大型水利工程建设必将改变河流原来的水文情势,从而对河流的生态系统产生一定的影响。南水北调工程是继三峡工程之后,又一项重大的水利工程。位于汉江上游的丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,每年将调水130亿立方米,占汉江年均水量的22％,实施调水后对汉江中下游生态环境的影响如何备受关注；此外,自上个世纪90年代以来,汉江中下游多次暴发早春硅藻水华,其暴发的规模和频率有逐年加剧的趋势。汉江流域的水质状况不仅直接影响到汉江流域居民的生产生活的用水安全,也将对南水北调的受水区产生重大影响。本文对丹江口库区、汉江中下游干流的浮游植物的时空分布特性进行了调查研究；同时分析了汉江中下游早春硅藻水华暴发过程,旨在为丹江口水库和汉江中下游水生态环境保护提供依据和指导,具体研究内容和结果如下:　　 1.从2008年4月到2009年5月,对汉江干流从坝前到武汉段,进行了一周年共9次的浮游植物采集调查,共鉴定出浮游植物81个分类单元,其中绿藻门种类最丰富,共检测到32个分类单元,占39.51％,硅藻门次之,共检测到23个分类单元(占28.39％),蓝藻门17分类单元(21.00％)。坝前蓝藻门的种类数和密度高于大坝以下汉江干流各个站点,而汉江以下硅藻门的种类数较大坝前高,表明大坝的建设明显改变了河流的水文情势,进而对浮游植物的种类组成产生重要影响。在长达一周年时间对汉江干流及丹江口大坝前的浮游植物调查过程中,发现在冬春季节(11月--3月),汉江干流自钟祥到武汉各个站点浮游植物密度明显高于襄樊和坝前密度,在2009年2月2日,汉江中下游干流自钟祥以下各个站点,再次暴发了严重的冠盘藻(Stephanodiscus sp.)水华,藻体密度范围为10.74-25.00×106个/升,其中冠盘藻的比例在96.41％以上；汉江下游支流--东荆河中的冠盘藻水华更为严重,藻体密度达到28.85×106个/升,其中冠盘藻的比例为97.55％。与历史资料相比,丹江口大坝前及汉江中下游干流的浮游植物的种类组成和丰度都较以前的历史资料偏高,水文情势的改变和流域内营养盐的过量输入是主要诱因。在早春季节,汉江流域处于枯水期,上游的下泄流量的降低促进了汉江中下游冠盘藻水华的频繁暴发,考虑到南水北调中线工程的实施,必将对汉江下游的水文情势产生一定的影响。因此,需要深入研究合理的流域管理措施,保护汉江中下游水生态环境,并预防控制汉江中下游早春冠盘藻水华的暴发。　　 2.自1990年以来,汉江中下游频繁发生早春冠盘藻(Stephanodiscus sp.)水华。2010年1月1日到3月6日,对汉江干流及其主要支流中的浮游植物丰度、组成进行了多次调查,结合汉江流域2010年早春期间的天气状况,对汉江中下游早春冠盘藻水华的涨消过程进行了深入调查研究。调查结果显示,汉江中游的入汉江支流--唐白河中高密度冠盘藻的输入,为汉江中下游的水华暴发提供了充足的种源,可能是2010年汉江中下游早春冠盘藻水华暴发的主要因为之一；同时指出,在2010年早春期间,汉江中下游干支流中冠盘藻水华持续的时间较以前要短,主要是因为在这期间,汉江流域阴雨天气频繁,天气条件是主导汉江早春冠盘藻水华的发生发展的重要因素。　　 3.汉江早春硅藻水华的优势种一直以来都备受争议。早在2003年3月,本实验室对分离自汉江的纯培养硅藻硅藻运用SEM(扫描电子显微镜)和18S rDNA对汉江水华硅藻的优势种进行了鉴定,认为汉汀硅藻水华优势种为冠盘藻(Stephanodiscus sp.)。在2010年的1月份,即汉江早春硅藻水华暴发初期,对直接采自汉江十流中的水华水样,进行全细胞PCR,以排除之前对实验室分离的纯培养藻种进行鉴可能出现的误差。