（生态学专业论文）黄浦江苏州河着生藻类群落研究及藻类毒性试验.pdf

摘要 摘要 藻类在不同的水体中具有特定的组成种类。它们的数量和种类的变化，并因此而导致的 结构和功能的变化，反映了环境中水质的变化。由此人们用它作为水质监测和评价的重要参 数，并且，藻类群落特征的变化对水体受污染状况及水体的生态恢复状况也具有一定的指示 作用。当藻类的生长环境受到污染时，藻类的生长将受到一定程度的影响，具体表现在生物 量、生理特征等方面的变化。着生生物是固定着生于一定位置的一类生物，因而在流速较大 的河流、水库中，它们对水质状况和变化的反映要比浮游生物为好同时，选择适合于河流 生态监测的主要指示性藻种，为建立水生生态健康指标体系以及水生生态修复评价提供依 据。本文通过对黄浦江、苏州河两条河流7 个样点( 黄浦江：淀山湖、松浦大桥、吴淞码头； 苏州河：赵屯、黄渡、北新泾、浙江路桥；) 着生藻类1 年的动态研究，结果表明：每条河 流着生藻类种类、数量、密度、多样性指数、优势种的季节性变化均较明显，各指数都在秋 季达到最大值，且黄浦江的种类丰富性较苏州河低。统计结果显示：黄浦江的着生藻类共计 1 0 7 种，分别隶属5 门，2 8 属，硅藻门，绿藻门，蓝藻门，裸藻门，黄藻门；苏州河的着生藻 类共计1 1 9 种，分别隶属5 门，3 3 属，硅藻门，绿藻门，蓝藻门，黄藻门，裸藻门，分别占 藻类种类总数的6 8 0 6 。1 9 3 2 5 ，8 4 0 ，3 3 6 ，0 8 4 ；分别占藻类种类总数的6 5 4 2 9 6 ， 2 2 4 2 ，1 0 2 8 ，0 9 3 5 ，0 9 3 5 $ ；利用部分藻类对环境的指示作用发现：黄浦江、苏州河 各断面水质大多处于寡污带、a 一中污带和b 一中污带，部分断面水质处b 一多污带；将 频度大于8 0 的藻种进行聚类统计分析。得出各藻种间的关联度，根据与已有指示作用的藻 类关联较大这一关系，得出其他藻类与已有指示作用的藻类具有相近的生境状况。近年来， 国内外开展了藻类对污水的净化及污水中污染物成分，特别是重金属对藻类的毒性和净化效 率影响的研究。本文通过观察重金属对藻类生长的影响发现，重金属浓度越高，对藻类生长 的限制越大。 关键词：着生藻类多样性指数优势种黄浦江苏州河 摘要 a b s t r a c t s i n c ei l n l i l e r o b sp e r i p h y t o na l g a ec a nb ef o u n di nw a t e r , t h ec o n f i g u r a t i o no ft h e ma m l a t e d w i t ht h ew a t e re n v i r o n m e n ta n dt h ee c o l o g yc h a r a c t e r i s t i co ft h e mi n f e c tt h ew a t e rt h e yl i v ei n s i g n i f i c a n t l y t h a ti st os a yt h ew a t e rq u a n t i t yc b em o m i t o r e db ya n a l y s i n gt h es p e c i e sa n d t h en m o u n tc h a r a c e r a s f i co ft h ep e r i p h y t o na l g a e v i h e nt h ee n v i r o n m e n ti s p o l l u t e d ，t h e p e r i p h y t o na l g a ec a nn o tl i v en a t a r e l ya n ym o r e p e r i p h y t o na l g a ea r ea t t a c h e dt os o m e t h i n gi n t h e i rl i f e c y c l e ，t h ew a t e rq u a n l i t yt h e ye m b o d ya r em o r ev e r t i c a lt h a nt h ep h y t o p l a n k t o nt o s o m ee x t e n ta n dt h e yc a nb eu s e df o rm o r n i t o r i n gw a t e rq u a u l i t yc l e a r l y a tt h es a n t i m e t h e s e p e r i p h y t o na l g a ec a l lb eu s e df o rs e t t i n gu pw a t e rh e a l t h yi n d e xs y s t e ma n de v a l u a t i n gt h e r e h a b i l i t a t i o no fh y d r o p h i l ye c o l o g y b a s e do l l p e r i p h y t o na l g a ec o m m u n i t ys t u d yo ft h r e e s a m p l e so