中国过去40年间长江三角洲太湖生态系统的健康评价外文翻译资料

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中国过去40年间长江三角洲太湖生态系统的健康评价

摘要：自1960年到2005年，在中国东部地区中太湖生态系统健康的评价是使用独立及聚合的化学和生物指标评估的。自1980年以来，化学需氧量、总氮,总无机氮和总磷控制浓度,TN和TP摩尔比率(N / P)的比例均显著增加(P lt;0.05)。营养状态指数从1960年的35.0增加到1990年的60.0,表明太湖湖从寡营养状态过渡为了富营养状态。水质的变化也导致了在相应的许多水生物种的密度和生物量及物种结构的变化，自1980年代末以来赤潮发生的愈加频繁,这导致了小型浮游动物和底栖无脊椎动物的优势处境和统治地位。湖中约有41种鱼类,65种浮游生物和16种大型植物物种于1980年代末灭绝消失。水体的缓冲能力使浮游动植物有增加情况，但减少了底栖动物的数量。以上结果均表明,太湖湖生态系统在1960年前有更好的水质状态,而自1980年以来水质不断恶化。

环境质量的不断恶化也引起了生态系统健康水平的关注。一个健康的生态系统能够保持其生物完整性，并随着时间的推移逐渐适应环境压力。有研究指出,生物群落的结构状态是导致生态系统变化的敏感指标之一。因此若要保证良好的生态系统状态，保持健康良好的生态系统生物多样性是重要先决条件。

水生生态系统受人为影响而出现富营养化在全世界均有案例发生。一般来说,由于人为对于水体的破坏，一个湖可能从一个水质情况良好的、以大型水生植物为主导的生态系统转变为水质浑浊、以浮游植物为主导的生态系统。底栖大型无脊椎动物、浮游动植物和鱼的生物构成与生物量也会发生变化。以上这些水体中动植物的变化已经被用作生物逻辑指标来评估水域微观生态的健康情况,包括湖泊、河流、海洋海湾和海洋。

太湖流域位于中国长江三角洲发展地区,是中国最大的浅水湖。自1980年代以来,有大量污染物未经任何处理即直接排入湖中。举例来说,在过去的几年里,每年有超过31*10⁹吨的来自城市的生活污水和农田流出的农业径流排入太湖中。污染和富营养化已经深深影响了水体中的物种组成、营养状态、鱼类生产、污染物净化能力和湖水提供饮用水质量。虽然社会各界已经尽最大努力控制污水负荷，但水质恶化仍然是太湖湖所面临的一个关键问题之一。对水质的许多研究，例如水体富营养化，藻类和局部或季节性健康评估，已经在太湖进行。但整个湖面的生态系统的健康情况仍然需要极大关注。这项研究的目的是：（1）使用一组生物学指标用于评估太湖生态系统健康，（2）提供有助于有效管理太湖水质情况的见解，并推广比较至世界上其他富营养化湖泊。

方法

研究领域

太湖是中国五大淡水湖之一，总面积2338平方公里。太湖位于中国东部的长江三角洲，（图1）浅湖的平均深度1.9米和平均体积44.2979108立方米。

太湖流域是中国人口最稠密的集约养殖的地区之一，拥有大约32万居民，可用于农种的耕地的约75％用于种植水稻。太湖流域总面积的41％（15.19105公顷）是农田。该地区凭借湖泊所环绕的五个大型城市，也是世界上经济最发达和城市化进程最迅速的地区之一。此外，此地区有200多个不同的河流流经附近城市后将高污染废水附近的城市排放入湖中。太湖水体富营养化随着经济增长和城市化进程加快而增高。地表水的化学需氧量CODCr：农业（61.7％），工业（25.4％）和其他人为派生活动（12.8％）。

评估程序和标准

我们首先描述了涉及到水质评价的主要湖泊学参数，然后选择一组生物指标来评估湖泊的生态系统健康。这些指标及其用途的简要说明如下。

底栖大小：定义为新鲜重量由密度为湖底的给定区域计算;在湖底发现的动物值越大，其生态系统的健康状况越好。

浮游动植物密度比：较高的值意味着一个更好的生态系统的健康状态。

大型浮游动物小型浮游动物比值：大型浮游动物（体长大于1mm）与小型浮游动物（体长小于1mm）的比值，比值较高代表着一个更好的健康的状态。

沉水植物（相对于水生植物总数子合并物种数量）的比例：较高的值意味着一个更好的生态系统的健康状态。

在生态系统水平，我们使用了缓冲能力（BC）作为总指标来评估生态系统，其计算公式为：

其中，变量包括所有的独立指标，如浮游植物大小，底栖动物大小，浮游植物生物量，浮游动物浮游植物密度比，大型浮游动物的小浮游动物的比例，和沉水植物的比例;激励函数采用总氮（TN），总磷（TP），化学需氧量和N：P比。较高的绝对BC值意味着更好的生态系统的健康状态。

营养状态指数（TSI）也被用来评估湖的富营养状态，被定义为如下：

数据收集和处理

历史化学和生物数据是从各种来源获得。当前化学数据来自江苏省环境保护局（2005年）网站，并从我们的实地调查获得当前生物数据。生物体用从太湖长期水质监测计划的主要数据进行计算。

年平均值作为基础来衡量水质的趋势,从1960年到2005年的时间跨度是一般分为三个或四个时期：1960年，上世纪80年代，90年代和2000年代。这有利于生态系统健康的动态评估。在不同的时间跨度之间的变量值的差异采用SPSS Windows（版本13.0）进行分析。

