《湖泊富营养化治理》复习题

湖泊富营养化治理复习题1简述我国淡水资源现状我国淡水资源总量虽达2.81012m3，在世界各国排名第六位，但人均占有水量只有约2500m3，不及世界人均占有量的1/4，排名第88位。我国是贫水国家，不仅水资源匮乏，而且污染非常严重，这就造成了水资源的结构性短缺。2什么叫湖泊富营养化富营养化主要是指N、P等营养盐类含量增加使湖泊、水库藻类数量和生物量增加的一种过程和现象。传统的富营养化定义是植物无机营养盐类输入，水体中浓度过高，促使藻类产量增加，水体缺氧。Cooke等将此定义作如下修改，即富营养化是过量的营养物质、有机物质和淤泥输入，从而导致湖泊、水库生物产量增加而体积缩小的过程。3我国湖泊富营养化状况按照国际标准，N达到0.2mg/L、P达到0.02mg/L即为富营养化。而我国很多湖泊的N达到1-5mg/L、P超过0.2mg/L，是国际标准的10倍或者50倍。4湖泊富营养化有哪些危害湖泊富营养化造成的危害日趋严重，主要表现为：1）藻类水华2）水生植物的生长3）缺氧4）物种的改变5）硝酸盐浓度的提高6）与水相关的疾病发病率增加7）对鱼类资源的影响5湖泊富营养化治理的三部曲湖泊富营养化治理通常采取三步曲的战略，即控制污染源（内源和外源）、恢复生态和水华控制以及实施流域管理。其中水生高等植物往往是恢复生态和水华控制的主要内容。6水生植物在湖泊修复中的作用水生植被恢复是湖泊生态修复的重要内容，也是总体治理效果的最后实现过程。水生植被的恢复不仅具有吸收净化功能、促淤防蚀澄清水质功能和抑制蓝藻功能，还可以为其它生物提供特殊生态环境，从而形成稳定的良性生态系统。7何谓水域生态修复的“三圈”理论？在湖泊生态修复中，应着重对浅水区的水生植物带，水陆交错的湖滨带和侵蚀区的陆生生态带进行生态修复。8富营养化的评价指标影响水体富营养化的因素很多，有自然因素和人为因素。按性质可分为物理、化学和生物三大类。物理指标 包括温度，色度，透明度，照度，辐射，平均深度，面积和水的停留时间等。化学指标 包括溶解氧，二氧化碳，氮，磷，BOD和COD等。生物指标 包括藻类种类组成，密度，生物量（叶绿素a），多样性指数以及浮游动物、底栖动物种类、数量和生物量等。其中磷和叶绿素是评价水体富营养化最主要的指标。9富营养化的评价标准评价湖泊水质标准有生态学标准和人类使用的标准。生态学标准是指湖泊生态系统达到自我维持和系统的稳定性，具有抵抗外部压力的能力。系统的生产量和呼吸量应大致平衡，具有比较复杂的食物网以减少某些种类的过度生长和野生种群数量的激烈波动。一般由本地物种组成的系统可以达到上述最佳状态。但是，湖泊生态系统结构功能十分复杂。理想的生态学水质目标不容易达到。大部分湖泊恢复工程是解决某些特殊的问题，如消除某些讨厌的生物、过量的化学物质或不良的物理状况，使湖泊比较适合于人类利用的目的。因此，评价湖泊的营养状况或湖泊恢复是否成功主要根据人类使用的标准，如是否符合渔业水质标准等。常用的评价指标有水的透明度、磷含量和叶绿素a浓度等水质的基本特征。一般按贫营养、中营养和富营养三个等级划分。10富营养化的评价和预测方法评价和预测湖泊营养状况常用的简单方法有：1单因子法（总磷、叶绿素、凯氏氮、透明度、导电率及N/P比率），2营养物质负荷法，3营养状况指数法，主4成分分析法，5评分法，6浮游植物群落产量和群落结构法等。以下介绍几种简单的预测模型和评分法。