fh u a n g p uf i v e ra n df o u rs a m p l e so fs u z h c r e e kc o n t i n u o u s l yf r o mm a y , 2 0 0 5t o a p r i l ，2 0 0 6 , f r o mt h ea n a l y s i so fc l a s s ，d e n s i t y , d i v e r s i t yi n d e xa n dd o m i n a n ts p e c i e sc h a n g e so f t h et w or i v e r s t h ew a t e rq u a n t i t yc a nb em o m i t o r e db yt h ep c r i p h y t o na l g a et os o n l ce x t e n l t h er e s u l ta n a l y s i ss h o w e dt h a tt h eg e n e r a lm o u n t0 fa l g a e0 fh u a n g p er i v e ri s l 0 7a n dc a nb e d i v i d e di n t o2 8g e n u s e so fw h i c ht h eb a c i l l a r i o p h y t ac a nb ec l a s s i f i e di n t o1 3g e n u s e s i n c l u d i n g7 0 s p e c i e sw i t h t h eh i g h e s tp e r c e n t a g e6 5 4 2 ：t h e nt h ec h l o r o p h y t ac a nb e c l a s s i f i e di n t o8g e n u s e si n c l u d i n g2 4 s p e c i e sw i t hp e r c e n t a g e2 2 4 2 ：t h ec y a n o p h y t ac a i nb e c l a s s i f i e di n t o5g e n u s e si n c l u d i n g1 1s p e c i e sw i t hp e r c e n t a g e1 0 2 8 ；t h es a m et ot h e e u g i e n p h y t a ，t h ex a n t h o p h y t ac a l lb ec l a s s i f i e di n t o 1g e n u s e si n c l u d i n gl s p e c l e sw i t ht h e l o w e s tp e r c e n t a g e0 9 3 5 t h eg e n e r a la m o u n to fa l g a eo fs u z h o uc r e e ki s l l 9a n dc b e d i v i d e di n t o3 3g e n u s e so fw h i c ht h eb a c i l l a r i o p h y t ac a nb ec l a s s i f i e di n t o1 7g e n u s e s i n c l u d i n g8 1 s p e c i e sw i t h t h eh i g h e s tp e r c e n t a g e6 8 0 6 ：t h e nt h e c h l o r o p h y t ac a nb e c l a s s i f i e di n t o9g e n u s e si n c l u d i n g2 3 s p e c i e sw i t hp e r c e n t a g e1 9 3 2 ：t h ec y a n o p h y t ac a nb e c l a s s i f i e di n t o5g e n u s e si n c l u d i n g1 0s p e c i e sw i t hp e r c e n t a g e8 加：t h ee u g i e n p h y t ac a nb e c l a s s i f i e di n t o2g e n u s e si n c l u d i n g4 s p e c i e sw i t hp e r c e n t a g e3 3 6 ：t h e nt h ex a n t h o p h y t am b ec l a s s i f i e di n t o1g e n u s e si n c l u d i n gl s p e c i e sw i t ht h el o w e s tp e r c e n t a g e b yt h ei n d i c a t o r p e r i p h y t o na l g a e t h e w a t e rq u a n l i t yo ft h eh u a n g p ur i v e ra n ds i i z h o uc r e e kc a l lb e l 摘要 m o n i t o r e d b yu s i n gs p s s ，t h ec o n e l a t i o no fe a c hp e r i p h y t o na l g a es p e c i e sc 姐b es h o w e d 。