（环境工程专业论文）南四湖浮游藻类种群特征及营养状态评价.pdf

原创性声明 i 帆y 删1 m 7 叭9 帆m 1 4 砒0 1 1 9 帆 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：型鱼耀日期：呈型垒鱼：兰兰 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷 件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：地导师签名：窃丞生复日 山东人学硕上学位论文 目录 目录i 摘要1 a b s t r a c t 3 第一章绪论5 1 1 浮游藻类与水环境5 1 1 1 浮游藻类5 1 1 2 藻类生长影响因素6 1 1 3 藻类与水体富营养化7 1 2 南四湖8 1 2 1 南四湖概况8 1 2 2 南四湖水质现状9 1 2 3 南四湖与南水北调东线工程1 0 1 3 研究目的与研究内容1 0 1 3 1 研究目的1 0 1 3 2 研究内容1 1 第二章南四湖水体理化指标1 2 2 1 材料和方法1 2 2 1 1 采样点位与采样频率1 2 2 1 2 水质指标测定方法1 2 2 2 结果与讨论1 3 2 2 1 水温1 3 2 2 2p h 1 4 2 2 3 透明度1 5 2 2 4 溶解氧( d o ) 1 6 2 2 5 高锰酸盐指数( c o d h ) 1 6 2 2 6 化学需氧量( c o d 。，) 1 7 2 2 7 总磷( t p ) 1 7 2 2 8 总氮( t n ) 1 8 山东人学硕 学位论文 2 3 小结1 9 第三章南四湖浮游藻类种群构成特征2 0 3 1 材料和方法2 0 3 1 1 采样点位与采样频率2 0 3 1 2 样品采集与分析方法2 0 3 2 结果与讨论2 0 3 2 1 浮游藻类种属组成2 0 3 2 2 浮游藻类种数月份变化2 4 3 2 3 浮游藻类密度月份变化2 5 3 2 4 叶绿素a 浓度月份变化2 5 3 2 5 各监测点不同种属藻类密度月份变化2 7 3 2 6 浮游藻类优势种月份变化2 9 3 2 7 浮游藻类多样性和均匀度3 0 3 3 小结3 2 第四章南四湖蓝藻种群特征分析3 4 4 1 材料和方法3 4 4 1 1 采样点位与采样频率3 4 4 1 2 样品采集与分析方法3 4 4 2 结果与讨论3 4 4 2 1 蓝藻种属组成及月份变化3 4 4 2 2 蓝藻密度月份变化3 5 4 2 3 蓝藻种类及密度历年变化3 6 4 2 4 南四湖未发生蓝藻水华原因分析3 7 4 3 小结3 9 第五章南四湖水体营养状态评价4 0 5 1 修正的卡森营养状态指数法( t s i ) 4 0 5 1 1t s i 。计算方法4 0 5 1 2t s i 。评价结果4 0 5 2 指数法4 2 山东大学硕 ：学位论文 5 3 生物指标评价法4 4 5 3 1 优势种评价法4 4 5 3 2 多样性指数评价法4 4 5 4 小结4 5 第六章南四湖水质改善措施4 6 6 1 南水北调东线工程对南四湖水环境的影响4 6 6 2 南四湖水质改善措施4 6 6 3 小结4 7 第七章结论与建议4 9 7 1 结论4 9 7 2 建议5 0 附图南四湖藻类图片5 1 参考文献6 1 致谢6 7 攻读硕士期间发表论文6 8 攻读硕士期间获奖情况6 8 攻读硕士期间参与科研项目情况6 9 i i i 山东人学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 摘要 浮游藻类的种群结构与其生活水域的水质状况密切相关，是评价水体质量的 一项重要生物指标。南四湖是南水北调东线工程的调蓄湖泊和输水线路的重要组 成部分，研究湖内水体浮游藻类种群构成特征及分布规律，可为评估水体质量， 预防控制湖泊富营养化，保障调水水质安全提供科学依据。本文对南四湖水体浮 游藻类种群构成特征及水体营养状态进行了调查研究。本文主要研究内容如下： 2 0 0 8 年6 月- 2 0 0 9 年5 月在南四湖设置5 个监测点，每月采样一次，对浮游 藻类种群构成特征及季节变化进行了为期一年的调查研究。南四湖共检出浮游藻 类8 门5 9 属1 1 7 种；其中绿藻种类最多，共5 7 种，占浮游藻类总种数的4 8 7 ； 硅藻次之，共2 8 种，占浮游藻类总种数的2 3 9 ；浮游藻类种数夏秋季节多， 冬春季节少。各监测点浮游藻类密度和叶绿素a 浓度变化范围分别为5 x 1 0 4 5 5 0 0 x 1 0 4c e l l s l 、2 1 4 1 5 8 3 6 m g m 3 ，浮游藻类密度季节变化表现为夏季 秋季 春季 冬季。