本次实验运用18S rRNA和光合系统IICP43蛋白编码基因(PSbC)进行全细胞PCR,考虑到18S rRNA基因进化速率较慢,不能很好分离区分小环藻属和冠盘藻属,因此在本实验中以进化速率较快的光合系统IICP43蛋白编码基因(PSbC)作为分子标记构建系统树。通过与GenBank中记录的冠盘藻和小环藻的藻株进行比对,结果表明汉江早春硅藻水华的优势种与冠盘藻有着高度相似的基因序列,特别是与其中的冠盘藻--Stephanodiscus hantzschii具有高度的同源性,而与小环藻有着明显的差异。因此,本次鉴定结果,再次确定了汉江早春水华期间的优势硅藻为冠盘藻(Stephanodiscus sp.)。　　 4.早在2003年以前,许多学者从形态学对汉江早春水华硅藻的优势种鉴定为小环藻,因而之前对汉江水华硅藻的认识大多都视为小环藻的特性。本实验室分别于2003年和2010年早春水华期间,运用SEM(扫描电子显微镜)技术和分子生物学手段对汉江水华硅藻优势种进行了两次鉴定,确认了汉江水华硅藻优势种为冠盘藻(Stephanodiscus sp.)。迄今为止,针对汉江水华硅藻--冠盘藻的生理学特性研究还未见报道,因此,开展汉江早春水华硅藻优势种的生理生态学特性的研究显得尤为必要。在2010年1月,汉江冠盘藻水华暴发初期,在室内进行了针对冠盘藻生理特性进行了水流速度(0～0.5米/秒)、水温度(2、7和15℃)以及光照强度(15和25μE/s2/s)对冠盘藻生长繁殖的影响。在环形培养池中,对采集自汉江的原水样,未添加任何物质的前提下,经过7天的培养,浮游植物的密度由最初的6.81×106个/升增加到29.73×106个/升,并产生了较为严重的水华。研究结果表明,汉江水体中营养盐的浓度在短时间内足以满足冠盘藻生长并导致水华现象的发生,充分说明了汉江近年来营养盐负荷较高:在流速低于0.5米/秒的情况下,对冠盘藻生长的影响不显著；冠盘藻在2～15℃的温度范围内,都能够较好的生长,在实验进行到第9天时,15℃的静置培养的条件下较7℃和2℃静置条件下冠盘藻增殖更快,经过15天的培养时间,2℃静置培养条件下,冠盘藻的密度高于7℃和15℃条件,显示了冠盘藻对低温有着更好的适应性。　　 5.2008年8月至2009年5月,对南水北调中线工程水源地--丹江口水库进行了浮游植物的密度组成及其时空分布格局的调,对10个采样位点进行了5次采样调查,每个位点分别进行了0.5,5,10和20米的分层采样。调查期间,共鉴定出117个分类单元,分属于硅藻门(39)、绿藻门(47)、蓝藻门(19)以及其他门类(12)；其中8月份浮游植物的种类组成最丰富,共鉴定出113个分类单元,绿藻门的种类最高,达到了47个分类单元。库区浮游植物年平均密度为2.01×106个/升,最高值达到14.72×106个/升(2008年8月份的3号点)。在水平分布方面,处于坝前的S2,S3点位,在8月、12月和次年5月份浮游植物的密度明显高于丹江库区内的其他点位。在垂直分布上,8月份各个位点的浮游植物的密度分布呈现出明显由表层到底层逐渐递减的趋势:特别是1、2、4和10号位点中浮游植物密度垂直分布趋势明显；其它月份中浮游植物垂直分布格局不明显。12月和3月份采集的浮游植物样品中,冠盘藻(Stephanodiscus sp.)个体百分比分别达到55.23％和72.34％,成为丹江口库区的优势类群。结合近年来汉江中下游早春冠盘藻水华暴发的特点,分析认为,丹江口库区下泄水中高密度的冠盘藻可能是2009年汉江中下游干流及支流(东荆河)中冠盘藻水华暴发的种源来源之一。与历史资料相比,本次调查期间库区浮游植物密度增加,浮游植物多样性指数下降,主要营养盐浓度上升,显示丹江口库区的水质有逐步下降的趋势,亟需引起有关部门的重视。