Mô hình sinh thái khái niệm để hỗ trợ phục hồi Đầm lầy Cootes Paradise, một vùng đất ngập nước ven biển bị suy thoái của hồ Ontario, Canada

Springer Science and Business Media LLC - 1998
P. Chow-Fraser1
1Department of Biology, McMaster University, Hamilton, Canada; email

Tóm tắt

Một mô hình sinh thái được rút ra từ các nghiên cứu gần đây, dựa trên 60 năm quan sát thực nghiệm và dữ liệu thí nghiệm, đã khái niệm hóa cách Đầm lầy Cootes Paradise đã được biến đổi từ một đầm lầy tràn đầy sự sống với đa dạng sinh học đáng kể ở tất cả các cấp độ dinh dưỡng, sang một đầm lầy hiện nay đục ngầu, thiếu thực vật và bị thống trị bởi một vài loài thực vật và cá ngoại lai. Mô hình khái niệm này chứa 17 thành phần chính tương tác và góp phần vào trạng thái không khỏe mạnh tổng thể của đầm lầy. Thành phần có ảnh hưởng nhất là mức nước cao đã gây ra sự mất mát thực vật trồi ban đầu vào những năm 1940 và 1950. Trong bối cảnh thiếu hụt thực vật để giảm thiểu trầm tích và hấp thụ dinh dưỡng, đầm lầy đã trở nên đục ngầu và bị thổi bay, dẫn đến sự biến mất của thực vật ngập nước trong hai thập kỷ tiếp theo. Hiện tại, độ đục cao của nước được duy trì bởi sự tái treo tơi gió, tải trầm tích cao từ lưu vực trong mùa hè, khối lượng tảo cao do tải lượng dinh dưỡng quá mức từ nước thải và dòng chảy bề mặt, và các hoạt động ăn và đẻ của một quần thể cá chép (Cyprinus carpio) rất lớn. Do mất thực vật, nền đất chủ yếu trở thành trầm tích lỏng lẻo không còn thích hợp cho tập hợp đa dạng của ấu trùng côn trùng thủy sinh đã sống trên thực vật và vật liệu hữu cơ trong những năm 1940. Các loài ăn cỏ đáy đã duy trì ở mức thấp do bị cá chép ăn đáy săn đuổi; do đó, tảo bám đã phát triển mạnh và góp thêm vào việc hạn chế ánh sáng cho thực vật thủy sinh. Tải lượng dinh dưỡng cao góp phần vào sự biến động ôxy hòa tan trong suốt cả ngày, thường có xu hướng chọn lọc chống lại những sinh vật sống không chịu đựng tốt như ấu trùng côn trùng (không bao gồm chironomids) và các loài ăn cá (cá xô và cá vược miệng rộng). Thiếu các loài ăn cá trong đầm lầy, các loài ăn phù du đã trở thành loài thống trị và hầu như đã loại bỏ tất cả các loài sinh vật ăn thực vật lớn (ví dụ, Daphnia), ngoại trừ một vài khu vực gần các bãi thực vật còn sót lại trong các cửa sông của đầm lầy. Do sự thống trị của các loài ăn cỏ nhỏ có hiệu suất kém (rotifers và các loài cladocerans nhỏ), khối lượng tảo cao, và cộng đồng có tỷ lệ lớn các dạng dị dưỡng chịu đựng môi trường ánh sáng yếu. Mô hình sinh thái này cho thấy rằng trạng thái hiện tại của Cootes Paradise vừa đục ngầu vừa không có thực vật có thể rất ổn định. Nó sẽ duy trì miễn là mức nước vẫn không thuận lợi cho sự tái định cư tự nhiên của hệ thực vật nổi, và/hoặc độ đục của nước vẫn đủ cao để ức chế sự phát triển của thực vật ngập nước. Sử dụng mô hình khái niệm này, tôi đã phát triển một mô hình về cách Đầm lầy Cootes Paradise có thể đã hoạt động như một đầm lầy khỏe mạnh trước những năm 1940, và sử dụng những mô hình này như một cơ sở để khám phá một số tùy chọn phục hồi và quản lý và thảo luận về những tác động của chúng đối với mạng lưới thực phẩm thủy sinh.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bays, J.S. and Crisman, T.L. 1983. Zooplankton and trophic state relationships in Florida lakes. Can. J. Fish. aquat. Sci. 40: 1813- 1819.

