（环境科学专业论文）引水对长春南湖理化性质及浮游生物群落时空分布的影响.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢韵地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东 北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：垒i 壶趑日期：也赶厶 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的 规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：在娩出矗 日 期：碰。丘 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：圣堡 日 期：碰，。 电话： 邮编： 第一章引言 1 1 湖泊富营养化概述 1 1 1 富营养化的概念 富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、 水库、河流和海湾等缓流水体，引起藻类及其他水生生物迅速繁殖，水体溶解氧下降， 水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。富营养化可分为天然富营养化和人为富营 养化，天然富营养化是指在自然条件下，水体从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这 个过程十分缓慢，需几千年甚至几万年。而人为捧放含营养物质的工业废水和生活污水 所引起的富营养化现象，在短期内就可出现。我们目前所研究的湖泊水体富营养化 即人为富营养化水体。富营养化问题已经成为当今世界性的水污染治理难题，引起了人 们极大的关注。 1 1 2 富营养化的影响 ( 1 ) 破坏湖泊的生态系统功能与生物资源 湖泊富营养化，使水体中藻类急剧增殖，水华( 主要为蓝藻的暴发性增殖所致) 频繁 发生并产生蓝藻毒素，使水中溶解氧量降低，对湖泊鱼类及浮游生物的生存造成巨大 威胁，死鱼等生态灾难时有发生，并引起微生物种群群落的演替，改变了原来的生态环 境，破坏湖泊天然的生态系统，给湖泊水产带来直接的损失。 ( 2 ) 降低水体的透明度并使水体发出臭味 富营养化状态水体表面生长的大量蓝藻、绿藻在湖水表面形成一层“绿色浮渣”， 透明度明显降低，甚至为零，使水体感官性状大大下降。一些藻类能够散发出腥昧异臭， 向湖泊四周的空气扩散，直接影响人们的萨常生活，给人以不舒适的感觉，同时也大大 降低了水质质量。 ( 3 ) 向水体释放有毒物质 富营养化对水质的另一个影响是某些藻类( 如水华微囊藻) 能够分泌、释放有毒性的 物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也 会发生消化道炎症，有害人体健康。 ( 4 ) 影响供水水质并增加制水成本 湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养化水体在作为供给水源时， 会给自来水厂带来一系列问题。首先是在夏日高温藻类增殖旺盛的季节，过量的藻类会 给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改善或增加过滤装置。其次，富营养化水体由于 缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生的某些有毒的物质，在制 水过程中，更增加了水处理的技术难度，既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成 水过程中，更增加了水处理的技术难度，既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成 本费用。 方式；水中生物对策，主要有去除生物和全层曝气两种方式；还有一些其他方法，如水 位操作、物理对策、化学抑制及生物学抑制例。 目前，国内外研究集中于营养盐研究。在含有大量营养盐类的富营养化的水体中， 藻类在足够的光照和适宜的水温、风、水流等条件下即可泛滥【1 0i i 】，因此营养盐是制约 湖泊富营养化发展的主要因素。控制水体营养盐浓度是传统的富营养化防治措施，它基 于限制因子原理以实验室藻类生长瓶法的测定结果为依据，但是实践表明单纯控制营养 盐对富营养化防治往往难以见效【12 】。以清淤为代表的内源性营养盐及污染控制不仅费用 高、技术难度大，而且影响清淤结果的因素较多，优势不能得到预期的结剁”j 。 生物调控作为营养盐控制的一种替代技术，是通过重建生物群落以得到一个有利的 响应，常常用于减少藻类生物量，保持水质清澈并提高生物多样性【l4 1 。主要通过增加食 鱼性鱼类和减少食浮游动物和食底栖动物鱼类，以保证有充分的浮游动物等来控制藻 类；也有直接利用食藻鱼控制水华，或者利用水生高等植物快速吸收水体和沉积物中的 营养盐【1 5 】、分泌产生他感物质抑制浮游藻类生长【1 6 l 、并且对湖泊生态系统的物理化学及 生物学特性亦有重要影响【l “埔】。