太湖蓝藻水华中长期动态及其与相关环境因子的研究

摘要

本文以大型富营养化浅水湖泊-太湖为研究对象,较系统研究了影响太湖水华蓝藻水华形成的生物和非生物因素,通过测定太湖浮游生物群落初级生产力,确定了太湖浮游生物群落是作为无机碳的源。研究内容包括:(1)通过分析梅梁湾浮游植物历史数据,确立太湖水华蓝藻的种类和时空变化规律;(2)通过多元统计分析手段,对比和筛选各种物理化学因素等不同组合条件下太湖蓝藻水华的表现特征;(3)通过野外大尺度浮游植物监测数据分析,研究太湖非优势种区域湖沼学规律,重点探讨水华蓝藻对其时空分布格局直接或间接的生态影响;(4)通过测定太湖浮游植物初级生产力,研究浮游植物无机碳定量收支状况。
　　本文得出的主要结论如下:
　　(1)太湖水华蓝藻种类为微囊藻、鱼腥藻、束丝藻等。其中微囊藻占绝对优势种,种类包括铜绿微囊藻、水华微囊藻、惠氏微囊藻等6-7种。而铜绿微囊藻、水华微囊藻和惠氏微囊藻为优势种,其平均值占蓝藻总生物量的85.7％。1992-2002年,西太湖北部微囊藻每年夏秋季形成水华;1993、1994年6月,梅梁湾鱼腥藻与微囊藻生物量相当;1997年6月,梅梁湾浮丝藻生物量显著大于微囊藻生物量,在局部水域形成浮丝藻水华。
　　(2)典范对应分析结果,太湖梅梁湾微囊藻与 TN: TP显著负相关,与NH4-N:NOX-N、水温和pH显著正相关。水温是微囊藻水华形成的主要驱动因素,同时营养盐质量比值的显著下降。微囊藻在太湖北部形成水华(此时水华定义为微囊藻生物量占总浮游植物生物量的50％以上)的条件为:TN:TP质量比低于30,NH4-N:NOX-N质量比低于1,水温波动范围25℃-30℃,此时太湖水体环境中悬浮质浓度大于10mg/L,pH值大于8.0。研究结果初步证实了全球气温变暖对太湖微囊藻水华形成的促进作用。
　　(3)直链硅藻是太湖浮游硅藻的优势种,其它常见种有小环藻、针杆藻等。硅藻总生物量占浮游藻类生物量百分比平均值约20％。太湖浮游硅藻生物量在河口最大,梅梁湾其次,湖心最小,究其原因可能与河口的特殊生态环境(如水流速度)有关,另外,河口丰富的营养盐,特别是磷酸盐和氨氮也是一个重要因素。温度是影响太湖浮游硅藻生物量季节变化的关键因素。营养盐三角图证实了太湖硅限制的湖泊环境,温度和营养盐的超级竞争者水华蓝藻的存在及其可能产生的次生代谢产物,这些条件均限制了太湖浮游硅藻大面积的生长,证实了太湖水华蓝藻优势地位。
　　(4)竺山湾内隐藻平均生物量(1.89mg/L)高于梅梁湾(0.87mg/L)、贡湖湾(0.43mg/L)的隐藻平均生物量;2008-2009年隐藻平均生物量(2.12mg/L)高于2005-2007年隐藻平均生物量(0.28mg/L)。与梅梁湾和贡湖湾相比,竺山湾内高营养盐浓度、高有机质浓度和高悬浮质浓度使隐藻更具有竞争优势,而贡湖湾内底栖动物的摄食作用限制了隐藻生物量。太湖隐藻与蓝藻的竞争演替趋势明显:太湖隐藻喜竺山湾和梅梁湾的高营养、高有机质、高浑浊度的水体环境,结合隐藻特有光合色素和兼性营养等特殊生理特点,决定了隐藻可以取代太湖蓝藻,成为新的水华种类,但是太湖底栖动物强烈捕食作用和蓝藻的种群竞争限制作用,且隐藻喜好低温水环境,证实了短期内太湖水华蓝藻的不可取代性。
　　(5)太湖的浮游生物初级生产力与呼吸率显著相关(PCR=1.22GPP+0.46,r2=0.80),水柱群体呼吸量大约是光合量的1.22倍,浮游生物的基础呼吸量是0.46gO2m-2d-1。导致太湖浮游生物群落呼吸量大于光合量的主要因素是夏季高温条件促进了浮游生物群落呼吸作用,同时浑浊水体下的弱光照状况抑制了浮游植物的光合作用,其结果是太湖整个浮游生物群体的无机碳收支不平衡,使太湖浮游生物群落成为温室气体CO2的净释放者。

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1 绪论

1.1 湖泊富营养化与蓝藻水华

1.2 国内外发生蓝藻水华的典型湖泊

1.3 水华蓝藻与蓝藻水华

1.4 水华蓝藻水华形成机制研究进展

1.5 水华蓝藻无机碳收支及其生态影响

1.6 本文的研究对象、思路与方法

2 太湖水华蓝藻种类及时空演替

2.1 研究对象和方法

2.2 太湖水华蓝藻种类组成

2.3 水华蓝藻生物量变化

2.4 本章小结

3 温度和营养盐对太湖梅梁湾微囊藻生长的影响*1

3.1 研究对象和方法

3.2 非生物影响因子筛选

3.3 非生物影响因子确立

3.4 本章小结

4 太湖北部浮游硅藻时空分布及其与蓝藻的关系*2

4.1 研究对象和方法

4.2 太湖北部浮游硅藻时空变化

4.3 太湖北部浮游硅藻与硅酸盐的关系

4.4 太湖北部浮游硅藻与其它环境因子的关系

4.5 太湖北部浮游硅藻与其他藻类的关系

4.6 影响太湖北部浮游硅藻空间格局的环境因素

4.7 限制太湖北部浮游硅藻生长的环境因素

4.8 本章小结

5 太湖北部隐藻生物量时空动态研究*3

5.1 研究对象和方法

5.2 太湖北部隐藻生物量时间动态趋势

5.3 太湖北部隐藻空间分布格局

5.4 太湖北部隐藻与环境因子及其它藻类的相关分析

5.5 影响太湖北部隐藻时空格局的环境因素

5.6 本章小结

6 太湖北部浮游生物群落无机碳定量收支研究*4

6.1 研究对象和方法

6.2 太湖北部浮游生物群落初级生产力和呼吸率

6.3 太湖北部浮游生物群落无机碳收支量

6.4 太湖北部浮游生物群落新陈代谢方式的确立

6.5 影响太湖北部浮游生物群落新陈代谢方式的环境因素

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 创新点

7.3 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读博士期间发表论文及国内外学术交流情况