湖泊學(xué)

內(nèi)容概要

《湖泊學(xué)》從生態(tài)系統(tǒng)角度討論了湖泊的結(jié)構(gòu)、功能、營養(yǎng)狀態(tài)、物種演替和湖泊學(xué)的基本原理，主要介紹了湖泊的生物地球化學(xué)過程、富營養(yǎng)化過程和藻類水華過程中的經(jīng)典理論、發(fā)展過程及在氣候變化下的新發(fā)現(xiàn)。還討論了湖泊學(xué)的兩個(gè)重要分支：比較湖泊學(xué)和應(yīng)用湖泊學(xué)。前者比較了不同地理位置及不同氣候帶湖泊的物理化學(xué)過程和季節(jié)變化、生產(chǎn)力和生物多樣性，以及湖泊資源等方面的異同；后者提供了湖泊生態(tài)恢復(fù)或修復(fù)的成功案例和主要技術(shù)。

作者簡介

李小平  華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師。1998年獲美國加利福尼亞大學(xué)（戴維斯分校）生態(tài)學(xué)博士，曾任美國EPA生態(tài)健康研究中心研究員，上海市環(huán)境科學(xué)研究院副院長，曾參與美國Superfund清潔湖泊診斷與可行性研究，科技部“863”計(jì)劃滇池入湖河流水環(huán)境治理技術(shù)與工程示范項(xiàng)目，上海城市水環(huán)境質(zhì)量改善改善技術(shù)與綜合示范項(xiàng)目，以及“十一五”水專項(xiàng)湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)和富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)的研究；中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)土壤與地下水專業(yè)委員會(huì)委員，先后獲部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，上海市科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，在國內(nèi)外刊物上發(fā)表過近50篇論文和專著。

書籍目錄

前言
第1章  湖泊學(xué)：過去、現(xiàn)在和將來
第2章  湖泊的起源、富營養(yǎng)化過程和古湖泊學(xué)
第3章  湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
第4章  湖泊中的水、光與熱
第5章  湖泊中水的運(yùn)動(dòng)
第6章  湖泊中的氧和二氧化碳
第7章  湖泊中的氮
第8章  湖泊中的磷
第9章  湖泊中的其他營養(yǎng)物質(zhì)
第10章  湖泊、溪流和河口中的生物
第11章  浮游藻類與周叢藻類
第12章  浮游動(dòng)物與底棲動(dòng)物
第13章  魚類
第14章  食物鏈動(dòng)力學(xué)
第15章  比較湖泊學(xué)
第16章  應(yīng)用湖泊學(xué)
參考文獻(xiàn)
附錄
后記

