密度调控白洋淀水体富营养化的研究

密度调控白洋淀水体富营养化的研究

在生长过程中，高纯度水生植物可以吸收大量养分盐，控制浮游生物的过度生长，并净化富营养化水体。因此，其在湖泊生态系统中的作用不容低估。近年来，国内外对大型水下植物进行湖生态修复的应用越来越广泛。通过在我国的巢湖、东湖等地种植水生植物，降低了湖泊中的养分浓度，净化了水体。作为北方草型湖泊典型代表的白洋淀,近几年呈现富营养化日益严重的趋势,由此引起湖泊生物多样性下降和生态系统退化等一系列生态环境问题.在白洋淀,穗花狐尾藻和金鱼藻分布广泛、成活率高、耐污性强,因此,笔者选取上述2种沉水植物作为研究对象,于2010年8—10月在该研究区建立14个原位围隔(3m×3m),分别按照10、20和30株ue4d4m2的密度种植穗花狐尾藻和金鱼藻,通过揭示浮游植物群落和水质变化特点,研究不同密度的穗花狐尾藻和金鱼藻对白洋淀富营养化水体的影响.1学习方法1.1穗花配置及移植密度的确定试验区位于白洋淀马堡村杜家淀,围隔用防水帆布固定在木桩上围成,防水帆布底部连接石龙埋入底泥15cm,顶部高出水面20cm.试验区水深1.00m,底质为腐质软泥.由于围隔建成时间不同,造成围隔内水体理化指标初始值存在差异.水体SD(透明度)为27~54cm;pH为7.92~8.30;ρ(TP)为0.10~0.17mgue4d4L;ρ(TN)为1.35~1.89mgue4d4L;ρ(NH3-N)为0.62~0.74mgue4d4L;ρ(CODMn)为12.42~13.55mgue4d4L;ρ(Chla)为18.22~40.26mgue4d4m3.围隔中分别种入不同密度的穗花狐尾藻、金鱼藻,其中A组、B组、C组为穗花狐尾藻组,移植密度分别为10、20、30株ue4d4m2;D组、E组、F组为金鱼藻组,移植密度分别为10、20、30株ue4d4m2;G组为空白对照组,每组设2个平行,共14个围隔.移栽时的穗花狐尾藻平均长度为83cm,平均湿质量为37.1g,采用扦插法移植;金鱼藻平均长度为68cm,平均湿质量为31.2g,采用抛栽法移植.试验开始于8月17日,以后每周进行一次取样调查,共调查7次.调查指标有SD、pH、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH3-N)、ρ(CODMn)、ρ(Chla)及浮游植物细胞密度.1.2测量各项指标测定方法见表1.1.3数据处理与分析浮游植物样品在实验室中进行沉淀、浓缩及镜检计数.试验测定数据采用2个平行样的平均值.数据处理上,使用SPSS及英国普林盾斯海洋研究所开发的PRIMERV6软件(生物统计学软件)进行分析.2结果与分析2.1tp和nh3-n由图1可知,试验进行1周后,所有移植了沉水植物的处理组SD都有一定程度的上升;6周后,除C组SD从47cm降至29cm,G组SD基本无变化外,其他组SD均有所上升,其中A组和E组上升最为明显,分别从53和27cm升至97和86cm.7个处理组pH都有上升的趋势(见图2),其中A组和D组升高最多,分别升高了0.71和0.69;G组变化最小,由7.92升至8.30;其他处理组pH均升高0.55左右.由图3可知,7个处理组ρ(TP)具有一定趋同倾向,呈先降后升的趋势;E组和A组的ρ(TP)下降较快,分别从0.17和0.13mgue4d4L降至0.06和0.05mgue4d4L,去除率分别达到65%和62%.由图4可知,试验在第4和第5周时,各处理组的ρ(TN)达到最低,而后均有回升趋势,E组和A组的ρ(TN)下降较快,分别从1.44和1.89mgue4d4L降至0.83和0.84mgue4d4L,去除率分别达到42%和56%.由图5可知,7个处理组ρ(NH3-N)均在第4周达到较低的水平.6周后,A组和B组ρ(NH3-N)均下降了0.19mgue4d4L,去除率分别为28%和26%;D组和E组ρ(NH3-N)分别下降了0.14和0.15mgue4d4L,去除率分别为19%和23%;G组ρ(NH3-N)下降了0.20mgue4d4L;其他处理组变化不是很大.由图6可知,7个处理组ρ(CODMn)呈先降后升的趋势,6周后,A组和F组ρ(CODMn)下降最为明显,分别下降了2.29和2.80mgue4d4L,去除率分别为17%和21%;B组和E组分别下降了1.45和1.77mgue4d4L,去除率分别达到11%和13%;其他组ρ(CODMn)均有小幅下降.2.2各组chla的变化比较由图7可知,试验结束时,除C组外各处理组ρ(Chla)均低于初始状态;2周后除C组ρ(Chla)高于对照组外,其他组均低于对照组,各组ρ(Chla)的变化均呈现不规律的波动形式.6周后,B组和D组ρ(Chla)下降最为明显,分别下降了27.44和29.24mgue4d4m3,去除率分别达到71%和73%;A组和E组分别下降了20.71和14.54mgue4d4m3,去除率分别达到80%和54%;C组则上升了4.34mgue4d4m3.2.3浮游植物细胞密度通过对不同围隔处理组的7次取样观察,共鉴定出浮游植物7门105种(属).