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我国湖泊富营养化和营养物磷基准与控制标准研究

揣小明  
【摘要】:湖泊富营养化问题是政府管理部门和湖沼学家重点关注的问题。制定营养物基准和控制标准被认为是控制湖泊富营养化的前提条件。本研究以我国新疆、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、江苏和云南7个省份的28个代表湖泊为研究对象,在进行大量历史资料调查的基础上,采用野外调研、原位试验和室内试验相结合的方法,同时运用概率统计、方差分析、相关性分析、线性回归、归纳推理以及构建数学模型等多种数学方法,研究我国若干湖泊生态系统状况(包括营养水平的演化趋势、藻型富营养化/草型富营养化、自然富营养化与人为富营养化、总磷(TP)与叶绿素a (Chl-a)现存量线性关系的区域化特征以及湖泊生态系统TP与生物量之间的质量结构模型)及其分类方法,并进一步提出若干湖泊TP的基准及其相应的控制标准。主要研究结果如下: 1.我国28个湖泊营养水平的变化趋势及现状分析表明,新疆各湖泊、草型湖泊固城湖和石臼湖以及云南深水湖泊抚仙湖和泸沽湖营养水平相对较低,其他湖泊均处于富营养化状态,且除了污染控制效果较好的太湖和玄武湖外,各个湖泊的营养水平仍呈现上升趋势; 2.藻型富营养化与草型富营养化的比较研究表明:①藻型富营养化湖泊(区)TP含量一直处于富营养化或超富营养化水平。蓝藻的衰亡动力学和磷(P)释放动力学显示藻华区P流动速率相对较快,导致藻华暴发期内溶解态P的含量处于很高的水平,如TDP/TP的比例超过30%;②草型富营养化湖泊TP含量也处于富营养化水平,水草生长期内TP、溶解态总磷(TDP)和溶解态无机磷酸盐(DIP)含量均很低,在水草衰亡期TP含量较高,如2009年12月,胥口湾水体TP含量的平均值为0.353mg.L-1,高于同期梅梁湾水体中TP浓度(0.303mg.L-1);③开展了草型湖泊与藻型湖泊初级生产力归一化研究,草型湖泊中水草生物量转化为等价叶绿素a (CHLequal)含量的定量关系式为K1=1000*(CHLequal-Chl-a)*H/Biomass (K1和H分别代表水草生物量向CHLequal的转化系数和草型湖泊(区)的水深);④水体中溶解氧(DO)、浊度(Turbi)、盐度(Sal)、塞式深度(SD)、电导率(EC)和Ch1-a是藻华暴发期湖泊(区)的主导性水质参数指标,而在水草生长期内变动最大的水质参数指标包括SD、Tem、 Turbi、DO和pH。 3.自然富营养化与人为富营养化的判定依据为:当自然干扰函数(N)值/人为干扰函数值(R)1时,湖泊水生态系统的营养水平受自然因素影响比较大;当N/R1时,湖泊水生态系统的营养水平受人为因素影响相对比较大。呼伦湖属于自然富营养化湖泊,气候的暖干化,冬季的冰封现象和夏季短暂的蓝藻暴发是导致呼伦湖营养盐含量发生时空变化的主要原因。入湖河流营养盐水平的提升,出湖河流转变为入湖河流,沉积物吸附营养盐能力较低以及水产品产量的下降加剧了呼伦湖富营养化的进程。太湖和滇池属于人为富营养化湖泊,入湖河流的输入是这两个湖泊营养盐的主要来源,人口密度过大、工农业的飞速发展以及城市化程度加剧等人为因素加速了其富营养化的进程。 4.通过对我国28个湖泊TP与Chl-a现存量之间进行线性回归,建立生态系统P流动特征的基本假设,初步建立了TP与初级生产力(Chl-a)之间的质量结构模型:Rmax=k0/(1-η)(Rmax,k0和η分别代表TP向初级生产力转化的最大转化系数Rmax,TP与Chl-a现存量线性回归方程的斜率和营养盐的传递效率),并拟合了我国各湖泊Rmax与积温(Tem)之间的定量关系:Rmax=0.001024*e0.001024*Tem,同时发现我国各湖泊存在积温的一个阈值范围3400℃·d~4730℃·d(10℃),当10℃积温小于3400℃·d时,生态系统中P素表现为慢速流动,3400℃·d~4730℃·d时为过渡积温范围,当10℃积温大于4730℃·d时,生态系统中P表现为快速流动。 5.将我国的28个湖泊进行分类:按照P流动特征分,可分为快速、中速和慢速流动特征湖泊;按照初级生产者的不同,可分为藻型和草型湖泊;按照人为影响程度分,可分为自然主导型湖泊和人为主导型湖泊;按照水深分,可以分为深水湖泊和浅水湖泊。 6.在湖泊生态分区的基础上,通过概率统计与Carlson模型相结合的方法,初步提出了28个湖泊TP的基准值和控制标准值。其中,呼伦湖TP基准和控制标准的参考值分别为0.08mg·L-1和0.20mg·L-1;太湖基准和控制标准的参考值分别为0.03mg·L-1和0.06mg·L-1;滇池基准和控制标准的参考值分别为0.08mg·L-1和0.15mg·L-1。 研究的结论为国家和地方环境管理部门进行湖泊生态分区和制定国家和地方性的营养盐标准提供基础数据。


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