章節(jié)摘錄

　　第1章 湖泊學(xué)：過去、現(xiàn)在和將來〖*2〗1?0概述湖泊學(xué)（limnology），也稱為湖沼學(xué)，其歷史悠久，定義繁多。　　《中華百科全書》（1983年典藏版）認(rèn)為：湖沼學(xué)，就廣義而言，為陸水之科學(xué)。唯現(xiàn)代湖沼學(xué)多指狹義的湖泊學(xué)，即以內(nèi)陸靜止之水體為研究對(duì)象，不含以流動(dòng)水體為研究對(duì)象之河川學(xué)（potamology）。換言之，湖沼學(xué)是一門有關(guān)湖沼研究的科學(xué)。　　湖沼者，乃地殼上之洼地，四周閉塞，不與海洋直接相通之靜水，故湖沼一語，乃湖盆中含有水體之總稱。因此，湖沼學(xué)以湖盆之生成，湖水之物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及湖中生態(tài)系統(tǒng)為主要研究內(nèi)容?！　『磳W(xué)是一門綜合性的自然科學(xué)，它與地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)均有密切關(guān)系?！　elch（1952）把這個(gè)學(xué)科看成是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，限于對(duì)陸地水中的生物生產(chǎn)及其各影響因素的研究，也有人將湖泊學(xué)看成是水文地理學(xué)的分支，從化學(xué)、物理、水文、地質(zhì)角度研究內(nèi)陸水體，包括天然和人造的湖、沼、塘、溪、河、濕地、地下水等?！　aumann（瑞典）和 Thienemann（德國）在1922年建議成立國際理論與應(yīng)用湖沼學(xué)會(huì)（International Association of Theoretical and Applied Limnology）時(shí)指出：湖泊學(xué)是關(guān)于內(nèi)陸水的科學(xué)，包括影響內(nèi)陸水的各個(gè)方面；由兩大部分組成，即水文地理學(xué)（hydrography） 和水生生物學(xué)（hydrobiology）。1992年國際湖泊學(xué)會(huì)（International Society of Limnology， SIL）提出，湖泊科學(xué)的研究范圍包括湖泊、溪流、河流、河口以及研究人員在日常工作中常易被忽略的微環(huán)境（包括泉、舊水槽、樹洞及那些遺棄的鐵罐或充滿水分和酶的食蟲植物的瓶狀葉等獨(dú)立的環(huán)境）區(qū)域。湖泊學(xué)研究應(yīng)用于連續(xù)的、急湍的、停滯的或靜止的水體中?！　‖F(xiàn)代湖泊學(xué)則認(rèn)為，湖泊學(xué)是研究湖泊、沼澤的形成與演變的學(xué)科，包括湖泊、沼澤中發(fā)生的水文、水質(zhì)與水生生物過程及這些過程之間的相互作用與影響，其與海洋學(xué)的研究共同組成了對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的研究?！　”M管對(duì)湖泊學(xué)的研究已有很長的歷史，但近兩個(gè)世紀(jì)以來，由于顯微鏡、浮游生物絲網(wǎng)（silk plankton net）的發(fā)明及溫度計(jì)（thermometer）的應(yīng)用，揭示了內(nèi)陸水體所具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的微觀世界，這些新的研究方法對(duì)湖泊學(xué)理論的發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。目前，湖泊學(xué)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水利工程建設(shè)、污染控制、漁業(yè)及促進(jìn)野生物種保護(hù)等方面的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在氣候變化條件下湖泊資源的管理面臨著許多新問題，這些問題也促進(jìn)了該學(xué)科中新的實(shí)驗(yàn)方法和理論的發(fā)展?！　W(xué)習(xí)湖泊學(xué)的主要目的就是普及湖泊學(xué)的知識(shí)，盡管不可能使學(xué)習(xí)它的人們?nèi)砍蔀楹磳W(xué)家，但也可以使人們能夠理解湖泊學(xué)并將這一基本概念應(yīng)用于相關(guān)學(xué)科的廣大領(lǐng)域，這就是我們編著本書的宗旨和目的?！　『磳W(xué)最初是指對(duì)湖泊的研究，它源自希臘語“l(fā)imnos”，指“水塘”、“湖泊”或“沼澤”。該詞第一次出現(xiàn)在Forel的題為Le Léman：monographie limnologique， on Lake Geneva， Switzerland的著作中，在1892年和1895年出版的前兩卷中包括了湖泊地質(zhì)學(xué)、湖泊物理學(xué)和湖泊化學(xué)方面的內(nèi)容，在1904年出版的第三卷中則涉及了湖泊生物學(xué)的內(nèi)容。1896年初，F(xiàn)orel發(fā)表了一篇有關(guān)日內(nèi)瓦湖（Lake Geneva）底棲動(dòng)物的文章，題為Introduction à I′étude de la faune profonde du Lac Léman，在1901年他又出版了第一部有關(guān)湖沼學(xué)的教科書Handbuch der Seenkunde： allgemeine Limnologie。