流域经济的快速发展，南四湖是东线工程沿途水污 染最严重、治污难度最大的湖泊。按照水质营养参数、藻类和底栖动物及浮游 动物优势种评价，南四湖是一个绿藻一蓝藻型的富营养湖泊。因此，对于南四湖 藻类与环境因子的分析与生态系统的健康评价，就显得尤为重要。本文通过对 南四湖藻类与环境因子的相关性分析，以及对生态系统健康的评价，确定南四 湖的健康级别，对有效防止南四湖水体变坏，生态系统向着不良方向发展有着 参考价值，同时也为保持南水北调东线水质长期稳定，降低东线的调水水质风 险，保障受水区的水质安全具有重要意义。 1 2 2 目的意义 通过探讨藻类生长的影响因子，分析南四湖藻类生长与环境因子的相关性， 并在此基础上对南四湖的生态系统健康进行评价，明确南四湖的健康状态，对于 保持南水北调东线水质长期稳定，降低东线的调水水质风险，保障受水区的水质 安全，促进南水北调沿线社会经济良性发展具有重要意义。 1 3 研究内容 ( 1 ) 搜集资料，分析总结湖泊生态系统健康评价的研究状况； ( 2 ) 分析南四湖藻类生长影响因子( 主要包括水温、氮、磷、p h 、浊度、 溶解氧、透明度等) 与藻类密度、叶绿素a 的定量关系； ( 3 ) 根据我国目前环境因子与藻类回归分析结果，分析南四湖环境因子与 藻类的关系； ( 4 ) 评价南四湖的生态系统健康状况。 6 硕上学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 1 4 研究方法 1 4 1 研究方法 以南四湖的藻类和生态系统为主要研究对象，通过s p s sf o rw i n d o w s1 3 0 分析统计软件分析南四湖藻类生长因子与藻类的关系，得到南四湖藻类的生长影 响因子与藻类密度与叶绿素a 的相关性，利用逐步回归法分析影响藻类密度与叶 绿素a 的主要影响因子，充分运用各种环境指标，利用模糊评价法评价南四湖生 态系统健康状况。研究技术路线见图1 - 1 。 图1 - 1 研究路线技术框架图 7 l 学位论文南口潮掉类与生卷系统健康讦价 1 4 2 样品分析 圈1 - 2 南四湖水质指标及浮游植物监测点 南四湖水质指标和藻类指标监测点分g 位于前白口、二l i 2 坝、南阳、大捐 和岛东( 如图1 2 ) ，上述血个监测点均为国控监测断面，分布于南阳湖、独i i i 湖、昭阳湖、微山湖四湖，能够代表南四湖整体水质状况。其中，前白n 、南 阳位于上级湖，大捐和岛东位于下级湖。2 0 0 8 年6 月。2 0 0 8 年1 0 月每月采样一 次，j 采样5 次，同时测定水温、溶解氧、透明度、p h 值、c o d m 。、t p 、i n 和叶绿索a 等化学指标，浆样工作由山东大学完成。 南四湖的坝节制闸将它一分为二，肜成两个相对独立的水体，坝北为上级 湖，坝南为下级潮。l 级湖自北向南的监测点依次为：前白口、南阳、二级坝； 下级湖设大捐和岛东两个监测点位。 硕上学位论文南阴湖藻类与生态系统健康评价 2 南四湖区域概况 2 1 南四湖自然地理特征 2 1 1 地理位置 南四湖是南水北调东线的必经之路，也是东线调水工程的重要调蓄湖泊。 南四湖位于东经1 1 6 0 3 4 。1 1 7 0 2 1 ，北纬3 4 0 2 7 3 5 。2 0 ，地处江苏、山东两省交 界地区。南四湖是山东省最大的淡水湖泊，也是我国的大型湖泊之一，其最大 水面约1 2 6 6k m 2 ，占全省淡水水域面积的4 5 。南四湖位于山东省西南部济宁 市，邻接山东省枣庄市、江苏省徐州市，现属微山县管辖( 滕州市滨湖镇亦管 辖部分湖区) 。由南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖四湖相连而得名。湖面南北 长1 2 6 k m ，东西宽5 - 2 5 k m ，周边长3 1 1 k m ，湖泊面积1 1 7 8k m 2 ，总库容4 7 3 亿m 3 ，总流域面积3 1 7 0 0k m 2 ，平均水深约2 m 左右。