不同营养状态浅水湖泊中藻类数量和组成与磷的关系研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinyueli
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人类活动引起的营养物质的过量输入将导致湖泊(水库)的富营养化。目前,湖泊(水库)富营养化已成为世界上最为严重的水环境问题之一。作为重要的初级生产者,浮游植物与附着藻类在湖泊生态系统中具有重要的功能,其数量和组成与富营养化的程度和过程密切相关,而相关研究仍有待深入。本文以我国大中型浅水湖泊与水库(巢湖、东平湖、小浪底水库、瓦埠湖与东湖)为实验对象,根据其形态特征和营养状态,系统研究了藻类的数量与组成对不同来源营养的响应方式,以期深入揭示湖泊富营养化的机理。主要结果如下:  1.在东平湖采集到浮游植物共计6门44属(共含55种),包括绿藻门15属(23种)、硅藻门12属(13种)、蓝藻门9属(11种)、裸藻门4属(4种),甲藻门和隐藻门各2种;小浪底水库共采集到浮游植物6门44属(共含63种),包括绿藻门16属(28种)、硅藻门14属(16种)、蓝藻门9属(13种)、甲藻门、裸藻门和隐藻门各2种。统计分析结果表明,东平湖浮游植物诸参数在水平与垂直方向上基本无显著差异(仅不同深度的种类丰富度明显有别)。与前期数据相比,该湖仍处于中-富营养化状态,且较为稳定。另一方面,小浪底水库浮游植物诸参数在水平与垂直方向上均表现出明显的异质性,且在陈家岭断面距表层4米处显示浮游植物密度与生物量的最大值。因此,贫营养的状态至少在该水库的局部尚存,但缺乏稳定性。简言之,大型湖泊与水库的浮游植物具有种类的多样性与空间分布的异质性,而水文状态的波动是造成上述变异的重要原因之一,故需选择水文状态相对稳定的湖泊集中研究藻类与营养的响应关系。  2.作为水文状态相对稳定的中型湖泊,安徽瓦埠湖浮游植物共计7门50属(共含61种),包括绿藻门15属(24种)、硅藻门19属(21种)、蓝藻门7属(9种)、裸藻门4属(4种),金藻门和隐藻门各2种,甲藻门1种。瓦埠湖处于中等营养水平,其总氮浓度的分布相对均匀,而总磷浓度则表现出明显的空间异质性(南部较高,而北部较低)。浮游植物的数量表现出类似的空间分布格局,即叶绿素a与总磷浓度显著正相关。此外,在营养水平明显较高的南部湖区,浮游植物的多样性明显较低。简言之,浮游植物能以数量和组成上的变化来有效反映其生长介质(水柱)中的营养状态。  3.作为富营养化程度相对严重,故沉积物营养极为丰富的湖泊,东湖浮游植物共计6门40属(共含60种),包括绿藻门15属(23种)、硅藻门9属(14种)、蓝藻门9属(13种)、裸藻门4属(5种),隐藻门2种以及甲藻门1种,其叶绿素a与总磷浓度显著正相关。此外,二者的关系可用逻辑斯蒂曲线加以描述,这种非线性关系可被其拐点划分为三个部分。沉积物磷吸附的研究结果表明,在磷浓度较低的部分,沉积物为重要磷源,另由结构方程模型可知,沉积物磷将对浮游植物中细胞较小的群体产生直接影响;在磷浓度居中的部分,随着水中总磷浓度的增长,叶绿素a随总磷浓度增长的斜率最大,且伴随其最大的多样性和均匀度,以及水柱中适宜的氮磷比。在磷浓度较高的部分,沉积物具有潜在的磷吸附趋势,细胞较小的浮游植物成为主要的优势群体。结构方程模型显示,细胞较大的颤藻将直接受到氨和磷的影响。水中氮磷营养的非均衡性,致使浮游植物的多样性和均匀度处于最低水平,且叶绿素a随总磷浓度的增长趋缓。简言之,在湖泊富营养化过程中,沉积物将以不同的程度行使磷源或磷汇的功能,并由此直接或间接地改变浮游植物的数量和组成。  4.巢湖富营养化程度日趋严重,且其水域辽阔,周边土地利用方式复杂多样,故可作为研究藻类响应面源污染的适宜场所。巢湖沿岸带浮游植物共计6门46属(共含61种),包括绿藻门15属(24种)、硅藻门18属(21种)、蓝藻门6属(9种)、裸藻门4属(4种),隐藻门2种,甲藻门1种;另可检出附着藻类共计4门30属(43种),包括绿藻门9属(13种)、硅藻门18属(19种)、蓝藻门8属(10种)与甲藻门1种。根据沿岸带附着藻类的数量与组成,利用K-means聚类方法,可将沿岸带的营养状态以季节分为多种类型。在营养状态最高的类型中,附着藻类的多样性和均匀度指数最低。此外,典范对应分析的结果表明,不同营养类型与其周边的土地利用方式具有某种程度的联系。相反,浮游植物参数对于上述两种归类分析均无灵敏响应,其原因可能在于水文条件波动导致的源于它处的浮游植物的聚集。简言之,与浮游植物相比,附着藻类能更加灵敏地响应面源营养污染的方式与强度。  总之,在水文状态相对稳定的条件下,浮游植物和附着藻类均能以数量与组成的差异来体现湖泊营养状态的变化,在富营养与超富营养区域,其多样性和均匀度明显减少,数量剧增,但随营养负荷升高而增长的幅度骤降。营养负荷的适中与来源的异质性将极大地有利于藻类数量的增长和种类的多样化。因此,中营养湖泊的沉积物对于富营养化过程具有重要的促进作用。此外,富营养化湖泊的修复在相当程度上依赖于其多元化自然岸带的恢复与重建。
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