由此，作為當(dāng)時(shí)Lausanne大學(xué)教授的Forel一直被認(rèn)為是湖泊學(xué)的創(chuàng)始者?！　∧壳翱煽甲C的有關(guān)湖泊生物學(xué)的最早研究始于1674年，Leeuwenhoek（荷蘭）第一次用顯微鏡描述了荷蘭伯克爾斯湖（Berkelse Lake）的絲狀綠藻水綿（Spirogyra sp.）。盡管Leeuwenhoek自認(rèn)為是一名微生物學(xué)家，但在他的報(bào)告中第一次提到了湖泊中藻類的季節(jié)性循環(huán)，并揭示了食物鏈動(dòng)力學(xué)和風(fēng)對(duì)藻類生長的影響。他寫到：距Delft鎮(zhèn)9?6 km處有一個(gè)名為伯克爾斯的內(nèi)陸湖，其底部多為泥質(zhì)。該地的水質(zhì)冬季非常清澈，但在夏初和仲夏期間水體就會(huì)泛白色，隨后水體中就會(huì)充滿微小的綠色絮狀物質(zhì)。當(dāng)?shù)鼐用裾J(rèn)為這是由于露水下降造成的，并稱這種絮狀物質(zhì)為蜜露（honeydew）。這種水體中有豐富的魚類，并且品質(zhì)和味道都很好。再過一段時(shí)間，當(dāng)清風(fēng)吹起時(shí)，再次來到我以上描述的那片水域并在玻璃容器中收集一些水樣帶回次日觀察，我發(fā)現(xiàn)其中有移動(dòng)的顆粒狀和呈螺旋排列的絲狀物……，這些綠色絲狀物的截面積大概與人的頭發(fā)絲相似（Fogg， 1969）?！　『次锢韺W(xué)始于瑞士，在Leeuwenhoek對(duì)伯克爾斯湖研究后不久，Duiller（瑞士）于1730年測(cè)定了一個(gè)湖震；Sausseur（瑞士）于1779~1796年觀測(cè)了深水湖的溫度變化；Leslie（蘇格蘭數(shù)學(xué)家）首次描述了有關(guān)光、熱、水溫和風(fēng)混合模型結(jié)構(gòu)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中重要性，他還對(duì)土木工程師Jardin（瑞士）于1812~1814年在喬治湖（Lake George）中所做的研究進(jìn)行了解釋?！　「∮蝿?dòng)物的發(fā)現(xiàn)成為水生生物學(xué)發(fā)展的另一個(gè)重要的里程碑。盡管還不能確定是誰第一次對(duì)浮游生物進(jìn)行了描述，但Müller （德國）于1845年主持了上述相關(guān)的早期研究。隨后另一位Müller（丹麥）對(duì)一些瑞士湖泊中的微型甲殼綱動(dòng)物進(jìn)行了觀察。這些研究工作開創(chuàng)了淡水和海洋微生物分類學(xué)的新紀(jì)元?！　「∮紊锏暮x是漫游在水體中的生物，最早是Hensen（德國）于1887年在對(duì)由風(fēng)、水流和潮汐控制下的懸浮微生物進(jìn)行描述時(shí)提出的。該詞的含義隨后被德國生物學(xué)家Haechel擴(kuò)展為包括大型和小型的浮游有機(jī)體在內(nèi)的生物。那時(shí)，只有那些暫時(shí)保留在完整的絲狀網(wǎng)中的有機(jī)體才能被觀測(cè)到，而小于0?067 μm的有機(jī)體則因從網(wǎng)中漏掉而無法觀測(cè)。后來，這些重要的小型有機(jī)體被發(fā)現(xiàn)并定名為微型浮游生物?！　?duì)河口地區(qū)流動(dòng)水體的科學(xué)研究源于Lorenz在1860年對(duì)德國鹽楔的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)他還對(duì)英國泰晤士河的污染進(jìn)行了研究，并實(shí)現(xiàn)了用生物學(xué)方法處理含鹽水體的問題（Meyer and M?bius，1865；1872）?！　∮性S多湖泊學(xué)大家在他們的著作中都對(duì)湖泊學(xué)的發(fā)展做了精彩的回顧，有興趣的讀者可以從他們的著作中得到更多有關(guān)湖泊學(xué)發(fā)展的信息。這里只簡要介紹現(xiàn)代美國、聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）和中國在湖泊學(xué)方面的進(jìn)展，以及所面臨的問題。　　1?2美國的湖泊學(xué)發(fā)展　　美國的湖泊學(xué)始于19世紀(jì)中期，Agassiz （瑞士裔）于1850年出版了《蘇必利爾：物理特性、植被和動(dòng)物》（Lake Superior： Its Physical Character， Vegetation and Animals， Compared with Those of Other and Similar Regions）一書，首次對(duì)蘇必利爾湖（Lake Superior）生態(tài)區(qū)，尤其是水生動(dòng)物問題進(jìn)行關(guān)注。Fores或許是第一個(gè)將湖泊視為功能生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)家，他于1887年出版了著作《湖泊微宇宙》（The Lake as a Microcosm），這是一部關(guān)于已消失的美國伊利諾伊州皮奧里亞（Peoria）湖的描述。生態(tài)系統(tǒng)的概念在湖泊學(xué)中尤其重要；這一術(shù)語是由英國植物學(xué)家Tansley第一次使用，在后來1942年被Hutchinson和Lindeman在題為《生態(tài)學(xué)中的營養(yǎng)動(dòng)力學(xué)研究》的文章中提出并普及?！　