五里湖生态系统ECOPATH模型的构建与评估

论文摘要

五里湖又名蠡湖,是太湖深入无锡境内的浅水湖湾,在城市饮用水源地、工业用水取水、农业养殖、景观娱乐等多方面发挥作用。为了评价五里湖放养滤食性生物对生态环境的影响,鉴于目前存在的三种水生生态系统的建模方法(单种群模型、多物种虚拟模型和基于食物网的生态系统模型即EwE模型)的优缺点,构建了不同年份五里湖的EwE模型。EwE模型以友好的界面和强大的功能对水生生态系统进行模型化计算,成为目前分析水生生态系统的有力工具。对五里湖进行多年的生态学原位研究,五里湖的DO值明显上升,TN呈下降明显,透明度有所降低,全湖的水质有所好转。利用EWE6.0构建2009五里湖生态系统的生态通道模型包括大型鲌、其他食鱼性鱼类、湖鲚、鲤、鲫、野杂鱼、鲢、草食性鱼类、大型虾蟹类、软体动物、其他底栖动物、浮游动物、沉水植物、其他维管束植物、浮游植物、碎屑等17个功能组。各功能组的营养级范围为1～3.958,能量流动主要流经6个整合营养级,来自初级生产者的能量效率为4.8%,来自碎屑的传递效率为4.1%,平均传递效率为5.7%；经过生态网络分析得出,生态系统功能组直接来源于碎屑的比例占总流量的60%,来源于初级生产者的比例为44%；生态系统特征参数,总初级生产计算量／总呼吸量(TPP/TR)、连接指数(CI)、系统聚合度(A)、Finn’s循环指数(FCI)、Finn’s平均能流路径长度(FCL)和系统杂合度(SOI)分别为1.154、0.243、0.292、0.168、3.909、0.106。表明五里湖生态系统目前处在趋于成熟时期,但种群间连接松散；增殖放养的滤食性生物对生态系统产生明显的下行效应,使得其他功能组生物分布在较小的营养级范围内。建议控制滤食性生物的生物量、增加凶猛性鱼类的数量和栽种水生植物以增加生物修复过程中湖泊生态系统的稳定性。本研究根据五里湖放养滤食性生物的前期(2006年)、中期(2007年)、后期(2009年)分别建立了五里湖生态系统三个生态通道模型。连接系数(CI)逐年上升,说明了五里湖生态系统内部的营养物质在逐步的被充分循环利用；TPP/TR值逐年上升,而体现出生态系统的发育程度越来越低,主要是消费者过多而生产者的生物量不够所致。Finn’s循环平均能流路径长度(FCL)逐年分别为：3.909(2006年)、3.436(2007年)、3.393(2009年),放养的滤食性鱼类在物质循环起到阻碍作用。经过MTI分析得出鳙鱼对生态系统的正面影响高于其对生态系统的负面影响,而鲢鱼则相反。滤食性的贝类、螺类对生态系统中正面影响的功能组数目小于受到负面影响的功能组数；在生态位的重叠程度上来看,鲢鱼、软体动物对生态系统的影响较大,而鳙鱼与其他功能组基本没有改变。从生态系统的总消耗量(TQ)、营养物质总流通量、初级生产力、总呼吸量(TR)、流向碎屑总量(TDE)、总生产量(TP)、系统总产量逐年呈上升趋势,即随着滤食性生物的增殖放养,五里湖生态系统的总体生产力有较大的提高。