浮游藻类优势种的优势度指数不高，变化范围为0 0 4 - - 0 3 5 ，优势种 种数较多，包括小球藻( c h l o r e l l av u l g a r i s ) 、二形栅藻( s c e n e d e s m u sd i m o r p h u s ) 、 颗粒直链藻阻u l a c o s e i r ag r a n u l a t a ) 等2 3 种。南四湖浮游藻类多样性指数和均匀 度指数变化范围分别为1 5 6 2 3 6 、0 5 9 - 0 8 4 ；多样性和均匀度较好，表明南四 湖水体中浮游藻类群落结构较复杂，且群落种类组成的稳定程度和数量分布均匀 程度较高。 南四湖水体检出蓝藻1 0 属1 9 种，占藻类总种数的1 6 2 ；各监测点蓝藻细 胞密度变化范围为o 1 1 2 0 x 1 0 4 c e l l s l ，月均值为9 2 9 1 0 4 c e l l s l ；蓝藻种数及密 度夏秋季节高，冬春季节低；蓝藻种群中的优势种是平裂藻属的种类，水华常见 藻类如微囊藻属和鱼腥藻属的种类等占比例小或未检出。浮游藻类优势种不是易 引发水华的蓝藻种类，气象气候、水流流态等环境条件不利于水华的形成，是南 四湖未发生明显水华的重要原因。 采用修正的卡森营养状态指数法( t s i m ) 、地表水资源质量评价技术规程 ( s l 3 9 5 2 0 0 7 ) 规定的指数法、生物指标评价法评价了南四湖水体营养状态，评价 结果为富营养。南四湖检出的浮游藻类多为淡水湖泊水体常见种类，部分种类为 山东大学硕士学位论文 富营养化指示藻类。 南水北调东线工程的实施，促进了南四湖汇水区的环境保护，湖水水质明显 提高。为预防发生蓝藻水华，保障湖体水质达到调水水质要求，还应进一步采取 建设人工湿地、中水回用、面源污染治理等水质改善措施，同时加强水环境质量 监控预警体系建设。 关键词：水环境；浮游藻类；种群特征；营养状态；南四湖 2 山东大学硕十学位论文 a b s t r a c t p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yi sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ew a t e rq u a l i t ya n dt h u st ob e a ni m p o r t a n tb i o l o g i c a li n d i c a t o rf o rw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t n a n s il a k eh a sb e e n e m p l o y e di nt h ee a s t r o u t eo ft h es o u t h - t o - n o r t hw a t e rd i v e r s i o np r o j e c tf o r a c c o m m o d a t i n gw a t e rs t o r a g ea n dp a r t o ft h ew a t e rc h a n n e l i n v e s t i g a t i o n so f p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t ya r e a n i m p o r t a n ta s p e c t i ns t u d y i n gw a t e rq u a l i t y ， p r e v e n t i n g a n dc o n t r o l l i n ge u t r o p h i c a t i o no fl a k e s ，a n de n s u r i n gd i v e r s i o nw a t e r q u a l i t y t h i sp a p e rf o c u s e do nt h ep h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e a s s e s s m e n to fw a t e rt r o p h i cs t a t u si nn a n s il a k e t h em a i nr e s e a r c h e si n c l u d e da s f o l l o w s ： t h ec o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n ds e a s o n a lv a r i a t i o n so fp h y t o p l a n k t o ni n n a n s il a k ew e r es t u d i e df r o mj u n e2 0 0 8t om a y2 0 0 9 8p h y l a , 5 9g e n e r aa n d117 s