11营养状况指数法- TSICarlson主要根据夏季的样品建立叶绿素a与透明度、叶绿素a与总磷和透明度与总磷之间的关系式：InSD=2.04-0.68InChl，InChl=1.449InTP-2.616，InSD=3.876-0.98InTP。式中：Chl为叶绿素a浓度mg/m3，TP为总磷浓度mg/m3，SD萨氏盘透明度mCarlson根据透明度、总磷和叶绿素三种指标发展一种简单的营养状况指数- TSI评价湖泊富营养化的方法。计算式如下：TSI=60-14.41InSD(m)，TSI=9.81InChl(mg/m3)+30.6，TSI=14.42InTP(mg/m3)+4.1512多参数营养状况指数法上述Carlson1977年提出的营养状况指数（TSI）是根据总磷、叶绿素和透明度三种参数中的某一单项参数计算营养状况指数。分别计算三种单参数的营养状况指数，其均值即为多参数营养状况指数MTSI：MTSI=STSI(TP)+STSI(Chl)+STSI(SD)/3，STSI(TP)=7.67f(TP)+7.21，STSI(Chl)=3.05f(Chl)+0.95STSI(SD)=4.82f(SD)13综合评价法综合评估法是根据与湖泊营养状况有关的多种指标进行综合评估的方法。选择的指标包括总磷，总氮，透明度，BOD，叶绿素a，细菌总数，浮游植物生物量和数量，浮游生物量和数量共10个。评价程序是首先确定不同等级营养状况各种指标的变化范围，按正态分布建立各个指标的隶属函数，然后利用监测值建立各种指标的分布函数，再应用模糊数学中的贴和度原则对湖泊进行评价。14点污染源是指有相对产生范围或位置并有固定排放点的污染源，它的特点是污染物排放地点固定，所排放污染物的种类、特性、浓度和排放时间相对稳定。由于污染物集中在很小的范围内高强度排放，故对局部水域影响较大。对湖泊水环境造成影响的点污染源主要有两类工业废水和生活污水。 15非点源污染源非点源污染源是相对于点源而言的，除工业废水、生活污水等具有固定排放口的污染源以外，其他的各类污染源均统称为非点源也称为面源。根据入湖途径不同，湖泊非点源可划分为直接入湖非点源与经由流域地表间接入湖非点源两大类。16非点源污染特征晴天积累、雨天排放、没有固定发生源的最基本特征，除此以外，农村非点源还具有以下特点。1)污染物的性质与负荷受气候、下垫面以及人类活动方式与强度等多种因素影响，具有区域性；2)受气候影响，污染物的行为在失控上不连续和不确定，随机性很强，但是年内第一场暴雨是最重要的；3)非点源的监测、定量化、管理以及污染控制都比较复杂。17生态工程设计原理生态工程是根据生态系统中物种共生、物质循环再生等原理设计的多层分级利用的生产工艺。也是一种根据经济生态学原理和系统工程的优化方法而设计的能够使人类社会、自然环境均受益的新型的生产实践模式。费用低、污染少、资源能充分利用是生态工程的最大特点。18生态工程设计的指导思想如下：强化第一性生产者，生态学阐明第一性生产者是绿色植物，要发展生产，振兴经济，改善不良生态环境，必须首先种花种树，增加植被覆盖，从根本上改变旧的、落后的生态系统模式；生态环境协调统一，生态学阐明环境适应性原理，根据各地地形，水土资源在三维 空间的分布规律与其二者的和谐性，坚持因地制宜，合理配置； 生态系统总体最优，采用系统工程学中的优化方法，建立线性规划数学模型，确实 保证方案总体最优。19湖泊内污染源包括哪些？湖内污染源指湖内养殖、旅游、船舶、污染底泥以及大气干、湿沉降等与湖泊直接接触，排放形成的污染物，不经过输移等中间过程而直接进入湖泊(水体)的湖泊污染源。