其中绿藻门(Chlorophyta)最多,为50种(属),占藻类总种数的48.1%;蓝藻门(Cyanophyta)20种,占19.2%;裸藻门(Euglenophyta)18种,占17.3%;硅藻门(Bacillariophyta)11种(属),占10.6%;隐藻门(Cryptophyta)3种,占2.9%;黄藻门(Xanthophyta)1种,占1%;甲藻门(Pyrrophyta)1种,占1%.与试验开始时相比,试验结束时各处理组优势种群变化不同,对照组围隔始终为蓝藻门和绿藻门占优势;A组和E组由绿藻、蓝藻占优势转变成绿藻、硅藻以及隐藻占优势;B组和D组由绿藻、蓝藻占优势转变成绿藻占优势;C组和F组由绿藻、蓝藻占优势转变成蓝藻占优势(见表2).A组和E组浮游植物细胞密度由最初的3461.2×104和4589.2×104L-1降至23.0×104和31.8×104L-1;B组和D组由3551.6×104和5530.4×104L-1降至195.8×104和88.8×104L-1;C组和F组由3929.2×104和3049.4×104L-1降至108.0×104和27.8×104L-1;G组由1739.8×104降至258.6×104L-1.2.4水体营养状态分级方法为进一步说明不同处理组水体营养化状况,参照湖泊富营养化评价方法及分级标准,利用修正卡尔森营养状态指数(TSIM)法对围隔中水体不同时期的营养状态进行评价,基于水体ρ(Chla)、SD和ρ(TP)等参数,根据各参数间的相互关系,采用0~100的一系列数字对湖泊营养状态分级,TSIM≤30为贫营养,30<TSIM≤50为中营养,TSIM>50为富营养.在同一营养状态下,指数值越高,其营养状态越重.式中:A为水体的ρ(Chla),mgue4d4m3;B为ρ(TP),mgue4d4L;C为SD,cm.由表3和图8可见,除C组外各处理组的TSIM在整个试验过程中均低于对照组.6周后,A组和E组TSIM下降最为明显,降幅分别为10.69和8.23,其次为D组和F组(降幅分别为8.16和7.68).3讨论3.1尾藻、金鱼藻对nh3-n的去除效果从试验结果看,除C组外,移植穗花狐尾藻和金鱼藻的围隔其SD都有不同程度的增加,特别是A组和E组效果最为明显,到试验结束时围隔内水体已基本能够见底.与对照组围隔相比,移植穗花狐尾藻的处理组中A组效果最好,B组效果不明显,而C组SD则出现了下降;移植金鱼藻的处理组中,E组效果最好,D组效果次之,F组效果最差.结合ρ(Chla)、ρ(TN)和ρ(TP)的变化情况,说明沉水植物移植密度为10和20株ue4d4m2的处理组水质改善效果较好,其中A组和E组效果最好,并且沉水植物对磷的去除效果总体上比氮好,这可能是由于吸附作用对磷酸盐在水体中的归趋有重要影响.但穗花狐尾藻和金鱼藻对NH3-N的去除效果不明显,这可能与白洋淀的生态系统结构和污染物组成有关.白洋淀是一个典型内陆浅水湖泊,污水中的铵态氮和溶解态磷酸盐在夏季易被生物吸收和土壤颗粒吸附,造成水体中原始ρ(NH3-N)相对较低,因而这2种沉水植物对其去除效果不明显,这与方焰星等的研究结果不一致.而C组围隔在试验前期也有效降低了水体中营养盐含量,但在4周后营养盐浓度及ρ(Chla)呈增加趋势,水体SD大幅下降,围隔中穗花狐尾藻在第6周出现死亡.同样移植密度为30株ue4d4m2金鱼藻的F组在试验开始阶段对水体中营养盐含量有一定的降低作用,但在4周后也出现了部分死亡,围隔中水体SD有所下降,且ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(NH3-N)呈上升趋势.TSIM是反映水质营养状况的重要指数.从图8可见,除C组外,各围隔处理组都由原来的富营养水体转变为中营养水体.这也说明移植合理密度的穗花狐尾藻和金鱼藻有明显改善水质的作用.通过对各处理组的比较,试验结束后A组、F组和E组的TSIM较小,其中A组和E组TSIM下降最为明显,这也说明移植合适密度的沉水植物能够改善水质,降低水体TSIM.这主要是因为穗花狐尾藻、金鱼藻在生长过程中根部和叶片吸收营养盐合成自身物质,从而减少水体中的氮、磷等营养物.但在4周后,水体中营养元素含量又出现一定反弹,主要是因为沉水植物的生长状态达到高峰,向水体中释放了部分营养元素,另外通过营养竞争和他感作用,沉水植物能很好抑制浮游植物的生长,因而能有效改善围隔水质.但移植高密度沉水植物可能造成ρ(Chla)和营养盐浓度的反弹,这可能是因为围隔阻断了内外水体的自由交换,并缓冲了风浪对沉水植物的冲击,沉水植物体长加长,植株密度显著增加,最终全部死亡,腐败的沉水植物在腐烂分解时,体内部分氮磷元素会在短期内释放到水体中,造成了营养元素含量和ρ(Chla)的反弹,这也与莫妙兴的研究结果相同.因此在植物的衰亡季节,应注意将过量沉水植物进行适度打捞,以避免造成水质的二次污染.3.2富营养指示种se与对照围隔相比,移植穗花狐尾藻和金鱼藻的围隔浮游植物的优势类群发生了改变:A组和E组在试验中优势种群由蓝藻和绿藻转变为绿藻、硅藻以及隐藻,如由开始的小球藻属(Chlorellasp.)、十字藻属(Crucigeniasp.)、微囊藻属(Microcystissp.)等富营养指示种转变为裸甲藻属(Gymnodiniumsp.)、脆杆藻属(Fragilariasp.)、具尾蓝隐藻(Chroomonascaudate)等一些中营养状态的指示种.这也说明穗花狐尾藻和金鱼