近1 0 年来国内外对水生高等植物在湖泊生态系统中的 作用及其恢复进行了广泛的研究，试图将以藻类为优势的浊水态水体转为以水生高等植 物为优势的清水态水体。 去除生物主要是去除水中藻类，分为化学药品控制及机械方法收获藻类两种方法。 其中化学药品除藻法由于负面影响较大，目前不宜采用。用机械方法收获藻类，可在短 期内快速有效的去除湖水中的藻类，对于有商业价值的藻类，收获藻类可以得到较好的 经济效益，如云南的洱海，湖水中曾有大量的螺旋藻，并形成螺旋藻水华，不断地收获 可以获得良好地经济效益，但是对于许多富营养化湖泊往往没有单纯良好的藻类资源， 收获藻类资源难以取得相应的直接收益【1 9 1 。 针对非点源污染，美国科学家利用湿地生态系统作为湖泊周边流域和湖区之间的化 学和水文缓冲器，提出了保护湖区水质的湿地生态工程【2 0 】。研究显示位于水体和陆地生 态系统之间的生态交错带，具有过滤、缓冲器功能【2 ”，它不仅可以吸附和转移来自面源 地的污染物、营养物，改善水质，而且可以截留固定颗粒物，减少水体中的颗粒物和沉 积率。 1 9 3 9 年g r i 街t h s 对英国湖泊中的“水华”现象的研究可以说是最早的湖泊富营养 化研究。 在瑞典，由于大量水生植物芦苇的入侵，许多湖泊迅速老龄化，为了恢复湖泊生态， l a r s s o n 等1 提出了抬高水位和降低湖底的建议，同时要求砍掉芦苇，并清除其根系。 在澳大利亚c 印e l 附近修建的一个用于沉积稀有金属矿砂的湖泊群，通过种植水生植物， 目前已恢复为一个湖泊湿地生态系统。在哥斯达黎加，为了恢复片湖泊，从1 9 8 0 年 开始便对香蒲进行清除，经过多年的努力，终于将香蒲全部洁除，为6 0 多种水鸟提供 了良好的栖息和越冬场所。 在我国，富营养化的治理效果不明显，原因主要是：营养盐来源比较广，短时段内 难以控制；河道与湖泊营养盐控制标准差别很大；水污染处理工艺复杂1 。 圈圈圆圆 圈卜1 水体富营养亿指示的理化指标 1 4 1 水温 湖水温度状况是湖泊生态系统重要的环境条件，它影响着生物的繁殖和新陈代谢， 决定着湖泊生物生产力的发展，是湖泊理化特征的重要指标之一。 湖泊水温是湖泊熟量平衡的表现结粟，潮水通过大气和水面进行热量交换，湖水是 热量的载体，在进行热量交换的同时呈现水温的变化，影响水温的主要因素是气候和环 境条件，主要有气温、阳光辐射热及风速带动水流使水体内进行热交换等。影响水温变 化的内在因素主要有水量的大小、湖水的深浅和水质状况等因素。也就是说，水温的升 降与环境和水质有着直接的关系。 1 4 2 透明度 透明度是反映湖水对于光线的吸收和散射的程度，是湖水的光化学性质之一。透明 度随着潮承化学成分的不弱和水中悬浮物质及浮游生物的多寡而变化。这指标在湖泊 富营养化的调查、研究和评价中是一项十分重要的综合性参数，它可以比较直观地反映 湖泊营养状态。 1 4 3p h 值 湖水p h 值是湖泊及其流域各种自然地理因素综合作用的结果。对于中国一般湖泊 来讲，湖水中氢离子浓度普遍较低，p h 值大多处于弱碱性或碱性，也有少数湖泊湖水 p h 值低于7 。在天然湖水中，氢离子浓度并不取决于水分子的离解，而主要取决于湖水 的c 0 3 z _ 、h c 0 4 及c o z 鲍对比关系。 1 4 4 溶解氧 溶解氧是湖泊水体与大气交换平衡以及经化学和生物化学反应后溶解在水中的氧。 洁净水体中的溶解氧一般接近饱和，如果湖水受到有机物和还原性物质污染时，溶解氧 会低于饱和值，尤其当藻类在湖面形成遮光阻气层时，影响大气氯和水中氧的正常平衡 以及水生植物的光合作用受阻，会使底层溶解氧大幅度降低，甚至趋于零值，厌氧微生 物繁殖、水质恶化，所以溶解氧是反映湖泊水质状况的重要指标之。 。4 。5 悬浮物 湖水中悬浮物不仅包括雨水冲刷地面流进湖中的泥土和细沙及各种污染物，还包括 了悬浮的有机颗粒和浮游动物、浮游植物、碎屑等。 1 5 1 浮游植物 浮游植物通常指随着水流被动漂流的浮游藻类，浮游藻类本身的运动相对于水的流 动来说微乎其微。其特点主要有两个，一是种类繁多，二是大小差异非常显著，在体积 上相差四个数量级p o j 。 浮游植物是水生态系统中的重要初级生产者，同时也是溶解氧的主要生产者【j ”， 它们按照日光所能达到的深度分布于整个水域，一般情况下其生产量在系统的总初级生 产量中占绝对优势，影响着整个食物链的物质循环和能量流动，间接或直接地为浮游动 物、鱼虾类及其幼体提供主要的食物来源。它的种群结构及其生物量的变化对水域生态 环境的影响具有重要作用。浮游植物终年生活在水中，是水体重要的组成部分，对环境 变化极为敏感，同时藻类能积累和代谢一定量的污染物。其群落的种类数量、优势种群、 污染指示种等指标在不同营养水平的水环境中变化很大，是水质污染及营养水平的重要 标志。 富营养化湖泊中浮游植物大量繁殖，对水体的功能利用产生有害的作用。因此，在 水体富营养化研究中，对浮游植物的调查一直占有相当重要的地位。 1 5 2 浮游动物 浮游动物是指悬浮于水中的水生动物。