其 中大气的干、湿沉降过程在湖泊污染控制中属不可控因子。20湖内网箱养鱼密度确定原则在我国常见的浅水湖泊(平均水深5m左右)网箱均匀分布的情况下，投饵网箱养鱼负荷力.约为3000kg/ha，面积比为0.4%。这个实验结果与国内外专家的有关研究和网箱负荷力结果接近。鉴于最佳负荷量要小于最大负荷量，以及养鱼生产中网箱不可能完全均匀分布，同时考虑到大水域的污染，建议将实验结果加上25% 35%的安全系数，湖泊网箱养鱼最大负荷应为18502250kg/ha左右，相当于网箱面积与湖泊水面面积比为0.24%0.30%。21马来眼子菜是什么类型的水生植物？马来眼子菜属于沉水植物 和浮叶植物间的过渡类型。22水生植物分为哪几个类群湿生植物比如河柳、水杉、池杉等，挺水植物如芦苇、茭草、蒲草等；浮叶植物如睡莲、芡实等；沉水植物常见种类以眼子菜科、水鳖科、茨藻科、金鱼藻科植物占优势；漂浮植物常见种类如凤眼莲、喜旱莲子草、水浮莲、槐叶萍、满江红等。23漂浮植物喜肥、耐污，许多种类被用于净化污水和饲料生产。24芦苇的分布水深是多少? 芦苇的分布水深一般不超过1米，在水位季节性波动比较大的湖泊中，挺水植物在短期内甚至可以适应3米以上的水深，但不能忍受长期的淹没。25沉水植物对水深的适应性最强，其生理下限可以达到1 01 2 m。在一般湖泊中，沉水植物的分布受到水下光照条件的严格限制，大部分沉水植物对水下光照条件的最低要求为水面光照强度的5，其分布下限一般不超过湖水透明度的2.5倍。26为什么沉水植物耐污性比较差？因为沉水植物的茎叶沉没于水下，与湖水充分接触，水质污染不仅会降低湖水的透明度，减弱水下光照；而且污染物附着在植物茎叶表面，直接影响光合作用。 27举例说出与沉水植物互利共生的种类 28大型水生植物在湖泊生态系统中的功能 1)吸收净化功能；2)促淤防蚀澄清水质功能；3)抑制藻类功能；4）为水生动物提供特殊生态环境5)二次污染问题 29湖泊中水生植物与环境的协同演替1） 湖泊淤浅过程中的水生植被演替2 ）湖泊富营养化过程中的水生植被演替30浅水湖泊生态系统的多态理论 浅水湖泊生态系统的多态理论认为，在贫营养阶段，大型水生植物和藻类的生长均受到营养缺乏的严格制约，湖水处在泥沙质浑浊状态，或者称之为“原始混沌状态”。随着营养元素的逐渐积累，就有可能分化出两条演变途径：一条途径是沉水植物的不断发展抑制了浮游藻类，形成的水生植被减弱了风浪强度及其对湖底的冲刷，增强了湖泊的污染自净能力，污染物质可以通过沉积、生物转化、生物同化、生物产品收获等途径离开水体，湖水变清且营养水平上升比较缓慢，这种状态称为“大型植物占优势的清水状态，简称为“草型清水状态，这是一种高度有序状态。另一条途径是浮游藻类的不断增长抑制了沉水植物，沉积物的再悬浮作用比较强烈，增加了湖水的浑浊度；营养盐的生物输出和沉积输出减少，湖水营养水平上升比较迅速，这种状态称为“浮游藻类占优势的浊水状态”，简称为“藻型浊水状态，这是一种无序状态。推动这种两态分化的原动力是外源营养元素的不断输入，形成这种分化的内在生物因素是沉水植物与浮游藻类之间的竞争排斥特性，决定分化方向的内部环境因素是湖泊的物理环境特征，在某些情况下人类的干预有可能改变分化方向和演变速度。31湖泊水生植被恢复技术水生植被恢复是一项系统工程，需要科学的设计，并巧妙地利用各种环境工程技术和生态工程技术。