p e c i e sh a v eb e e ni d e n t i f i e df r o m5m o n i t o r i n gs t a t i o n sb a s e do n am o n t h l ys a m p l i n g t h ed o m i n a t e dc h l o r o p h y t ah a s5 7s p e c i e s ，a c c o u n t i n gf o r4 8 7 o ft h et o t a l p h y t o p l a n k t o ns p e c i e s ，a n db a c i l l a r i o p h y t ah a s2 8s p e c i e s ，a c c o u n t i n gf o r2 3 9 o f t h et o t a lp h y t o p l a n k t o ns p e i c e s t h e r ew e r em u c hm o r es p e c i e si ns u m m e ra n d a u t u m nt h a nt h a ti nw i n t e ra n ds p r i n g t h ep h y t o p l a n k t o nd e n s i t i e sa n dc h l o r o p h y l la c o n c e n t r a t i o n so fe a c hs a m p l i n gs t a t i o nr a n g e df r o m5 xl0 4t o5 5 0 0 10 4c e l l s l ，a n d 2 1 4t o1 5 8 3 6 m g m 3 ，r e s p e c t i v e l y t h eq u a n t i t yo fp h y t o p l a n k t o ni nt h eo r d e rf r o m l a r g et os m a l lw a s ：s u m m e r a u t u m n s p r i n g w i n t e r t h ep r e d o m i n a n ti n d i c e sw e r e n o th i 曲，r a n g i n gf r o m0 0 4t oo 3 5 ，a n dt h e r ew e r e2 3p r e d o m i n a n ts p e c i e si n c l u d i n g c h i o r e l l a v u l g a r i s ，s c e n e d e s m u sd i m o r p h u s ，a u l a c o s e i r ag r a n u l a t e ，e t c t h e p h y t o p l a n k t o nd i v e r s i t ya n de v e n n e s si n d i c e sv a r i e df r o m1 5 6t o2 3 6 a n do 5 9t o o 8 4 r e s p e c t i v e l y i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ep h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t ys t r u c t u r ei n n a n s il a k ew a sc o m p l e x ，a n dt h e s t a b i l i t yo ft h ep h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t y c o m p o s i t i o na n dq u a n t i t a t i v ed i s t r i b u t i o ns h o w e d ah i l g hd e g r e ei nn a n s il a k e t h es p e c i e sc o m p o s i t i o no fc y a n o b a c t e r i ac o m m u n i t yr e v e a l e d10g e n e r a , 19 3 山东大学硕上学位论文 s p e c i e s w h i c ha c c o u n t e df o r 16 2 o ft l l et o t a ln u m b e ro fp h y t o p l a n k t o ns p e c i e s o b s e r v e di nn a n s il a k e t h ec y a n o b a c t e r