Benndorf, J., Schultz, H., Benndorf, A, Unger, R., Penz, E., Kneschke, H., Kossatz, K., Dumke, R., Hornig, U., Kruspe, R. and Reichel, S. 1988. Food-web manipulation by enhancement of piscivorous fish stocks: Long-term effects in the hypertrophic Bautzen Reservoir. Limnologica 19: 97-110.

Bray, K.E. 1996. Habitat models as tools for evaluating historic change in St. Marys River. Can. J. Fish. aquat. Sci. 53: 88-98.

Breen, P.F. 1990. A mass balance method for assessing the potential of artificial wetlands for wastewater treatment. Wat. Res. 24: 689-697.

Breukelaar, A.W., Lammens, E.H.R.R., Breteler, J.G. and Tatrai, I. 1994. Effects of benthivorous bream (Abramis brama) and carp (Cyprinus carpio) on sediment resuspension and concentrations of nutrients and chlorophyll a. Fresh. Biol. 32: 113-121.

Brönmark, C. and Weisner, S.E.B. 1992. Indirect effects of fish community structure on submerged vegetation in shallow, eutrophic lakes: an alternative mechanism. Hydrobiologia 243/244: 293-301.

Brooks, J.L. and Dodson, S.T. 1965. Predation, body size and composition of the plankton. Science 150: 29-35.

Butler, R.S., Moyer, E.J., Hukon, M.W. and Williams, V.P. 1992. Littoral zone invertebrate communities are affected by a habitat restoration project on Lake Tohopekaliga, Florida. J. Fresh. Ecol. 7: 317-328.

Carpenter, S.R., Kitchell, J.F. and Hodgson, J.R. 1985. Cascading trophic interactions and lake productivity. BioScience 35: 634- 639.

Casselman, J.M. and Harvey, H.H. 1975. Selective fish mortality resulting from low winter oxygen. Verh. int. Ver. Limnol. 19: 2418-2429.

Chambers, P. and Kalff, J. 1985. Depth distribution and biomass of submerged aquatic macrophyte communities in relation to Secchi-depth. Can. J. Fish. aquat. Sci. 45: 1010-1017.

Chambers, P. and Kalff, J. 1987. Light and nutrients in the control of aquatic plant community structure. J. Ecol. 75: 611-619.

Chow-Fraser, P. (in review). Factors contributing to seasonal, interannual and spatial variability of water turbidity in a degraded coastal wetland of L. Ontario. J. Great Lakes Res.

Chow-Fraser, P. and Knoechel, R. 1985. Factors regulating in situ filtering rates of Cladocera. Can. J. Fish. aquat. Sci. 42: 567-576.

Chow-Fraser, P., Trew, D.O., Findlay, D. and Stainton, M. 1994. A test of hypotheses to explain the sigmoidal relationship between total phosphorus and chlorophyll a concentrations in Canadian lakes. Can. J. Fish. aquat. Sci. 51: 2052-2065.

Chow-Fraser, P. and Lukasik, L. 1995. Community participation in the restoration of a Great Lakes coastal wetland. Restoration and Management Notes 13: 183-189.

Chow-Fraser, P., Lougheed, V., LeThiec, V., Crosbie, B., Simser, L. and Lord, J. 1998. Long-term response of the biotic community to fluctuating water levels and changes in water quality in Cootes Paradise Marsh, a degraded coastal wetland of Lake Ontario. Wetland Ecology and Management 6: 19-42.

Cline, J.M., East, T.L. and Threlkeld, S.T. 1994. Fish interactions with the sediment-water interface. Hydrobiologia 275/276: 301- 311.

Crivelli, A.J. 1983. The destruction of aquatic vegetation by carp. Hydrobiologia 106: 37-41.

