三峡水库富营养化敏感期的三种水体藻种变化及机理

三峡水库富营养化敏感期的三种水体藻种变化及机理

在嘉江的河流类型（>0.2ms-1）、过渡类型（0.05.0.2ms-1）和湖泊类型（0.05.0.2ms-1）中，后者是富营养化的敏感水体。嘉陵江出口段工业集中、人口密集、商业发达,水环境污染负荷大,近几年春季小环藻暴发连连发生。嘉陵江污染状况对三峡水库水环境有着重要影响,浮游藻类活动日益受到关注。由于有关研究报道少,其河道型、过渡型、湖泊型水体优势藻组成变化的研究尚未涉及,弄清三类水体优势藻的变化规律,对了解三峡成库后嘉陵江出口段富营养化敏感水体中优势藻变化具有特殊意义。为此,进行了嘉陵江出口段三类水体优势藻的现场测试,分析水动力下优势藻组成的变化机理。本文以嘉陵江出口段为研究对象,通过布点采样、藻类鉴定、水质测试等,分析富营养化敏感期河流型、过渡型、湖泊型三类水体蓝藻(Cyanophyta)、绿藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)优势种变化及机理。1材料和方法研究时间:2007年9月—2008年8月。1.1过渡型水体样点布置:嘉陵江出口段左、右两岸不同流速水体共设5个采样点:1.磁器口右岸(过渡型水体);2.磁器口左岸(河流型水体);3.化龙桥右岸(河流型水体);4.朝天门右岸(过渡型水体);5.朝天门左岸(河流型水体)(图1)。1.2藻类检测与计数水样采集处理:每采样点设2个取水点,用500mL采水器分别采取水面下20cm、40cm处水样,然后将2个取水点的4种水样混匀带回,取出混合水样500mL用10%鲁格试剂7.5mL固定,静置24h后镜检,镜检时先将其充分摇匀,再于显微镜下进行藻类鉴定、计数,鉴定依据参照《中国淡水藻类》;每一水样重复3次,结果进行平均处理,每次镜检结果与平均值的误差不得大于10%。实验器材:SWJ-73型深水采样器(自带温度计),LS45A型旋杯式流速仪,DR5000紫外分光光度计,MOTICBA200数码显微镜等。水样总氮(TN)测定采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法,总磷(TP)测定采用钼酸铵分光光度法,具体参照《水和废水监测分析方法》(第四版)。1.3优势种群的确定优势度(Y)根据各优势藻种出现的频率及个体数量进行计算,计算公式如下:式中:Y—优势度Ni—样品中某藻数量fi—样品中某藻出现频率当物种优势度Y>0.02时,该种即为优势种群。2结果与分析2.1处理结果将调查得到的藻类数据通过优势度计算公式算出的优势藻、优势度整理成表1和表2,然后根据研究目标和表中内容展开分析。2.2结果分析2.2.1密度和密度在调查的3—7月,藻种类、数量均为全年最大,藻种类为34,占全年66.5%,平均密度为43.76×104个·L-1,其中3、4月份间,为55.28×104个·L-1。因此,3—7月为嘉陵江出口段富营养化敏感时期。2.2.2yta聚合物3—7月份嘉陵江出口段浮游藻类共7门,52种;其中硅藻门(Bacillariophyta)12种,绿藻门(Chlorophyta)19种,蓝藻门(Cyanophyta)11种,隐藻门(Cryptophyta)4种,裸藻门(Eugleno-phyta)2种,甲藻门(Pyrrophyta)2种,金藻门(Chrysophyta)2种;硅藻23.1%,绿藻36.5%,蓝藻21.2%,裸藻3.9%,隐藻7.7%,甲藻和金藻各3.8%,硅藻、绿藻和蓝藻占总藻的80.8%。