论文目录

• 术语列表
• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 第一节 生态模型的研究进展
• 1 个体及种群模型
• 1.1 种群动态增长模型
• 1.2 种群间的相互作用模型
• 1.3 矩阵模型
• 2 群落与生态系统
• 2.1 动态的生物地球化学循环模型
• 2.2 湿地模型
• 3 生态毒理学模型
• 4 生物圈与地球生态系统网络模型
• 5 应用前景
• 第二节 EwE模型在评价渔业水域生态系统中的应用
• 1 EwE原理和模块简介
• 1.1 EwE模型的基本原理
• 1.2 EwE模型的模块简介
• 2 EwE在渔业水域生态系统中的应用
• 2.1 评价渔业活动对水生生态系统的影响
• 2.2 分析水域生态系统能量流动效率和营养结构
• 2.3 对渔业水域生态系统进行对比研究
• 2.4 评价渔业生态系统在环境变化时受到的影响
• 2.5 为制定相应的渔业管理政策提供依据
• 3 EwE在我国渔业管理中的展望
• 第二章 五里湖实施“净水渔业”的生态学特征研究
• 第一节 五里湖理化环境特征及时空动态
• 1 材料和方法
• 1.1 研究位置概况
• 1.2 采样点设置和采样频率
• 1.3 水样采集及样品保存、实验方法
• 2 结论
• 2.1 PH值
• 2.2 总氮
• 2.3 总磷
• 2.4 叶绿素A
• 2.5 透明度
• 2.6 温度
• 2.7 溶氧
• 3 结论
• 第二节 五里湖浮游植物的生物量及其变动分析
• 1 材料和方法
• 1.1 采样点的设置
• 1.2 采样和样品处理方法
• 2 结论
• 2.1 五里湖浮游植物的月平均生物量分析
• 2.2 五里湖浮游植物的生物量变动
• 第三节 五里湖浮游动物的生物量及变动分析
• 1 材料和方法
• 1.1 采样点的设置
• 1.2 采样和样品处理方法
• 1.3 计数
• 2 结论
• 第四节 底栖动物的调查与水质分析
• 1 材料与方法
• 1.1 采样点站位和采样频率
• 1.2 底栖动物的采集与样品处理
• 1.3 底栖动物多样性指数和多样性指数
• 1.4 理化指标的测定
• 1.5 统计分析
• 2 研究结果
• 2.1 水质结果分析
• 2.2 五里湖底栖动物的群落结构
• 2.3 生物多样性
• 2.4 底栖动物群落与水体理化指标的关系
• 3 讨论
• 3.1 水环境条件与底栖动物分布的特点
• 3.2 生物多样性指数与水质评价
• 3.3 底栖动物随时间的变化特点
• 第五节 水生植物和鱼类生物量的调查
• 5.1 水生植物调查
• 5.2 鱼类及虾蟹类的调查
• 第三章 五里湖ECOPATH模型的建立
• 第一节 ECOPATH模型的建模步骤和要求
• 1 资料收集和整理
• 2 功能组的划分
• 3 模型平衡的调整
• 第二节 五里湖ECOPATH模型功能组构建和参数估计
• 1 功能组的设置
• 2 各功能组参数估算
• 2.1 鱼类相关参数的估算
• 2.2 虾蟹类相关参数的估算
• 2.3 底栖动物相关参数的估算
• 2.4 浮游植物相关参数的估算
• 2.5 浮游动物相关参数的估算
• 2.6 水生植物相关参数的估算
• 2.7 碎屑生物量的估算
• 3 食物组成的估计
• 3.1 消化管（肠、胃）充塞度
• 3.2 食物种类定性
• 4 未同化食物比例的估计
• 5 模型可信度的评价
• 第三节 2009年五里湖生态系统ECOPATH模型分析
• 1 材料和方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 生态系统的能量流动分析
• 2.2 能量转换效率的林氏锥分析
• 2.3 营养级间能量转换效率分析
• 2.4 各功能组的营养交互关系
• 2.5 生态系统循环路径长度
• 2.6 生态系统的总体特征
• 3 小结
• 第四章 净水渔业对五里湖生态系统的结构和功能的影响
• 1 模型构建
• 2 结果分析
• 2.1 生态系统系统食物链和营养级的改变
• 2.2 生物量的变化
• 2.3 混合营养动力影响（MTI）分析
• 2.4 生态位重叠分析
• 2.5 系统总流量及营养流分布
• 2.6 五里湖生态系统食物网连接程度的比较
• 2.7 五里湖生态系统的发育成熟度分析
• 2.8 系统的生产力和系统规模分析
• 3 讨论
• 3.1 五里湖各生物功能组的营养级变动
• 3.2 放养的滤食性生物前后,生态系统的各功能组生态位的影响
• 3.3 放养的滤食性生物对生态系统发育和稳定性的影响
• 3.4 滤食性生物的放养对生态系统的影响
• 全文结论
• 参考文献
• 附录1 五里湖生态系统ECOPATH模型的功能组
• 附录2 2006年五里湖生态系统模型食物组成
• 附录3 2007年五里湖生态系统模型食物组成
• 附录4 2009年五里湖生态系统模型食物组成
• 附录5 2006年五里湖生态系统模型基本输入和参数表
• 附录6 2007年五里湖生态系统模型基本输入和参数表
• 附录7 2009年五里湖生态系统模型基本输入和参数表
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间参加的会议及科研项目