s o s o m en e wi n d i c a t o rp e r i p h y t o na l g a ec mb ef o u n d f o rh u a n g p ur i v e r f o rs u z h o uc r e e k ，t h e r ea l s oa l es o m en e ws p e c i e sc a ni n d i c a t et h ew a t e rp o u u t i o n f o rt h e s ey e a r s 。t h e r ea r e m a n ys c i e n t i s t sm a k er e s e a r c ho nt h ew a t e rp o l l u t e db yt h eh e a v ym e t a l t h i sp a p e rm a k e r e s e a r c ho ft h et o x i c i t yo ft h ec dt ot h ep e r i p h y t o na l g a e t h er e s u l ts h o w st h eb i o m a s so f p e r i p h y t o na l g a ei sl e s sw h e nt h ec di sm o r e k e y w o r d s ：p e r i p h y t o na l g a e ；d i v e r s i t yi n d e x ；d o m i n a n t s p e c i e s ；h u a n g p ur i v e r , s u z h o uc r e e k 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所 知，酴文中已经注明射用的内容井，本论文不包含其他个人巴经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均巴在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：皇沱玉址日期：p 7 ，弓 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版 和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入 学校图书馆被查阏有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在解密后适用 本规定 学位论文作者签名：辞者诱导师签名：布l 话竹 日期：幽：! ：竖 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题的意义 1 1 1 藻类在水质监测中的生态学意义 藻类在不同的水体中具有特定组成种类。它们的数量和种类的变化，并因此而导致的结 构和功能的变化，反映了环境中水质的变化。由此人们用它作为水质监测和评价的重要参数。 藻类不但是水体生态系统的主要生产者，也是许多鱼类的重要饵料，藻类群落的结构、组 成与水体环境密切相关，通过分析水体中藻类的种类、数量等特征，可以间接反映水体的理化 状况( 林秋奇等，2 0 0 3 ) 由于藻类分布广，种类多，一年四季都易采得，在水体生物监测和 生物评价中，具有不可比拟的优点；并且生物学评价指标也是河流水质评价的一项重要内容 ( 杨红军峰等。2 0 0 2 ) 着生藻类作为水体中广泛存在的植物体，其生态特征对水体有重要 的影响，因此对水质状况具有重要的监测作用。 1 1 2 着生藻类的生态特征 究竟用什么样的专业术语来表示水体中着生的生物群落，水生生物学家们对此已经做过 大量的讨论，用英文b e n t h o s 和b e n t h i co r g a n i s m s 等表示的比较常见，也有学者觉得英文 p e r i p h y t o n 更合适。着生藻类( b e n t h i ca l g a e ) 是指生长在水下各种基质表面上的所有藻类， 等同于周丛藻类( p e r i p h y t i ca l g a e ) 和底栖藻类。且本论文研究的着生藻类的附着基质为人 工基质。与着生藻类相对的概念是浮游藻类，用英文p l a n k t o n i ca l g a e 表示。二者没有绝对 的界限，即有很多藻类其生境不是绝对的，有时可以营浮游生活，有时也可营着生生活，但 是绝大多数的藻类有其固定的特征性的生境( 裴国风，博士论文，2 0 0 6 ) 。且常常可以作为 该种生境特征的指示物种。 藻类附着到基质上是否有其先后顺序或群落特征，对此很多学者也做过大量野外观察和 室内研究，研究结果显示：从外观上看，着生藻类群落为附着于水下各种基质表面的絮状丝 状物或为一层粘质、褐绿色的藻垫。如果将这一。