它们或者没有完全的游泳能力，或者游泳能 力微弱，不能做远距离移动，也不足以抵拒水的流动力【3 0 】。 浮游动物是水生态系统中的初级消费者，在淡水生态系统中有着重要的作用。作为 食物链的第二级，有承上启下之功能：一方面，其同第一级的浮游植物一样，是经济鱼 类的主要饵料，另一方面又制约着浮游植物( 以及微生物) 的发展，其种类组成和数量 分布通常随浮游植物变动而变动，并通过摄食对浮游植物种群进行调节。浮游动物对环 境条件敏感性很强，如水中的化学物质成分有差别的水域，则浮游动物的种类组成数量 也会不一样。在天然情况下，某些环境条件发生变化，则浮游动物种群和数量也会发生 变化【l 】。在富营养化湖泊中，有些浮游动物是有机物和其他污染物污染程度的指示种。 1 6 研究目的及意义 富营养化问题是当今世界面临的最主要水污染问题之一，在中国，湖泊富营养化控 制已成为最紧迫的水环境问题，湖泊富营养化已引起国家的高度重视。引水工程是治理 湖泊富营养化的手段之一，此方法在国内些湖泊有过应用，但尚未见全面的引水后水 体理化指标及浮游生物方面的研究。本文将对引水工程对治理湖泊富营养化的实际效果 进行论证。 本文通过监测和分析2 0 0 5 年( 5 一1 0 月) 南湖引水后水体理化指标及浮游生物群落 结构，对比分析引水对南湖各项理化指标及浮游生物生态结构影响和对南湖富营养化的 影响，确定引水对解决南湖富营养化的作用，所得结论将对南湖生态系统保护及富营养 化评价与治理提供基础资料和科学依据，为今后南湖水生态系统的保护及富营养化的防 治提供决策依据。 第二章材料与方法 2 1 研究区概况 2 1 1 南湖的自然概况 长春南湖( 4 3 。5 l7 n ，1 2 5 01 8 e ) 位于长春市区南部是一个小型半封闭内陆人工湖 泊，保护区面积2 2 2k m 2 ，汇水区面积1 4 3 6k m 2 ，最大水深1 0 m ，平均水深2 3 m ，最 大库容量3 0 0 万m 3 ，湖水面积0 9 1k m 2 【3 。 南湖建于1 9 3 5 年，解放后被开辟为公园，是市民休息游乐的胜地，是市内唯一的 水上风景区和天然浴场，也是重要的渔业基地。 南湖属于半封闭浅水型内陆城市湖泊，湖周围已建起大量的企事业单位及居民住 宅。除西南方向外，周围已都市化。 长春市区属寒温带大陆性气候，四季盛行西南风，冬长而寒，夏短而热。春天风大、 干燥，秋天多为晴暖天气。冬季最大冻土深度在1 6 0 1 8 5 c m ，每年南湖结冰期为1 5 0 d 左右，无霜期为1 4 0 1 5 0 d 。7 月到8 月，由于副热带太平洋气团活动，气旋过境多，贝 加尔湖冷空气侵入，常造成气旋、切变、冷窝、适峰雨和雷阵雨。8 月份以后，有时受 台风影响也出现大雨或暴雨。年月降水量，蒸发量的变化与气候因素关系密切。多年平 均降水量5 9 3 8 m m ，6 9 月降水量占8 0 。多年平均蒸发量为1 6 8 2 6 m m ，除7 月份外， 其余月份蒸发量均高于降水量。 南湖湖水自湖内排出除蒸发外主要为自然溢流和人工抽取。除雨季外，自然溢流不 大。水力学滞留时间约为2 9 0 d 左右。湖水交换速度慢，流动性差，易于产生湖泊水质 富营养化。 2 1 2 南湖的污染概况 6 0 年代以前水质良好，湖水清澈，鱼贝种类繁多，年产鱼量都在6 00 0 0 虹以上。 7 0 年代以来，由于工业的发展和人口的增加等人为活动影响，使南湖遭到严重的污染导 致湖水严重富营养化。1 9 7 9 年投放的i o 万尾鱼苗几乎全部死亡。1 9 8 8 年水质在有所改 良的情况下由于底泥氮磷的不断释放、循环加上面源污染，水质再次恶化。 9 0 年代，南湖生态状况有了明显好转，氮、磷浓度有所降低，“水华”基本得到控 制。2 0 0 0 年至今经过疏浚后南湖水质较疏浚前有所好转，溶解氧增加；总氮、氨氮、亚 硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷和b o d 5 比疏浚前降低。但南湖富营养化弓l 起的脆弱的生态 状况仍然没有从根本上得到解决。 2 1 3 南湖的治理概况 南湖的富营养化治理经过了8 0 年代截污，9 0 年代生态工程治理。2 0 0 0 年长春清淤 工程公司采用静水吸泥式环保清淤方法对南湖实施底泥清淤工程治理，工程于2 0 0 0 年 开始实旌至2 0 0 4 年全部完成，工程清除底泥8 3 8 万m 3 ，占南湖淤泥总量的7 2 。虽然 微镜下分类、鉴定。浮游植物定量样品用1 0 0 0 “颠倒式采水器在水面下o 5 m 处取水样， 用l u g o l 氏液固定，带回实验室。将采回的水样沉淀至3 0 m l ，转入定量瓶。在高倍镜 下用0 1 m l 计数框采用视野法进行镜检计数，推算各种类的数量( i n d l ) 。种类鉴定参 照淡水生物学、中国淡水藻志、中国淡水生物图谱和淡水浮游生物图谱【3 6 3 9 1 。 浮游动物定性样品用1 3 号浮游生物网，在水面下0 0 形捞取5 分钟，用b o u i i l 氏液固 定。