i ad e n s i t i e so fe a c hm o n i t o r i n g s t a t i o n r a n g e df r o m0t o 112 0 10 4c e l l s l w i t ha na v e r a g eo f9 2 9 10 4c e l l s l t h e c y a n o b a c t e r i as p e c i e sn u m b e ra n dc e l ld e n s i t i e sh a dt h es a m ev a r i a t i o nt r e n d sd u r i n g t h ey e a r , w i t hh i g h e rv a l u e si ns u m m e ra n da u t u m na n dl o w e rv a l u e si ns p r i n ga n d w i n t e r t h ed o m i n a n ts p e c i e so fc y a n o b a c e r i ac o m m u n i t yw e r et h es p e c i e so f m e r i s m o p e d i a ，n o tt h eb l o o m f o r m i n ga l g a es u c h a sm i c r o c y s t i s ，a n a b a e n a ，e t c t h e d o m i n a n ts p e c i e so fp h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yw e r en o tt h es p e c i e so fc y a n o b a c t e r i a c a u s i n gw a t e rb l o o m ，a n de n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n ss u c ha sc l i m a t e ，h y d r o l o g yw e r e n o ts u i t a b l ef o rt h ee x c e s s i v ep r o p a g a t i o no fc y a n o b a c t e r i a , w h i c ha r et h ei m p o r t a n t r e a s o n sf o rt h a tt h ew a t e rb l o o mh a sn e v e ro c c u r r e di nn a n s il a k e t h et r o p h i cs t a t eo fn a n s il a k ew a si n v e s t i g a t e du s i n gt h em e t h o d so fm o d i f i e d t r o p h i cs t a t ei n d e x ( t s i m ) ，i n d e xd e f i n e db yt h e “e v a l u a t i o no fs u r f a c ew a t e rq u a l i t y t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n ( s l 39 5 2 0 0 7 ) ”a n db i o l o g i c a li n d i c a t o r s a c c o r d i n gt ot h e m a j o r i t yo ft h ei n v e s t i g a t e dp a r a m e t e r sa n di n d i c e sd e r i v e df r o mw a t e rq u a l i t ya n d p h y t o p l a n k t o n ，n a n s il a k ew a se u t r o p h i c m o s to f t h ed e t e c t e dp h y t o p l a n k t o ns p e i c e s w e r ec o m m o ng e n u si nf r e s h w a t e rl a k e sa n ds o m es p e c i e si n d i c a t e de u t r o p h i c a t i o n t h ec o n s t r u c t i o no ft h ee a s tr o u t eo fs o u t h t o - n o r t hw a t e rd i v e r s i o np r