结果

1960 - 2005年期间，太湖水质变化情况。

从1960到20世纪80年代，太湖水中的COD显著上升，从80年代到21世纪初（Plt;0.05）。 从1960到20世纪80年代，TN显著上升（Plt;0.05），然后从20世纪80年代至21世纪初增加较缓慢。1960到20世纪90年代，总无机氮（TIN）（Plt;0.05）显著增加。2000年的TN和COD分别高于1960年的32.16和3.61倍。在20世纪80年代和90年代期间，TP显著上升（Plt;0.05），然后在2000年下降了7％。

与此相反，如图2显示在过去40年来太湖水质的动态情况。不同的字母在每列表示的值之间在不同时间跨度上的相同变量有显著差别。总氮，TIN ，COD，高锰酸盐指数，总氮总氮，TP总磷，SRP可溶性活性磷。C的浓度为叶绿素a。 N / P和TSI的D值。基于COD，总氮，总磷和叶绿素a N / P总氮和总磷的摩尔比，TSI营养状态指数计算

可溶性活性磷的浓度（SRP，表示为POP4-P）在1960至1990间下降。叶绿素的浓度从20世纪80年代到20世纪90年代有所增加，但它在2005年有所降低。摩尔N / P比显著降低（Plt;0.05），从20世纪80年代到90年代，在2000年稍微上升。该TSI（COD，总氮，总磷和叶绿素计算a）在1960至1990间显著增加（Plt;0.05）。

1960年- 2005年期间，太湖流域动态变化。

在过去的40年中，而他们的产品或生物量急剧增加，从宏观来说，底栖动物和鱼类物种的数量下降了16%，16%和59%。从1951年到2004年，浮游动物的61.9％的物种从太湖消失了，从105种降低为40种。其中，28种为轮虫类，22种为枝角类，15种为桡足类。换句话说，轮虫，枝角类和桡足类分别下跌52.9%，68.8%和68.2％的物种数。

1960年至1980年代末，浮游植物的密度缓慢上升，并在1991年大幅上升，并且自90年代初期到21世纪保持波动。从1988年到1990年，浮游植物生物量保持下降，然后在90年代中期再度上涨。因为90年代中期协议，蓝藻水华在此期间经常发生。1960年至1990年，浮游动物密度下降，。并在上世纪90年代到21世纪初，可能由于食物链关系，浮游植物表现出类似的下降趋势。1960年至20世纪90年代，底栖无脊椎动物的密度和生物量保持增长，并且密度增大，但生物量下降，这意味着较大的底栖无脊椎动物的数量下降，而体积较小的栖无脊椎动物数量增加。

1960 - 2005年期间，太湖的生态系统健康状况的变化

该区域底栖动物的大小，大小型浮游动物的比例，和沉水植物的比例在20世纪60年代比在其它时期及其相应值高，这意味着相比过去以来，20世纪60年代时该生态系统状态更好。20世纪80年代时期的浮游动植物密度比相比90年代更高高，表明太湖生态系统在20世纪80年代比90年代状态更好。缓冲能力随着浮游动植物密度比增大而增加，但会降低底栖动物的值。

讨论

浅水湖泊提供了许多生态系统服务，如渔业，饮用水，农田灌溉，污染物减少，导航，娱乐和其他娱乐活动。这些服务是通过与人类活动相关的应力受损。在60年代初，太湖湖水清澈，在沿海地带，尤其是在沿湖的北部和东部海岸线的海湾，生存并覆盖着各种水生植物，比如浮水植物，沉水植物，以及叶漂浮植物和挺水植物。已确定的浮游生物150余属，底栖无脊椎动物超过40多个属，100种鱼类。水中生物是主要的初级生产者，浮游植物密度，尤其是蓝绿藻的含量是非常低的。

我们的研究结果表明，自80年代以来，越来越多的总磷，总氮，COD和已经在湖水积累和营养状态指数（TSI）有所增加。

太湖的富营养化造成水质严重下降。1960年至20世纪90年代，从贫营养状态已经变更为富营养状态。从90年代初期至今，尽管为改善水质、恢复生态系统付出了大量努力，但其健康状况仍不稳定。

nutrDue长期营养超载，太湖已成为干扰更敏感（Chen和2003 Mynett; Xu等2004）。20世纪80年代后期,浮游植物开始大量繁殖发展起来，并自1990年以来愈演愈烈。其结果导致水生生物的多样性已受到极大影响。底栖动物，鱼类和浮游动物的许多物种都显示出现这一现象。较大的浮游动物在控制藻类生长和作为小鱼的食物来源方面非常重要。因此，自1980年以来太湖藻类出现的原因，其中较大的浮游动物的损失可能是一个重要原因。

此外，蓝藻水华的分解释放出藻毒素，尤其是微囊藻毒素肝毒进入太湖。微囊藻毒素已被证明存在于太湖食物网的各种组件，如贝类，鱼类，乌龟，鸭，水禽中。研究表明，微囊藻毒素对人体健康有害，并且可以通过受污染的饮用水直接进入人体，或通过食用已在各种水生生物，包括水生植物、鱼类和虾类，间接进入人体。

自1990年代后期开始，一系列旨在改善太湖水质控制和恢复方案得到落实，这些让太湖中化学污染物的水平有所下降，然而这一努力并没有为改善太湖生态系统健康带来直接和显著的效果。对监测的湖泊其生态系统，并提供给人体健康风险的环境条件适应性湖泊管理的关键。生态系统健康评价是生态系统从崩溃中恢复的有效基础。在未来应该进行其他浅水湖泊基于中国环境下的全面研究，提高保护和恢复这些湖泊的水质和生态系统的健康状态。感谢这项研究中国国家重点基础研究发展计划（2008CB418104）和中国国家科技支撑计划（2007BAC26B02）经济上的支持。

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