淺水湖泊生態系統演化的模擬研究

《淺水湖泊生態系統演化的模擬研究》是依託北京大學，由徐福留擔任負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：淺水湖泊生態系統演化的模擬研究
• 項目負責人：徐福留
• 項目類別：重點項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

富營養化、持久性有毒污染和生態系統退化是全球絕大多數淺水湖泊普遍面臨的環境與生態問題，也是國內外湖泊科學家普遍關注的熱點問題。本研究以淺水湖泊草型狀態與藻型狀態轉化為重點，選擇典型富營養化藻型湖泊（巢湖）和典型草型湖泊（龍感湖）為主要研究對象，採用野外採樣分析、實驗室和野外模擬實驗、以及生態模型模擬計算等綜合研究手段，從微觀（基因、細胞和個體）到巨觀（種群、群落和生態系統）多層次全面分析草型與藻型湖泊生態系統的基本特徵、轉化規律及其影響因素、關鍵過程及其動力機制，構建湖泊生態結構動力學模型，模擬湖泊草型狀態向藻型狀態的轉化規律，預測現狀草型湖泊生態系統在不同脅迫因素影響下、以及現狀藻型湖泊生態系統在不同治理措施及其最佳化組合情況下的演化趨勢。其成果，對於認識湖泊生態系統演化的規律、機理與動力機制具有重要理論意義，並為湖泊生態修復與環境管理提供理論依據。

結題摘要

研究淺水湖泊生態系統演化規律及其關鍵因素與驅動機制，對於湖泊生態恢復和生態保護具有重要意義。本研究以巢湖為研究對象，通過大量歷史文獻的收集整理、柱狀沉積物生物地球化學指標的檢測和計算、數理統計分析、以及生態模型反演等綜合技術手段，完成了課題計畫內容，獲得了如下主要成果：1、評估了巢湖生態系統的現狀特徵，包括水體富營養化狀態、有機物和重金屬污染水平、表層沉積物中不同形態磷的組成與分布、浮游植物密度與群落構成、水體微生物數量和群落結構等；2、確定了現代巢湖發生沉水植物消亡和藻類爆發兩次災變的時間點，劃分了現代巢湖生態系統的演化階段，系統分析了影響演化的各種因素，查明了影響演化的關鍵因子，探討了演化的動力機制；3、構建了生態結構動力學模型，反演了巢湖生態系統草型-藻型狀態轉化過程，評估了建閘對巢湖生態系統突變的影響，估算了巢湖草型-藻型狀態轉化的營養鹽負荷閾值，預測了不同治理措施對巢湖生態恢復的影響；4、研究了氨態氮、銅、氧、微囊藻毒素、以及光質與光強對輪葉黑藻生長、抗氧化系統、以及基因損傷的影響，探討了巢湖典型沉水植物（黑藻）消亡的主要因素與分子機制；5、查明了五種重金屬（銅、鎘、鉛、鉻、鋅）、不同形態磷、化感物質肉桂酸乙酯和挺水植物黃菖蒲提取液對普通小球藻生理生態與光合作用的影響；6、查明了巢湖生態系統中PAHs、OCPs、PAEs和BDEs等典型毒害污染物的殘留水平與組成特徵、分配與富集規律、時空分布及其影響因素；7、構建了IV多介質逸度模型，模擬了PAHs和OCPs在巢湖生態系統中的多介質分布和跨界面遷移，分析了藻類爆發對PAHs多介質歸趨與跨界面遷移的影響；8、構建了近百種典型毒害污染物毒性資料庫和物種敏感性分布（SSD）模型，提出了基於SSD模型與Exergy指標的系統水平生態風險評價方法，開發了基於SSD模型和貝葉斯方法的生態風險評價軟體平台，評估了巢湖水體典型毒害污染物對淡水生物的生態風險，確定了巢湖水體優控污染物清單；9、查明了沉積物中降解2,2’,4,4’-四溴聯苯醚和6:2氟調聚物醇的主要微生物及其降解途徑；10、比較了典型藻型湖泊巢湖與典型草型湖泊龍感湖的基本理化指標、溶解有機質含量與組成、以及常量與微量金屬離子含量與組成等水化學特徵。這些成果不僅有助於深入了解湖泊生態系統演化規律與動力機制，而且可為湖泊生態恢復與生態系統管理提供科學依據。