o j e c t p r o m o t e dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni nn a n s il a k ew a t e r s h e da n dt h el a k ew a t e r q u a l i t yh a sb e e nm e l i o r a t e ds i g n i f i c a n t l y t op r e v e n tw a t e rb l o o mo c c u r r i n gi nn a n s i l a k ea n da c h i e v et h er e q u i r e dw a t e rq u a l i t yf o rw a t e rd i v e r s i o n ，i ti ss t i l ln e e dt o i m p r o v ew a t e re n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g ，c o n t r o l ，e m e r g e n c ys y s t e ma n di m p l e m e n t t h ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e ss u c ha sc o n s t r u c t i n gt h ew e t l a n d ss y s t e m ， w a s t e w a t e rr e u s e ，n o np o i n ts o u r c ep o l l u t i o nc o n t r o l ，e t c k e yw o r d s ：w a t e re n v i r o n m e n t ；p h y t o p l a n k t o n ；c o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c s ；t r o p h i c s t a t e ；n a n s il a k e 4 山东火学硕士学位论文 1 1 浮游藻类与水环境 1 1 1 浮游藻类 第一章绪论 浮游植物是一个生态学概念，是指在水中营浮游生活的微小植物，通常浮游 植物就是指浮游藻类。根据淡水浮游藻类所含色素和藻类的形态构造，我国将其 分为十一个门类，即蓝藻f - j ( c y a n o p h y t a ) 、硅藻门( b a c i l l a r i o p h y t a ) 、金藻门 ( c h r y s o p h y t a ) 、黄藻f ( x a n t h o p h y t a ) 、甲藻i 3 ( p y r r o p h y t a ) 、红藻f - j ( r h o d o p h y t a ) 、 褐藻门( p h a e o p h y t a ) 、隐藻门( c r y p t o p h y t a ) 、裸藻f - j ( e u g l e n o p h y t a ) 、绿藻门 ( c h l o r o p h y t a ) 和轮藻f - ( c h a r o p h y t a ) ，而不包括细菌和其它植物。浮游藻类在大小 和体积上差别显著，大型种类肉眼可见，如团藻的个体常常大于l m m ，小型种 类大小不到l l a m 或比细菌还小i 。 藻类具有叶绿素，整个藻体都能吸收营养，进行光合作用，因此一般均能自，一 养生活。在自然环境中，藻类在光和黑暗交替的条件下生活。白天在光照条件下， 藻类依靠体内的叶绿素口、叶绿素b 、叶黄素、类胡萝卜素等光合作用色烈2 1 ， 从h 2 0 的光解中获得h 2 ，还原c 0 2 成( c h 2 0 ) n ，其化学反应方程式为：c 0 2 - h 2 0 一( c h 2 0 ) + 0 2 。在夜晚，藻类利用白天合成的有机物做底物，同时利用氧进 行呼吸作用，放出c 0 2 【1 】。在光合作用中，叶绿素是将光能转变为化学能的基本 物质，类胡萝卜素是辅助色素，它和叶绿素相结合，不直接参加光合反应，有捕 捉光能并将光能传到叶绿素的功能，还能吸收有害光，保护叶绿素免遭破坏。藻 类进行光合作用所产生的氧气溶于水或释放入大气。藻类光反应最初的产物a t p 和n a d p h 2 不能长期储存，它们通过光周期把c 0 2 转变为高能储存蔗糖或淀粉， 用于暗周期1 3 j 。 藻类是低等植物，分布甚广，绝大多数生活在水中，地球上大约有4 万余种 藻类，广泛分布在各种水体和海洋中。藻类植物对环境条件要求不高，适应环境 能力强，可以在营养贫乏、光照强度微弱的环境中生长。浮游藻类在水体中是鱼 类和其他经济动物的直接或间接的饵料基础，是水域初级生产者【4 1 ，又是水体中 山东人学硕士学位论文 生物环境的重要组成部分，也是水中溶解氧的主要来源。