中国湖泊水生态系统区域差异性

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本书在开展全国主要湖泊水生态系统结构特征调查的基础上，研究湖泊水生态系统营养物的来源和流动特征，阐明不同湖泊水生态系统对营养物的生态响应，分析全国湖泊水生态系统的区域差异性，为湖泊营养物生态分区、基准与控制标准的制定提供技术支撑。主要内容包括湖泊生态系统及其影响因子分析、中国主要湖泊生态系统结构特征、人类活动对湖泊生态系统的影响、湖泊水体营养盐水平与源解析、湖泊营养物输入与富营养化动态响应，采用能量流动速率和生态系统物种丰富度指数定量表征全国湖泊水生态系统的区域差异性、构建湖泊水生态系统分类体系。

书籍目录

丛书序前言第1章 湖泊生态系统及其影响因子分析1.1湖泊生态系统基本概念1.1.1生态系统结构1.1.2生态系统物质循环1.1.3生态系统能量流动1.1.4生态系统信息流1.2湖泊生态系统影响因子分析1.2.1温度1.2.2光照和透明度1.2.3水力停留时间1.2.4水体自净作用1.2.5初级生产者类型1.2.6湖泊自养与异养特征参考文献第2章 中国主要湖泊生态系统结构特征2.1中东部平原湖泊营养物生态区2.1.1洪泽湖2.1.2玄武湖2.1.3巢湖2.1.4鄱阳湖2.2华北平原湖泊营养物生态区2.2.1密云水库2.2.2白洋淀2.3东北湖泊营养物生态区2.3.1松花湖2.3.2镜泊湖2.4宁蒙湖泊营养物生态区2.4.1呼伦湖2.4.2乌梁素海2.5甘新湖泊营养物生态区2.5.1博斯腾湖2.5.2乌伦古湖2.6青藏高原湖泊营养物生态区2.6.1青海湖2.6.2纳木错2.7云贵高原湖泊营养物生态区2.7.1滇池2.7.2抚仙湖2.8东南湖泊营养物生态区2.8.1高州水库2.8.2新丰江水库参考文献第3章 人类活动对湖泊生态系统的影响3.1典型湖泊水质及水体光谱学分析3.1.1典型湖泊水质现状3.1.2典型湖泊水体光谱学分析3.2人类活动对典型湖泊生态系统的影响3.2.1人类活动对东湖水生生物类群的影响3.2.2人类活动对滇池水生生物类群的影响3.2.3人类活动对太湖水生生物类群的影响3.3湖泊自然富营养化与人为富营养化3.3.1呼伦湖、太湖和滇池磷的时空分布3.3.2呼伦湖、太湖和滇池水体中颗粒态有机磷含量3.3.3呼伦湖、太湖和滇池富营养化的过程和成因3.3.4自然富营养化与人为富营养化模式参考文献第4章 湖泊水体营养盐水平与源解析4.1不同区域湖泊营养盐水平及变化趋势4.1.1新疆湖泊营养盐水平现状与变化趋势4.1.2内蒙古呼伦湖营养水平现状及变化趋势4.1.3东北湖泊营养水平现状及变化趋势4.1.4江苏湖泊营养盐水平现状及变化趋势4.1.5云南湖泊营养盐水平及变化趋势4.2湖泊水生态系统中营养物源解析4.2.1太湖水体氮磷源解析4.2.2太湖沉积物内源污染特征4.2.3江苏西部湖泊沉积物内源污染特征4.2.4太湖氮磷大气干湿沉降特征参考文献第5章 湖泊营养物输入与富营养化动态响应5.1湖泊富营养化数学模型5.1.1营养物质负荷模型5.1.2浮游植物生态模型5.1.3生态动力学模型5.2湖泊生态系统中物质循环5.2.1湖泊生态系统中氮循环5.2.2湖泊生态系统中磷循环5.2.3藻型和草型湖泊中营养物的流动模式5.3湖泊水生生物对氮磷营养物的生态响应5.3.1不同富营养化程度下浮游植物群丛类型5.3.2水环境状况与浮游动物种类关系5.3.3湖泊水生态系统结构与营养盐浓度相关性5.4湖泊营养物输入与富营养化效应模拟5.4.1模型的建立5.4.2模型的简化与求解5.4.3模型参数的率定5.4.4太湖、滇池和呼伦湖浮游植物生长模拟5.4.5太湖、滇池和呼伦湖对营养盐输入响应的差异性参考文献第6章 湖泊生态系统区域差异性6.1中国湖泊水生态系统结构的区域差异性6.1.1湖泊浮游植物分布的区域差异性6.1.2湖泊浮游动物分布的区域差异性6.1.3湖泊底栖动物分布的区域差异性6.1.4湖泊水生高等植物分布的区域差异性6.1.5湖泊鱼类种类组成及其分布的区域差异性6.1.6中国湖泊水生态结构的区域差异性6.2湖泊生态系统对营养盐输入响应的区域差异性6.2.1湖泊总磷浓度与叶绿素a线性回归关系的区域化特征6.2.2湖泊水体叶绿素a与总磷浓度之间的质量结构模型6.2.3湖泊磷最大转化率的区域差异性6.3湖泊生态系统物种丰富度区域差异性6.3.1物种多样性测度指标6.3.2湖泊不同水生生物物种丰富度相关性比较6.3.3中国湖泊水体鱼类丰富度参考文献第7章 湖泊水生态系统分类体系7.1指导思想和分类原则7.1.1指导思想7.1.2分类原则7.2中国湖泊水生态系统分类7.2.1分类指标的遴选7.2.2湖泊水生态系统分类方法参考文献第8章 总结与展望8.1总结8.2展望8.2.1湖泊水生态系统类型演替机制8.2.2湖泊鱼类变化趋势与成因8.2.3湖泊水生态系统分类方法参考文献彩图

