三峡水库成库后,大多数支流回水区水华的频繁暴发已成为当前最严重的生态环境问题之一。同湖泊相比,物理边界的不稳定使得支流回水区水华成因具有特殊性和复杂性。本文以库区中段支流——小江流域为研究对象,对其回水区段展开了为期2年(2007年5月~2009年4月)的定位观测研究。以藻类群落生境选择学说和生态功能分组为基础,从以下3个层面探究水库运行初期小江回水区藻类生境季节变化对群落演替的影响,以期为“后三峡”时期支流回水区的富营养化管理和水华预测提供基础数据和科学分析。(1)藻类生境的总体特点与季节变化过程在HEC-RAS平台上建立了小江回水区一维水动力模型,对其水动力特点进行了分析。小江回水区水体滞留时间变化范围为3.8~157.0d,呈过流型(水体滞留时间小于20d)水库特征的时段占15.6%,主要集中在5~8月的夏季主汛期,处于过渡型状态(水体滞留时间为20d~300d之间)的时段约占84.4%。小江回水区倒灌现象主要集中于9月下旬至11月上旬蓄水期间,最远影响范围约2km。研究期间,总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性硅(DSi)浓度均值分别为1623±30μg·L-1、75.9±2.5μg·L-1和7982±130μg·L-1,总体呈中营养状态。以硝态氮(NO3--N)为主的溶解态无机氮(DIN)是氮素的主要赋存形态,颗粒态磷(PP)是磷的主要赋存形态。氮、磷含量及其不同赋存形态构成受水库调蓄和降雨径流过程影响显著。入汛后,NH4+-N相对丰度显著增加,水体所表征出的还原性特点越强;颗粒态磷(PP)在降雨、径流作用下,随无机颗粒物一起输入水体,成为TP的主要组分。在高水位运行状态下,无机氮素形态更倾向于向NO3--N转化,NH4+/NO3-显著降低;水体滞留时间延长促进了PP的沉淀,且水质理化特性的改变使SRP成为TP的主要赋存形态。2年观测期内TN/TP总体呈下降趋势,小江回水区藻类生长总体受磷限制,但在冬末至夏初季节易出现氮限制的状态。研究期间,小江流域太阳辐射年值分别为4007.98MJ·m-2和3542.76MJ·m-2,光合作用有效辐射(PAR)在太阳辐射中所占比重约为0.522。水下光学衰减系数(Kd(λPAR))、真光层深度(Deu(λPAR))、透明度(SD)和上层水温均值分别为0.916±0.037m-1、6.64±0.22m、170±7cm和20.52±0.39℃,季节变化显著。采用因子分析和多元回归分析方法对真光层深度的主要影响因素进行分析发现,春季、夏季和秋季(变水位、低水位)无机悬浮颗粒(PIM)是影响真光层深度的主要因素。冬季高水位下,悬浮生长的藻类成为影响真光层深度的主要因素。(2)藻类群落演替的生态学特征研究期间,藻类细胞密度、生物量分别为(59.285±7.853)×105cell·L-1、4589±652μg·L-1,峰值出现的时间大致在冬末春初(2~3月)、春末夏初(4~5月)和夏末初秋(8月下旬~10月上旬),而谷值多在冬季(12~1月)。共检出藻类8门117属320种,春、夏季蓝藻、甲藻占优,秋、冬季则以硅藻、隐藻为主。小江回水区共有26个藻类生态功能组,代表性功能组为J/F/H1/P/LO/ LM/B/Y/G/C。功能组季节演替存在差异,但C-R-S生长策略季节演替存在重现性,基本演替特点是:春季开始,S-CS型藻类占优,在夏季汛期易出现CR/CS频繁交替的混生型藻类群落特点,秋末开始逐渐向R-CR型藻类群落演替,于次年2~3月中旬在短时间内演替为S-CS型藻类占优的群落格局。在全年的观测尺度上,小江回水区藻类群落结构具有演替阶段明显的特点。(3)藻类群落季节演替对生境变化的响应特点相关性分析发现,藻类生长对NO3--N、磷酸盐(SRP)等无机营养物的摄取利用过程明显,受太阳辐射、水温的影响显著,但其对TN、TP、TN/TP的生态响应却尚不明晰。研究建立了表征水动力条件下真光层内的藻类可利用能量Ef指数,并根据水体滞留时间形成了Ef *和E f*-SD指数,藻类群落丰度与E f*-SD指数的相关性优于其同水温的相关性。利用典范对应分析(CCA)建立了藻类群落结构与环境变量的相互关系。研究发现,水库运行水位、水体滞留时间和太阳辐射强度、水温是影响该水域藻类群落结构的主要环境因素。在低水位条件下水中悬浮颗粒物浓度(TPM)和NH4+-N对群落结构的影响显著,高水位条件下太阳辐射强度、水温和径流量的改变对群落结构的影响明显。以藻类生态功能分组为基础的CCA模型对藻类-环境变量关系的解释能力显著优于以藻类生物学分类为基础的CCA模型。对水库调蓄下的水动力条件、营养物浓度及赋存形态、水体光热传输特点和藻类群落丰度季节变化等环境生态要素进行聚类分析,获得水库调蓄下小江回水区藻类生境变化与群落演替8个典型时段,分别为4月下旬~5月(或6月上旬)、6月(或中旬)~7月下旬(或8月上旬)、8月~9月、10月上旬、10月下旬~12月上旬、12月下旬~2月上旬、2月下旬~3月上旬、3月下旬~4月上旬。在藻类生态功能分组基础上,尝试建立了水库运行初期小江回水区藻类群落演替的宏观生态模式。本研究的创新点包括:(1)在三峡水库支流水华的研究中,首次引入藻类生境选择学说和生态功能分组概念分析、探究藻类群落结构的生态特征与演替过程。在物理边界不稳定的过渡型生态系统中,建立了藻类生态功能组同环境变量的多元统计模型并进行了有效性验证,拓展了藻类生境学说和生态功能分组的运用范围。(2)提出藻类可利用能量指数的概念,并对其进行概化;尝试将微观状态下水体扰动改变藻类受光条件同宏观条件下水体滞留时间变化相结合,以阐释水体滞留时间对藻类生长和群落演替的影响。(3)总结并划分了水库调蓄下三峡水库小江回水区藻类生境变化与群落演替的典型时段,在藻类生态功能分组基础上,首次提出了水库运行初期小江回水区藻类群落演替的宏观生态模式。