Crowder, A. and Painter, D.S. 1991. Submerged macrophytes in Lake Ontario: current knowledge, importance, threats to stability and needed studies. Can. J. Fish. aquat. Sci. 48: 1539-1545.

Cyr, H. and Downing, J.A. 1988. The abundance of phytophilous invertebrates on different species of submerged macrophytes. Freshwat. Biol. 20: 365-374.

DeMott, W.R. 1990. Retention efficiency, perceptual bias, and active choice as mechanisms of food selection by suspension-feeding zooplankton. In: Hughes, R.N. (ed.), Behavioural mechanisms of food selection. pp. 569-594. Springer-Verlag.

Denny, P. 1994. Biodiversity and wetlands. Wetlands Ecology and Management 3: 55-61.

Dieter, C.D. 1990. The importance of emergent vegetation in reducing sediment resuspension in wetlands. J. Freshwat. Ecol. 5: 467-473.

Engel, S. and Nicholas, S.A. 1994. Aquatic macrophyte growth in a turbid windswept lake. J. Freshwat. Ecol. 9: 97-109.

Ferguson, A.J.D., Thompson, J.M. and Reynolds, C.S. 1982. Structure and dynamics of zooplankton communities maintained in closed systems, with special reference to the algal food supply. J. Plankton Res. 4: 523-543.

Fitzgerald, E. 1996. Diet of pumpkinseed sunfish (Lepomis gibbosus) and brown bullhead (Amerius nebulosus) in the littoral zone of Hamilton Harbour. M. Sc. Thesis, McMaster University, Hamilton, Ontario.

Gliwicz, Z.M. 1990. Food thresholds and body size in cladocerans. Nature 343: 638-640.

Golterman, H.L. 1995. The labyrinth of nutrient cycles and buffers in wetlands: results based on research in the Camargue (southern France). Hydrobiologia 315: 39-58.

Haines, T.A. 1973. Effects of nutrient enrichment and a rough fish population (Carp) on a game fish population (Smallmouth Bass). Trans. Am. Fish. Soc. 2: 346-354.

Hammer, D.A. (ed.). 1989. Constructed Wetlands for Wastewater Treatment: Municipal, Industrial and Agricultural. Lewis Publishers, Inc., Chelsea MI.

Hansen, A-M., Andersen, F.O., and Jensen, H.S. 1997. Seasonal pattern in nutrient limitation and grazing control of the phytoplankton community in a non-stratified lake. Freshwat. Biol. 37: 523-534.

Hanson, J.M. 1990. Macroinvertebrate sizes-distributions of two contrasting freshwater macrophyte communities. Freshwat. Biol. 24: 481-491.

Hanson, M.A. and Butler, M.G. 1990. Early responses of plankton and turbidity to biomanipulation in a shallow prairie lake. Hydrobiologia 200/201: 317-327.

Harris, S.W. and Marshall, W.H. 1963. Ecology of water-level manipulations on a northern marsh. Ecology 44: 331-343.

Holmes, J.A. 1988. Potential for fisheries rehabilitation in the Hamilton Harbour-Cootes Paradise Ecosystem of L. Ontario. J. Great Lakes Res. 14: 131-141.

Hough, R.A., Fornwall, M.D., Negele, B.J., Thompson, R.L. and Putt, D.A. 1989. Plant community dynamics in a chain of lakes: principal factors in the decline of rooted macrophytes with eutrophication. Hydrobiologia 173: 199-217.

Howard-Williams, C. 1985. Cycling and retention of nitrogen and phosphorus in wetlands: a theoretical and applied perspective. Freshwat. Biol. 15: 391-431.

Hurley, D.A. 1986. Fish populations of the Bay of Quinte, Lake Ontario, before and after phosphorus control. Can. Spec. Publ. Fish. aquat. Sci. 86: 201-214.

Hurley, D.A. and Christie, W.J. 1977. Depreciation of the warmwater fish community in the Bay of Quinte, Lake Ontario. J. Fish. Res. Bd Can. 34: 1849-1860.