原生动物、轮虫定量用1 0 0 0 l l 颠倒式采水器在水面下o 5 m 处取水样，用l u g o l 氏 液固定，甲壳类定量用5 0 0 0 m l 颠倒式采水器在水面下o 5 m 处取水样，用2 5 号网过滤， 加4 福尔马林固定。水样带回事实验室后分别沉淀至3 0 m l ，以o 1 1 1 1 l 、1 m l 、5 m l 计数 框镜检计数，推算1 0 0 0 i n l 水中浮游动物的个体数量和生物量【舯_ 4 ”。 叶绿素a 的测定：水样采集与水化学采集相同，带回实验室测定。用醋酸纤维滤膜 抽滤，将抽滤后的滤膜置于冰箱，低温干燥6 - 8 小时，加少量m g c 0 3 粉末及9 0 丙酮 充分研磨提取叶绿素a ，用9 0 丙酮充分研磨提取叶绿素a ，用3 0 0 0 4 0 0 0 转分钟，将 上清液倒入1 0 m l 的离心试管中，重复1 2 次后，用9 0 丙酮定容至1 0 “，用7 2 1 分光 光度计分别测定m i 。 2 4 数据统计 所有统计分析均采用s p s sf o rw n d o w s1 3 o 软件对数据进行处理、统计、分析。用 p e a r s o n 相关分析来分析各因子之间相关性。用m a 喈啦e f 多样性指数计算浮游动物多样 性指数。图形的绘制采用e x c e l 软件。 0 6 o ，5 0 4 o 警 蜊o 2 o1 0 5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月 口0 4 年 0 5 年 图3 - l 引水前后透明度的时间变化 3 1 4 p h 值 引水后南湖各月p h 值变化范围为7 7 6 8 4 2 ，平均为8 1 0 。2 0 0 4 年平均值为8 3 2 ， 引水前后变化不大。 引入水p h 值为7 2 2 ，低于南湖水，因此引水会降低南湖水p h 值。从图3 2 可以看 出南湖引水期间( 5 月) 及引水停止后一段时间( 6 、7 月) p h 值比引水前有所降低。 9 2 9 8 8 86 8 4 捌8 2 毛 8 7 8 7 6 7 4 7 2 7 口0 4 年 0 5 年 5 月 6 月7 月8 月9 月1 0 月 图3 - 2 引水前后p h 值的时间变化 3 1 5 悬浮物 2 0 0 5 。年悬浮物变化呈单峰曲线，最高值出现在6 月，为2 8 2 5 m g ，l ，最低值出现在 1 0 月，为6 9 6m g ，l 。2 0 0 5 年悬浮物平均值为1 8 6 2m 班，与引水前2 0 0 4 年的1 8 7 6m g ，l 基本持平。 引入水中悬浮物含量为4 1 5m g ，l ，仅为5 月南湖水中含量的1 3 ，优于南湖水。从 图3 3 可以看出，引水后5 、6 月份悬浮物含量低于引水前，因此引水对降低南湖水中 悬浮物含量有积 5 0 4 5 4 0 o 3 5 曹3 0 蚤2 5 灶2 0 踊1 5 1 0 5 0 口0 4 年 0 5 年 5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月 图3 _ 3 引水前后悬浮物的时间变化 3 1 6 溶解氧含量 引水后南湖d o 变动范围为6 4 6 - 1 2 0 8 m g 几，平均值为8 9 6m l 。溶解氧含量最高 的月份是1 0 月，达到l o 8 5m g l ；8 月最低，仅为7 2 5m g ，l 。引水前2 0 0 4 年平均值为 9 5 3 m g ，l 。地表水i i i 类水质标准为5m g ，l ，可见引水前后南湖水体中d 0 均处于过饱 和状态。 1 4 1 2 。1 0 童s 莲e 辫4 2 0 二r 一 图3 4 引水前后溶解氧的时间变化 口0 4 年 0 5 年 3 2 引水前后水体物理和化学指标空间变化比较 3 2 1 温度 2 0 0 5 年监测湖内四站水温基本一致，相差最多不过1 ，这与引水前多年监测情况 一致a 因此由于水温差别而引起湖内各样站水体指标的特殊变化不大。 3 2 2 透明度 从空间分布来看，2 0 0 5 年监测期间内i 站与i i i 站透明度较高，均为0 5 1 m ；i i 站居 中，为0 5 m ；i v 站最低，仅为o 4 5 m 。由于该站地理位置特殊，位于南湖游乐区，游 人及游船较多，生活垃圾及其它污染较为严重，水质较差。 与2 0 0 4 年结果对比发现，i 站透明度较引水前有所好转，提高了o 0 3 m 。这是因为 0 5 年5 月及6 月初南湖进行引水工程，清水进水口距i 站较近，经过i 站扩散到整个湖 1 4 区，因此这两个月份i 站透明度明显高出其他三站，这说明引水对提高水体透明度有一 定效果；i i 站、i i i 站引水前后透明完全一致；站透明度较引水前有所下降。 透明度与藻类数量的空间分布相关分析表明二者之阍显著负相关，r = o 7 8 3 ， p i v 站 i i i 站 i i 站，变为i i i 站 站 i v 站 i 站。 8 5 8 4 8 3 8 2 型8 1 丑 8 7 9 7 8 7 7 i 站i i 站1 i i 站i v 站 图3 _ 6 引水前后p 值的空间变化 + 0 4 年 + 0 5 年 3 2 4 悬浮物 悬浮物浓度空间分布表现为i v 站最高，为2 4 8 7 m g l ；i 站最低，为1 5 2 9m g l 。 