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《中国湖泊水生态系统区域差异性》编辑推荐：本丛书基于国家“十一五”水体污染控制与治理科技重大专项，其出版将对我国湖泊保护、综合治理及管理制度的创新产生重要而深远的影响。《中国湖泊水生态系统区域差异性》针对我国湖泊分布广泛、类型多样和成因复杂等特点，开展了全国湖泊水生态系统区域差异性调查和研究，为我国湖泊营养物基准和富营养化控制标准的制定提供了理论依据。

内容概要

杨柳燕，教授，博士生导师，南京大学环境学院副院长，污染控制与资源化研究国家重点实验室副主任，江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人。主要研究领域：湖泊生态学（特别是微生物生态学）；环境分子生物学；环境污染生物修复和污染物生物处理技术的研究与开发；生态安全研究和评估。主持国家水专项子课题、973项目、国家自然科学重点基金等科研项目多项。

章节摘录

第1章 湖泊生态系统及其影响因子分析第1章湖泊生态系统及其影响因子分析1.1 湖泊生态系统基本概念1.1.1 生态系统结构生态系统是指在一定空间中共同栖居的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统包括非生物成分、生产者、消费者和分解者四种基本成分。湖泊（含水库）及其流域不断产生和发展着的地质、地貌、水文、化学、生物等各种自然现象，彼此相互依存、相互制约，统一于湖泊及其流域这一综合体中，从而形成了一个完整的湖泊生态系统（杨文龙和王文义，1997）。湖泊生态系统具有结构多样性、功能复杂性的特征，湖泊水体中水生生物具有不同的生态位。湖泊中水生植物一般分布在浅水区和水的上层。在岸边，常见的植物有芦苇、香蒲等，在阳光能够直射水底的浅水区，睡莲等植物的根长在水底，叶片伸展在水面上。在水体的上层，有大量的浮游植物，其中单细胞的藻类居多，这些藻类在夏季大量繁殖，能使湖水呈现绿色。湖泊中的动物分布在不同的水层。浮游动物在水体中以浮游植物为食。以浮游植物或浮游动物为食的鱼类通常栖息在水体上层，如鲢鱼、鳙鱼等；以水草为食的鱼通常栖息在水体中下层，如草鱼等。螺蛳、蚬等软体动物栖息在水体底层，以这些软体动物为食的鱼通常也在水体底层生活，如青鱼等。湖泊水体中不仅有生产者、消费者，还有作为分解者的各种微生物，推动着物质的循环和能量的流动，从而维持生态系统的平衡。1.1.2 生态系统物质循环生态系统中物质循环是指生态系统中的生物成分和非生物成分之间物质往返流动的过程，是湖泊水体环境中的物质通过水生植物吸收，进入生态系统，被其他生物体重复利用，最后，再重回水环境中，这些物质再一次被水生植物吸收进入湖泊生态系统的过程。食物链和食物网是湖泊生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着食物链和食物网进行。湖泊水生植物通过光合作用合成有机质，它是湖泊捕食者和被捕食者群体有机质的主要来源。虽然某些水体（特别是水流速度较快的水库）主要可以从入湖河流和溪流中补充有机质，但大多数湖泊都存在一定数量的藻类和大型水生植物，进行光合作用合成有机质，维系其生态系统食物网中物质循环和能量流动。初级生产者（大型水生植物和藻类）通过光合作用所产生的部分有机质为鱼类等提供食物来源。从初级生产者到浮游动物，再到鱼类，不同营养水平组成湖泊食物链，通过食物网把其中的各个营养级联结起来。这些有机体都会产生排泄物并死亡，排泄物和残体由微生物分解产生可溶性有机物，这些有机物被细菌和真菌利用，分解产生的无机营养盐又被水生植物利用，形成湖泊生态系统的物质循环过程。1.1.3 生态系统能量流动能量是湖泊生态系统结构稳定的基础，一切生命都存在着能量的转化和流动。能量流动是生态系统的重要功能之一，能量流动可在生态系统、食物链和种群三个水平上进行分析。在生态系统水平上的能流分析，是以同一营养级上各个种群的总量来估计，即把每个种群都归属于一个特定的营养级中（依据其主要食性），然后测定每个营养级能量的输入和输出值。由于湖泊边界明确、封闭性较强、内环境较稳定，因此，这种分析多见于水生生态系统。