花溪河拟柱孢藻的种群动态及其环境因子相关性研究

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水体富营养化是当今世界各国所面临的重大水环境问题。随着水体富营养化的日益严重,藻类水华频繁的暴发已成为许多富营养化湖泊和水体不得不面对的问题之一。其中,蓝藻水华大规模的暴发不仅对水体生态环境造成严重的破坏,降低水体的可利用性,而且其产生的蓝藻毒素已给人类的健康带来巨大的危害。拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是一种生活在淡水中的浮游丝状蓝藻。由于首次发现于热带的印度尼西亚Java湖,且因其生长的高温需求以及对温度变化的敏感性,因而拟柱孢藻被认为是一种热带的蓝藻种类。然而,近年来,拟柱孢藻已经逐渐扩张到亚热带和温带地区,并且能够在各种生境中形成水华,因此,其被认为是一种扩张能力强的入侵水华蓝藻。此外,拟柱孢藻能够产生多种毒素,包括拟柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin,CYN)、麻痹性神经毒素(Paralytic shellfish-poisoning toxin,PSP)以及一些未确定结构的毒素,这些毒素严重威胁到了人类和动物的健康,因而,拟柱孢藻越来越受到国内外学者的关注和研究。三峡大坝修建运行后,在给人们带了经济效益的同时,也带来了一些负面的影响。特别是,支流水体流速和库区气流交换减慢,水体富营养化加剧,水华爆发频率增加,直接影响到三峡库区的水质安全。花溪河是重庆主城的一级支流,其上游南彭水库是国家一级保护的饮用水源,其水质好坏不仅影响库区水质,也关系到周边居民的健康安全。然而,随着经济的发展,受生活污水和工业废水的影响,花溪河污染严重,部分水体甚至出现恶臭,水质明显降低,甚至出现水华。因此,为了研究花溪河的水环境变化及水华发生机制,本论文从花溪河的上游碑垭村至入江口共设置了12个样点,每月对这12个样点的总氮、总磷、电导率、水温等理化参数及浮游植物进行了为期一年(2017.06-2018.05)的监测,并对浮游植物数量与环境因子进行了冗余分析,在此基础上,对拟柱孢藻与环境因子进行Pearson相关性分析,探讨花溪河浮游植物和拟柱孢藻的时空变化及水体中营养盐富营养状态,并阐明拟柱孢藻水华的发生与环境因子有关,为拟柱孢藻水华的进一步研究提供理论支撑。主要研究结果如下:(1)调查期间,在花溪河共检测出藻类8门102属353种,其中绿藻种类最为丰富,有40属127种,占总物种数的35.98%,然后是硅藻、裸藻和蓝藻分别占总物种数的27.76%、18.41%和11.05%,而其他藻种类较少,占总物种数的6.80%;冬季花溪河藻种数明显低于其他季节,春季藻种最为丰富。在整个调查期间,样点S0和S1未出现拟柱孢藻;水库样点S2和S3拟柱孢藻藻密度在2017年6月至11月均达到了水华藻密度,其中2017年8月拟柱孢藻藻密度最高,为1.07×10~8个/L。而中、下游样点在整个调查期间拟柱孢藻藻密度均较小,甚至未检测出拟柱孢藻。7、8和9月,蓝藻水华最为严重,其拟柱孢藻占绝对优势,拟柱孢藻数占藻类总数的比例高达98%。(2)调查期间,花溪河各样点水体中总氮、总磷含量均超过了富营养化的标准;总氮含量为0.99-15.26 mg/L,总磷含量的变化范围为0.021-0.914 mg/L;从上游到下游氮、磷含量总体呈增加的趋势,冬季略高于其他季节;整个调查期间,平均氮含量、磷含量S0样点的最低,样点S10最高;与S4-S12样点相比,水库S2和S3样点水体中的氮、磷含量较低。水体温度随季节变化明显,7月达到最高值,1月为最低值。在整个调查期间,各月电导率的最低值均出现在水库样点。7、8和9月高锰酸盐含量明显高于其他月份。各样点之间流速差异较大,为0-1.04 m/s。(3)对水库(S2和S3)样点的拟柱孢藻与环境因子进行相关性分析和RDA排序分析,发现拟柱孢藻与水体流速、电导率、总氮、总磷、硝态氮、透明度等具有负相关关系,但只与电导率具有极显著的负相关;与水温、光照、pH、溶解氧和氮磷比等具有正相关关系,但只与水温具有极显著的正相关。而水华最为严重的7、8和9三个月,样点S2及以下样点拟柱孢藻与环境因子进行相关性分析和RDA排序分析,发现在7月拟柱孢藻与流速、电导率、总氮、总磷、硝态氮以及正磷酸盐等具有负相关关系,其中与电导率、总磷和正磷酸盐具有显著的负相关关系;与水温、光照、pH、溶解氧等具有正相关关系,其中与光照和pH具有极显著的正相关关系。8月拟柱孢藻与流速、电导率、总氮、总磷、硝态氮以及正磷酸盐等具有负相关关系,其中与总磷和正磷酸盐具有显著的负相关,与电导率具有极显著的负相关关系;与水温、光照、pH、溶解氧、氮磷比等具有正相关关系,其中与溶氧、氮磷比和pH具有极显著的正相关关系。9月拟柱孢藻与流速、电导率、氧化还原电位、总氮、总磷、硝态氮以及正磷酸盐等具有负相关关系,其中与总氮和硝态氮具有显著的负相关,与电导率和氧化还原电位具有极显著的负相关关系;与水温、光照、pH、溶解氧、氮磷比等具有正相关关系,其中与水温和溶氧具有显著的正相关关系,与光照、pH具有极显著的正相关关系。
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