此外，藻类还直接地或 间接地被人类利用，如生长在江河湖海、塘堰水库中的浮游藻类是一些鱼、虾、 贝的天然饵料【5 6 1 。 由于一些藻类对环境变化非常敏感或具有耐受力，可作为水质生物评价的指 标 7 1 。从2 0 世纪初开始，人们就根据水体中藻类的种类及数量变化，判断水质 是否受到污染或受污染程度5 1 。 1 1 2 藻类生长影响因素 1 1 2 1 营养因子 营养因子是藻类生长和繁殖的基础，藻类细胞由2 0 多种元素组成，其中c 、 o 、h 、n 、p 、s 、k 、m g 、c a 、n a 、c i 等1 1 种元素占细胞干重或无灰分干重 的0 0 1 以上，称为大量元素。其余的元素，如f e 、m n 、c u 、z n 、b 、s i 、m o 、 c o 等含量较低，被称为微量元剥8 加l 。藻类利用h 2 0 和c 0 2 进行光合作用合成 碳水化合物，再吸收n h 3 和s 0 4 2 。合成蛋白质、吸收p 0 4 3 。合成核酸，并繁殖新藻 体2 1 。对绝大多数水体而言，限制藻类生长的营养因子主要是氮和磷，有时碳源 也会成为限制因素。 氮磷比( n p ) 也是藻类生长的重要影响因素【1 l 】。在n 、p 较丰富的情况下， 藻类光合作用最适宜的氮磷摩尔比是1 6 ：1 1 2 】。如果氮磷比超过1 6 ：1 ，磷被认为 是限制性因素；氮磷比小于1 0 ：1 时，氮通常被考虑为限制性因素；氮磷比在1 0 - 2 0 之间时，限制性因素则变得不确定1 3 j 。不同种类藻细胞的元素组成存在着差异， 对各类营养物质的需求也不尽相同，而环境则会优先选择与之相适应的特征藻种 形成适者生存的群落1 4 1 。c u v i n a r a l a r 等1 5 】在研究菲律宾浅水湖水样不同氮磷浓 度比值条件下藻类种群变化时发现，最低氮磷比( 2 ：1 ) 的水样中硅藻成为优势种； 在最高氮磷比( 1 2 ：1 ) 的水样中绿藻成为优势种，生物多样性也较低。 碳是构成藻类生物的基本元素，其代谢又是藻类的能源来源。c 0 2 是藻类进 行光合作用的碳源，藻类在有光照的条件下利用水中的氢还原c 0 2 合成有机物， 藻类生物量增加，水中c 0 2 逐渐减少。藻类利用c 0 2 的速率与藻类生长的速率 密切相关【1 6 】。 6 山东人学硕士学位论文 1 1 2 2 环境因子 微生物生存的环境中，对微生物生长发育具有直接或间接影响的环境要素， 称为生态因子。生态因子是藻类生长的外因，主要包括光照、温度、p h 值、溶 解氧、氧化还原电位、其它生物等【1 7 】。在富营养化湖泊水库中，营养充足，藻 类种群由手对温度、光照等生态因子的适应，群落组成存在季节演替现象。藻类 种群的生长态势与生态因子密切相关【1 引。 影响藻类生长的其它因子还有水面面积、水力停留时间、水深、岸线系数等 因素，水华易发生在水流缓慢、水深较浅( 一般小于4 米) 、相对封闭的水域。这 类水体利于光照、温度向水体内部透入，有助于水体迅速增温，光线充足，有较 大的浅水区，底泥距离水面近，有利于营养物质的释放，因此藻类容易大量繁殖， 形成水华现象【1 9 l 。另外，湖泊水域愈封闭，愈不利于水体交换，愈有利于营养 物质在湖泊水体内滞留和积累，从而为藻类生长繁殖提供良好的环境条件。 1 1 3 藻类与水体富营养化 1 1 3 1 水体富营养化 富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类以及其它水 生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成水体水质恶化，加速水体老化， 从而使水体生态系统和水功能受到阻碍和破坏仁o l 。与湖泊富营养化相伴随的一 个普遍现象就是许多浮游植物，尤其是那些具有浮力或运动能力的藻类，通常会 过度生长，形成水华，从而导致水质下降及一系列严重的水环境问题【2 l 】。 根据2 0 0 8 年“中国环境状况公报9 9 9 我国湖泊( 水库) 富营养化问题突出，监 测营养状态的2 6 个国控重点湖( 库) 中，4 6 以上的湖泊、水库为富营养，其中中 度富营养和重富营养的比例为2 3 。富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一 段时期内的重大水环境问趔2 1 1 。 富营养化水体在水温、气温、流速、光照等适宜的外界条件下，可能形成并 爆发蓝藻水华 2 2 - 2 4 】。近2 0 年来，我国的滇池、太湖、巢湖等内陆淡水湖都多次 爆发蓝藻水华，且发生的规模越来越大。2 0 0 7 年5 月底太湖蓝藻水华引发无锡 市饮用水危机，人民群众的生活和工农业生产受到严重影响【2 5 】。 