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南水北调东线工程运行3年后东平湖浮游植物群落特征及环境驱动因子

来源:SCI期刊网 分类:农业论文 时间:2021-09-29 08:35 热度:

摘 要:摘要:为掌握东平湖浮游植物在南水北调东线工程运行后的群落结构变化特征及探究其环境驱动因子,于通水运行3周年后的2017年分4个季节对东平湖的18个样点进行了采样调查,同步开

  摘要:为掌握东平湖浮游植物在南水北调东线工程运行后的群落结构变化特征及探究其环境驱动因子,于通水运行3周年后的2017年分4个季节对东平湖的18个样点进行了采样调查,同步开展水环境调查.结果显示:共检出浮游植物191种属(包括变种),其中硅藻门、绿藻门、裸藻门、蓝藻门、金藻门、黄藻门、甲藻门和隐藻门分别为64、57、28、22、8、5、4和3种属;优势种属包括蓝藻门的漂浮泽丝藻(Limnothrixplanctonica)和色球藻(Chroococcussp.),绿藻门的小球藻(Chlorellavulgaris)以及硅藻门的小环藻(Cyclotellasp.)、舟形藻(Nauiculasp.)和针杆藻(Synedrasp.)等(优势度Y>0.02);全年密度和生物量分别为6.74×106cells/L和5.71mg/L,并呈现显著季节与空间差异.浮游植物密度季节变化为夏季>秋季>冬季>春季,生物量季节变化为夏季>冬季>秋季>春季;春、夏、秋、冬季物种数分别为71、78、53和125种,Shannon-Wiener多样性指数(H')均值分别为1.90、1.84、1.76和2.52,Margalef丰富度指数(D)均值为3.07、3.98、2.79和4.75;RDA与Pearson相关性分析结果显示,水体综合营养状态指数(TLI)、高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)和水温(WT)是影响东平湖浮游植物群落结构的关键驱动因子.对比南水北调东线工程实施之前及通水初期的结果,东平湖浮游植物优势种群无明显变化,密度则较通水初期稍有升高.本研究确认了东平湖浮游植物群落的时空分布特征,发现调水工程可能通过物质带入影响水质进而引起浮游植物量的升高,湖区养殖的退出及增殖放流的实施降低了富营养化风险但仍存在浮游植物生物量特别是蓝藻生物量升高的风险,建议在调水管理中加强水域生态监测及生境调控技术研究,保障调水水质安全.

南水北调东线工程运行3年后东平湖浮游植物群落特征及环境驱动因子

  关键词:南水北调东线工程;东平湖;浮游植物;群落特征;驱动因子

  东平湖(35°30′~36°20′N,116°00′~116°30′E)位于山东省东平县境内,总面积627km2(其中新湖区418km2,老湖区209km2).其属浅水草型湖泊,大致经历了原始自然捕捞、1980s起“以养为主”的“三网”养殖以及2005年同步增殖放流并于2017年后全面发展生态渔业3个渔业发展阶段[1-2].目前,作为南水北调东线最后一个调蓄湖和山东省第二大淡水湖,东平湖承担着分滞黄河洪水和接纳大汶河水的重任,是“南水北调”的重要枢纽以及山东省的重要淡水渔业生产基地[3].南水北调在实现水资源跨流域转移的同时,水体理化性质及沿线水体水文动力特征必将改变,并将会对水体生态系统造成复杂和不确定的影响.同时,《南水北调总体规划》对输水干线的水质要求达到地表水III类标准,东平湖对保障华北和胶东用水安全至关重要.栗文佳等[4]对近40年东平湖水质及驱动因素的分析认为,东平湖水质主要受入湖径流量、工业废水和城市污水、湖区网围养殖、流域农业面源污染、旅游业、水环境综合治理以及工程调水等影响.胡尊芳[5]通过对调水通水前的2012年及通水后的2015年的不同水文时期的东平湖水环境的监测,认为工程调水有利于东平湖水环境的改善,但需加强湖区环境保护及污染源管控.随着南水北调东线工程2013年底的试通水及其后常态化调水,以及湖区渔业养殖的全面退出,东平湖水域环境的适时监测有助于进一步完善调水工程措施并保障下游用水安全.

