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上世纪80年代以来,随着城市化的进程和社会经济的发展,高原湖泊滇池所受污染日益严重,水质急剧恶化,富营养化程度加剧,蓝藻水华频繁暴发,水体生态服务功能受到较大破坏。滇池的蓝藻水华因其暴发强度、暴发频率的严重而受到国内外广泛关注。对滇池富营养化和蓝藻水华问题,主要以国内学者为主的队伍在滇池展开了大量现场调查和分析研究,取得了一系列有意义的研究成果。
现有的研究表明,滇池浮游植物存在明显的空间和时间差异。总体而言,藻类密度呈现北高南低的规律,北部湖区常积聚高密度蓝藻水华。此外,滇池水华蓝藻优势种存在明显的季节演替。过往的研究主要集中在浮游植物与水体理化参数的关系,较少考虑气象因素的影响；且因采样时间间隔相对较长,难以归纳出藻类尤其是优势藻类的演替过程,更难以阐述演替的驱动机理。为深入了解滇池蓝藻水华时空格局及种群演替规律,揭示气象水文因素对该过程的影响方式,本论文从以下几个方面开展了研究:1.浮游植物空间分布规律；2.水华蓝藻优势种的演替规律；3.气象水文因素对滇池浮游植物时空格局的影响；4.滇池北部湖区浮游植物生物量预测模型构建。具体研究内容与主要结果如下:
1)2008年10月至2009年10月,对滇池全湖24个位点进行了15次采样调查,Chla浓度年均值显示了显著性的空间差异,位于最北部的D1、D4号点显著高于全湖其余各点(P<0.01),北部湖区全年蓝藻生物量为其他湖区(除北部湖区外)的2.5倍。在滇池浮游植物最为密集的北部湖区设置6个采样点,于2008年12月至2009年6月期间进行高频次采样,共计24次。北部湖区六个点位浮游植物的空间差异显著。D1、D4号点微囊藻、水华束丝藻生物量显著高于其他四个点(P<0.01),该两点蓝藻生物量平均值为其他四点的2倍；D2、D5号点广缘小环藻生物量显著高于其他四个点(P<0.01),该两点小环藻生物量平均值为其他四点的2倍。叶绿素a浓度大于100μg/L时,叶绿素a浓度垂直差异与风速负相关,风速小于2m/s时叶绿素a浓度表层与2m处有显著差异(P<0.01),风速大于4m/s时叶绿素a浓度表层与2m处无显著差异(P>0.05)。决定浮游植物空间分布的主要驱动因子为气象因素和水体营养盐。
2)调查期间共鉴定出浮游植物74属97种,其中绿藻53种,蓝藻20种,硅藻17种,隐藻2种,金藻2种,甲藻1种,裸藻2种。蓝藻生物量在12月、3月至6月期间占优势,12月份优势种为绿色微囊藻(Microcystis viridis),3月至5月为水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae),6月为惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)。硅藻在1月占优势,优势种为颗粒直链藻最窄变种(Melosira granulata var.angustissima)。研究结果表明,水温高于14℃以上,微囊藻生物量迅速增加；束丝藻生物量随温度增加而增加,高于19℃时迅速减少。典范对应分析表明微囊藻毒素对滇池浮游植物群落组成无显著影响。本研究结果显示,在富营养化严重的滇池北部湖区,水温可能为影响浮游植物种类组成及生物量的关键因子。
3)为探讨气象水文因素对滇池浮游植物时空格局的影响,本研究构建了滇池三维风生流模型,模拟了滇池上空10m处3m/s的西南风持续48小时的三维湖流场。在3m/s的西南风作用下,24小时形成稳定的湖流场。沿岸带流速显著大于湖心,最大流速达4.5cm/s。滇池中南部湖区表层形成顺时针环流,最南部存在一个逆时针环流和顺时针环流。从第二层至底层,存在从东北角至西南角的补偿流,且随深度增加,补偿流流速增大。基于滇池湖流场,构建蓝藻迁移模型,模拟了湖面上空10m处3m/s的西南风30min后三个模拟区域(半径均为100m)蓝藻(初始密度为10mg/L)的迁移规律。位于北部湖湾湾口处的蓝藻在3m/s的西南风作用下顺湖流场向北迁移,13h时迁移至以北1.7km处。
4)基于BP神经网络构建滇池北部湖区浮游植物生物量预测模型,由水体理化数据、气象数据及浮游植物生物量的本底值预测7天后浮游植物生物量。叶绿素a浓度预测准确率高于91.7％。微囊藻生物量、小环藻生物量预测准确率均高于88％。本模型能较好的模拟叶绿素a浓度、微囊藻、小环藻生物量与环境因子的关系,在一定条件下本模型对于滇池北部湖区叶绿素a浓度、微囊藻生物量、小环藻生物量具有一定的预测能力。