浅水湖泊生态系统演化的模拟研究

富营养化、持久性有毒污染和生态系统退化是全球绝大多数浅水湖泊普遍面临的环境与生态问题，也是国内外湖泊科学家普遍关注的热点问题。本研究以浅水湖泊草型状态与藻型状态转化为重点，选择典型富营养化藻型湖泊（巢湖）和典型草型湖泊（龙感湖）为主要研究对象，采用野外采样分析、实验室和野外模拟实验、以及生态模型模拟计算等综合研究手段，从微观（基因、细胞和个体）到宏观（种群、群落和生态系统）多层次全面分析草型与藻型湖泊生态系统的基本特征、转化规律及其影响因素、关键过程及其动力机制，构建湖泊生态结构动力学模型，模拟湖泊草型状态向藻型状态的转化规律，预测现状草型湖泊生态系统在不同胁迫因素影响下、以及现状藻型湖泊生态系统在不同治理措施及其优化组合情况下的演化趋势。其成果，对于认识湖泊生态系统演化的规律、机理与动力机制具有重要理论意义，并为湖泊生态修复与环境管理提供理论依据。

研究浅水湖泊生态系统演化规律及其关键因素与驱动机制，对于湖泊生态恢复和生态保护具有重要意义。本研究以巢湖为研究对象，通过大量历史文献的收集整理、柱状沉积物生物地球化学指标的检测和计算、数理统计分析、以及生态模型反演等综合技术手段，完成了课题计划内容，获得了如下主要成果：1）评估了巢湖生态系统的现状特征，包括水体富营养化状态、有机物和重金属污染水平、表层沉积物中不同形态磷的组成与分布、浮游植物密度与群落构成、水体微生物数量和群落结构等；2）确定了现代巢湖发生沉水植物消亡和藻类爆发两次灾变的时间点，划分了现代巢湖生态系统的演化阶段，系统分析了影响演化的各种因素，查明了影响演化的关键因子，探讨了演化的动力机制；3）构建了生态结构动力学模型，反演了巢湖生态系统草型-藻型状态转化过程，评估了建闸对巢湖生态系统突变的影响，估算了巢湖草型-藻型状态转化的营养盐负荷阈值，预测了不同治理措施对巢湖生态恢复的影响；4）研究了氨态氮、铜、氧、微囊藻毒素、以及光质与光强对轮叶黑藻生长、抗氧化系统、以及基因损伤的影响，探讨了巢湖典型沉水植物（黑藻）消亡的主要因素与分子机制；5）查明了五种重金属（铜、镉、铅、铬、锌）、不同形态磷、化感物质肉桂酸乙酯和挺水植物黄菖蒲提取液对普通小球藻生理生态与光合作用的影响；6）查明了巢湖生态系统中PAHs、OCPs、PAEs和BDEs等典型毒害污染物的残留水平与组成特征、分配与富集规律、时空分布及其影响因素；7）构建了IV多介质逸度模型，模拟了PAHs和OCPs在巢湖生态系统中的多介质分布和跨界面迁移，分析了藻类爆发对PAHs多介质归趋与跨界面迁移的影响；8）构建了近百种典型毒害污染物毒性数据库和物种敏感性分布（SSD）模型，提出了基于SSD模型与Exergy指标的系统水平生态风险评价方法，开发了基于SSD模型和贝叶斯方法的生态风险评价软件平台，评估了巢湖水体典型毒害污染物对淡水生物的生态风险，确定了巢湖水体优控污染物清单；9）查明了沉积物中降解2,2’,4,4’-四溴联苯醚和6:2氟调聚物醇的主要微生物及其降解途径；10）比较了典型藻型湖泊巢湖与典型草型湖泊龙感湖的基本理化指标、溶解有机质含量与组成、以及常量与微量金属离子含量与组成等水化学特征。这些成果不仅有助于深入了解湖泊生态系统演化规律与动力机制，而且可为湖泊生态恢复与生态系统管理提供科学依据。