本研究以硅、绿、蓝藻进行分析。2.2.3富营养化临界氮磷质量浓度n,n-调查期间,嘉陵江出口段TP变化在1.41~1.68mg·L-1,TN变化在0.062~0.104mg·L-1,根据国际公认的TN0.2mg·L-1、TP0.02mg·L-1的富营养化临界氮磷质量浓度,调查期间的氮磷量不是藻类生长的限制因子,对藻类组成没有影响。2.2.4富营养化敏感时间2008年3-7月,蓝绿硅优势藻共26种,约占总藻种数的50%,占全年平均优势藻种平均百分数为87%,因此3-7月为嘉陵江出口段富营养化敏感时期。由表1可知,这期间优势藻为:蓝藻的固氮鱼腥藻、小颤藻、球形念珠藻、类颤藻鱼腥藻、纤细席藻等12种,绿藻中的小球藻、柱形鼓藻、铜绿微囊藻、小型月牙藻、绿星球藻、四尾栅藻等17种,硅藻中的梅尼小环藻、变异直链藻、颗粒直链藻、近缘针杆藻等11种。2.2.5优势藻种数及形态特征以下各项内容是对表2中平均2.5m·s-1,2.0m·s-1,1.5m·s-1,0.05~0.2m·s-1,0.00~0.05m·s-15个流速的硅、蓝、绿藻进行分析。优势藻组成:5个流速中硅∶蓝∶绿藻构成如下。2.50m·s-1为5∶2∶1,硅藻有变异直链藻、梅尼小环藻、短线脆杆藻、近缘针杆藻、双头针杆藻,蓝藻是纤细席藻、细小隐球藻,绿藻有小球藻;2.00m·s-1为5∶2∶2,硅藻有变异直链藻、颗粒直链藻、梅尼小环藻、近缘针杆藻、微绿舟形藻,蓝藻有球形念珠藻、球形念珠藻,绿藻是小球藻、湖生绿星球藻;1.50m·s-1为4∶2∶1,硅藻有颗粒直链藻、梅尼小环藻、短线脆杆藻、近缘针杆藻,蓝藻是多变鱼腥藻、球形念珠藻,绿藻有湖生卵囊藻;0.05~0.20m·s-1为4∶4∶5,硅藻有尖针杆藻、梅尼小环藻、变异直链藻、双头针杆藻,蓝藻有小颤藻、纤细席藻、球形念珠藻、小形色球藻,绿藻有纤细月牙藻、湖生卵囊藻、十字柱形鼓藻、空球藻、湖生绿星球藻;0.00~0.05m·s-1为3∶6∶5,硅藻有双头针杆藻、颗粒直链藻、颗粒直链藻最窄变种,蓝藻有类颤藻鱼腥藻、固氮鱼腥藻、纤细席藻、球形念珠藻、细小隐球藻、小颤藻,绿藻有球衣藻、卵形衣藻、小球藻、十字柱形鼓藻。种数变化:从表2可知,随着五个流速递减其优势藻种数逐渐增大,分别为8、9、7、13、14种;随流速减小硅藻种数减少,蓝藻、绿藻种数增多。密度变化:嘉陵江出口段富营养化敏感时期优势藻密度变化为0.04~28.48×104个·L-1,平均密度6.47×104个·L-1,其中平均藻密度河流型为5.78×104个·L-1,过渡型为14.9×104个·L-1,湖泊型为20.12×104个·L-1。个体变化:随流速减小单细胞和多细胞个体种数有所增加,但不明显;浮游藻中,优势硅藻的单细胞单生个体多于单细胞群生链状个体(直链藻),优势蓝藻的单细胞群生链状、丝状个体多于单细胞单生(针杆藻)和单细胞群生球状个体,优势绿藻多为单细胞单生(月牙藻,小球藻)和群生球状、团状、栅状等,而丝状绿藻未见。这是因为硅藻、蓝藻多为漂生、附生,鲜有固着生,而绿藻丝状个体为固着生,其它个体多为漂生。