?0世紀(jì)初的美國湖泊學(xué)由4位研究者主宰：Kofoid主要對(duì)伊利諾伊州河流進(jìn)行的研究；Needham對(duì)紐約州湖泊進(jìn)行的研究；Birge和Juday對(duì)威斯康星州地區(qū)湖泊進(jìn)行的研究。值得一提的是，威斯康星州大學(xué)的Birge教授在對(duì)曼多塔湖（Lake Mendota）的研究中提出了在大尺度范圍內(nèi)對(duì)湖泊區(qū)域進(jìn)行研究，這是湖泊學(xué)研究上的一大貢獻(xiàn)。Birge還對(duì)湖泊物理學(xué)中包括光的穿透、氣體、水流和溫度特性的研究有所關(guān)注。在Birge擔(dān)任行政工作后（先是院長，后來成為大學(xué)的校長，1891~1925年），就將許多湖泊學(xué)研究的工作交給了Juday。自他們第一次合作的文章于1908年發(fā)表起，他們共同對(duì)湖泊學(xué)研究做出近30年的貢獻(xiàn)。Sellery（1956）根據(jù)Birge的生平和他所做出的貢獻(xiàn)撰寫了一部傳記，其中包括Mortimer為Birge在湖泊學(xué)研究中的貢獻(xiàn)所撰寫的評(píng)論。之后，由Hasler組建的位于曼多塔湖邊的湖泊學(xué)實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)了這項(xiàng)前沿性的研究?！　≡?0世紀(jì)早期，美國的湖泊學(xué)經(jīng)歷了穩(wěn)定發(fā)展的階段。Welch教授于1935年為McGraw-Hill寫了第一本有關(guān)美國湖泊學(xué)的教科書《湖泊學(xué)》（Limnology），這本書很快就成為權(quán)威的教科書。Ruttner在他的《湖泊學(xué)基礎(chǔ)》（Fundamentals of Limnology）（1940年第一版）一書中謙虛地說：“再也沒有人能夠比Welch更好地介紹湖泊學(xué)， 但可以從某些方面完善它”。Frey和Fry于1970年將Welch的《湖泊學(xué)》翻譯為德文，成為一本很有用的介紹性教材。Hutchinson［圖1-1（a）］1957年在耶魯大學(xué)完成了另一部完整的《論湖泊學(xué)》（A Treatise on Limnology），成為全世界湖沼學(xué)的權(quán)威參考用書。　　圖1-1著名的美國湖泊學(xué)教授　?。╝） G? Evelyn Hutchinson教授（1903~1991年），20世紀(jì)最有名的生態(tài)學(xué)家之一，以研究淡水湖泊著稱，被譽(yù)為美國湖泊學(xué)之父。（b） Robert G? Wetzel教授（1936~2005年），美國最有成就的湖泊學(xué)家，1992年獲湖泊學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)Hutchinson獎(jiǎng)?wù)?。（c） Charles R? Goldman教授（1930~）和前美國總統(tǒng)克林頓及副總統(tǒng)戈?duì)枴?967年由于他研究成果卓越而將南極洲一冰川命名為“Goldman冰川”，1998年被授予“艾伯特·愛因斯坦科學(xué)獎(jiǎng)”（Albert Einstein World Award of Science），成為世界湖泊生態(tài)研究領(lǐng)域的佼佼者　　1975年，Wetzel［圖1-1（b）］出版了《湖泊學(xué)》第一版，1979年Wetzel與 Likens合作出版了《湖泊學(xué)分析》。在湖泊學(xué)家將主要注意力集中在湖中魚類時(shí)，Welzel就開始思考湖周的各種植物及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，率先開展了水生植物在水體生態(tài)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)與功能的研究。他最先開展了將有機(jī)碎屑物作為水體生態(tài)系統(tǒng)的能量來源與驅(qū)動(dòng)力及太陽紫外輻射對(duì)湖泊生態(tài)生源要素的影響等方面的研究。他的《湖泊學(xué)——湖泊河流生態(tài)系統(tǒng)》（2001年第三版）一書凝聚了他畢生的研究成果，是世界上最權(quán)威、最全面反映當(dāng)今湖泊學(xué)和淡水生態(tài)系統(tǒng)研究進(jìn)展的經(jīng)典著作?！　?984年，Horne和Goldman［圖1-1（c）］出版了另一部湖泊學(xué)教科書《湖泊學(xué)》，他們注重匯水區(qū)與湖泊之間的生物、化學(xué)和物理的反應(yīng)關(guān)系；湖泊的富營養(yǎng)化、營養(yǎng)限制因素及氣候因素對(duì)水體的影響；湖泊富營養(yǎng)化的控制，包括人工濕地、生物調(diào)制等控制技術(shù)，并在美國加利福尼亞州塔霍湖（Lake Tahoe）等著名湖泊研究中積累了40年的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐?！　　?/pre>




編輯推薦
李小平 等編著的《湖泊學(xué)》力圖將湖泊學(xué)的經(jīng)典范例和最新成果融合在一起，使讀者既能從前幾代湖泊學(xué)家的研究工作中學(xué)習(xí)湖泊學(xué)的基本原理，又能從最近幾十年湖泊學(xué)的實(shí)踐中領(lǐng)悟和把握湖泊學(xué)的未來。值得提醒的是，這只是一本教科書，不是對(duì)湖泊學(xué)許多新發(fā)現(xiàn)的最終解釋或定論。





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