藻垫”进行纵切或是进行连续性的观察， 可以观察到附着到基质上的藻类群落具有分层现象，先附着到基质上的是一些无胶质柄的单 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 细胞藻类或一些匍匐生长得群体( h o a g l a n de ta 1 1 9 8 2 ) ，且与基质的附着面较大；接着 才是一些丝状、链状群体或带长胶质柄的单细胞，他们与基质的接触面积较小；不同的着生 方式使其在着生藻类群落发展的不同阶段具有特殊的竞争优势( h o a g l a n de ta 1 1 9 8 2 ； h u d o na n dl e g e n d r e1 9 8 7 ) 。而且可以更好的适应其生境。 如果依据基质类型可将着生栖藻类分为不同类型。如附石的( e p i l i t h i c ) 、附植的 ( e p i p h y t i c ) 、附砂粒的( e p i p s a m m i c ) 、附泥( e p i p e l i c ) 的、附动( e p i z o i c ) 的等等。此外。 还有少数藻类，如水绵( s p i r o p y r a ) 等，不是直接附着在基质上，而是自由悬浮生活在有光 的水体中，但是，他们松散地聚集在相关的基质区域，可减少流速和波带来的干扰。淡水生 境中的着生藻类主要门类包括蓝藻门( c y a n o p h y t a ) 、绿藻门( c h l o r o p h y t 匐、硅藻门 ( b a c i l a r j o p h y t a ) 、黄藻门( x a n t h o p h y t a ) 、裸藻门( e u g i e n p h y t a ) 和红藻门( g h o d o p h y f 匐。 其他门的藻类也出现在着生生境中，但其在着生( 或底栖) 生境中对藻类生物量的贡献很小 ( s i c k o - g o a dc ta i 1 9 8 9 ) 以往对静水生态系统( 如湖泊、池塘、深水湿地等) 中微生物生产者的研究主要集中在 悬浮成分，如浮游藻类。这主要是由于浮游藻类易于采集和通常认为浮游藻类是静水生态系 统的主要初级生产者。然而，在大多数底部面积宽阔有足够的光照进行光合作用的浅水湖泊 中。着生藻类是碳的主要固定。即使在沿岸带狭窄的湖中，着生藻类对整个湖泊碳循环的作 用同样不容忽视( l a y n e l 9 9 0 ) 对于其他水生态系统( 如河流，海洋等) 中微生物生产者的研究也主要集中在浮游藻 类，附值周丛藻类，底栖动物等方面( 由文辉，1 9 9 5 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9 ) 1 1 3 着生藻类在水质监测中的优势 ( a ) 着生藻类作为初级自养型生物，在水生态生态系统中占有重要地位。因此对其他水 生生物群落具有重要作用。实验结果表明，硅藻比原生动物和大型无脊椎动物对有机污染物 更敏感，用他作为指示生物，监测的结果更准确，更具预见性( 裴国凤，博士论文，2 0 0 6 ) 。 ( b ) 就着生生物的特点来看，它们固定生活于某一生境，因此不能通过迁移或其他形式 来躲避生境中污染的危害，他们必须容忍所处的环境或死亡，所以可以准确判断水质对整个 水体生物群落的效应( 郭春燕，硕士论文，2 0 0 6 ) 。 ( c ) 着生藻类群落的物种通常比其他水生群落更丰富且实验操作更较其他物种更为方 便。几平方厘米的基质上就可以发现多种不同的藻类。当然，每种藻类都有自己独特的环境 2 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 耐受性和喜好性如此庞大的群体为环境监测提供了丰富的信息。 ( d ) 相对其他生物来讲，着生藻类的生命周期较短，有些种类的细胞每天可以分裂两次 以上，对环境的变化可以作出快速反映。现存的底栖藻类群落是当前环境状况的最好代表。 由于他们最先面对环境压力，并对变化作出反映，并从中恢复，因此可以作为环境变化的最 直接见证者( 郭春燕，硕士论文。2 0 0 6 ) ( e ) 着生藻类群落在空间分布上非常紧密，从几平方厘米的基质就可以获得有代表性的 自然群落。用人工基质可以更小更简单。 ( f ) 样品易于管理和处理。着生藻类样品的储藏只占用很小体积。 ( g ) 着生藻类的鉴定相对来讲也并不十分困难，已有的丰富的研究资料可以作为我们进 一步研究的基础( 裴国凤，博士论文，2 0 0 6 ) 此外，着生藻类群体的一些种类，尤其是硅藻，由于其特殊的生理构造还适合于监测水 生生态系统以前的状况( s m o le t a l 1 9 8 6 。d i x i te ta 1 1 9 9 2 ) 基于以上特点，比较理想的监测方法是着生生物、p f u ( 聚氨酯泡沫塑料块群集) 及底 栖生物法( 杨红军等，2 0 0 2 ) 。几种方法实施起来都有一定困难，如着生生物法，由于人工 基质( 硅藻计) 在放置期间容易受到人为或其他因素的干扰，因此会对实验结果造成一定程 度的影响。但着生生物法更能如实反映水体的真实情况，且使用人工基质操作较为简易，条 件容易控制，结合本实验的研究对象考虑，是几种研究方法中较为理想的一种。 1 1 4 生境变化对于藻类群落生产力的影响 生境对于藻类生活的影响体现在对其生理生态特征等的影响，因此。