  浮游植物是湖泊水域生态系统的重要组成部分,作为水体中的主要初级生产者及水域食物链的基础,对维持水域生态系统的平衡、物质循环与能量流动具有十分重要的作用[6-7];同时,作为鱼、虾、贝等水生动物的食物来源,与渔业生产关系密切;此外,浮游植物群落对环境变化敏感,其种类组成、群落结构和数量变化可反映水环境状况[8-9],相比理化监测具有长期性和综合性等优点,能较好地反映出污染物的综合效应并客观、全面地反映水环境质量状况[10],故被广泛应用于湖泊水域环境监测和评价.现有东平湖浮游植物群落的调查研究[11-15],多发生在增殖放流后及调水工程通水前,并且集中于种类组成、生物量等群落结构调查;在调水工程通水后,则仅见冷春梅等[16]于调水初期试运行阶段对浮游植物群落结构的调查.近年来,南水北调东线工程已实现调水常态化,东平湖水域的渔业生产方式、资源养护活动及水环境治理工程均发生较大转变,必然造成湖泊水域生境与浮游植物群落的变动.一方面,浮游植物群落可反映工程调水下东平湖水体理化性质的变动状况;另一方面,探究浮游植物群落变动的驱动因子有助于预测工程调水等人类活动对水域生境的影响,并对进一步完善调水保障措施和指导渔业生产具有重要作用.本研究通过2017年对东平湖浮游植物及水质的调查,分析调水工程运行后东平湖浮游植物群落结构变化特征及其环境驱动因子,以期为合理评估东平湖水质状况及针对性地实施水质涵养措施提供科学依据,并将为保障南水北调用水安全与沿线水体综合管护增添基础资料.

  1材料与方法

  1.1位点设置

  依据地理方位、水源汇入及湖区开发利用等状况,在东平湖内设置18个采样点(图1,其中D16、D17和D18分别为南水北调出湖口、入湖口及大汶河入湖口),基本涵盖了入湖河流、调水渠道、历史养殖区、自然保护区等水域,并分别于2017年3月初(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)和11月(秋季)进行了调查采样.

  1.2样品采集与处理

  1.2.1浮游植物用有机玻璃采水器采集表水样(0.5m),取1L水样加入15mL鲁哥试剂固定后带回实验室,静置沉淀24h后浓缩镜检.镜检计数在10×40倍光学显微镜下进行,首先充分摇匀浓缩液,然后取出并放入0.1mL计数框中,观察100个视野,每样品计数两次,若两片计数个数相差15%以上则进行第3片计数,取相近两片平均值换算成每升水样的细胞个数,即为浮游植物密度.根据形态相似的几何学方法计算浮游植物体积,并转换为生物量[17],浮游植物种类鉴定参考《中国淡水藻类——系统、分类及生态》[18].

  1.2.2水质透明度(SD)用塞式罗盘测定,水温(WT)、溶解氧(DO)、pH等采用YSI-MP556型水质仪现场测定;并参照《水与废水监测分析方法》[19],主要测定高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等指标.

  1.3数据处理

  1.3.1浮游植物群落结构用物种数(S)、密度(d)、生物量(B)、优势度指数(Y)、Shannon-Wiener多样性指数(H´)[20]和Margalef丰富度指数(D)[21]等,分析浮游植物群落特征,将优势度指数Y≥0.02的藻类设为优势种[22].

  1.3.2水质状况评价水体质量状况的评价主要参照《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》中的TLI综合营养状态指数法.

  1.3.3浮游植物群落结构与环境因子的相关性分析所有数据通过Excel软件整理,使用SPSS21.0软件进行差异显著性和Pearson相关分析.用CANOCO4.5软件进行冗余分析(RDA),分析浮游植物物种信息与环境因子的相关关系,进入分析的物种需满足至少在一个采样点的相对密度≥1%并且出现频率≥30%[23],去趋势分析(DCA)显示,各轴梯度长度最大的为1.3(小于3),故选用RDA.为保证数据的正态性,所有数据均进行lgx转换;RDA分析中,先对环境变量进行预选(forwardselection),并检验各环境变量贡献率的显著性(蒙特卡洛置换检验,MonteCarlopermutationtest,499次),最后选取具有显著贡献的环境变量应用CanoDraw软件绘制RDA图.数据显著性水平确定为P<0.05.

  2结果

  2.1东平湖水域浮游植物群落特征

  2.1.1种类组成及优势种东平湖调查中,共鉴定浮游植物191种属(包括变种),其中硅藻门、绿藻门、裸藻门、蓝藻门、金藻门、黄藻门、甲藻门和隐藻门分别为64、57、28、22、8、5、4和3种属,优势种属分别为蓝藻门的漂浮泽丝藻(Limnothrixplanctonica)和色球藻(Chroococcussp.),绿藻门的小球藻(Chlorellavulgaris),硅藻门的小环藻(Cyclotellasp.)、舟形藻(Nauiculasp.)和针杆藻(Synedrasp.)(表1).