结构变化:硅、蓝、绿藻组成结构在嘉陵江与湖泊不一样,硅藻占55%、蓝藻占13%、绿藻占32%(图2),从表2可知同期的重庆双龙湖中硅藻占7.1%,蓝藻35.7%,绿藻占57.1%(图3);硅、蓝、绿藻组成结构随流速而变化,河流型、过渡型、湖泊型水体中三大藻之间的百分比变化如图4~7,即随流速减小最大优势的硅藻所占百分比逐渐减小,而蓝藻、绿藻所占百分比逐渐提高,绿藻成为最大优势藻群;随着嘉陵江流速减小,其硅、蓝、绿藻组成结构接近双龙湖硅、蓝、绿藻的结构。优势度变化:随着流速减小各样点的优势藻种数有所增加,平均优势度逐渐下降,即优势藻种数与流速反相关,平均优势度与流速正相关,而总优势度与流速不成相关性。原因分析见2.2.7节。2.2.6浮游植物的种类及流速不同流速的硅藻变化机理:硅藻对水流的适应性表现为,硅藻具有硅壳,沉降系数大于蓝藻、绿藻,多为假性浮游藻类,需借水流动力产生悬浮,流速太小不能浮动,过大悬浮受到干扰影响。没有气囊、鞭毛等浮动结构的硅藻在一定流速内如何保持悬浮进行光合作用,这方面未见研究报道。分析认为悬浮与沉降系数有关,硅壳厚薄变化可使沉降系数变小,硅壳厚薄对大型硅藻尤为重要,依赖硅盐的硅藻其硅壳厚薄是对一定流速的适应,这种适应可能是硅藻漫长进化的结果之一,这一点对大型硅藻尤为重要。因此,硅藻适宜流速范围较宽,包括0.05~0.2m·s-1过渡型水体,而在湖泊型水体中出现较少。不同流速的蓝、绿藻变化机理:优势蓝藻、绿藻的沉降系数小于硅藻,有的种类有气囊(固氮鱼腥藻)、鞭毛(卵形衣藻、球衣藻、空球藻),多属真性浮游植物,漂生于水面,对流速较为敏感,适应流速范围较窄为0.2m·s-1以下水体,即0.05~0.2m·s-1过渡型和小于0.05m·s-1湖泊型水体。对上述2个机理分析,从表2可知过渡型水体硅∶蓝∶绿藻为4∶4∶5,表明0.05~0.2m·s-1适合硅、蓝、绿藻生活,该水体是优势硅藻种数由多变少,优势蓝藻、绿藻由少变多的相交水体。2.2.7平均优势度s用SPSS10.0对表2有关数据分析(表3),优势藻种数与流速有一定反相关,各点平均优势度与流速正相关,总优势度与流速不相关。总优势度反映着优势硅、蓝、绿藻之和占总优势藻的份额,即在2.5m·s-1为0.88,2.0m·s-1为0.99,1.5m·s-1为0.67,0.05~0.2m·s-1为0.89,<0.05m·s-1为0.78。平均优势度反映着硅、蓝、绿各优势藻所占总优势藻的平均份额,在2.5m·s-1为0.11,2.0m·s-1为0.11,1.5m·s-1为0.10,0.05~0.2m·s-1为0.70,<0.05m·s-1为0.60,双龙湖为0.50。分析认为,优势硅、蓝、绿藻的平均优势度越小各优势藻所占总优势藻的平均份额就越少,而各优势藻所占总优势藻的平均份额越少其优势藻多样性就越大,也即平均优势度越小优势藻多样性就越大,因此平均优势度、各优势藻的平均份额与优势藻多样性反相关。随着嘉陵江出口段采样点的流速逐渐减小,硅、蓝、绿藻的平均优势度逐渐变小,而优势藻多样性逐渐增大。3优势藻、蓝、绿藻优势种的选择(1)流速是影响优势硅藻、蓝藻、绿藻组成变化的直接原因。在调查流速内,硅藻种数与流速正相关,蓝藻、绿藻种数与流速反相关。(2)优势硅藻、蓝藻、绿藻对流速表现出多种结构的适应性。硅藻沉降系数较大,需借一定流速悬浮水中进行光合作用,适应0.05~2.5m·s-