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水体富营养化导致的蓝藻水华在世界范围内不断扩张,已经成为全球水环境治理的重大挑战。水华的暴发与各种环境因子的关系密不可分,因此探讨浮游植物与环境因子的关系对于水华的防治具有重要作用;而且水华暴发之后,蓝藻会合成大量的微囊藻毒素(microcystins,MCs),造成水体二次污染,影响水资源的利用,探究水体中微囊藻毒素的变化规律对于水资源安全利用具有重要意义。本文通过三个部分的研究,探究了驱动洱海浮游植物演替的环境因子以及洱海水体中微囊藻毒素含量的变化情况,以期为洱海的水质保护和水资源利用提供数据支持。 1.本文首先针对2013年9月洱海暴发的严重蓝藻水华事件进行了跟踪调查,监测内容包括浮游植物、水体理化数据和微囊藻毒素浓度。研究结果显示,共鉴定出浮游植物6个门类39属,其中优势种为微囊藻(Microcystis)和暗丝藻(Psephonema aenigmaticum)。所采水样均有微囊藻毒素检出,而且在洱海的水鸟体内也检测到了微囊藻毒素的富集,显示洱海蓝藻水华对水生生物的潜在危害不容忽视。对数据的相关性分析发现,湖湾的胞内微囊藻毒素(intracellular microcystins)含量与浮游植物生物量之间具有显著的正相关关系,而胞外微囊藻毒素(extracellular microcystins)含量与浮游植物生物量没有显著性的关系。通过2013年9月和10月的跟踪研究,对洱海浮游植物和微囊藻毒素浓度有了初步的了解,但是驱动洱海浮游植物群落结构演替的环境因子以及洱海水体中微囊藻毒素含量的时空变化趋势并不清楚,需要进一步深入研究。 2.洱海水华的频繁暴发,不仅导致了水生生态系统的退化,而且严重影响了饮用水的供应质量,研究洱海浮游植物的变化以及构建浮游植物的预测模型对洱海的水质保护具有重要意义。在第一部分研究的基础上,从2014年5月到2016年4月,在洱海进行了为期两年的研究,以探讨驱动浮游植物演替的关键因子。数据分析过程中,利用第一年(2014.5-2015.4)的数据构建洱海浮游植物的预测模型,利用第二年的数据对模型进行验证(2015.5-2016.4)。研究结果表明,洱海浮游植物季节演替非常明显,春季和冬季以硅藻为主,夏季以蓝藻为主,秋季以绿藻为主。预测模型的构建和验证表明,与浮游植物生物量相比,浮游植物密度能更有效地评估洱海浮游植物的变化。通过浮游植物与环境因子之间的CCA分析发现,TN(总氮)、TP(总磷)、DO(溶解氧)、SD(透明度)、Cond(电导率)、T(水温)和ORP(氧化还原电位)对浮游植物群落有着显著影响(P<O.05)。针对洱海浮游植物优势种的CCA分析发现,微囊藻与温度相关性非常高;而暗丝藻和转板藻(Mougeotia)则更多地受到总氮的影响。研究结果表明,TN和T是驱动洱海浮游植物演替的两个关键因子。 3.在为期2年的研究中,进一步分析了洱海微囊藻毒素含量的时空动态变化。第一年的数据(2014.5-2015.4)用于探究微囊藻毒素与环境因子之间的关系,并构建洱海微囊藻毒素含量的预测模型,利用第二年的数据(2015.5-2016.4)对模型进行了验证。研究结果发现,胞外微囊藻毒素含量的变化与胞内微囊藻毒素变化并不一致。2014.8-10月,胞内微囊藻毒素浓度和蓝藻生物量处于较高水平,而胞外的微囊藻毒素浓度在2014.10-2015.1月间含量较高。因此,在冬春季,胞外微囊藻毒素的污染和暴露风险不容忽视。洱海的胞内微囊藻毒素在空间分布上,呈现北部湖湾高于中部和南部湖区的现象,这表明洱海微囊藻毒素的暴露风险集中在北部湖湾。通过对环境因子和胞内、胞外微囊藻毒素含量的相关性分析发现,胞内微囊藻毒素含量与蓝藻生物量、T、pH值和Cond呈显著正相关。胞外微囊藻毒素含量与T、pH和Cond有着显著的负相关关系,这三种环境因子对胞外微囊藻毒素的影响,可能是通过影响水体中微囊藻毒素的生物降解完成的。同时发现,虽然洱海微囊藻毒素的暴露风险与太湖、巢湖以及滇池相比并不高,但是在夏秋季胞内微囊藻毒素含量仍超过WHO(世界卫生组织)规定的限定值(1μg/L),因此需要引起重视。利用第2部分研究中构建的并且得到验证的蓝藻密度模型对洱海胞内微囊藻毒素进行了预测和验证,结果发现,在夏秋季洱海胞内微囊藻毒素的含量远远高于模型的预测值。这可能是由于模型本身的可靠性不高以及洱海蓝藻优势种的变化造成的。 通过这三部分的研究,发现T和TN是洱海浮游植物演替的驱动因子,构建的浮游植物总密度、蓝藻密度和绿藻密度预测模型的可靠性得到验证,虽然目前洱海水体中微囊藻毒素的暴露风险并不高,但是在夏秋季仍需引起注意。T,pH和Cond是影响洱海水体中微囊藻毒素含量的主要环境因子。