诸如生物量、藻 类叶绿素等的变化可以间接说明藻类对于生境变化的反应。藻类生理特征的变化是藻类对于 生境变化反应的直接体现。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内研究概况 对于着生藻类生态学的研究，我国还处于起始阶段，仅有少数学者对我国的淡水着生藻 类群落结构特征及其生产量进行了初步研究( 胡雅琴，2 0 0 4 ) 。张颖( 1 9 8 6 ) 在东湖用挂片法 3 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 研究着生藻类对水体的指示作用。翁立江( 1 9 8 8 ) 研究了洪湖水草上周丛藻类的季节演替( 裴 国风，博士论文，2 0 0 6 ) 。王冀( 1 9 9 6 ) 研究了长江中游四个草型湖泊周丛藻类( 即附植藻类) 种类组成、密度及多样性指数的季节变化，发现不同湖泊周丛藻类的种类数呈现秋、夏高于 春、冬的季节变化趋势。探讨了水草的种类组成及生物量大小。对周丛藻类生物多样性的影 响，同时他还报道了保安湖各湖区不同水草上周丛藻类生产量的季节动态、周丛生物的群落 代谢率。有关底栖藻类与水质关系的研究仅在河流系统进行了初步研究，况琪军( 2 0 0 2 ) 对 香溪河附石藻类的空问分布、时间动态特征及其与主要环境因子问的相互关系进行了研究， 并以附石藻类为指示生物，构建了河流硅藻指数，对香溪河的生态系统健康状况进行了评价。 王翠红等( 2 0 0 4 ) 利用群落排序和分类的方法，对汾河水库的三条主要水源河的底栖硅藻群落 进行了分析，并利用了底栖硅藻群落结构的数量关系评价了水体的污染程度及水质状况，并 且对河道内藻类的生态位进行了研究。郭春燕( 硕士论文2 0 0 6 ) 研究了山西晋阳湖浮游藻 类的现状并对水质富营养化做出评价；裴国凤( 博士论文2 0 0 6 ) 进行了淡水湖泊底栖硅藻 的生态学研究 与国外学者同时期的研究成果表明：上世纪7 0 年代以前，对于藻类的研究更多集中在 分类学方面，如种的鉴定，群落调查研究等。 上世纪7 0 9 0 年代，国内的藻类污染生态学研究也取得了较大的发展。与国外同样， 在水污染对藻类的影响研究主要表现在受害阈值及致死剂量的确定( 肖虹滨，1 9 9 5 ) ；富营 养化对藻类影响的研究主要表现在藻类种群结构的变化( 刘霞，2 0 0 2 ) 。关于指示藻类的研 究。同样有不少学者不断通过实验来寻找优化工业废水的指示藻攀。在用藻类来净化污水方 面，不断完善藻菌共生系统，因地制宜，出现了许多效率较高的净化系统。如在水污染对藻 类的影响的研究主要集中在毒理性实验( 王树功，1 9 9 8 ；肖虹滨( 1 9 9 5 ) 对三角褐指藻毒性 阈值进行了研究；且随磷酸盐浓度降低其毒性受抑制；同样，对叉边金藻毒性阈值也进行 了研究，发现：其作用不受磷酸盐浓度影响。况琪军( 1 9 9 4 ) 对酸化水体中的藻类也作了研 究。此外，还有许多人研究了重金属的拮抗与协同作用对藻类的毒性的影响( 苏秀榕，1 9 9 9 ) 在富营养化对藻类的影响方面国内学者对上海淀山湖研究发现( 由文辉，1 9 9 9 ) 。冬季 以隐藻和硅藻为主。夏秋季以蓝藻为主；汝少国等人( 1 9 9 4 ) 对崂山啤酒厂和海藻养殖化工 厂污水对扁藻的生长效应作了研究。国内也还有许多有关赤潮对藻类影响的研究( 刘玉等， 1 9 9 4 ；于占国等，1 9 9 5 ) 。 在有机污染对藻类影响方面，国内研究成果报道较多，陈桂珠等人( 1 9 9 0 ) 研究了茂名市 石油污染与浮游藻类种群组成、数量、特征种类、优势种等之间的关系。唐学玺( 1 9 9 5 ) 等 4 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 人进行了有机磷农药对海洋微藻致毒性的生物学研究，通过久效磷农药对扁藻、三角褐指 藻、金藻和盐藻的毒性实验，测出了它们的耐受力顺序。林毅雄研究了d d r r 对斜生栅藻的生 物效应，刚毛藻对d i ) t 、六六六的富集研究，小球藻对d d t 的富集研究。高玉荣( 1 9 9 5 ) 研究了 杀虫剂单甲脒对斜生栅藻和蛋白核小球藻的短期和长期毒性。长期毒性试验结果表明，经试 验初期的抑制后，杀虫剂单甲脒能促进藻类繁殖。张育红( 1 9 9 5 ) 进行了部分取代芳烃对绿 藻毒性的研究。刘静玲( 1 9 9 5 ) 进行了硝基芳烃类斜生栅列藻的毒性研究。陈国蔚( 1 9 9 4 ) 研 究了三苯基氯锡( t p t c ) 对扁藻细胞超微结构的影响。 目前，在利用藻类进行污水处理方面国内学者正进一步深入研究。尽管污水对藻类有重 要的影响，但藻类本身对污染具有一定的适应能力，因此可以利用藻类来处理污水。其中利 用藻类净化水质常用的是氧化塘和藻类转盘法。陈桂珠等人( 1 9 9 2 ) 根据香蒲植物净化塘藻 类区系调查，发现菱形藻和胶鞘藻为抗p b 、z n 的优势藻种，这主要是利用了藻类群体外胶 质层与p b 、z n 等形成絮凝作用，形成螯合物，改变了p b 、z n 的价态和形态，从而降低了其 毒性。此外藻类细胞对重金属吸收、藻蛋白与重金属结合，也可降低重金属含量。对藻类吸 收重金属有很好的记载，对于低到中等程度的重金属污染，一些藻类可以有效的使废水达到 净化。