恢复水生植被是一个十分严谨的过程，它包含了目标水生植被的优化设计、适宜环境条件的创建、一系列的水生植物引种栽培与种类更替、植被管理等环节，任何一个环节的疏忽都有可能导致全面的失败，造成巨大的损失。32制约水生植物生长的主要环境因子制约水生植物生长的主要环境因子是：水温、光照条件、pH值、水中营养盐含量、溶解氧和底质条件等。(1)水温：不同的沉水植物对水温有不同的适应能力，但总的来说，沉水植物对低温有较好的适应性，最适宜生长的温度为1530，当水温超过30时，多数水植物难以生长。(2)光照条件：浮叶和挺水植物受水下光照条件的影响较小，水下光照条件主要影响着沉水植物进行光合作用的能力。一般认为，水底光照强度不足入射光的1时，沉水植物就不能定居。实验室实验结果表明红线草、狐尾藻、金鱼藻、黑藻等沉水植物的适宜光照强度范围为2000025000Lux。(3)pH值：多数沉水植物对pH值的耐受范为412之间，适宜范围为610之间。(4)水中营养盐含量(5)底质条件：底质是沉水植物根系的固着点，又是沉水植物生长所需矿质元素的主要来源。当底质作为沉水植物根系固着点时，其对沉水植物生长的影响主要是其物理性质。33 优化设计在富营养化湖泊大型水生植物恢复中，物种和群落是恢复生态系统的主体。恢复物种和群落的选择是恢复成败的关键因素之一。合理优化的群落配置是提高效率形成稳定可持续利用生态系统的重要手段。1)先锋物种的选择 先锋物种的选择是在对水生植物生物学特性、耐污性、对N、P去除能力及光补偿点的研究的基础上，筛选出几种具一定耐受性的，能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种，同时为水生植物群落的恢复提供建群物种。物种选择原则a适应性原则，所选物种应对湖泊流域气候水文条件有较好的适应能力；b本土性原则，优先考虑采用湖内原有物种，尽量避免引入外来物种，以减少可能存在的不可控因素；c强净化能力原则，优先考虑对氮、磷等营养物有较强去除能力的原则；d可操作性原则，所选物种繁殖、竞争能力较强，栽培容易，并具有管理、收获方便，有一定经济利用价值等特点。确定种类。根据上述基本原则，并在广泛调查的基础上，结合原有水生生物种类，进行恢复先锋种的选择。2）群落配置一般来说，水生植物群落的配置应以湖泊历史上存在过的某营养水平阶段下的植物群落的结构为模板，适当地引入经济价值较高、有特殊用途、适用能力强及生态效益好的物种，配置多种、多层、高效、稳定的植物群落。人工植物群落的构建主要包括如下两个方面的内容。a.水平空间配置：水平空间配置指湖泊不同的收污水域或湖区上配置不同的植物群落。依据恢复目标的不同，所配置的植物群落可分为生态型植物群落和经济型植物群落。b.垂直空间配置：水生植物群落的生长和分布与水深有密切的关系,在进行群落配置要考虑不同生活型植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求。群落配置时从湖岸边至湖心，随水深的加深，分别选用不同生活型或同一生活型不同生长型的水生植物，这些物种分别占据不同空间生态位，能适应不同水深处光照条件，以它们作为建群种形成群落。34恢复水生植被基本条件的创建（1）蓝藻水华的控制；(2)风浪的控制；(3)沿岸带浅滩环境的创建；(4)污泥的清除；(5)水深的调控； (6)水质的改造35恢复水生植被的技术途径1)挺水植物的恢复 恢复挺水植物一般无须任何演替过程，在确定目标植被的空间分布和种类组成之后，可以直接进行种植。