南四湖东部靠山，西边 与平原相连，南部靠着苏北经济发达之地，北部与孔孟之乡毗邻。南四湖由于 其自身的特殊地理位置和水文特点，它的调蓄能力和水资源状况直接影响整个 山东的供水保证率，对未来南水北调的输送也起着关键的调配作用。 2 1 2 气象气候 ( 1 ) 气温 南四湖湖内年平均气温比周围陆地偏高。湖内年平均气温为1 4 2 ，沿湖 陆地为1 3 7 ，湖内比陆地偏高0 5 。c 。7 月为最热月，陆地月平均2 6 9 c ，湖 内2 6 5 。 ( 2 ) 水温 湖内水深2 0 c m 处，年平均水温为1 6 3 ，5 0 c m 深处为1 6 4 c ，l o o c m 深 处为1 6 2 c ，不同水层间年平均水温差别不大。水深2 0 c m 处稳定在1 4 。c ，积 温为4 7 0 5 。 ( 3 ) 降水 降水是南四湖水资源的主要来源。南四湖区域年降水量平均在7 5 0 m m 左 9 颐l 学位论立南日湖藻娄与生态系统* 靡评价 右。湖内年平均降水量7 0 0 r a m ，沿湖陆地平均7 6 0 m m 左右。总的分布特点是 南部多于北部，治湖陆地多于湖内。 ( 4 ) 水系 图2 - 1 南四湖水系统 南凹湖i5 i 属于淮河流域泗河水系，年平均降雨量6 8 5 m m ，年平均入湖径流 量2 9 1 6 0 亿m 3 ，年甲均出湖释流量1 9 1 2 0 亿m 3 。南四湖总流域面积3 1 7 0 0k m 2 ， 其中山东省面积2 5 7 0 0 k i n 2 。南四湖承接苏、鲁、豫、皖4 省3 2 个县( 市、区) 5 0 多条河流的柬水，分别经洙赵新河、老万福河、东鱼河、复兴河等由西向东 流入。其中流域面积1 0 0 0 k m 2 以上的主河流有泗河、梁济运河、白马河、淋赵新 河、老万福 l l j 、复兴河、城郭河、东鱼河、光府河、新薛河、新万福河共1 1 条 出湖口有微山县境内的韩庄闸和伊家河闸以及江苏境内的林家坝闸，河流具体位 置如图2 - 1 。 2 1 3 泥沙淤积趋势 南四湖的泥沙淤积与黄河在南四潮流域的多次泛滥有着密切的关系南四潮 西部的黄泛平原流入南四湖的集流面积占总面积的7 21 ，当降雨形成径流时， 硕士学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 湖西的湖水含沙量和输沙量都比湖东河流高出4 5 倍f 2 9 1 。 由表2 - 1 可见，南四湖泥沙淤积量很大，年淤积量占入湖泥沙量的9 9 3 ， 且多集中在上级湖中，上级湖泥沙淤积量占总湖泊淤积量的8 7 5 ，前人研究 曾估计南四湖全湖多年年平均淤积厚度约4 m m 左右；如据沉积速率为3 m m a 推算，那么淤积年限为4 0 0 年( 按容积1 6 6 x 1 0 8 m 3 计算) 左右【2 8 1 。根据近5 0 年来的南四湖的淤积量变化来看，泥沙淤积以1 9 7 1 年最多，年淤积厚度达 1 2 m m ，以此推算淤积年限约为1 2 0 年。近5 0 年来，湖泊因泥沙淤积已经损失 库容2 2 7 x 1 0 8 m 3 【2 9 】。 表2 - 1 南四湖泥沙量统计表( 1 0 4 吨) 2 2 南四湖区域社会经济特征 南四湖流水域辽阔，自然资源丰富，水陆交通便利，具有明显的区位优势， 且煤炭贮存量丰富，矿产资源以稀土为主，水产资源丰富，有鱼虾8 4 种，2 0 0 多种浮游动物，以鲤鱼闻名于世已逐步发展成为华东地区重要的能源基地，并 且周围工业发展迅速，2 0 0 3 年该流域国民经济总产值1 5 5 5 9 6 亿元，人均 g d p 7 9 3 3 8 4 元。南四湖自然保护区包括3 个县( 区) ，总人口为1 7 6 万人，其 中渔民约2 0 万人，约8 万人居住在湖内，绝大部分住在保护区外围地带。