1 9 7 3 1 9 7 9 年山西大学与山西针织厂合作试验用布质扁袋插片式菌藻转盘处理印染 废水，在转盘上接种镰头颤藻、阿氏颤藻、两栖颤藻，氨氮去除率达1 0 0 9 6 ，磷酸盐去除率 达7 9 5 5 ，故在营养物质去除上被认为是最有希望的方法。戴树桂等( 1 9 9 7 ) 研究表明淡水 斜生栅藻、扁藻对三丁基锡( t b t ) 降解比光照降解和细菌降解能力强。刘厚田( 1 9 9 3 ) 利用 藻菌系统降解偶氮染料作了研究。杨杨( 1 9 9 4 ) 利用正交法进行藻类细胞生长抑制试验，制定 稳定塘入水标准。陆贤昆( 1 9 9 4 ) 研究表明，在半抑制效应浓度下，纤弱角毛藻、扁藻、三 角褐指藻对三丁基锡均有瞬时强吸附作用，刘玉( 1 9 9 4 ) 报道了红树林系统藻类生态及系统 净化功能。 2 1 世纪初，学者们在藻类去除等方面做了大量的研究，如陆开宏( 2 0 0 2 ) 、宁平( 2 0 0 2 ) 边归国( 2 0 0 3 ) 对于藻类去除方法的研究与总结。 水污染的藻类监测 近年来，利用着生藻类监测评价水体状况的越来越多，例如张锦平，邵良( 1 9 9 8 年) 利用着生藻类和底栖动物群落查来评价苏州河水质；胡显安，王国庆等( 2 0 0 3 ) 年有利用着 生藻类评价松花江佳木斯江段水质状况的；也有很多将着生生物等生物学指标和理化指标结 合来检测评价水体的污染状况的( 王旭，1 9 9 8 ；王朝晖2 0 0 5 ) ，从而为治理水体污染提供 依据( 隋占鹰，2 0 0 3 ：江耀慈，2 0 0 1 ) 5 华东师范大学2 0 0 7 届硕：t 学位论文 藻类的研究当然不仅局限于以上的研究领域，在日常生活中，与人们密切相关的还有饮 用水中的藻类污染问题以及食用藻类的毒素相关问题，有学者研究利用藻类去除污染水源中 的重金属，以达到净化水质的目的，还有学者利用藻类来混凝水中污染物达到初滤的目的( 王 树功，1 9 9 8 ) 目前，鱼塘中藻类与经济鱼类的关系也还是一个研究重点根据所研究的藻类 资源来看，目前仍还有一些新种或变形未被发现，在分类学上还有研究的必要性和可行性 在化学组成研究上，与人们密切相关的营养成分一直是研究的热点，但最近几年，光合系统 复合物已受到科学家们的重视，研究藻类光合系统复合物，有利于进一步揭示有关光合机构 的进化及功能机理在化学组成上，还有一个热点就是z n 离子诱导的金属硫蛋白在生理及 生态研究方面，关注较多的就是藻类同生态因子之间的相互关系，已有不少科研工作者利用 计算机将藻类的这一过程做模拟，采样分析表明模拟的科学性因此，今后的藻类研究在这 一方面要做进一步的研究( 胡雅琴，2 0 0 4 ) 。 近几年来，也有学者开展了对于藻类生长抑制试验( 朱红梅，2 0 0 2 ) 以及不同条件对于 藻类生长的影响的研究( 刘春光等，2 0 0 6 ) 1 2 2 国外研究概况 上世纪7 0 年代以前，对于藻类的研究更多的集中在分类学方面。藻类污染生态学的研 究已经开始，但水污染对藻类影响的研究成果报道不多。外国藻类学家的主要兴趣在于寻找 被生活污水污染的水体的指示藻类，并且已开始利用藻类氧化塘作为二级处理去除n 、p 的 研究。 上世纪7 0 9 0 年代，藻类污染生态学研究取得了较大的发展。水污染对藻类的影响研 究主要表现在受害阈值及致死剂量的确定：富营养化对藻类影响的研究主要表现在藻类种 群结构的变化。关于指示藻类的研究，外国学者不断通过实验来寻找优化工业废水的指示藻 类。在用藻类来净化污水方面，不断完善藻菌共生系统，因地制宜，出现了许多效率较高的 净化系统。 这期间藻类污染生态学的研究主要集中在水污染对藻类的影响：水污染的藻类净化及 水污染的藻类监测三方面。 其中水污染对藻类的影响的研究主要集中在毒理性实验上。这方面的研究成果表明，汞 可以抑制或完全终止藻类的生长，影响光合作用的电子传递系统，导致光合色素损害和叶绿 素含量下降。 6 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 另外还有富营养化对藻类的影响。富营养化是目前严重的环境问题之一。m a t sbj o r k ( 1 9 9 5 ) 等人的报到研究表明，废水污染和藻类生长繁殖有一定的相关性，即在受不同浓 度、不同种类的废水污染的水体中藻类的数量和种群组成及优势种都发生相应的变化。在较 清洁水体中，种类多但每个种的个体数量少：随污染加重，只有耐污种类生存，并大量繁 殖，因而种类少而每个种的个体数量相当大。 在利用藻类处理污水方面 k ur th a g l u n d 等( 1 9 9 5 ) 报道了在东部非洲地区，大型藻类非常适合于利用生活污水中 的无机n 、p 和其它营养成分来净化污水。这意味着仅仅利用大型藻类即可达到有效地净化 废水，废水中某些天然营养物被藻类同化亦是可能的。 k s f a r a h 等( 1 9 9 2 ) 研究表明，当p h 为2 时藻类可从存在c u 、- i i l 、z n 、a g 的溶液中 选择性去除a g 据报道，有机废水氧化塘中常见的藻类有2 0 多属，在氧化塘两坡壁，水深0 2 0 5 米左右，春末夏初、秋末冬初长满了毛枝藻，温度低时硅藻类较多，温度高时以蓝藻为主， 褐藻被认为是耐污性最强的藻类，其次是衣藻和栅藻。目前用藻类氧化塘作为二级处理。