  相关期刊推荐:《湖泊科学》(双月刊)创刊于1989年,由中国科学院南京地理与湖泊研究所和中国海洋湖沼学会联合主办。主要报道湖泊(含水库)及其流域在人与自然相互作用下资源、生态、环境变化的新研究成果,刊载与湖泊科学有关的各学科(如物理学、化学、生物学、生态学、地质学、地理学等)以及湖泊工程、流域综合管理的理论性或应用性研究论文、简报和综述.。

  从季节来看,物种数大小顺序为冬季>夏季>春季>秋季,其中冬季125种属,优势种为蓝藻门的色球藻,绿藻门的球衣藻(Chlamydomonasglobosa)、小球藻,硅藻门的小环藻、尖针杆藻(Synedraacus),金藻门的圆筒锥囊藻(Dinobryoncylindricum)以及隐藻门的尖尾蓝隐藻(Chroomonasacuta)、啮蚀隐藻(Cryptomonaserosa);夏季78种属,优势种为蓝藻门的色球藻、漂浮泽丝藻和胶质细鞘丝藻(Leptolyngbyagelatinosa),绿藻门的小球藻以及硅藻门的针杆藻;春季71种属,优势种为蓝藻门的颗粒常丝藻(Tychonemabornetii)、漂浮泽丝藻和胶质细鞘丝藻,绿藻门的小球藻以及硅藻门的小环藻和针杆藻;秋季53种属,优势种为蓝藻门的漂浮泽丝藻,绿藻门的小球藻,硅藻门的小环藻、针杆藻和舟形藻以及黄藻门的普通黄丝藻(Tribonemavulgare).

  2.1.2密度和生物量东平湖不同季节不同站位的浮游植物密度变化范围为0.24×106~27.42×106cells/L(年平均为6.74×106cells/L),呈现单峰模式并在夏季呈现峰值(图2),全年最低值出现在秋季的D9站位和最大值出现在夏季的D11站位,其季节差异显著(P<0.05),但无显著空间差异(P>0.05);生物量变化范围为0.20~38.25mg/L(年平均为5.71mg/L),亦呈现单峰模式并在夏季呈现峰值(图3),全年最低值出现在春季的D15站位,最大值出现在秋季的D5站位,其季节差异显著(P<0.05),而空间差异仅D5显著高于D1、D3、D4、D6、D7和D14站位(P<0.05).

  2.1.3多样性指数本调查中,东平湖浮游植物Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数呈现显著的时间差异(P<0.05),而基本无显著空间差异(P>0.05,图4).其中,Shannon-Wiener多样性指数介于0.63~2.99之间,4个季度均值分别为1.90、1.84、1.76和2.52,不同站位均值介于1~3之间;Margalef丰富度指数介于0.68~6.37之间,4个季度均值分别为3.07、3.98、2.79和4.75,不同站位均值介于2.84~4.82之间.

  2.2主要环境因子状况

  东平湖2017年主要水环境因子的季节变化特征见表2.调查期间,水温介于8.81~31.20℃,最高水温(31.20℃)出现在夏季.水体透明度介于0.20~1.70m,最高值为春季D15的1.70m,最低值为春季调水期间调水工程入湖口(D17)的0.20m.pH介于7.65~10.27,最高值出现在春季而最低值出现在秋季.DO浓度介于4.62~17.08mg/L,最高值出现在冬季而最低值出现在春季.NH3-N浓度在0.0039~0.3044mg/L之间,冬季的D15站位全年最高而D1站位全年最低.TN浓度在0.5032~2.8609mg/L之间,夏季的D18站位全年最高而D14站位全年最低.TP浓度在0.0093~0.1262mg/L之间,夏季的D12站位全年最高而冬季的D1站位全年最低.CODMn在1.25~31.25mg/L之间,冬季的D12站位全年最高而秋季的D8站位全年最低.此外,东平湖水体相关加权综合营养状态指数(TLI)介于42.13~62.47之间,总体属轻度富营养.

  对不同环境因子时空分布的ANOVA分析结果显示,东平湖不同的水环境因子均呈现显著的时间差异(P<0.05),但同时基本无显著空间差异(P>0.05).

  2.3浮游植物群落对水环境因子的响应

  2.3.1Pearson相关性分析将不同季节的浮游植物物种数、生物量、密度、Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数与环境因子进行相关性分析,结果表明物种数与NH3-N和CODMn浓度呈极显著正相关,与TN浓度呈显著正相关,与SD呈显著负相关;密度与WT、TN、TP、Chl.a浓度及TLI呈极显著正相关,与pH、SD呈极显著负相关,与DO浓度呈显著负相关;生物量与Chl.a浓度呈极显著正相关,与NH3-N及TLI呈显著正相关,与pH及SD呈显著负相关;Shannon-Wiener多样性指数与DO、NH3-N及CODMn浓度呈极显著正相关,与pH呈显著正相关,与WT和Chl.a浓度呈显著负相关;Margalef丰富度指数与NH3-N及CODMn呈极显著正相关,与DO浓度呈显著正相关(表3).——论文作者:董贯仓1,2,冷春梅1,2,丛旭日1,2,刘超1,2,朱士文1,2,孙鲁峰1,2,高云芳1,2,客涵1,2,李秀启1,2

文章名称:南水北调东线工程运行3年后东平湖浮游植物群落特征及环境驱动因子

文章地址:http://www.sciqk.com/lwfw/nylw/11956.html

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