在保 护区范围分布有包括微山岛、南阳等乡镇所属自然村3 6 处，居民1 0 5 7 3 户，4 2 6 3 0 人【3 0 1 。 2 3 南四湖区域水污染现状 伴随着南四湖流域城市和工业的快速发展，南四湖周围的工业正处在迅速 发展阶段。在发展经济的同时没有注意到环境保护，水体质量达不到标准，主 1 1 自口湖挺类生志系统健康”竹 要造成南四湖水体污染的途径有：( 1 ) 全流域工矿企业众多，包括化工、造纸、 食品、制革、电镀、印染、采矿、发电等，大部分工厂企业的有机有毒废水排 入附近河流中，最终被集中汇入南四湖；( 2 ) 南四湖流域河流多为季节性河流， 主要靠自然降水产生的地衷径流补给水源，但遇到桔水年份降水偏少时，河流 中主要是生活污水和处理后的工业废水，易造成汛期形成的径流将河流中积蓄 的污水冲入湖中，对湖泊造成污染；( 3 ) 生活污水对水环境的污染不容忽视， 随着城市规模扩大、人1 3 增多、生活水平的提高和卫生设捕的普及，污水排放 量大幅度增加，但部分城市污水处理厂已开始试运行；( 4 ) 农业生产中化肥的 过量使用导致面源污染，氮、磷等营养物进入水体，造成地表水氨、磷营养物 污染和地下水硝酸盐含量升高：( 5 ) 南四湖换水周期长达2 1 6 天稀释降解能 力差。 图2 7 南四湖水质状况图m i 近年来，国务院南水北调办公室及东省大力加强清污工程建设，实施六 大措施：t 1 i j 大工业结构调整和治污技术改造力度；按照沿线环境容量，严把新 建项目市批关；改革污水处理的建设管理体制：治理航运污染，加大沿线环境 整治力度；实施截污导流工程，建设清水廊道；开展沿线而源污染治理。但由 于排污基数过大，治理难度较商，短时问内治理效粜不足很明显，到2 0 0 6 年部 分河流水质状况已有明显改善沿线入湖排污总量呈下降趋势，2 0 0 0 - 2 0 0 8 年南 四湖水质指标如图所示： 硕士学位论文南叫湖藻类与生态系统健康评价 8 6 j 旨4 z e _ - 2 0 2 0 0 0 2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 52 0 0 62 0 0 7 2 0 0 8 年份 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 8 年份 图2 8 南四湖2 0 0 0 2 0 0 8 年总氮总磷变化趋势图 可见，整体看来南四湖水质有了很明显的提高，但距预期目标仍有一定的 差距，水质状况仍需进一步改善。2 0 0 8 年南四湖全湖的总氮、总磷含量虽然降 低，其浓度范围为2 3 m l ，总磷的浓度范围为0 0 9 0 1 5 m g l , 但还是处于 类、v 类水质，总氮、总磷的含量处于中富营养水平，也可看出由于地区性差 异，不同湖区所呈现的水质状况也不尽相同，营养状态也不尽相同。南四湖航 道总氮和总磷浓度由北向南依次递减，上级湖污染严重，在上级湖又以北段最 为严重。下级湖航道水质一般为i i i 类、类、重度富营养化，上级湖航道水质 一般为类、v 类、重度富营养化。这主要是因为南四湖污染物主要来源于2 0 多条污染严重的入湖河流，而且污染物主要是排入上级湖，使南四湖绝大多数 测点水质达不到功能区划要求，且由于南四湖入湖河流较多，且水质状况大不 相同造成的。 1 3 4 3 2 l 0 0 o 0 o 一一3ui一山一 硕上学位论文南明湖藻类与生态系统健康评价 目前，南四湖水体处于、v 类水体和富营养化状态，浮游藻类以绿藻 蓝藻硅藻为优势藻，南四湖的浮游藻类不论从种类上还是数量上绿藻都是优势 种；从细胞密度来看，优势相对明显的种群主要有绿藻类的空球藻、栅藻、丝 藻、小球藻、韦氏藻，蓝藻类的平裂藻、小颤藻，硅藻类的针杆藻、脆杆藻、 小环藻、舟形藻，黄藻类的短圆柱单肠藻等。这些都是富营养化水体的优势种。 2 4 南四湖藻类现状与特征 南四湖2 0 0 8 年6 9 月共检出浮游藻类8 门，4 3 属，9 6 种。