《基於三級營養級的景觀湖泊富營養化機理及模型研究》是依託天津理工大學，由李霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於三級營養級的景觀湖泊富營養化機理及模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李霞
- 依託單位：天津理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
景觀湖泊作為景觀和水生態功能的雙重載體，其富營養化問題亟待解決，而富營養化機理模型是富營養化模擬與分析的重要理論基礎。本課題從景觀湖泊富營養化機理及模型研究出發，首先採用微宇宙實驗和穩定同位素示蹤法對景觀湖泊中代表性魚類的生物作用機理、營養物質在生物鏈上的傳遞進行研究；然後，基於魚類同化和異化作用，建立魚類對水質影響機理的數學表達式，並根據營養物質-浮游植物-浮遊動物-魚類間生物和物質作用的大循環，修改兩級營養級模型機理數學表達式，耦合魚類和兩級營養級模型，建立三級營養級模型；最後，基於模型進行套用：①景觀湖泊水質預測預警：預測水質變化趨勢，分析徑流污染物對湖泊的富營養化風險，評判水體富營養化狀態；②富營養化湖泊生態修復效果模擬：分析生態措施的作用機理建立數學模型，並納入三級營養級模型框架模擬生態工程的修復效果，實現最佳生態修復工程的比選，為景觀湖泊水質的管理和維護提供理論依據。
結題摘要
富營養化機理模型是景觀湖泊水質模擬與分析的重要理論基礎，可對水體水質變化趨勢進行預測與評估。但以往研究，魚類作為湖泊水生生物鏈的最高級未被納入模型中，魚類對生態系統功能和群落結構的影響被忽略，導致模型的準確度不夠；另一方面，生態機理模型結構複雜、變數多、參數多，參數識別和校驗存在困難，模型模擬精度的提高受到一定的制約。 針對上述問題，本課題剖析了景觀湖水質和生態系統的結構，並分析了富營養化模型的框架結構；設計了微宇宙實驗分析景觀湖泊內部生物和營養物質的相互作用關係，並分析魚類同化異化速率，為魚類模型提供部分先驗參數信息；構建了三級營養級模型，並進行參數識別、校驗；最後針對研究湖泊進行了模擬評估，分析水體水質變化規律。 運用微宇宙系統來模擬天然環境中景觀湖泊水體富營養化的過程。通過人為設定水體中營養級，了解了不同營養級景觀湖泊中營養鹽的變化規律；通過構建高、低密度羅非魚的微宇宙系統，獲知不同密度羅非魚對湖泊水質指標的作用效果，並了解低密度和高密度對水體影響程度的差異；通過分析羅非魚排泄物的營養鹽含量及排泄率，了解了羅非魚排泄物對湖泊水質的作用效果以及浮游植物生物量和群落結構的變化情況。 基於魚類的生物能量學理論構建了魚類子模型，對現有的複雜兩級營養級模型進行修改添加魚類影響，在此基礎上完成了三級營養級模型的構建。將MCMC、AMDR （Adaptive Metropolis; Delayed Rejection）、遺傳算法（GA）和並行計算相結合，實現最優採樣抽提初始值，並基於MC偏差和Geweke值校驗模型參數的後驗分布，實現參數的不確定性採樣和識別，克服了模型參數識別和校驗困難的問題。 本課題通過富營養化機理研究和模型構建的有機結合，實現了對湖泊水質的模擬分析，進而實現了景觀湖泊水質預測和評估的常規套用，可為景觀湖泊水質的管理和維護提供一定的理論支持。