引水前后均是站悬浮物含量最高是因为由于该站地理位置特殊，位于南湖游乐区， 游人及游船较多，生活垃圾及其它污染较为严重，水质较差。这与站透明度最低结 果一致。 由于0 5 年5 月及6 月南湖引水时期i 站悬浮物含量较低，从而使整个监测期间内i 站悬浮物含量平均值低于其他三站。 1s i 站i i 站i i i 站 i v 站 + 0 4 年 + 0 5 年 图3 _ 7 引水前后悬浮物的空间变化 3 2 5 溶解氧含量 引水后溶解氧的空间变化体现在i i i 站、i i 站较高，i 站、i v 站较低。这与引水前 截然相反，引水前站最高，i i i 站最低。 i 站i i 站i i i 站i v 站 + 0 4 年 + 0 5 年 图3 _ 8 引水前后溶解氧的空间变化 3 2 6 讨论 南湖引水前后水温几乎无变化。这与杭州西湖引钱塘江水后水温变化情况不同：由 于钱塘江水较西湖水温低3 8 ，引水后西湖水温降低，这种现象能使藻类繁殖速度降 低，有利于提高湖水透明度【4 6 j 。 杭州西湖引水9 年时问内，水体透明度逐年提高，引水对提高西湖水体透明度起到 积极作用【5 6 】。这与我们的研究结果是一致的。但是南湖引水时间短，引水量不够，所以 效果持续时间较短，只在引水时期内透明度升高，特别是引入水最先经过的i 站透明度 显著升高，但停止引水后又恢复原来状况，在污染严重区透明度甚至比引水前下降。 引水后5 、6 月份悬浮物含量低于引水前，因此引水对降低南湖水中悬浮物含量有 积极作用；停止引水后悬浮物含量迅速升高，高于引水前。可见引水对改善水质具有一 定实效性，引水期间很快达到定效果，但停止引水后很短时间内水质指标便恢复甚至 超过原来水平，说明引水效果维持不长，这与美国s n a k e 湖情况一致【9 j 。 引水前后溶解氧变化规律与藻类变化规律一致，说明在藻类大量繁殖的季节，水体 表层囡藻类生长过程中的光合作用所造成的溶解氧过饱和。所以，表层溶解氧过饱和从 1 6 如 拍 曲 蜡 m 0 0 (1旨一霉驶螭 o 9 8 7 6 5 4 3 2 l o (i县蚵琏蜂 另一侧面反映了水体的富营养化程度，这是富营养化湖泊的典型征兆。在中国的富营养 化湖泊中，也表现出湖泊和水库表层水的溶解氧饱和或过饱和的现象“。如广州流花湖 ( 1 1 4 4 m 班) 【3 1 、于桥水库( 1 0 2 6 m g ，l ) 【4 2 1 和杭州西湖( 1 0 1 5 m g ，l ) 。 3 3 引水前后水体有机污染物时间变化比较 3 3 1 化学需氧量 2 0 0 5 年南湖c o d c r 含量5 月最高，为6 1 5 m g l ，8 月最低，为4 2 2 5 m 舡，全湖 平均值为5 1 1 0m g l 。除8 月份以外，引水前后c o d c r 时间变化趋势一致。 引入水中c o d c r 含量为1 1 om g ，l ，约为南湖水中平均值的l 5 。理论上引水将使 南湖c o d c r 含量大幅下降，但实际监测结果表明引水后c o d c r 含量比2 0 0 4 年的6 2 1 9 m g ，l 下降1 7 8 3 ，幅度不大，仍超出国家i i i 类水体标准值。 图3 9 引水前后c o d c r 的时间变化 口0 4 年 0 5 年 3 3 2 五日生物需氧量 2 0 0 5 年b o d 5 含量最高值出现在1 0 月，为1 0 1 8m g ，l ，全湖平均值为8 1m g l 。 其中9 月份未检出，原因可能是生物耗氧量过高，在水样培养期间消耗水中大量溶解氧， 使溶解氧含量低于检出限。2 0 0 4 年为7 1 8 i n l ，引水后b o d 5 含量增加o 9 2 m g ，l 。 从圈3 一1 0 看出，引水后b o d 5 含量变化趋势是春季降低，秋季升高。8 1 0 月明显高 于引水前。 b o d 5 含量与溶解氧含量的相关分析表明二者显著正相关，r = 0 7 0 l ，p 站 ( 5 0 5 m l ) i 站( 4 9 0 8 m g ，l ) ，各站均低于2 0 0 4 年。 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 i 站i i 站i i i 站i v 站 图3 1 l 引水前后c o d c r 的空间变化 + 0 4 年 + 0 5 年 3 4 2 五日生物需氧量 2 0 0 5 年b o d 5 含量空间分布为站( 8 7 l m g l ) i i i 站( 8 1 9 i n g ，l ) i i 站( 8 ，1 1 m g l ) i 站( 7 6 7 m 啦) ，各站均高于2 0 0 4 年。 b o d 5 含量与透明度之间呈显著的负相关趋势，r = 一o 6 1 8 ，p i i i 站 ( 0 0 2 0 4 m g ，l ) i 站( o 0 1 6 2m g ，l ) 。