温带亚热带湖库硅藻异常增殖峰值的影响因素研究

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湖库硅藻异常增殖是春秋季节常见的环境问题。影响该问题潜在因素所发挥的作用在不同气候带的湖库中可能存在差异。另外,在气候变化背景下,该问题出现了更多的不确定性。本文基于1989~2013年温带地区——丹麦88个淡水湖泊的春季历史资料和2015年亚热带地区中国苏南太湖流域的若干湖库中硅藻灾害敏感期的监测数据,利用线性混合模型、相关关系分析、指数回归、非线性回归和多元线性回归等统计方法,分析了在温带和亚热带湖库中不同环境因子对硅藻异常增殖峰值的作用。  结果表明,在不同的气候带,影响湖库硅藻异常增殖峰值的因素基本一致,但效果和方式存在一定差异。其中,冬季气温和北大西洋涛动能够左右丹麦湖库硅藻春季峰值的出现时间,但具体效果与湖库的年平均总磷水平有关;而在太湖流域湖库,当半月平均气温低于19℃时,不易出现硅藻异常增殖的全年峰值。气温过高会导致浮游动物的个体规模减小,加之渔业的大规模发展,在太湖流域湖库中浮游动物对硅藻峰值的控制作用有限。在不同气候带的湖库中,水力停留时间过短带来的影响较为一致,但在丹麦温带湖库中表现为阈值效应,在中国苏南地区横山水库为连续变量,均能够限制硅藻生物量的积累。相比于氮,两地湖库均以磷为主要营养盐限制因子,尽管太湖流域温度较高,存在反硝化作用,但由于该地区总氮本底浓度较高,因此与丹麦温带湖泊一致,基本不存在氮限制的情况。  影响硅藻春季异常增殖峰值期的主要因子包括冬季平均气温、北大西洋涛动、湖泊年平均总磷(TP)水平、水深和水力停留时间(RT)等。其中,当冬季平均气温高于3.4℃时,TP水平较高的湖泊中硅藻异常增殖峰值将出现得较晚;当冬季平均气温低于3.4℃时,硅藻春季峰值期与TP水平则呈负相关。而对于TP水平低于0.098 mg·L-1的湖泊而言,冬季气温越低,则硅藻的春季峰值越晚出现,若TP水平高于0.098 mg·L-1,春季峰值期与冬季气温为正相关关系。水深的作用在于,深度较大的湖泊对环境变化具有更强的缓冲能力,当不同年份的冬季气温变化较大时,深水湖泊春季硅藻的异常增殖峰值在时间上变化较小。较短的水力停留时间则容易破坏水体的稳定性,且削弱TP水平对硅藻峰值期的影响,当RT低于30天时,可能会超越其他环境条件成为主导因素。  硅藻异常增殖峰值大小同样受营养水平、水深和水力停留时间的作用。湖库地处农业活动频繁的流域,总磷为营养组分中主要限制因子,且当富营养水平进一步上升时,浮游植物将从硅藻占优向蓝、绿藻占优发展;当水深较大时,水体中总浮游植物生物量趋向于上升,且会扩大硅藻的生物量占比;在硅藻异常增殖的敏感期保持一定强度的换水率,可以限制藻类生物量的积累,从而有效控制硅藻生物量,避免出现明显峰值。但随着降雨径流的减少,湖库换水率降低,水体逐步稳定后,在温度、营养盐水平适宜的情况下,湖库可能面临硅藻短期生物量陡增从而出现峰值的风险。浮游动物特别是枝角类、桡足类受水库放水的影响,数量和个体大小均处于较低水平,因此当水体稳定后,其数量和个体大小不易在短期内恢复,从而无法发挥控制硅藻异常增殖峰值的作用。
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