芦苇、茭草、香蒲等挺水植物种类大多为宿根性多年生，能通过地下根状茎进行繁殖。这些植物在早春季节发芽，发芽之后进行带根移栽成活率最高。2)浮叶植物的恢复浮叶植物对水质有比较强的适应能力，对湖水水质和透明度要求不严，可以直接进行目标种的种植或栽植。3)沉水植物的恢复沉水植物与挺水和浮叶植物不同，它生长期的大部分时间都浸没于水下，因而对水深和水下光照条件的要求都较高。沉水植物的恢复是湖泊水生植被恢复的重点和难点。沉水植物恢复时，应根据湖区沉水植被分布现状、底质、水质现状等因素，选择不同生物学、生态学特性下先锋种进行种植。在沉水植被几乎痕迹、光效应差的次生裸地上，应选择光补偿点低、耐污的种类建出先锋群落。同时，先锋种还需能产生大量种子，植株地生能力强，有利于扩大分布。在光效应较好，尚有一定面积沉水植被残存的湖区，可选择具中等耐污和较高光补偿点的种类为先锋种。湖泊水质较硬时，应当选择易于扎根的种类进行种植。湖区污染严重，直接种植沉水植物难以存活时，可先移植漂浮植物如凤眼莲、大藻等或浮叶植物菱对湖水先进行净水，待透明度提高后再种植沉水植物，建立先锋群落。沉水植物恢复时，应从水浅的岸边开始，并在低水位季节进行。35湖滨带的定义根据联合教科文组织的人与生物圈计划（MAB）委员会对湖滨带的定义为：湖滨带是湖泊流域中水域与陆地相邻生态系统间的过渡带，其特征由相邻生态系统之间相互作用的空间时间级强度所决定。35湖滨的功能 湖滨带的功能可以分为3个方面:环境功能、生态功能和经济美学价值。环境功能包括湖滨带的截污和过滤功能，改善水质功能，控制沉积和侵蚀的功能。生态功能包括湖滨带的保持生物多样性功能，鱼类繁殖和鸟类栖息的场所，调蓄洪水和 稳定相邻的两个生态系统。36湖滨带生态恢复的目标、原则和主要内容 湖滨带生态恢复的基本目标(1)湖滨带生态恢复的目标根据不同的社会、经济、文化与生活需要，人们往往会对不同地理位置、不同类型、不同功能的湖滨带制定不同水平的恢复目标，但是无论什么类型的退化湖滨带，应该存在一些 基本的恢复目标。湖滨带生态恢复的基本目标如下。要建立过渡带结构；实现地表基底的稳定性；恢复湖滨带的生态环境及栖息其间的动植物群落； 保持湖滨带功能尽可能高的多样性；减少或控制环境污染；增加视觉和美学享受。(2)湖滨带生态恢复要满足的条件要达到湖滨带生态恢复的上述目标，对湖滨带的生态恢复来讲，必须尽可能地满足如下条件。维持湖泊和陆地系统间某一规模以上尽可能大的过渡带规模； 尽可能发挥湖滨带的截污和过滤功能，使湖滨带的水质净化潜能达到最大值，为防 治湖泊的水质污染和富营养化做出贡献； 为土著动、植物物种提供合适的生态环境，同时也应允许因为某些特殊需求而引进的外来物种在特定地点生存；对湖滨带群落的生物生产过程进行控制，维持在某一水平上的动态平衡，满足人们多方面的愿望；尽可能与普遍接受的土地利用和湖泊功能保持一致； 尽可能补偿湖滨带的土地和湖面占用所带来的经济损失，以利区域经济可持续发展。37湖滨带生态恢复的基本原则湖滨带生态恢复工程设计的基本原则如下：设计要求因地制宜，生态恢复设计必须紧紧围绕当地的自然、社会和经济条件进行， 设计的创新性不在于组成的各单项技术，而在于因地、因类的优化组合； 设计的系统有多个目标，其中至少确定一个主要目标，其余为次要目标； 设计着眼于系统的功能，特别是环境功能，而不是形式；设计的系统必须与周围的景观相协调，而不能与之对抗； 设计的系统的维护需求应该很少，能够充分利用自然能； 设计的系统应该具有生态交错带特征；系统的结构功能应达到整体优化。