引水前后均是i v 站含量最高，这是因为i v 站原 是南湖最大污水口汇入，底泥厚，湖水面积小，流动性差，游船活动频繁，故湖水中营 养物质含量较高。 0 1 4 0 1 2 0 1 高o 0 8 鼙0 0 6 增 0 0 4 0 0 2 0 l c - 一 l ，。j 一，。，j ，j i 站i i 站i i i 站i v 站 + 0 4 年 一0 5 年 图3 1 6 引水前后总磷的空间变化 3 6 2 总氮 引水后总氮各站含量站( 2 6 8 8 m g l ) i 站( 2 5 9 9 m g ，l ) i i 站( 2 5 0 6 m l ) i i i 站( 2 3 4 9 m l ) 。由图3 1 7 及图3 - 1 8 可以看出，各站总氮含量变化规律与氨氮相 同。 2 l 3 5 3 2 5 o 毫2 县 城1 5 踊 l 0 ，5 0 i 站i i 站i i i 站i v 站 十0 4 年 一0 5 年 图3 1 7 引水前后总氮的空间变化 3 6 3 氨氮 引水后各站氨氮含量为i v 站( o 2 7 2 8 m g l ) i i i 站( o 2 2 2 0 m g 几) i 站( o 1 8 6 1 m g l ) i i 站( o 1 7 4 6 m g ，l ) 。各站均低于2 0 0 4 年各站含量。其中i 站在引水后在各湖区中氨 氮含量最低，可见引水不仅改变了氨氮的时间分布，也使空间分布发生变化距进水 口较近的湖区氨氮含量明显下降。 3 3 嘁 蜮 i 站i i 站i i i 站i v 站 + 0 4 年 + 0 5 年 图3 - 1 8 引水前后氮氮的空同变化 3 6 4 讨论 南湖引水后总磷大幅度降低，这与美国s n a k e 湖情况一致：用水泵将地下水抽入湖 中，2 个月后，总磷年平均质量浓度由6 0 0 肛g ，l 降低到2 0 0 “g l 【9 l 。 南湖引水后总氨含量下降幅度不大的情况与杭州西湖类似，均是引入水中含有较高 的总氮，使引水效果不明显一由于钱塘江水的总氮浓度与西湖水差值较小，故钱塘江 水引入西湖后总氮的浓度变化不明显【4 引。但杭州西湖在引水9 年时间以后总氮呈下降趋 势，水质逐步好转，这种下降趋势与总水量( 引水量+ 产水量) 有很大关系，总水量的 增加与西湖水质改善有密切关系一点h 6 j 。南湖的引水量较少，引水时间短，所以在短时 间内达不到杭州西湖的效果。 引入水中虽然总氮含量较高，但氨氮含量极少，实验室未监测出引入水中氨氮含量， 因此引水对降低南湖水中氨氮含量有很大效果。时间分布和空间分布都证实了这一点。 从上述讨论中我们可以得出这样的结论：引入水质的好坏、引水时间长短及引水量的多 少对引水效果起很大作用。 3 7 引水前后浮游植物群落时间和空间变化 3 7 1 种类组成分布 2 0 0 5 年5 一1 0 月在南湖4 个采样站鉴定出的浮游藻类共有7 门，6 5 属3 7 4 种。种类 数由多到少的顺序依次为绿藻门( c l l l o r o p h y t a ) 2 5 属1 9 7 种，占藻类总数的5 2 6 7 ； 硅藻门( b a c i l l a r i o p b 叽a ) 1 2 属7 2 种，占1 9 2 5 ；蓝藻门( c y a n o p h y t a ) 1 4 属5 1 种， 占1 3 6 3 ；裸藻门( e u g l e n o p h y t a ) 3 属3 2 种，占8 5 5 ，黄藻门( x 趾t h o p h y t a ) 3 属 8 种，占2 1 3 ：甲藻门( p y 玎叩h 血) 3 属7 种，占1 8 7 ，金藻门( c h r y s o p h y t a ) 5 属7 种，占1 8 7 。从南湖浮游植物组成的时间分布上知( 见图3 1 9 、图3 2 0 ) ，南湖 浮游植物以绿藻门占绝对优势，其次是硅藻门，再次是蓝藻门，裸藻门、黄藻门和甲藻 门较少。 图3 - 1 9 浮游植物种类构成及百分比 季节分布上( 图3 - 2 0 ) ，6 、7 两月浮游植物种数最高，均为2 1 0 种；l o 月最少，为 1 2 4 种；5 月1 8 0 种；8 月1 8 9 种；9 月1 3 8 种。 2 5 0 2 0 0 鼎1 5 0 霪 1 0 0 5 0 o 图3 - 2 02 0 0 5 年南湖备月浮游植物种类构成 表3 22 5 年浮游植物种类百分比的时间动态 百分比 5 月6 月 7 月8 月9 月 l o 月 空间分布上( 图3 2 1 ) ，南湖各样站种类差别不大。i 站种类最多，有2 0 2 种，占 总种数的4 8 7 9 ；i i i 站最少，有1 8 1 种，占4 3 7 1 ；i v 站1 9 3 种，占4 6 6 1 ；i i 站 1 8 5 种，占4 4 6 8 。 2 5 0 渌 熏 图3 2 12 0 0 5 年南湖浮游植物空间种类构成 无论是从季节变化和空间分布看，南湖均是以绿藻为主，其次是硅藻，再次是蓝藻 门，引水后南湖仍是一个绿藻一硅藻一蓝藻型湖泊。 