7 山东人学硕士学位论文 1 1 3 2 水华危害 水体发生水华时，正常的生态环境被扰乱，生物种群数量出现剧烈波动，导 致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了水体生态平衡。水华藻类爆发性增殖， 表层水中藻类密集，阳光难以透入湖泊深层，致使深层藻类的光合作用明显受抑 制，溶解氧的来源减少。藻类死亡后不断沉积，腐烂分解，消耗深层水体中的大 量溶解氧，甚至使水体出现厌氧状态，触发或加速底泥中积累的营养物质释放， 形成富营养水体的恶性循环【2 6 1 。水体中溶解氧浓度降低，导致水生生物群落中 的物种死亡与消逝，不但造成初级生产力下降而且使原有的群落结构被破坏，生 物链断裂，物种趋向单一，水体功能发生退化，水生生态系统中的物质循环和能 量流动发生障碍，导致整个生态系统失衡2 7 1 。 蓝藻水华产生的藻毒素严重影响饮用水水质安全。引起水华的蓝藻如微囊藻 属、鱼腥藻属的某些种类产生藻毒素，净水厂水源中蓝藻滋生将严重危及饮用水 安全【2 8 1 。此外，藻类是水中总有机碳( t o c ) 、生化需氧量( b o d ) 和悬浮固体( s s ) 的重要来源，是饮用水消毒“三致，副产物的前驱物【2 9 1 、清水池壁粘泥的重要组成 部分和管网腐蚀、管网中有害细胞繁殖所需可生物同化有机碳( a o c ) 的重要来源 【3 们。水源水中藻类数量增加，使净水工艺变得复杂、滤池运行时间缩短、反冲 频率及反冲水量大大增加，处理成本升高，供水水质难以保障1 3 。 多种蓝藻有胶质膜，不适于作鱼类饵料，并且易引起水华的蓝藻有多种产生 藻毒素。水华藻类过度繁殖，在水体中占据的空间越来越大，使鱼类活动的空间 越来越小；水体中溶解氧降至很低时就会造成鱼、虾、贝等水生动物因缺氧窒息 而死亡。不仅严重破坏水生生态系统，对水产养殖业也会造成巨大的经济损失。 水华的发生导致水体透明度下降，水色和透明度等感官指标恶化，使湖泊丧失了 应有的美学价值3 2 1 。 1 2 南四湖 1 2 1 南四湖概况 南四湖位于山东省西南部，地理位置为东经1 1 6 0 3 4 - 1 1 7 0 2 1 、北纬3 4 0 2 7 3 5 0 2 0 ，由南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖相连组成，南北长1 2 6k r n ，东西宽 8 山东人学硕士学位论文 5 2 5k m ，周边长3 1l k m ，最大水面面积1 2 6 6k m 2 ，占山东省淡水面积的4 5 ， 是我国北方地区最大的淡水湖泊。1 9 6 0 年在南四湖中部最窄处建成二级坝枢纽， 把南四湖一分为二，坝北为上级湖，坝南为下级湖。南四湖总库容为4 7 3 1 0 8 m 3 ， 入湖河流5 3 条，流域面积3 1 7 0 0 k m 2 ，平均水深1 5 m ，为典型的平原浅水型湖 泊，主要包括湿地生态系统、湖泊生态系统、农田生态系统，其中湿地是南四湖 占地面积最广、最典型的生态系统【3 ”6 1 。目前，南四湖具有蓄水、防洪、灌溉、 城市供水、水产养殖、通航及旅游等功能【3 7 1 。 南四湖属暖温带、半湿润季风大陆性气候，多年平均气温1 3 7 ，年平均日 照2 5 3 0 小时，无霜期2 0 9 2 2 4 天。降水量地区分布很不均匀，年平均降水量湖 西约7 0 0 m m ，湖东7 5 0 8 5 0 m m ，总的变化趋势是从东南向西北递减。其中有 6 0 7 0 的降雨集中在汛期，多为气旋雨或台风雨，极易造成洪涝灾害。降水量 的年际变化大，年内分布也很不均匀，汛期月降水量占年降水量的7 0 左 k 右。 由于南四湖的地理位置和作为京杭运河的航道基础，使其成为南水北调东线 工程重要的调蓄湖泊和输水线路的组成部分【3 8 ，3 9 1 。在调水期南四湖上级湖、下 级湖水流流向由原来的自北向南自然流向通过泵站提水将变为由南向北的流向。 1 2 2 南四湖水质现状 南四湖流域经济正处于高速增长时期，由于发展阶段存在许多不成熟因素， 产生的污染是多方面的，其中流域内的水环境破坏比较严重，多数流量较大的河 流，水质超标现象普遍存在，河流生态环境受到破坏，南四湖原有的水源补给河 流成为了主要的点污染源。南四湖流域造纸、化工、食品加工、饮料制造、煤炭 业向水环境中排入大量c o d 、氨氮等污染物f 3 9 】；随着流域内城市化进程的加快， 生活污水排放量逐年增加；农业生产是重要的面源污染源。 南四湖入湖河流多为季节性河流，主要靠自然降水产生的地表径流补给水 源，但遇到枯水年份降水偏少时，河流中主要是生活污水和处理后的工业废水。 南四湖作为浅水型湖泊，泄水不畅，换水周期长，这些因素决定了地表水体稀释 自净能力较差，水环境容量不大，易造成汛期形成的径流将河流中积蓄的污水冲 入湖中，对湖泊造成污染。 9 山东大学硕上学位论文 南四湖是大型狭长浅水湖泊，湖泊水位年际变化较大，干旱年水位较低，近 年来甚至多次出现干涸现象，湖床大面积裸露，水生生物锐减，严重制约了南四 湖地区工业、航运业、养殖业和农业的发展【3 8 】。 