各门藻类属种 数依次为绿藻门2 2 属4 9 种，蓝藻门7 属1 9 种，硅藻门8 属2 2 种，黄藻门1 属1 种，隐藻门2 属2 种，甲藻门1 属1 种，裸藻门2 属3 种。可见，绿藻为 南四湖浮游藻类的优势种群，所占比例高达5 4 5 8 ，其次为硅藻( 1 6 2 8 ) 和 蓝藻( 1 6 2 3 ) 。绿藻不仅种类多且许多种都经常出现，在监测点中出现频率 最高的有以下几种：小球藻、二形栅藻、月牙藻、浮球藻。蓝藻主要足：微小 平裂藻、巨颤藻。硅藻主要是：针杆藻。 南四湖的优势藻属为绿藻、蓝藻，蓝藻，这三种优势藻属主要出现在7 、8 、 9 三个月份，其优势藻种每个月变化很大。五个监测点的优势藻分别为：前白 口以绿藻、蓝藻为优势藻，主要以绿藻门的二形栅藻、小球藻、盘星藻；蓝藻 门的点状平裂藻为优势藻种，绿藻门的优势种4 个月均有分布，蓝藻门在7 、8 月出现；二级坝以绿藻门的浮球藻、月牙藻、小球藻、十字藻为优势藻，蓝藻 门的微小平裂藻、优美平裂藻为优势藻，绿藻门的优势种每月均出现，蓝藻在 7 月份成为优势种：南阳以绿藻门交错丝藻、浮球藻、串珠丝藻、二型栅藻、 硅藻门的钝脆杆藻为优势藻，优势种变化较大，绿藻、硅藻、蓝藻、黄藻均在 不同月份成为优势种；大捐以绿藻、硅藻为优势藻，只在7 月份以蓝藻为优势 藻，岛东以绿藻为优势藻，8 、9 月份出现以蓝藻为优势种。 南四湖的富营养化状况为：前白口为重度富营养；二级坝为中富营养水 平，南阳为富营养水体；大捐为富营养水体；岛东为中营养偏向富营养养。总 体来看，南四湖大部分区域都处理富营养化状态。 1 4 硕士学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 3 南四湖环境因子与藻类生长相关性分析 3 1 水温与藻类生长的相关性分析 3 1 1 水温与藻类密度相关性分析 水温通过对藻类光合作用与呼吸代谢速度的控制而影响叶绿素a 的含量 【3 0 1 。我们对南四湖五个监测点：前白口、二级坝、南阳、大捐、岛东，以月份( 2 0 0 8 年6 1 0 月) 为时间段，叶绿素a 的平均值为因变量，水温为自变量，分析叶绿素a 与水温的相关性。p e a r s o n 相关系数及其检验结果为：r = o 5 6 2 ，p = o 3 2 4 ，也就是 说，水温与叶绿素a 相关性较差，离散数据基本都来自7 月份，去除7 月份的离散 数据，其余月份的水温与叶绿素a 相关性较为显著：r - o 9 4 1 ，p = o 0 4 9 ( 0 0 5 ) ， 说明除了7 月份之外，南四湖的水温是影响藻类生物量的关键因子。回归分析结 果表明，除7 月份外，南四湖的叶绿素a s n 藻类密度均随水温变化呈指数增长。 其回归方程式分别为： y l = o 3 9 9 e o 1 陬( r 2 = 0 9 6 8 ，f = 6 0 9 0 8 ，p = o 0 1 6 ) y 2 ：0 2 3 9 e o 1 7 x( r 2 = o 8 2 1 ，f = 9 1 9 1 ，p = o 0 9 4 ) y l 叶绿素含量( u g l ) y 厂藻类密度( 1 0 6 个l ) x 湖水温度( ) 从图3 1 可以看出，叶绿素a 和藻类密度与水温的变化趋势类似。从2 0 0 8 年6 月份到1 0 月份来看，水温均在1 7 以上，其中6 、7 、8 、9 四个月份的水温均大于 2 0 ，为藻类的生长提供了良好的温度条件，水温的变化趋势为：上升一平稳一 下降一下降，叶绿素a 的平均值的变化趋势也是从2 9 0 2 7 3 6 u g l - 1 1 2 5 2 8 u g l - - - 4 7 6 7 7 8 u g l - - 1 1 3 5 0 4 u g l - - 8 6 2 8 4 u g l ，除了7 月份，水温上升，叶绿素a 下降外， 其他月份叶绿素a 变化趋势与水温的变化趋势均保持一致。 