论文部分内容阅读
水利工程的建设常常会导致水体流速减缓、营养盐输移受阻,进而加剧水体富营养化潜力。水体富营养化及其形成的蓝藻水华是世界范围内的重大环境问题,严重制约了我国水资源的可利用性及社会经济的发展。水华的形成不仅依赖于适宜的营养盐、温度、光照等条件,还受水动力条件和悬移质泥沙（SPM）含量的影响。因此,了解浮游植物生理生态特性在水动力条件及其所驱动的环境因子下的响应,解析浮游植物在上述环境中的主动生存策略,对理解水利工程的生态环境效应、评估其生态风险具有一定的参考价值。本文以三峡库区次级河流-御临河为研究对象,从水动力（紊流）与其驱动的环境因子（重点关注悬移质泥沙）对库区支流浮游植物生长及效应影响的角度出发,通过建立近似均匀紊流模拟系统（AHTS）,构建紊流及悬移质泥沙共干扰体系,研究紊流与悬移质泥沙耦合作用对浮游植物群落生态过程的影响,以及该条件下浮游植物群落的主动生存策略;通过解析三峡库区次级河流-御临河在蓄泄水周期内（变化水动力下）的微囊藻毒素（MCs）的时空分布变化特征及其与环境因子的关系,从原位监测结果的角度阐述水动力-泥沙-藻毒素的响应模式。通过室内和原位研究,得到以下主要结论:（1）在紊流体系中,较高的紊动强度(1.80×10-2 m2/s3)提高了体系内浮游植物密度。与紊动强度为2.25×10-3 m2/s3的处理相比,较高强度紊动处理促进了群体态浮游植物栅藻属（Scenedesmus sp.）的生长,微囊藻（Microcystis sp.）在高紊流下更容易存活。（2）在紊流与SPM共干扰体系下,紊流越高,浮游植物密度越大,且可进一步的提高群体藻的比例。另一方面,在泥沙-藻共培养期内,藻细胞释放的胞外聚合物（EPS）附着在泥沙表面,改变SPM表面特性,形成较大尺寸和光滑表面的SPM,可减轻水体中泥沙碰撞形成的剪切力对藻细胞的损伤。此部分研究结果证实,在较高强度的紊动作用及其驱动的泥沙再悬浮环境中,浮游植物可通过释放EPS、改变SPM表面性质和改变其聚集状态等主动适应上述双重胁迫,从而重构生态系统。（3）在御临河原位监测微囊藻毒素的时空分布特征及水质理化指标,发现御临河6个监测断面中,浮游植物密度随着水位的波动和季节的交替而变化;MC-RR是御临河中MCs的主要异构体,其最大浓度为3.55μg/L,MC-LR的最大浓度超过了世界卫生组织（WHO）推荐的阈值1.0μg/L;此外,在时间分布上,泄水期MCs浓度较高,在空间分布上,从上游河段到河口的MCs浓度呈上升趋势;蓄水期时MCs与磷和水体流速等环境因素呈负相关关系,但与水温、悬移质泥沙含量以及浮游植物密度呈正相关关系,泄水期时MCs与总磷和悬移质泥沙含量呈负相关关系,但与水体流速呈正相关关系;基于风险熵值的生态风险评价结果表明,MC-LR对底栖无脊椎动物有较高的负面风险影响。（4）御临河原位监测的结果表明,SPM是削减御临河溶解态藻毒素的重要因子,通过河口、排花两个断面沉积物及SPM藻毒素的浓度比较发现,所研究断面沉积物中MCs含量比SPM高1.70～20倍,且基于FTIR及XRD的悬移质泥沙和沉积物表面特性分析发现采样点的泥沙与沉积物具有较高的同源性,表明在水动力作用下泥沙的悬浮-沉降是影响水相中藻毒素浓度的关键过程。综上,本文通过紊流和悬移质泥沙对浮游植物生理过程的影响及御临河微囊藻毒素原位监测的研究,初步探讨了水动力驱动的泥沙悬浮对浮游植物生态特征的影响,解析了浮游植物在上述条件下的主动生存策略,分析了水体紊动及泥沙悬浮-浮游植物响应-藻毒素生态风险的耦合关系,研究结果为进一步了解在水动力作用下藻类的响应特征及效应提供依据。