南水北调东线工程治污规划实施以来，南四湖流域产业结构调整效果明 显，同时实施了流域内水污染治理措施，南四湖水体环境质量明显提高。根据 2 0 0 3 - 2 0 0 8 年“中国环境状况公报”，南四湖主要污染指标一直为总氮和总磷。 因此，对工业废水、生活污水的氮、磷处理还应加强。 1 2 3 南四湖与南水北调东线工程 南水北调工程是解决我国北方地区水资源短缺问题的特大型基础设施项目， 包括东线、中线和西线三条调水线路。东线工程利用江苏省江水北调工程，扩大 规模，向北延伸。规划从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用京杭大运河以及 与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库。 经泵站逐级提水进入东平湖后，水分两路，一路向北穿黄河后自流到天津；另一 路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水【4 0 】。 东线工程主要负责给黄淮海平原东部和山东半岛供水。因南四湖紧邻东线调 水上游地区江苏省徐州市，因此该湖泊的调蓄能力和水资源状况直接影响到山东 省供水的保证率，对向河北、天津送水也将起到至关重要的配置作用【3 刀。与西 线、中线相比，东线工程是以京杭运河为基础逐级提水北送，然而由于东部沿海 地区经济发展迅速，水环境污染较严重，因此调水沿线水环境质量是东线工程成 功调水的关键【4 1 1 。 南四湖作为南水北调东线工程重要的调蓄湖泊和输水线路的组成部分，其水 质目标是2 0 1 0 年持续稳定达到地表水i i i 类水质标准【4 2 】。 1 3 研究目的与研究内容 1 3 1 研究目的 浮游藻类的种群结构与其生活水域的水质状况密切相关，在不同营养状态的 水体中，分布着不同种群结构的浮游藻类。因此，浮游藻类调查一直是浅水湖泊 1 0 山东人学硕士学位论文 富营养化研究的重要内容1 4 3 1 。然而，近2 0 年中，对南四湖浮游藻类的研究非常 少，已有的研究中采样次数少且没有浮游藻类种类、数量等随时间和空间的变化 情况【4 4 , 4 5 】。 南四湖作为南水北调东线工程重要的调蓄湖泊和输水线路的组成部分，研究 湖内水体浮游藻类种群构成特征及分布规律尤其是蓝藻种群构成及变化规律，掌 握水环境现状，可为控制湖泊富营养化，预防发生水华，保障湖水达到调水水质 要求提供科学依据。 1 3 2 研究内容 主要研究内容包括以下五个方面： ( 1 ) 监测南四湖水体水质( 水温、p h 、透明度、化学需氧量、总氮、总磷等) ； ( 2 ) 调查研究南四湖浮游藻类种群构成特征及季节变化规律； 。 # ( 3 ) 分析南四湖蓝藻种群构成特征及未发生水华原因； ( 4 ) 采用修正的卡森营养状态指数法( t s i m ) 、指数法、生物指标评价法评价 南四湖水体营养状态； 施。 ( 5 ) 分析南水北调东线工程对南四湖水环境的影响，提出南四湖水质改善措 山东大学硕七学位论文 2 1 材料和方法 第二章南四湖水体理化指标 2 1 1 采样点位与采样频率 2 0 0 8 年6 月- 2 0 0 9 年5 月，在南四湖每月月初进行采样，共采样1 2 次。在 遵循代表性原则的基础上，结合考虑南四湖的实际情况，选取5 个监测断面s 1 、 s 2 、s 3 、s 4 、s 5 ，分别位于南阳湖、独山湖、二级坝附近、昭阳湖和微山湖， 具体位置如图2 1 所示。南四湖是浅水型湖泊，水深小于5 m 且水体无热分层现 象，因此采样点设在水下0 5 m 。用有机玻璃采水器采集水样5 l 后，水样在避光、 低温下保存，运送至实验室进行水质分析。 图2 - 1 南四湖采样点位置 2 1 - 2 水质指标测定方法 监测的水质指标及方法如表2 1 m 。 1 2 山东大学硕士学位论文 表2 - 1 监测的理化指标及监测方法 理化指标监测方法 水温 p h 透明度 溶解氧 化学需氧量 高锰酸盐指数 总氮 总磷 叶绿素口 水温计法 便携式p h 计法 塞氏盘法 便携式溶解氧仪法 重铬酸钾法 酸性法 过硫酸钾氧化紫外分光光度法 钼锑抗分光光度法 丙酮吸收法 使用的仪器主要有： 便携式温度计( t e s l 3 1 6 ，上海精密仪器公司) ； 酸度计( p h h j 9 0 ，北京海淀航天计算机公司) ； 便携式溶解氧测量仪( y s l 5 9 ，美国y s i 公司) ； c o d 恒温加热器( h j 1 2 型c o d 恒温加热器，青岛崂山电子仪器总厂有限公 司) ； 大容量冷冻离心机( t d l 5 m ，湖南赛特湘离心机仪器公司) ； 紫外一可见分光光度计( u v 2 4 5 0 ，日本岛津公司) 2 2 结果与讨论 水体理化指标是影响水体生态系统的重要因素，与水体浮游藻类群落结构密 切相关，并且理化因子也