河口水库浮游植物变化特征及环境管理体系探讨

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作为位于河口海岸地区的经济高速发展且面临水质性缺水城市的上海,如何充分了解和掌握河口水资源,并合理的进行利用迫在眉睫。也正是如此位于长江口的青草沙水库建设和运营被给予了高度重视。河口水库浮游植物作为河口水库水生态系统的初级生产者,对库区生态系统的演替,以及水库水质的变化起到重要的作用。在2012年的10个月间(除2、3月),对河口水库青草沙的11个监测点(含5个分2~3层采样点共19个样点)进行了13次浮游植物监测,对调查期间青草沙水库的浮游植物种类组成、群落密度分布、优势种情况、多样性指数等进行了时间和空间尺度的分析,选用综合营养状态指数、群落结构特征指数、典型对应分析、主成分分析和Monte Carlo置换检验、水环境质量相关标准等方法,评价了青草沙水质状况的同时,分析了青草沙浮游植物群落结构、优势种分布、叶绿素a浓度等与水体各环境因子间存在的相关性,探讨青草沙水库富营养化管理体系,并为东风西沙水库的建设提供参考。主要研究结果如下:1)浮游植物种类、密度及优势种的时空分布调查期间青草沙水库共检出浮游植物8门96属253种(含变种和属),其中绿藻47属126种,硅藻29属83种,蓝藻7属13种,隐藻2属7种,裸藻5属20种,黄藻1种,金藻1种,甲藻2属2种。单月浮游植物种类数在63~166种之间,5~10月浮游植物的种类均在100种以上;单点位浮游植物种类分布差异性较小,均在100种以上,变化范围在125~170种之间。单次监测浮游植物密度为2.05×106~2.95×108cells/L,均值3.87×107cells/L,达富营养水平,尤其是夏末和初秋多点浮游植物密度超108cells/L。单月浮游植物量为7.15×106~1.04×108cells/L;单点浮游植物密度为2.63×107~6.12×107cells/L,均达富营养化预警线。浮游植物密度的季节性表现为:夏季>秋季>春季>冬季。库区浮游植物呈高度显著差异性,根据研究结果将水库分为三个区域(库首、库中和库尾),各区域的浮游植物密度存在显著性差异,各区域内部:库尾浮游植物差异性最小,库首差异性最大,且各区域的藻类组成大不相同,库中和库尾主要以绿藻和蓝藻主,库首以硅藻为主。浮游植物的优势种较多,铜绿微囊藻、颤藻属、啮噬隐藻、颗粒直链藻、库氏新月藻、小环藻等多次成为优势种,在库区浮游植物中占绝对优势,水华藻类的鱼腥藻仅在个别样点中成为绝对优势种,全年铜绿微囊藻的优势度均较高。优势种的种类数季节性变化特征为:夏季>秋季=春季>冬季。2)浮游植物多样性的时空变化浮游植物Shannon-Wier1er指数H’各月均变化范围为2.62~4.00,均匀度指数J的月均变化范围为0.50~0.89,Margalef丰富度多样性指数D月均变化范围为2.73~4.62。多样性指数的空间分布特征均为:库首>库中>库尾,且指示水体基本处于轻或无污染。3)叶绿素a分布及水质评价结果叶绿素a年均值为2.73mg/L,月均变化范围为0.04~13.19mg/L,其季节性变化特征与藻密度相同,其层间分布差异性较大。受长江口来水营养盐偏高影响,库区氮、磷严重超标,水库运营期水流速度相对变缓,有利于悬浮颗粒沉降,巨大库容、较大风速以及最大水深超10m等特点,最终呈现出整个库区除TP.TN超标(年均值达Ⅳ类水标准)外,其余水质基本上能达到Ⅱ类水质标准的要求。综合营养状态指数值为12.11-37.80,主要为贫营养等级,个别样点处于中营养水平。综合营养状态指数的季节性变化规律为:春季(27.30)<冬季(27.34)<秋季(28.04)<夏季(28.46),表明库区春季水质较好,夏季较差。4)藻密度、叶绿素a及环境因子间的关系环境变量对浮游植物的影响各不相同,环境因子中透明度、总有机碳、高锰酸盐指数、总磷、可悬浮颗粒物、浊度、叶绿素a等与浮游植物的密度存在显著相关性。不同环境因子对叶绿素a的作用不同,叶绿素a与溶解氧、总氮、总磷等存在显著负相关性,与水温、透明度、pH值存在显著正相关性。虽然11个监测点中仅4个点叶绿素a与藻密度存在较明显的线性相关性,但两者的月均值存在显著的正相关性。5)多样性、优势种与环境因子的相关性不同环境因子对同一多样性指数的影响程度(解释量)不同,同一环境因子对不同多样性指数的影响程度也不相同。相比较而言,透明度主要影响Margalef指数D(此外,D随高锰酸盐指数、温度、叶绿素a、pH等递增而递增),氨氮主要影响Shannon-Wiener指数H’,而溶解氧则更容易对均匀度J产生影响,其余环境因子对多样性贡献各不相同。同一环境因子对不同区域同一季节、同一区域不同季节的多样性指数影响不同;不同环境因子对同一区域同一季节多样性指数影响也不相同。分析表明浊度、温度和总氮是优势种(31种含变种和属)群落结构组成的最重要的影响因子,环境因子对不同优势种优势度的影响大小不同,优势种对环境因子的贡献有重叠部分,有些优势种对多种环境因子的贡献均很大。其中,多种蓝藻如铜绿微囊藻、鱼腥藻、色球藻等对叶绿素a的贡献较大(导致夏季叶绿素a含量升高);湖沼圆筛藻、颤藻、月牙藻等对温度较为敏感;四尾栅藻、鱼腥藻等容易受pH、高锰酸盐指数的影响;而对总氮、总磷贡献大的优势种最多。6)河口水库的环境管理体系研究受长江口上游来水营养盐浓度超标影响,加上水体进入库区后水流变缓,水体透明度升高导致可溶性营养盐浓度升高等,导致青草沙伴有季节性和局部性蓝藻暴发迹象。其管理调控的措施应首先在可能暴发蓝藻的季节和局部区域采取防控措施,宏观调控以削减营养盐的继续输入,建立应急响应系统,实施预警监测与富营养防控相结合的管理模式。
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