在 去n 、p 效率上还达不到8 0 9 0 的水平。 对于藻类样品的化学组成一直被用来评价底栖藻类对营养的利用率和群落健康。例如藻 类样品的n ：c 、p ：c 和n ：p 比率一直被用来评价细胞的营养状况( b i g g sa n do o s e 1 9 8 9 ： b i g g s ，1 9 9 5 ：h u m p h r e ya n ds t e v e n s o n1 9 9 2 ) 。 近来，丸j g r a n t 乩r e m o n dr h i n d e ( 1 9 9 8 ) ，l a u r aa i r o l d i ( 2 0 0 1 ) ，lr a l p h , m r t w i g s ( 2 0 0 1 ) ，h o l z i n g e r , ( 2 0 0 3 ) ；e r o t t ，m c a n t o n a t i ，( 2 0 0 6 ) 研究了生境等因子对藻类 生长的影响等重要现象。此外，还有许多有关赤潮对藻类影响的研究。 1 3 论文拟解决的关键问题 ( 1 ) 通过对苏州河黄浦江着生藻类群落结构的调查，找出能够分别指示两条河流污染状况 的污染指示藻类，来监测两条河流的污染状况，探究两条河流的生态恢复状况。 ( 2 ) 探究重金属对着生藻类生生长的影响，如重金属对藻类生物量的影响。并进一步探究 单细胞藻类的培养方法。 7 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 1 4 论文主要的研究内容 ( 1 ) 黄浦江、苏州河着生藻类群落结构研究 本论文主要对黄浦江苏州河两条河流7 个样点的着生藻类进行为期1 年的群落结构调 查，对采集到的着生藻类结合各种资料进行种类鉴定、密度统计、优势种特征分析等调查 研究两条河流着生藻类的群落变化特征，以及影响这些变化的原因。分析两条河流着生藻类 群落变化与河流水质之间的关系。利用部分着生藻类与生境之间的指示关系进一步分析两条 河流的水质状况。 ( 2 ) 选择黄浦江、苏州河有代表性的着生藻类进行藻类的重金属毒性实验 为进一步探究生境对着生藻类生长的影响，本论文选择黄浦江苏州河两条河流着生藻类 的优势种窄异极藻进行重金属毒性实验，重金属选择苏州河底泥中含量超标6 倍的镉( 苏州 河市区段底泥镉的平均含量为3 7 0 9 m g k g ，而可能影响浓度p e c 为4 9 8 m g k g ，超标倍数为 6 4 5 倍) ，利用单细胞藻类的培养方法探究不同镉浓度对窄异极藻生长的影响，试图探究重 金属对硅藻生长的影响程度。 1 5 论文的创新之处 受污染河流的生态修复措施的实际效果如何? 怎样评价它? 生物调查是监测生态修复 措施效果的最佳途径之一。它能够反映生物的完整性。这也有别于仅对水体水质理化指标的 测定。并且全国其他城市也在抓紧时间建立本地的生物监测指标体系，作为上海市重要水体 的黄浦江、苏州河也不例外受污染的河道，处于水生生态修复阶段，因此生物监测与研究 是引导两条河流水生态修复的重要措施。对于黄浦江、苏州河水质状况的研究早有历史，但 大多集中于理化指标的研究，因此也急需要对黄浦江、苏州河水生生物如着生藻类，进行一 次大规模的全面的监测，从而得知着生藻类生态特征与水体环境的关系，以及其对水体受污 染状况及水体的生态恢复状况的指示作用，借此也可以与理化指标一起综合分析苏州河水体 的生态恢复状况，比较出生物指标和理化指标的优劣。同时也可选择适合于黄浦江、苏州河 生态监测的主要指示性藻种，为建立水生生态健康指标以及水生生态修复评价提供依据，且 也是建立黄浦江、苏州河水生生态恢复指标体系也是非常必要的部分。 8 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第二章研究区域概况 2 1 黄埔江苏州河地质地貌及水文特征 图2 - i 黄浦江、苏州河在上海市的地理位置及各采样点的位置 f i g 2 - 1t h eh u a n g p ur i v e ra n dt h es u z h o uc r e e ko fs h a n gh a ia n dt h es e v c l ls a m p l e so ft h et w o r i v e r s 黄浦江为强感潮性河流( 杨红军等，2 0 0 2 ) ，黄浦江源自太湖，流经市区，江道宽度3 0 0 7 7 0 米，平均3 6 0 米。黄浦江上源有3 条，主要水源来自太湖和淀山湖。从淀山湖出口至吴 淞江口全长1 1 3 4 公里，是太湖最重要的排水出海通道。自女儿泾至闸港段称南黄浦，江南 为松江、奉贤县境，江北有一段为闵行区境，江面宽3 0 0 4 5 0 米；自闸港向北称东黄浦， 江面宽至6 0 0 7 0 0 米，过龙华镇以后江面又收束到4 5 0 米左右。万吨轮可上溯至吴泾( 冯 敏，2 0 0 5 ) 。因受长江和海洋潮汐影响较大，水位涨落比较显著其他河流也因受其影响， 有涨潮和落潮现象。河流水位一般冬季小于夏季5 1 0 月为汛期，1 2 2 月为枯水期。黄 浦江水有一定的含沙量，涨潮时江水挟带泥沙进入县内其他河港，退潮时流速减慢，部分泥 沙沉积，使河床不断淤浅，以致县内河道大体每隔7 1 0 年要疏浚一次。