3 7 2 优势种及分布 2 0 0 5 年南湖浮游植物的绝对优势种主要蓝藻门的平裂藻a 庇r 豇肌咄d 妇和绿藻门的 四尾栅列藻& p 坷解肌邶g 枷妣砌；亚优势种为普通小球藻，d 陀f 口v “缘删、微囊藻 a 纯加c 班出( 见表3 3 ) ，这些优势种多为a 中污带到b 中污带指示种。 5 6 月，随着光照加强和水温的逐渐升高，促进绿藻数量的增长，主要由四尾栅列 藻p ，如5 糯疆口“砌f c “幽、双形栅列藻聃靠册淞口6 f 辔蚴、小球藻c 话f o 坨f f 口v “自阿咖占 优势，占藻类总数的8 0 以上；7 8 月，因绿藻的增长，水中含氮量被大量利用，故对 氮要求低和能固定分子氨的蓝藻开始取代绿藻而急剧增长，主要是水花铜绿微囊藻 2 4 0 o o 0 o 砌 坫 5 表3 _ 42 5 年南湖浮游藻类定量结果( x 1 0 7i n d ，l ) 3 7 4 叶绿素a 2 0 0 5 年南湖叶绿素a 的含量测定结果见表3 5 。叶绿素a 在5 1 0 月份含量存在明 显的差异，0 5 年9 月份最高达1 4 7 4 7 啦，7 月和1 0 月均相对较高，5 月最低。根据日 本吉村提出叶绿素a 1 0 扯g l 及s e i r ：g e n s o w1 9 8 0 年提出的叶绿素a 含量1 0 - 5 0 0 l ，为 富营养化湖泊的标准，南湖为富营养化湖泊。 引入水中叶绿素a 含量为2 0 5 6 p g ，l ，大大低于南湖水。因此引水可以起到使湖水 中叶绿素含量降低的作用。我们的研究结果证实了这一点：2 0 0 5 年5 月叶绿素a 含量仅 为5 6 2 1 班，明显低于其他各月；其中i 站、i i 站叶绿素a 含量仅分别为4 9 9 5 扯班和 3 2 3 4 u g l ，明显低于i i i 站、站。但停止引水后叶绿素a 水平迅速升高，与引水前基 本持平。 叶绿素作为藻类的重要组成成分，其含量的高低反映了藻类种类和数量的变化。 2 0 0 5 年叶绿素a 与浮游植物数量显著正相关，r = 0 9 0 2 ，口 o 0 l 。 表3 52 帅5 年叶绿素a 含量监溯结果 5 6 7 8 9 l o 4 9 9 5 9 7 7 3 1 4 0 9 1 1 0 3 5 9 1 6 3 9 3 1 2 8 0 3 3 2 - 3 4 8 6 1 5 1 1 1 8 9 9 8 4 0 1 7 3 8 l 1 3 0 8 2 7 1 1 9 8 0 5 9 1 3 5 4 0 7 7 9 1 1 2 9 8 4 1 1 6 6 2 7 1 _ 3 5 7 7 9 2 1 7 1 9 8 1 0 0 6 6 1 2 2 3 2 1 2 3 5 3 m e 士s d 平均值士标准差 1 1 4 _ 0 2 士3 9 7 2 1 0 5 5 6 士4 7 1 7 1 0 1 9 2 士2 8 6 l ll 2 9 士3 6 _ 8 1 1 0 8 1 9 3 7 5 讨论 从表3 6 可以看出，引水后南湖浮游植物种类增加，比2 0 0 4 年的2 3 0 种增加1 4 4 跎 碍 锚 悖= 篇惹 孤 晒 m 呱 m 种。各种藻类的所占比例也发生了相应的变化。南湖浮游植物引水前的2 0 0 4 年以绿藻 门占优势，所占比例5 0 以上，硅藻门为2 4 1 5 ，其次是蓝藻门；引水后仍以绿藻门 占优势，所占比例分别为5 2 6 7 ，蓝藻门为1 3 6 3 ，二者所占比例与引水前变化不大， 硅藻门所占比例下降，占1 9 2 5 ，而金藻门和甲藻门所占比例相应增加。引水前后浮 游植物群落结构没有发生演替，都是绿藻硅藻一蓝藻型。 表3 石南湖藻类备门百分比引水前后对比 引水前后南湖浮游植物优势种没有发生明显变化，仍以蓝藻门的平裂藻 j 】l 如r 招m 9 卵硼盯和绿藻门的四尾栅列藻& e ，比肋l 螂g 加咖f c 砌为主要优势种，为a 中污带 到b - 中污带指示种。 2 0 0 5 年藻类数量由引水前的3 4 0 l o 7 i n d 几增加到4 5 8 1 0 7i n d ，l 。导致藻类增加的 原因可能是引水量不够。南湖引水工程并非持续性，引水量不够，水体交换率较低。有 资料研究表明，在同样i n 、t p 浓度下，提高水体的交换率，能大大抑制藻类的生长， 因大量藻类随水排出湖体，使藻类种群增长速度大大降低1 4 ”。一般如湖水停留时间降低 3 5 天，不论存在多少能利用的营养盐，生物量还是会减少的。斯洛文尼亚b k t t 附近的 一个湖泊就是采用这一方法取得了成效。 叶绿素a 是藻类的熏要组成成分，是浮游植物生物量指标和参与光合作用的重要物 质之一。它的含量和动态既受各种理化因子和生物因子的制约，同时又反过来影响和改 变着这些因子。近年来，叶绿素在水体富营养化评价中也芷发挥着愈来愈显著的作用【4 9 l 。 2 0 0 5 年叶绿素a 与浮游植物数量显著正相关，r = 0 9 0 2 ，p ( o o l 。采用p e a r s o n 相 关系数度量各环境因子与叶绿素a 之间 x 3 8 引水前后浮游动物群落时间和空间变化比较 3 8 1 种类组成与分布 2 0 0 5 年鉴定出的浮游动物有原生动物、轮虫、枝角类和桡足类4 大类，共1 2 6 种。 