食物链层次上的能流分析是把每个种群作为能量从生产者到顶极消费者移动过程中的一个环节，当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时，测定食物链每一个环节上的能量值，就可提供生态系统内一系列特定点上能流的状况。种群层次上的能流分析，则是在实验室内控制各种无关变量，以研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重要环境因子。湖泊生态系统中能量流动过程复杂。淡水植物（主要指藻类和水生高等植物）利用太阳能进行光合作用，能量就储存在植物中。通过食物链，植物被多层次（从低等无脊椎动物到高等脊椎动物）的消费者所摄食。未进入食物链的有机质，在微生物的作用下变为颗粒有机物（POM）和溶解有机物（DOM），再为其他生物所利用，从而实现能量流动。能量有大气和水界面的交换，有水和底泥界面的交换，即气相液相固相的相互交换，整个能量流动受季节变化等多种环境因素的影响（沈韫芬和蔡庆华，2003）。1.1.4 生态系统信息流信息流就是指生态系统中各种物理、化学的信息因素的传递。一般信息传递包括信源（信息产生）、信道（信息传输）和信宿（信息接收）三个基本环节。多个信息过程相连就使系统形成信息网，当信息在信息网中不断被转换和传递时，就形成了信息流。信息只有通过传递才能体现其价值，发挥其作用。（1）物理信息通过物理过程传递的信息，称为物理信息，物理信息的来源可以是无机环境也可以是生物，生态系统中的物理信息包括光、声、湿度、温度和磁力等。（2）化学信息生物在生命活动过程中，还产生一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，这就是化学信息。在湖泊水生态系统中，化学信息有着举足轻重的作用。在水生植物群落中，可以通过化学信息来完成种间的竞争，也可以通过化学信息来调节种群的内部结构。有时，在同一植物种群内也会发生自毒现象。在这些植物的早期生长中，毒素可能降低幼小个体的成活率。在动物群落中，可以利用化学信息进行种间、个体间的识别，还可以刺激性成熟和调节出生率，进行种群调节。（3）行为信息动植物的许多特殊行为都可以传递某种信息，这种行为通常被称为行为信息。（4）营养信息湖泊水体中营养物状况和食物的改变会引起水生生物在生理、生化和行为上的变化，这种变化所产生的信息称为营养信息，如被捕食者的体重、肥瘦和数量等是捕食者的取食依据，如湖泊鱼类小型化导致食肉性鱼类数量减少等。在湖泊生态系统中沿食物链各营养级生物数量和生物量具有一定的比例，即所谓的“生态金字塔”规律。根据这一规律，湖泊生态系统中的食物链就构成了一个相互依存、相互制约的整体。湖泊生态系统中的动物和植物不仅能直接对营养信息产生反映，而且需要借助其他信号手段进行调节。例如，当浮游藻类和大型水生植物的数量减少时，鱼类等动物就会离开原来生活水域，去其他食物充足的水域生活，以此来减轻同种群的食物竞争压力。1.2 湖泊生态系统影响因子分析各种环境因子影响湖泊生态系统的结构和功能，从而造成湖泊生态系统的区域差异性。这种环境因子包括温度、光照、水体透明度和水力停留时间等，初级生产者不同也影响生态系统的结构。1.2.1 温度浮游植物生物量和种群结构的时空差异性在很大程度上取决于水体温度的变化，其生理活动一般在高温时响应比低温时快，但温度太高又会影响浮游植物的生长。不同的藻类有各自最适宜的温度，由于最适温度不同，春季低温时水体中硅藻占优势，夏季绿藻和蓝绿藻占优势。对比太湖、滇池和呼伦湖这三个富营养化湖泊的蓝藻水华暴发情况可以发现，呼伦湖蓝藻水华暴发的规模和强度最小。呼伦湖仅每年8月暴发蓝藻水华，而太湖每年从5月底到11月初暴发，滇池则为常年暴发。呼伦湖水体中TP含量显著高于太湖和滇池，这表明营养盐不是造成三个湖泊蓝藻暴发差异的最主要因素。这三个湖泊所处地区≥10℃年积温有着较大的差异，其中滇池年积温最高，因此，温度可能是三个湖泊生态系统产生巨大差异性的主要因子之一。

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