今主要河道出口处 都建有水闸挡潮，对防止高潮入侵，控制内河水位，减少河道淤积都有显著作用( 车越，杨 9 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 凯，范群杰，2 0 0 2 ) 苏州河，是长江三角洲冲积平原河网地区的河流，也是黄浦江最大支流和浦西的总干渠 是上海市的主要河道之一，兼有排洪，纳污、运输、灌溉、水产养殖等功能苏州河源于江 苏省东太湖瓜泾i = l ，流经江苏省并于上海市区的外白渡桥汇入黄浦江，是太湖与黄浦江的主 要联系水道之一。全长1 2 5 k m ，在上海市境内约长5 3 1 k m ，其中市区段长1 7 k m 。苏州河水 道曲折，水流平缓，市区内有急弯9 处，河宽4 0 6 0 m ，河口约宽1 3 0 m 左右，航槽平均水 深在最低水位时约2 m 。受到黄浦江潮汐影响，苏州河也属于感潮型河流，潮流界在黄渡以 上，潮区界在青浦赵屯附近。潮型属于浅海河口不规则半日潮。平均2 4 小时5 0 分内有不等 的两个高潮位和两个低潮位。可容纳黄浦江进潮量的2 3 ，常年平均径流量约2 0 4 0 3 s 一，汛期最大流量可达7 0 1 0 0m 3 s - 1 ( 赵仲兴，1 9 9 7 ) 。 2 2 黄浦江苏州河采样断面的物理特性 表2 1 黄浦江采样断面的物理特性 t a b l e 2 - 1t h ec h a r a c t e r so ft h et h r e es a m p l e so fh u a n g p ur i v e r 表2 - 2 苏州河采样断面的物理特性 t a b l e 2 - 2t h ec h a r a c t e r so ft h ef o u rs a m p l e so fs u z h o uc r e e k 1 0 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 2 3 黄浦江苏州河污染概况 黄浦江： 黄浦江流域水体营养富集化，特别是沿岸处在市郊的河段( 阮仁良，2 0 0 0 ) 。市郊农业 发达，人口密度大，小城镇密集，工厂，养殖厂数量繁多，产生的工业，农业和生活污水很 多，特别是农业和生活非点源污染已相当严重。尤其是近十年，经济飞速发展，环境恶化趋 势日益严重。由于黄浦江沿岸大部分位于市郊，污染比较分散，范围广，但污染不轻于市区， 尤其是农业非点源污染相当严重。2 0 0 0 年，上海市郊畜禽粪尿为非点源的首位，负荷占总 量的3 7 。在市郊单位面积人畜禽粪尿理论负荷量为2 6 9 5 t h m 2 ，有半数地区超过2 6 2 5 t h m ，有1 2 个乡已超过1 5 0t h m ，平均负荷居全国首位( 杨吉山，2 0 0 1 ) 。 目前上海市市郊黄浦江流域存在对水环境有影响的主要面源污染：乡镇工业在迅速崛起 的同时，污染治理步伐没有及时跟上，形成量大，面广的市郊污染源；畜禽饲养业的畜禽粪 尿因不恰当的处理造成大量的流失；农业生产过程中的农药，化肥以及土壤中营养元素因降 雨冲刷随地表径流进入河道：水稻种植期间稻田灌溉水的渗漏外排；水产养殖鱼塘的排换水； 另外，居民生活污水得不到有效处理处置，旅游服务业的餐饮废水和通航河道船舶污染同样 也因不能有效控制和利用等，也给水环境造成了污染( 徐祖信等，2 0 0 3 ) 。 根据c o d ，b o d 5 ，氨氮等三项污染物含量分析，造成整个黄浦江流域水环境污染的原因， 主要是城市污水，其次是工业点源和其它面源污染的影响( 徐祖信，2 0 0 3 ) 在市郊地区， 面源污染负荷的影响已超过工业点源污染( 汪耀斌，1 9 9 8 ) 。由此可见，要彻底改善黄浦江 水质，在控制污水排放和治理点源污染的基础上，必须重点关注市郊的非点源污染。 苏州河： 历史上的苏州河曾经维上海的繁荣和经济腾飞作出了卓越的贡献苏州河水原本清澈， 1 9 1 1 1 9 1 4 年曾在恒丰路桥建闸北自来水厂。第一次世界大战期间，因上海人口增多，工业 化进程加快，大量生活污水和工业废水肆意排入苏州河，使水质逐渐遭到污染。1 9 2 0 年， 苏州河部分河段出现了黑臭，到1 9 4 9 年建国前夕，从外白渡桥至曹家渡河段己终年黑臭， 到2 0 世纪七十年代，苏州河市区段已全线黑臭，水体污染严重，基本丧失了自然河流系统 的结构和功能。 目前，苏州河合流污水工程主要截流了苏州河干流边的大部分企业污水，而苏州河水系 共有1 4 条主要支流，其中较大的6 条支流的污染程度均大于苏州河干流f 陈伟等2 0 0 2 ) ，支 流的水流入苏州河，加重了苏州河的水质污染。众所周知，居民区集中的大中城市土壤往往 1 1 华东师范大学2 0 0 7 届硕士学位论文 出现重金属富集现象( 王德铭，1 9 9 7 ) 通常是由点源排放的生活废水和扩散型的城市暴雨径 流引起，苏州河周围人口密度大，生活垃圾、废水必然是其重金属污染的重要来源。 如今的苏州河，黑臭现象已不复存在。2 0 0 4 年苏州河主要水质指标监测数据中，上游 来水的化学需氧量为1 8 9 5 毫克，升，而武宁路桥断面为2 2 2 5 毫克，升；上游来水的五日生 物需氧量为6 4 5 毫克升，而武宁路桥断面为7 6 3 毫克，升。专家指出，苏州河主要水质指 标化学需氧量、五日生化需氧量较1 9 9 8 年大幅降低，已稳定达到五类水标准，本地区排入 苏州河的污染负荷明显减少(