其中原生动物2 8 属5 3 种，占浮游动物种类总数4 2 0 6 ；轮虫2 3 属5 2 种，占总数的 4 1 2 6 ；枝角类1 0 属1 7 种，占1 3 4 9 ：桡足类4 种，占3 1 7 。 从时间上看，南湖各站浮游动物种类数量与季节的变化关系是5 月种类最少，6 、7 月份种类开始增多。浮游动物群落的种类组成有明显的季节性，夏季的种类数明显多于 春、秋二季( 表3 9 ) 。 浮游动物种类数空间分布由多到少的顺序为站7 1 种、站6 5 种、i i i 站5 8 种、 i 站5 3 种。 3 8 2 优势种及分布 引水后南湖浮游动物优势种因月份、湖中不同位置不同而异。原生动物优势种有小 口钟虫您r j c e 如搬耙，娜幻聪球、球形沙壳虫d 猡t 曲g 如6 “z 口；轮虫的优势种有劁盖异尾 轮虫开七矗d c p mc 印w 加口、角突臂尾轮虫曰m 拍f 0 聍郴口俐协括、螺形龟甲轮虫妇r 加肠 c 矗膪甜括：卵形彩胃轮虫，d m o g 础胞r j 口加瑚、蒲达臂尾轮虫曰阳c j o h 螂6 “出阳，啦埘括、 针簇多肢轮虫p o o 榭砌叼护龇；枝角类没有明显的优势种群；桡足类的优势种为无节幼 体。这些的优势种多为旺中污带到p 冲污带指示种，但刺盖异尾轮虫为寡污带指示种。 浮游动物优势种的时间分布见表3 7 。 表3 72 帅5 年南湖浮游动物优势种 空间分布除9 月外各站完全相同，9 月份各站优势种分别为：i 站为螺形龟甲轮虫 阳纠k c h z e a r i s 、卵形彩冒轮茧c h m 啪署f e rs 4 f t a 凇、冠饰异尾轮蛰n i c h o c e r c d ，叩自d 跚口；i i 站为螺形龟甲轮虫j ，讲e 妇c d 拍如口r 妇、冠饰异尾轮虫狮c 幻卯瑚z d 口自d e 嬲口： 1 1 i 站为螺形龟甲轮虫缸r 口，p 肋c 如括、卵形彩胃轮虫c ，d m 昭甜r e ，期打口珊；站为 螺形龟甲轮虫屁阳船肋c d 幽如口r 捃、针簇多肢轮虫p 旧r 砌w 护自g 胁。 3 8 3 密度和生物量 2 0 0 5 年南湖浮游动物数量为3 7 3 3 7 i n 彤l ，生物量为6 3 4 0 m g 龙。其中原生动物数量 占浮游动物总数的7 9 0 8 ，轮虫数量占浮游动物总数的2 0 1 2 ，枝角类和桡足类所占 比例不足1 。 2 0 0 5 年浮游动物数量及生物时间分布见表3 8 。原生动物数量在春季最高，因为温 度对原生动物的数量影响十分显著，大多数原生动物最适温度在1 6 ，因此在春季出现 高峰；轮虫数量在秋季出现最高峰。因为原生动物在浮游动物中占首位，故浮游动物数 表3 9 2 5 年南湖浮游动物m a r g a k f 多样性指数 3 8 5 讨论 一般来说，水体中浮游动物数量多，群落结构简单，群落多样性低，表明水体富营 养化程度越高，水质越差：在环境极端的湖泊( 贫营养或超富营养型) 中，只能生存耐 受性大的少数种类。浮游动物中原生动物和轮虫的数量随水质富营养化程度加重而递 增。 2 0 0 5 年南湖浮游动物平均数量与2 0 0 4 年相比减少了9 1 3 ，生物量增加了8 3 7 9 。 生物量剧增的原因是引水后9 、1 0 月份个体重量较大的晶囊轮虫数量增加，表明秋季南 湖浮游动物大型化。从生物量上来说，浮游动物生物量取决于轮虫，引水后轮虫生物量 占浮游动物总数的9 0 以上，枝角类和桡足类在数量和生物量都极低。资料表明：浮游 动物平均数量大子3 0 0 0 i i 肌，属于富营养化水体。从南湖浮游动物数量监测值来看引 水前后均高于上述标准，南湖属于富营养化水体。 相关分析表明浮游动物密度与水温呈现出显著的正相关关系( r = o 6 8 7 ，p 0 0 5 ) ； 与浮游动物生物量相关性最大的生态因素是水体叶绿素a 含量( r = 0 6 8 3 ，p 0 0 1 ) 。 引水前后浮游动物群落结构无显著变化，均是以原生动物和轮虫为主，引水后枝角 类种数略有上升，引水没有改变南湖浮游动物群落结构。李共国对西湖引水后轮虫群落 结构研究的结果与本结论一致：西湖引水后，前、后二个五年间西湖轮虫群落结构无显 著变化b 。 引水后浮游动物群落多样性指数显著增大，表明轮虫密度比引水前显著下降，这与 西湖引水后轮虫的群落结构变化规律一致【2 7 】：西湖引水前轮虫密度为1 6 3 5 个l ；引水 第一个五年后的1 9 9 0 一1 9 9 1 年，轮虫密度为9 4 7 个l ，生物量为1 2 6 8 m 以，多样性指数 为1 7 1 ，显著减少了轮虫的密度。对5 月南湖各样站的群落多样性进行比较分析，结果 为距进水口较进的i 站多样性指数要高于其他三站，这种情况与杭州西湖相似西湖 进水口的种类数多，密度和生物量低，具有较高的生物多样性【2 7 1 【7 1 。 3 9 引水前后富营养状态比较 湖泊富营养化实质是营养物质在水环境中富集，从而使水体发生一系列物理、化学 和生物学的复杂变化过程。为研究引水对南湖富营养化的影响，选用日本相崎守弘的修 正营养状态指数t s i m 对南湖底泥引水前后富营养状态比较。t s i m 是0 l o o 之间连续数， 3 0 当t s i m 5 8