38湖滨带生态恢复的主要内容湖滨带的生态恢复就是在湖滨带调查、类型划分和主要环境因子辨识的基础上，按照生态学规律，利用种群置换手段，用人工选择的组分逐步取代现有的退化系统组分，人工合理 调控湖滨带结构，去除人为压力后，压缩在自然条件下需要几十年乃至数百年的演替过程， 使受害或退化生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程。 湖滨带生态恢复设计的主要内容包括：物理基底设计、生物种群选择、生物群落结构设计、节律匹配设计和景观结构设计。39生物群落结构设计的主要内容有:各种群落组成的比例和数量，种群的平面布局，生物群落的垂直结构等。生物群落结构设计的基在原理是:生物的互利共生原理、生态位原理、生物群落功能原理等。目前，由于对生物种间关系机理研究还不十分清楚，生物群落结构的设计需要有一定经验，并且很难一次到位。40节律匹配设计自然环境因子的时间节律和生物的机能节律都不是一成不变的，这种变化规律十分明 显。在湖滨带生态恢复的种群选择和群落结构设计的过程中，充分利用不同生物的机能节律与当地环境节律的合理配合，就可以充分利用生态位，做到环境资源的合理利用。41景观结构设计景观是由相互作用的景观元素(斑块、廊道和模地)组成的，是具有高度空间异质性的 区域，并以相似的形式重复出现。斑块、廊道、模地在景观中的分布是非随机的，具有多种景观构型。景观结构设计就是通过对原有景观要素的优化组合或引入新的成分，调整或构造新的景观格局，从而创造出优于原有景观生态系统的生态环境效益和社会经济效益，形成新的高效、和谐的人工-自然景观。42湖滨带可以划分为不同的类型：根据地形条件划分，湖滨带的主要类型有：河口型、堤防型、滩地型(包括湿地)和陡 岸型(包括岩岸和砾石岸)等。根据使用功能划分，湖滨带类型主要有:农田型、鱼塘型、村落型、码头型、湖滨公园型、湖边休闲地型和旅游景点型等。43水生植被恢复工程技术水生植被在湖滨带中占据统治地位，水生植被的恢复对湖滨带的恢复至关重要，湖滨带的所有功能都与水生植被有关，同时水生植被还能提高水体透明度，抑制藻类暴发。在湖滨带内应尽可能创造条件，按照健康湖滨带的结构，通过多种技术手段，适度恢复水生植被， 优化水生植被的群落结构。该项技术适用于整个湖滨带。44生物操纵技术的主要原理是：通过调整鱼类群落结构，保护和发展大型牧食性浮游动物，从而控制藻类的过量繁殖。45非经典生物操纵技术所依靠的放养对象正好是经典生物操纵论者要求捕除或毒杀的对象。非经典生物操纵技术在我国已有成功实践，并引起国内外学者广泛关注。46生态渔业工程生态渔业工程以水生生物内部的互适性及其对水域环境的适应互补性为设计和实践的基础。在设计多层次养殖时，种内和种间的互相作用，即竞争、一般共生、互利共生等各种关系，是设计时必要考虑的因素。如将草鱼、白鲢、花鲢、鲤鱼混养。并适量投放青鱼是一种 互利共生的好模式。各种有机体在自然平衡的生态系统中，占有不同的生态位，摄取不同层次的物质和能量。根据上述原理，近几十年来，我国生态渔业工程已有了长足的进展，各种混养模式和人工调控方式很多。如：库(塘)复合混养；桑基鱼塘；湿地养鱼生态工程，围网养殖、网箱养殖、稻田养鱼等。47 水生植物分为哪几个类型？熟悉各个类型的主要代表种。48各类型水生植物对生态条件有什么要求？13