Kay, R.M. 1949. Limnological studies of the Dundas Marsh Region. M.A. Thesis, McMaster University, Hamilton, Ontario.

Keddy, P. and Reznicek, A.A.. 1986. Great Lakes vegetation dynamics: the role of fluctuating water levels and buried seeds. J. Great Lakes Res. 12: 25-36.

Kerfoot, C. and DeMott, W.R. 1985. Interactions among cladocerans: food limitation and exploitative competition. Archiv. Hydrobiol. 21: 431-451.

Krieger, K., Klarer, D.M., Heath, R.T. and Herdendorf, C.E. 1992. Coastal wetlands of the Laurentian Great Lakes: current knowledge and research needs. J. Great Lakes Res. 18: 525-528.

Lamarra, V.A. 1975. Digestive activities of carp as a major contributor to the nutrient loading of lakes. Verh. int. Ver. Limnol. 19: 2461-2468.

Lauridsen, T.L. and Buenk, I. 1996. Diel changes in the distribution of zooplankton in the littoral zone of two shallow eutrophic lakes. Arch. Hydrobiol. 137: 161-176.

Lauridsen, T.L. and Lodge, D.M. 1996. Avoidance of Daphnia magna by fish and macrophytes: chemical cues and predator-mediated use of macrophyte habitat. Limnol. Oceangr. 41: 794-798.

Lougheed, V.L. and Chow-Fraser, P. 1998. Factors that regulate the zooplankton community structure of a turbid, hypereutrophic Great Lakes wetland. Can. J. Fish. aquat. Sci. (In press).

Lougheed, V.L., Crosbie, B. and Chow-Fraser, P. 1998. Predictions on the effect of carp exclusion on water quality, zooplankton and submergent macrophytes in a Great Lakes wetland. Can. J. Fish. aquat. Sci. (in press).

Maynard, L. and Wilcox, D. 1996. Coastal Wetlands of the Great Lakes: Background paper for State of the Lakes Conference (SOLEC). Environment Canada and U.S. Environmental Protection Agency. EPA 905-D-96-001c. 74 pp. + addendum.

McCrimmon, H.R. 1968. Carp in Canada. Fish. Res. Bd of Can. Bull. 165.

McCullough, G. 1981. Wetland losses in Lake St. Clair and Lake Ontario. In: A. Champagne (ed.), Proceedings of the Ontario Wetlands Conference. pp. 81-89. Federation of Ontario Naturalists, Toronto, Ont.

McDonald, M.E. 1955. Cause and effects of a die-off of emergent vegetation. J. Wildl. Mgmt 19: 24-35.

Minns, C.K. 1986. A simple whole-lake phosphorus model and a trial application to the Bay of Quinte. Can. Spec. Publ. Fish. aquat. Sci. 86: 84-90.

Minns, C.K., Kelso, J.R. and Randall, R.G. 1996. Detecting the response of fish to habitat alterations in freshwater ecosystems. Can. J. Fish. aquat. Sci. 53: 403-414.

Mitchell, S.F. 1989. Primary production in a shallow eutrophic lake dominated alternately by phytoplankton and by submerged macrophytes. Aquat. Bot. 33: 101-110.

Mitsch, W.J. and Reeder, B.C. 1991. Modelling nutrient retention of a freshwater coastal wetland: estimating the roles of primary productivity, sedimentation, resuspension and hydrology. Ecol. Model. 54: 151-187.

Mitsch, W.J., Cronk, J.K., Wu, Xinyuan and Nairn, R.W. 1995. Phosphorus retention in constructed freshwater riparian marshes. Ecol. Appl. 5: 830-845.

Moss, B. 1990. Engineering and biological approaches to the restoration from eutrophication of shallow lakes in which aquatic plant communities are important components. Hydrobiologia 200/201: 367-377.

Olson, R.K. 1992. Evaluating the role of created and natural wetlands in controlling nonpoint source pollution. Ecol. Engineer. 1: xi-xv.

Panek, F.M. 1987. Biology and Ecology of Carp. In: Cooper, E.L. (ed.), Carp in North America. Am. Fish. Soc.: 1-15.