1 5 硕- l 学位论文 南四湖藻类与生态系统健康评价 3 5 3 0 2 5 已2 0 霎，1 0 5 5 0 + 水温- - e - - c h l a 6789 月份 夺水温+ 藻类总量 67891 0 月份 3 5 3 03 磊董 1 5 删 黪 图3 1 南四湖2 0 0 8 年6 1 0 月水温与藻类密度变化趋势图 02 03 0 水温 图3 2 南四湖藻类随水温变化的生长曲线 j 4 0 6 月份，南四湖的水温为2 6 4 。c ，已经达到了藻类生长的最适温度，南四湖 1 6 (1bn)西慨翡古 o 0 0 0 0 0 6 5 4 3 2 1 0 5 0 5 0 5 0 5 0 3 3 2 2 1 1 p v 赠* 弱柏弱筋约佰竹5 0 硕+ 学位论文 南叫湖藻类与生态系统健康评价 中的主要藻类：绿藻，蓝藻、硅藻都适合在此温度下生长，8 月份相l t 7 月份水温 降低了o 7 ，但此时水温为2 8 1 ，是藻类生长的最佳范围，藻类密度浓度和叶 绿素a 的浓度相! z 1 5 6 、7 月份大幅度的升高，分别近乎达到6 月份的1 5 倍和7 月份的 4 倍，随着9 、1 0 月份水温的持续下降，叶绿素a 和藻类密度的浓度也持续下降。7 月份，随着水温的升高，而藻类密度和叶绿素a 的浓度却相比6 月份大幅度降低， 很可能是由于南四湖7 月份氮、磷含量的大幅度降低，藻类生长营养供应不足所 致。这与叶绿素a 、藻类密度与水温的回归分析的结果一致。 由水温与叶绿素a 、藻类生物量的回归方程可知：叶绿素a 和藻类生物量随水 温变化趋势相同( 图3 2 ) 。随着水温的升高，叶绿素a 浓度和藻类密度浓度也逐 渐升高，且随着水温升高，叶绿素a 和藻类密度浓度的增长速率也越来越大。这 与相关研究结果类似，主要原因是，随着水温升高，藻类活性增加，藻类的代谢 速率增快，其生长的迟滞期较短1 3 。 综上所述，南四湖藻类密度与水温密切相关，特别是6 1 0 月份，水温是影响 南四湖藻类密度的主要因子。 3 1 2 水温与不同藻类相关性分析 南四湖的主要藻属有绿藻、蓝藻、硅藻、裸藻、隐藻、黄藻、甲藻，其中绿 藻、蓝藻和硅藻是优势藻属，分别占总藻量的4 1 4 5 7 5 ，1 4 3 2 2 7 ， 1 5 0 3 0 0 ，水温不仅影h 向藻类的生理生化活动，还影响藻类的生物量和组成。 水温的变化对藻类的种群演替有重要的影响作用【3 2 1 ，不同的浮游藻类具有不同 的临界和最大生长温度。一般认为，蓝藻的最适生长温度为2 5 3 5 ，硅藻适应 的温度范围较广，在1 5 3 5 之间均可生长良好，但以2 0 3 0 时为最佳。也有 研究指出，硅藻、金藻、黄藻最适水温为1 4 1 8 ，绿藻为2 0 2 5 ，蓝藻为2 0 3 0 。一般来说，浮游藻类最适合生长温度为2 0 2 5 。可见，南四湖6 1 0 月的 水温都适合浮游藻类生长【3 引。 以月份为时间段，以南四湖的主要藻类生物量为因变量，以水温为自变量 做相关性分析( 除7 月份之外) ，其相关系数和显著性水平见表3 1 。 由表3 1 可知，水温与硅藻和黄藻的相关性最好，显著性水平也最高。这 表明，水温对硅藻和黄藻的影响最大，其次为隐藻、甲藻和和蓝藻，相关性较 1 7 硕士学位论文南四湖藻类与生态系统健康评价 差的是绿藻和裸藻，这与不同藻类对温度的适应性有关，也就说，对温度越敏 感的藻类，受温度变化的影响越大，如硅藻和黄藻。 表3 - 1 南四湖各主要藻类与水温的相关性 ( 1 ) 对南四湖的绿藻与水温进行回归分析，结果如表3 2 所示， 表3 2 南四湖绿藻与水温拟合曲线的参数 拟合函数为指数函数y = 0 2 5 9 e o m 5 x ( r 2 = 0 5 7 5 ，p = 0 2 4 1 ) ，该拟合方程的拟合度 差，显然跟绿藻与水温的相关性分析结果一致，说明南四湖6 1 0 月份水温对绿 藻影响不大：从6