Philips, E.J., Zimba, P.V., Hopson, M. and Crisman, T.L. 1993. Dynamics of the plankton community in submerged plant dominated regions of L. Okeechobee, Florida U.S.A. Verh. int. Ver. Theor. Angew. Limnol. 25: 423-426.

Phillips, G., Jackson, R., Bennett, C. and Chilvers, A. 1994. The importance of sediment phosphorus release in the restoration of very shallow lakes (The Norfolk Borads, England) and implications for biomanipulation. Hydrobiologia 275/276: 445-456.

Prescott, K. 1996. The application of mass balance and hydrodynamic/pollutant transport models for wetland restoration. M.S. Eng. Thesis, Dept. of Civil Engineering, McMaster University, Hamilton, ON 129 pp.

Randall, R.G., Minns, C.K. and Cairns, V.W. 1996. The relationship between an index of fish production and submerged macrophytes and other habitat features at three littoral areas in the Great Lakes. Can. J. Fish. aquat. Sci. 53: 35-44.

Rasmussen, J.B. 1988. Littoral zoobenthic biomass in lakes, and its relationship to physical, chemical and trophic factors. Can. J. Fish. aquat. Sci. 45: 1436-1447.

Reinelt, L.E. and Horner, R.R. 1995. Pollutant removal from stormwater runoff by palustrine wetlands based on comprehensive budgets. Ecol. Engineer. 4: 77-97.

Remedial Action Plan for Hamilton Harbour. 1992. Goals, Options and Recommendations. Vol. 2 Main Report, RAP Stage 2, Canada-Ontario Publication.

Sager, E. 1996. Factors influencing the light environment in Cootes Paradise, Hamilton Harbour, and other coastal marshes of L. Ontario. Wat. Qual. Res. J. Can. 31: 553-575.

Skubinna, J.P., Coon, T.G. and Batterson, T.R. 1995. Increased abundance and depth of submersed macrophytes in response to decreased turbidity in Saginaw Bay, Lake Huron. J. Great Lakes Res. 21: 476-488.

Smith, P.G.R., Glooschenko, V. and Hagen, D.A. 1991. Coastal wetlands of the three Canadian Great Lakes: inventory, current conservation initiatives and patterns of variation. Can. J. Fish. aquat. Sci. 48: 1581-1594.

Snell, E.A. 1987. Wetland distribution and conversion in southern Ontario. Canada land use monitoring program. Working Paper No. 48. Inland Waters and Lands Directorate, Environment Canada.

Sondergaard, M., Jeppeson, E., Mortensen, E., Dall, E., Kristensen, P. and Sortkjaer, D. 1990. Phytoplankton biomass reduction after planktivorous fish reduction in a shallow, eutrophic lake; a combined effect of reduced internal P-loading and increased zooplankton grazing. Hydrobiologia 200/201: 229-240.

Taylor, W.D. 1984. Phosphorus flux through epilimnetic zooplankton from Lake Ontario: relationship with body size and significance to phytoplankton. Can. J. Fish. aquat. Sci. 41: 1702-1712.

Threinen, C.W. and Helm, W.T. 1954. Experiments and observations designed to show carp destruction of aquatic vegetation. J. Wildl. Mgmt 18: 247-250.

Timms, R.M. and Moss, B. 1984. Prevention of growth of potentially dense phytoplankton populations by zooplankton grazing, in the presence of zooplanktivorous fish, in a shallow wetland ecosystem. Limnol. Oceangr. 29: 472-486.

Weisner, S.E.B. 1987. The relation between wave exposure and distribution of emergent vegetation in a eutrophic lake. Freshwat. Biol. 18: 537-544.

Whillans, T. 1982. Changes in marsh area along the Canadian shore of Lake Ontario. J. Great Lakes Res. 8: 570-577.

Whillans, T. 1996. Historic and comparative perspectives on rehabilitation of marshes as habitat for fish in the lower Great Lakes basin. Can. J. Fish. aquat. Sci. 53: 56-66.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả