（环境工程专业论文）矿区塌陷塘浮游植物群落构成特征的研究.pdf

摘要 摘要 近年来，随着采煤塌陷区不断扩展，矿区生念环境状况 i 断恶化。矿区塌| f j 塘是由j 二煤矿丌采以后，造成地表下沉低哑积水而形成的类似于湖泊的封闭水体， 但它o j 湖汛相比有着自身的特殊性。到目前为l l ：，对塌陷塘干非矿区湖泊生态 环境的比较研究相对较少。本文以谢二矿采煤塌陷塘为塌陷塘的t 要研究对象， 选取天然形成的湖泊高塘湖作对比，进行浮游植物群落结构特征的研究，旨 在探讨两水域浮游植物群落结构特征的差异及其影响因素，为矿区塌陷塘生态环 境状况的改善提供理论基础。 本研究于2 0 0 5 年4 月2 0 0 6 年3 月对谢二矿塌陷塘和高塘湖进行了调查研 究。主要测定了水温、水深、透明度、p h 值、电导率、氯化物、总硬度、溶解氧、 生化需氧量和化学耗氧量等理化因子指标；叶绿素a 及总磷、总氮等营养盐指标， 同时对浮游植物的种类、丰度等生物指标进行了计数和鉴定。同时对谢二矿塌陷 塘和高塘湖进行了浮游植物的种类组成、丰度分布、优势种、污染指示种、群落 相似性及其演替、结构特征指数( 多样度、均匀度、丰富度、优势度和单纯度) 等群落生态学初步研究。 结果表明，谢二矿塌陷塘有机污染比高塘湖严重，氯化物、总硬度含量均达 到岛塘湖的两倍，营养盐含量随季节变化趋势不列。i l j ：两水域理化冈子及营养 箍的差异，定程度上造成了谢二矿塌陷塘以绿藻蓝藻为优势类群，浮游植物 丰度动态变化受温度、营养盐的影响更显著；而高塘湖则以蓝藻一绿藻一硅藻为 优势类群，浮游植物受温度的限制更明显。谢二矿塌陷塘浮游植物群落的周年变 化为双季交替型，高塘湖是多次交替型。 图5 3 表3 3 参7 3 关键词：塌陷塘；高塘湖：浮游植物；结构特征；比较 a b s t 馆c l a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ee xp l o i t a t i o no fc o a l 、t h ea r e ao f e x c a v a t ec o a ls u b s i d e n c ea r ee x t e n d e da n di tc a u s e dt h em i n e r a la r c ae c o l o g i c a i e n v i r o l l m e n tt og e tw o r s e e x c a v a t i n gc o a js u b s i d e n c ep o o lw a sc a u s e db yt h e e x p l o i t a t i o no fc o a li nm i n e ，r e s u l ti ne a r t h ss u r f h c ed e s c e n da n dc a v ea n db e c o m e w a t e rb o d yt h a ti ss i m i l a rt ol a k e b u tc o m p a r e dw i ml a k e ，s u b s i d e n c ep o o li st h e s p e c i a lc o m p o n e n to ft h es u r f k ew a t e ls of h r ，t h e r e 鑫r ev e r yf e ws t u d yc a s e st o c o n n r mt h ee c o l o g i c a le n v i m n m e n td i f r e r e n c eb e t w e e ne x c a v a t i n gc o a is u b s i d e n c e p o o la n dn o n - m i n e r a la r e ai a k e i n 血i sp a p e r ，w es e i e c t e dx i e e rm i n es u b s i d e n c ep o o l a i l dn a t u r a l l a k e g a o t a n gl a k ef o ra c o m p a r a t i v ea n a l y s i s i no r d e rt od i s c u s s i n gt h e d i f f b r e n c eo ft h ec h a r a c t e r i s t i co fp h ”o p l a n k t o ns t r u c t u r ea n di t si n f l u e n c i n gf a c t o r s ， w es t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fp h y t o p l a n k t o ns t r u c “l r e t h i ss t u d yp r o v i d e sa t h e o r e t i c a lb a s j sf o rt h ei m p r o v e m e n to fe c 0 1 0 9 i c a le n v i r o n m e n to fe x c a v a t i n gc o a l s u b s i d e n c ep 0 0 1 x i e e rm i n es u b s i d e n c ep o o l8 n dg a o t a n gl a k ew e r ei n v e s t i g a t e dm o n t h l yf r o m a p i n2 0 0 5t om a r c hi n2 0 0 6 s u c hp h y s i c a l 一c h e m i c a l i n d i c e sa sw a t e rt e m p e r a t u r e ， d e p t h ，t r a n s p a r e n c y p hv a i u e ，c o n d u c t i v i t y ，c h l o r i d e ，t o t a lh a r d n e s s 。d o ，b o d 5 ，c o d a sw e l ia sc h l aa n ds u c hn u t r i e n ti n d i c e sa st n ，t p 讯r em e a s u 佗d ，t h ep h y t o p l a n k t o n s p e c i e sa n da b u n d a n c ew e r ei d e n t i 五e da n dc o u n t c d 、v i t hm i c r o s c o p ea tt h es a m et i m e t h em o n t h l ye c o l o g i c a lf e a t u r eo fp h ”o p l a n k t o nc o m m u n i t yi n c l u d i n gt h es p e c i e s c o m p o s i t i o na n dt h e i ra b u n d a n c e ，t h ed o m i n a n ts p e c i e s ，t h ei n d i c a t o ro fp o l l u t i o n ，t h e s u c c e s s i o na n ds i m i l a r i t ya sw e l la sl h ec h a r a c t e ri n d e x ( d i v e r s i t yi n d e x ，e v e n n e s s i n d e x ，a b u n d a n c ei n d c x ，p r e v a l e n c ei n d e xa n ds i m p i i c i t yi n d e x ) w e r ep r e l j m i n a r y s t u d i e di nx l e e rm i n es u b s i d e n c ep o o la n dg a o t a n gl a k e t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r es 啪m a r i z e da sf o l l o w s ：t h eo r g a n i cp o l i u t i o no f x i e e rm i n cs u b s i d e n c ep o o ii ss e r i o u st h a ng a o t a n gl a k e t h ec h l o “d ea n dt o t a l h a r d n e s sa r et w i c ea sg a o t a n gl a k e ，s e a s o n a lv a r i a t i o no fn u t r i e n ts a l ta r ed i f f e r e n t t o s o m ee x t e 1 t b e c a u s eo ft h ed i f 耗r e n c eo fp h y s 记a l c h e m i c a lf a c t o r sa n dn u t r i c ms a l t i h a ia r ec h cf h c t o r sa t l 、e c l i n gt h ec o m p o s i t i o no fp h y t o p l a n k t o nd o m i n a t c db yt h e s p c c i e so f 掣e c i 卜h fl l e i i g a c ，t h ed y n a m i cv a r i e t yi np h y l o p i a n k i 【) n ab l m ( i ：1 1 1 c c 、a s i n f l u e n c e db yt c n l p e r a t u r ea n dn u t f i e n ti nx i e e rm i n es u b s i d e n c ep o o iw h i l et h e 尘堕竖l 一一 d o m i n a n ts p e c i e sa r e b l u e g 他e na i g a e a n dd i a t o mi n g a o t a n gl a k e ， t h e c h a n g ei n t e m p e r a t u r ei n n u e n c e dt h ep h ”o p l a n k t o na b u n d a n c es i g n i f i c a n t l y a n n u a lv a “a t i o n s o f h ep h y t o p i a n k t o ni nx i e e rm i n es u b s i d e n c e p o o ls h o wat y p i c a ld o u b l e s e a s o n a l t e r a t i o na n di ti ng a o t a i l gl a k es h o wam u l t 谛l ea l t e r a t i o n 一g u r ef i r y t h r e et a b l et h i r t y - t h r e er e f c r e n c es e v e n t y t 1 1 r e e k e y w o r d s ：e x c a v a t ec o a ls u b s i d e p o o j ，g a o t a n gl a k e ，p h y t o p i a n k t o n ，s t r u c t u r e c h a r a c t e r j s t i c ，c o m p a r i s o n 独创性声明 本人声骥淤至交麓学位论文是本人在导簿指每下送行懿研究王髂及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 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 塞燕蕉兰盍堂或其毽教赛撬橇妁警位或涯书疆使蕉过戆耪瓣。与裁一 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 表承谢意。 学位论文作蒲签名：煎重整日期：竺选年j 月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞擞堡三左鲎有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞璧垄三蠢整。学较露权保餐著离鏊家有关部门或祝梅送交论文靛 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权舞徽理工大学 可以掩学位论文的全部戏部分内容编入有关数据痒送行梭索，可以采 用影帮、缩印或扫描等复制手段保存、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：荡夫悫 签字群期：2 耐年6 月6 嚣 默獬：h 鼗嘲护障细柏 1 1 研究目的及研究意义 1 前言 煤矿塌陷区是煤矿生产建设的产物。地下煤层采出后使采空区周围岩体的应 力平衡状态发生改变，不可避免地引起覆岩的变形、破坏和移动，最终导致地表 产生沉陷或塌陷。煤炭在我国一次性能源消耗结构中，长期保持7 0 左右的比例。 煤炭生产在带来巨大经济效益、推动社会发展的同时，也给生态环境带来了巨大 的压力，矿区环境“透支”现象相当严重口j 。安徽省淮南市是以煤炭为主体的矿 产资源城市，有着近百年的开采历史。由于煤炭储量丰富，埋藏较深，并工开采 所造成的土地塌陷日趋严重，同时加之该区地下水位埋藏较浅，塌陷区大面积积 水，并随开采规模的扩大，积水面积逐年增长。安徽省淮南矿区在1 9 9 2 年积水塌 陷面积1 8 为6 7 0 9 h m 2 ，到2 0 0 3 年扩大到l1 0 0 0 h m 2 左右，扩大速率约为3 9 0 h r n 2 年。煤矿塌陷区水深般3 1 0 m ，老的塌陷区可达2 0 m 之深，有的已形成了较 大规模的塌陷湖泊。其发展速度之快，令人瞩目。塌陷区不断扩展，致使矿区生 态环境不断恶化口一】，有的矿区己出现富营养化塌陷区【5 或严重污染的塌陷水域， 构成了广大矿业城市可持续发展的重要制约因素。 水环境受多种因素( 人类活动、自然条件) 的影响，是水体物理、化学及生 物等多因素的综合体【6 l 。水环境特征的变化往往是由于水体中的物理、化学性质 以及生物群落及功能、结构特征的改变所导致的。水环境发生污染或破坏，必然 作用于生物个体、种群和群落，影响水中固有生物种群的数量、物种组成和多样 性、稳定性、生产力以及生理情况【7j 。因此水生生物群落的性质和健康状况，可 反映出水的质量。这些反映是对整个环境变化的综合反映，其中既包括了理化监 测的各个参数，也包括了那些末测定的因子，以及未知因子相互综合作用的结果， 而且还包含了污染物和环境因子的连续性和积累性作用结果的反映。水环境特征 具有一定的空间特性，随着水体地理位置的变化而变化。 所谓种群( p o p 山a t i o n ) 是指在一定空间内同种生物个体的组合，它具有定 的结构和遗传特性。不同的物种集合体构成不同的种群，彼此之间有不同的遗传 特性。生物群落( b i o t i cc o m m 皿时) 就是在一个特定的地区或生境( h a b i t ) 中由 多个种群共同组成的、具有定秩序的集合体1 8 】。浮游生物是一群具有功能的水 生生物群落，是不能主动地作远距离水平移动的生物，大多体形微小，通常肉眼 安徽理工大学硕士论文 看不见。它们没有游泳能力或者游泳能力很弱，一般不能逆水前进，只能依靠水 流、波浪或水的循环流动而移动，常规上一般将浮游生物划分为浮游动物和浮游 植物。浮游植物( 即自养的浮游生物) 不是一个分类学单位，丽是一个生态学单 位，它包括所有生活在水中营浮游生活方式的微小植物，通常就指浮游藻类，而 不包括细菌和其它植物舟j 。浮游生物是水生食物链的基础，它们以单细胞、群体 或丝状体的形式出现，在水生生态系统中占有重要地位。许多浮游生物对环境变 化反应很敏感，可作为水质的指示生物，所以在水污染调查中，浮游生物也常被 列为主要的研究对象之。一个水生态系统包括生活在水中的动物、植物和微生 物以及物理和化学环境还有它们相互影响的气候环境。生态系统中每一个生物在 其生态环境中都是一个超维体【l0 1 ，其群落结构受物理、化学和生物数十种因予影 响，这些因子之间相互作用，共同对生物体产生影响；反过来，生物体又作用于 环境因子，改变着环境，当其中某一个因子发生变化，其他因子也会发生变化。 浮游藻类植物是水体中有机物质的初级生产者，它不仅在水体的物质循环中起着 十分重要的作用，同时对污水的自净作用也有很大的意义。 塌陷水域是由于煤矿开采以后，造成地表下沉低凹积水而形成的类似湖泊的 封闭水体。其水域系统一般为封闭系统，不与外界流通，有毒物不易排除。受煤 炭粉尘和周围环境影响较大f 1 ”。同一般的湖泊相比，煤矿塌陷区水域的特殊性在 于：煤矿塌陷区水的补给来源复杂。它既是地表径流和浅层地下水的汇集地， 也接受矿区居民生活污水、矿井排水、生产废水的排放，水生生物种群、数量以 及水的营养状态都有别于其它地表水体。动态变化。随着煤矿开采面积的扩大 和多层煤开采，塌陷区水深、水淹面积都在不断增大，水生生物种群、数量以及 水的营养状态都处于动态变化之中。煤矿塌陷区水域生物群落和生态系统特征， 与煤炭生产规模、服务年限、不同时期煤矿相关产业的兴起与发展密切相关。 我们知道，遗传性和变异性是一切生物的本质属性【l2 1 ，生物种群对特定污染 条件的响应是客观存在的【3 1 。不论是个体微生物还是微生物群落，其生长发育都 严格地受到环境条件的制约【1 4 ，1 5 】。煤矿塌陷区水域是人类生产活动形成的特殊人 工水体，是一个具有补水来源复杂和水体动态变化特性的动态次生生境，在矿业 城市生态环境中充当着相当重要的作用。因此通过研究矿区塌陷塘和参照湖泊的 浮游植物群落，摸清其浮游植物群落的组成状况以及水域的营养状况，找出影响 浮游植物群落的主要驱动因子，寻找最能指示其环境状况的优势浮游植物种属 2 前言 ( 群) ，从而阐明矿区塌陷塘水域和非矿区湖泊限制初级生产力的关键因子，反映 其浮游植物群落的构成特征，为控制塌陷塘的富营养化程度，合理开发和利用矿 区塌陷塘水域，促进其生态环境状况的改善等工作提供科学的依据。 本课题是在安徽省高校省级自然科学研究重点项目煤矿塌陷区水域环境 指示微生物生态演替规律研究及应用( 编号：2 0 0 6 k j 0 0 9 a ) 和安徽省高校“十五” 学科拔尖人才基金资助下完成的。通过对谢二矿塌陷塘水域( 简称谢二塘，下同) 和高塘湖( 非矿区湖泊) 为期一年的水质及浮游植物群落的研究，分析其浮游植 物群落的构成特征，从而找出矿区塌陷塘水域与非矿区湖泊浮游植物群落构成特 征的异同点，为更合理地开发和利用塌陷区水域，促进其生态环境状况的改善提 供科学的理论基础。 1 2 研究内容、方法和技术路线 1 2 1 主要研究内容 1 塌陷塘和湖泊的水生态环境现状研究 表1 淮南矿区采煤塌陷积水区水质指标 ! ! ! 堡! 堡垒竺! g ! 型堕i ! ! ! ! 塑垫坠! 些堕! ! 型! ! ! ! i 坐! ! ! 鬯! 也曼! ! i ! 塑 口h d o b o 观总磷总氨浮游植浮游动底栖动水生植 ( m 1 )( m 1 )( m g n )( m 1 ) 物( 种) 物( 种) 物( 种) 物( 种) 由于塌陷积水区原来大多是耕种的农田，积水后土壤中的营养盐类n 、p 、k 都逐渐溶于水中，形成较肥沃的水层，有利于水生生物的生长。对淮南矿区塌陷 积水区的水质调查和监测结果表明：水体中各项指标均符合渔业水水质标准的要 求，水中营养丰富，饵料较多，鱼类在塌陷区中生长迅速。塌陷区的具体水质指 标见表1 。在本次研究中矿区塌陷塘以谢二塘为实验场所。 表2 淮南市窑河高塘湖水质指标 旦! ! 璺坠堕g ! ! ! 堕! 鲤塑垫! ! ! 堕型婴二旦塑堕堕堕坠墅塑一 d ob o d 5 总磷总氮 浮游植浮游动底栖动水生植 ( m 州)( m g ，i )( m 酣) ( m 1 ) 物( 种) 物( 种)物( 种)物( 种) 6 0 4 1 0 1 3 1 0 2 2 4 6 o 0 2 o 0 4 0 1 7 1 0 42 4 33 91 8 1 3 窑河高塘湖位于淮南市的最东端，是淮河淮南段的重要支流。窑河与高 3 安徽理工大学硕士论文 塘湖之间有小型水闸，水闸以南为高塘湖，水闸以北为窑河；窑河流经淮南境 内7 虹，与由西向东横穿淮南市的淮河在淮南市出境处新城口处相汇。根据2 0 0 】 年淮南市生态环境现状调查报告可知，高塘湖受人为活动的影响很小，基本 处于天然水域状态，其具体水质指标见表2 。在本次研究中以非矿区湖泊高 塘湖为对照水体。 2 主要评价指标的选取 个水生态系统包括生活在水中的动物、植物和微生物以及物理和化学环境 还有它们相互影响的气候环境。在个水生态系统中，决定物种生存环境及其食 物网的是物理成分( 例如光、温度、混台物、水流、栖息地) 和化学成分( 例如 有机碳、无机碳、氧、营养) 。生物的相互作用( 例如食草性和食肉性) 在水生态 系统的结构中也起着一定作用。藻类的生活条件包括物理条件( 温度、光照、水 的运动等) 、化学条件( 溶解盐类和有机物质、溶解气体、p h 值等) 。浮游藻类群 落的种类组成随季节而变化，同一类型的湖沼，如年四季连续观察，可见到不 同季节有不同种类。许多藻类仅在一定类型的湖泊、水库中出现，可作为指示生 物之用。 为了能够确定不同水域水质营养状况的变化情况，这里结台实际情况选择了 国内外在营养条件制定及评价中常用的几种指标：营养盐状况指标一一总磷 ( t p ) 、总氮( n j ) 、叶绿素a ( c h l a ) 等：理化状况指标p h 值、电导率、 温度、透睨度、生化需氧量( b o d 5 ) 、化学耗氧量( c o d 。，) 、溶解氧( d o ) 、氯 化物、总硬度等；生物指标浮游植物。重点调查水生浮游藻类的种类、数量 及其在各水域中的分布状况，概括出不同水域浮游植物群落的构成特征，从而找 出其存在的大致规律。 3 浮游植物群落构成特征的研究 1 1 通过研究不同水域的浮游植物群落，摸清其浮游植物群落的组成状况以 及水域的营养状况，寻找最能指示其环境状况的优势浮游植物种属( 群) ； 2 ) 找出影响浮游植物群落的主要驱动因子，从而阐明不同水域限制初级生 产力的关键因子，反映矿区塌陷塘水域和高塘湖浮游植物群落的构成特征； 3 ) 为更合理地开发和利用塌陷区水域，促进其生态环境状况的改善等工作 提供科学的理论依据。 4 前言 1 2 2 研究方法 1 现场调查 调查研究和收集资料的内容包括：水体的水文、气候、地质、地貌特征；水 体沿岸城市分布和工业布局、污染源分布、排污情况和城市给排水情况：水体沿 岸资源( 包括森林、矿产、土壤、耕地、水资源) 现状，特别是植被破环和水土 流失情况。 塌陷塘和湖泊的深度、面积、水体稳定性( 永久性积水区域或季节性积水区 域) 及其与周围的水力联系( 水文条件) 、塌陷时间的调查。气候方面的资料如： 降水、季年温度、潜水位等：过去各年度塌陷塘和湖泊的水质状况资料研究；周 围污染源状况( 水质是否受影响) 。 2 对比研究 选择矿区塌陷塘谢二塘为塌陷塘的主要研究对象，以非矿区湖泊高 塘湖做参照进行对比研究，将其理化指标、营养指标、以及浮游植物指标相比较， 从而找出限制塌陷塘水域和高塘湖浮游植物生长的驱动因子；还可以将塌陷塘的 监测指标与上一周年相比较，预测矿区塌陷塘的水质及浮游植物的变化趋势。 3 其它研究方法 1 ) 调研及检测：对选择的谢二塘和高塘湖的周边环境状况、水的补给和排 泄情况、气候条件及其相关产业情况等进行调研；按事先拟定的方案分别取样( 从 2 0 0 5 年4 月开始，按月进行，每月1 次，连续1 年) ，并测定水环境理化因子指 标，鉴定浮游植物群落的组成、优势种、生产量和叶绿素a ，综合分析其时、空 变化( 平面分布、垂直分布、年际变化、季节变化和昼夜节律等) 规律。 2 ) 相关分析：对谢二塘和高塘湖中的浮游植物群落的组成、优势种、生产 量和叶绿素a 的时空动态变化进彳亍相关分析，找出它们与水的理化指标、周边环 境生态因子指标、气候条件的关系。在此基础上，寻求环境指示微生物。 3 ) 群落结构特征指数分析：运用5 个反映生物群落结构的特征指数，即多 样度、丰富度、均匀度、优势度和单纯度，从不同侧面对浮游植物群落的结构特 征进行分析，概括出矿区塌陷塘水域与高塘湖浮游植物群落的构成特征。 4 ) 应用研究：从保护生态环境角度出发，提出矿区塌陷塘水域的生态环境 保护和合理开发利用的方案。 5 安徽理工大学硕士论文 1 2 3 研究技术路线 根据现有的实验条件及安徽省高校省级自然科学研究重点项目和安徽省高校 “十五”学科拔尖人才基金项目的研究目标，我们采用的技术路线如图l 所示。 图l 技术路线 f i g lt e c h n i q u er o m e 6 前言 1 3 国内外研究现状及存在的问题 群落的研究可追溯至上个世纪。群落的定量研究始于h e s e n ( 1 8 8 7 ) 对海洋 浮游生物的工作，此后一段时间关于浮游生物的研究甚多。群落演替的研究则是 由g o w i e s ( 1 8 9 9 ) 和s h e i f o r d ( 1 9 1 3 ) 等开创的，其后的学者在研究顶极时提出 了三种理论：c l e m e n t s ( 1 9 1 6 ，1 9 3 6 ) 的单顶极学说、t 龃s l e y ( 1 9 3 9 ) 的多顶 极学说【1 7 j 和w h t t a k e r ( 1 9 5 3 ) 的顶极格局假说【1 8 】。在二十世纪前半叶，浮游 植物的研究主要集中在种类鉴定、数量比较和个体大小划分等领域。1 9 1 2 年 k o l k w i t z 首先研究了德国一些湖泊中浮游生物与环境的关系【1 9 】；1 9 2 2 年b r i g e 和 j u d a y 研究了美国w i s c o n s i n 内陆湖泊的浮游植物数量和内含的化学物质，是较早 开始研究内陆湖泊的浮游植物的人员之一【2 0 】；f o t t 等人( 1 9 3 1 ) 开始了浮游植物 的“被动浮游”特征和机理，揭示其浮游于水体中的本质【2 l 】；g r i m t h s ( 1 9 3 9 ) 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【2 2 1 。七十 年代以来群落生态学有明显的发展，有较多的定量分析( 如排序) 和模型模拟的 研究。到了八十年代，w e t z e l ( 1 9 8 3 ) 通过“湖泊学”( l i i i u l o l o g y ) 一书将浮游 植物生态学纳入了湖泊学研究的范畴；r e y n o l d ( 1 9 8 4 ) 将浮游植物生态学系统化 和理论化，完成了“淡水浮游植物生态学”( t h ee c o l o g yo ff r e s h w a t c r p h y t o p l a n k t o n ) 一书，完整总结了浮游植物生态学自创立以来的研究成果【3 7 ： g e n t n e r ( 1 9 8 3 ) 等人深化了浮游植物初级生产力的研究f 2 4 】：d o k u l i l ( 1 9 8 4 ) 则开 始关注大型浅水湖泊中浮游植物的生态学问题。i 对o n gh a 等从1 9 9 3 年4 月每隔 一周对南朝鲜的n a k d o n g 獬浅水域的浮游植物研究表明【2 5 】：出于城市化和工业化 的迅速发展，n a l ( d o n g 河的富营养化程度很高。1 9 9 3 年硅藻占优势，在春季和深 秋出现峰值；1 9 9 4 年的3 、4 月优势种群为硅藻，5 月为绿藻和隐藻，1 1 月为硅 藻。浮游植物的季节性生长和演替受生物因素的影响，如竞争、捕食和寄生的支 配，也受诸如理化因素的影响，如气候、人为扰动、水温、光照、电导率、p h 值、 溶解氧和营养盐利用率的影响，其中降水和人为扰动的强度和频率是控制浮游植 物动态的重要因素( r e ”o l d se ta 1 ，1 9 8 8 ；s o 嘞e r ，1 9 8 9 ；r e y n o l d sc ta 1 ，1 9 9 3 ) 。 我国于1 9 5 3 1 9 5 6 年由中国科学院水生生物研究所组织人员对长江中下游、 淮河流域众多的湖泊进行了调查，从而全面开创了我国淡水生物资源和群落的研 究。国内的科研人员在湖泊调查的基础上出版了“中国淡水藻类”、“江苏湖泊志” 7 安徽理工大学硕士论文 等工具类成果。孙军等2 0 0 1 年对冬季覆盖渤海5 6 个测站的浮游植物进行监测【2 “， 共发现浮游植物3 门3 7 属4 2 种( 不包括未定名物种) ，物种主要以温带近岸型 硅藻为主，优势种主要为尖刺伪菱形藻、浮动弯角藻、偏心圆筛藻、具槽帕拉藻 和环纹劳德藻。其中的尖刺伪菱形藻、偏心圆筛藻和具槽帕拉藻是冬季渤海浮游 植物的关键种。他们认为：细胞丰度的平面分布由浮游硅藻的分布所决定。同1 9 8 3 年周期资料相比发现，优势种没有较大变化，但其优势程度顺序和细胞丰度发生 了一定的改变，整个浮游植物群落的细胞丰度有大幅度增加。冬季渤海浮游植物 群落的多样性程度是低的。马徐发等【2 7 j 1 9 9 9 年6 次采样观测到道观河水库浮游植 物有7 门8 9 种，平均密度为2 5 1 7 5 1 0 4 i n d l ，平均生物量为5 6 7 m 胡，优势种 为肘状针杆藻、小胶鞘藻、水华微囊藻、颗粒直链藻、啮蚀隐藻、小环藻和小型 色球藻。从浮游植物种类组成、现存量看，该库为中富营养类型，并已向富营养 化方向发展。中国科学院水生生物研究所东湖实验站对武汉东湖浮游植物群落的 季节变化进行了近三十年观测记录( 饶钦止和章宗涉1 9 8 0 ；刘建康1 9 9 0 ，1 9 9 5 ) 。 藻类群落的组成( 用各门的百分率来表示) 也显示了武汉东湖浮游植物群落2 0 年间的明显交化。在1 9 5 6 1 9 5 7 年，甲藻的数量占第一位，硅藻次之，这两门藻 类占藻类总数的6 0 7 0 ，蓝藻和绿藻加在一起的数量比甲藻和硅藻的数量要 少得多。6 0 年代以后，蓝藻和绿渫的藻类数量增加到全部藻类总数量的5 0 。蓝 藻越来越突出，硅藻则已退居很次要的地位i 钔。王振红1 2 9 】通过分析淮南矿区生态 环境对塌陷塘水体的影响及不同时序采煤塌陷塘浮游生物的种类变化，探讨了塌 陷塘水域浮游生物对矿区生态变化的响应；从中发现塌陷初期硅藻裸藻占优势， 到中期随着营养水平的增加，绿藻一蓝藻成为水体主要藻类，经过很长时间的高 营养化水平后，塌陷塘周边环境逐渐稳定，影响因素也趋于单一化，硅藻一裸藻 再次成为水体的优势藻类。浮游动物种类数则呈现明显下降趋势，且优势种也发 生了变化。这说明塌陷塘的浮游生物演替不同于一般的水库和湖泊，其特殊性较 为显著。 水质变化对水生生物群落的影响通常表现在生物群落结构的变化和功能的改 变两个方面。结构变化的标志如群落组成成分的缺损、组成生物群落的种类和种 群数量的增减、某些有指示价值的种类( 如对某种污染有耐性或敏感的种类) 的 出现或消失、生物自养异养程度的变化等。功能变化的标志表现在生产力高 低程度的改变。群落中种群的多样性是反应群落功能的生物学特征。多样性大的 前言 群落，具有更复杂的营养通道，更多的营养链和侧链，与密度有关的种群控制机 能可通过多途径起作用，群落的稳定性也就越大。一般情况下，自然生物群落往 往由较多个体数的少数种和较少个体数的多数种组成，当环境污染后将导致群落 中生物种类减少，降低种问竞争的相互作用，使留下的面污种类的个体数增多， 以致受污染环境中群落的多样性比正常环境内少，而其重复性高。因此，利用水 生生物群落结构的变化可作为评价水质的生物学指标。 但是，到目前为止，关于矿区塌陷塘浮游植物群落构成特征的研究国内外尚 未见文献报道。如前所述，矿区塌陷塘是人类生产活动形成的次生生境，各自封 闭，类似于小型湖泊，但它与湖泊又有很大的差别，这就为研究塌陷塘水域浮游 植物群落的构成特征提供了天然的实验基地。因此，开展塌陷塘水域和非矿区湖 泊浮游植物群落构成特征的研究具有重要的理论意义和实践意义：摸清矿区塌 陷塘浮游植物群落的生态现状，为开发、利用和控制塌陷塘资源，实现社会经济 与环境的可持续发展提供决策依据；通过浮游植物群落对周边胁迫因子的响应 及反馈机制的研究，探讨生态系统的退化机制与途径，从而为塌陷塘水域养殖业 的可持续发展和生态保护策略提供理论依据。 1 4 淮南市区自然环境概况 1 4 1 地理环境 淮南市位于安徽省中北部，地处东经1 1 6 0 2 0 2 1 ”至1 1 7 01 1 5 0 ”，北纬 3 2 03 2 7 4 5 ”至3 3 。o 2 4 ”之间。淮南地跨淮河两岸，东与滁州市辖风阳、定远 两县毗邻，南依舜耕山与合肥市属长丰县接壤，西与六安市辖寿县、阜阳市属颖 上县相连，北与毫州市辖蒙城县、蚌埠市属怀远县相接。市辖风台县和潘集、大 通、田家庵、八公山、谢家集、毛集六个行政区。 淮南市位于江淮丘陵与黄淮平原的交晃处，地貌类型兼有平原和丘陵的特点， 地形较为复杂，山丘、岗地、平原、湖洼、河流湖库兼而有之。淮河由西向东横 穿全市，淮河北岸为地势平坦的淮河平原，淮河南岸为丘陵地区。市区由丘陵到 淮河，自南向北依次递减为斜玻地带、洪冲积二级阶地、淮河冲积一级阶地、淮 河高位漫滩、淮河滨河床滩。地貌类型分丘陵、岗地、河谷平原、河间浅平原、 河流湖库等。 全市总面积2 1 2 1 4 4 虹2 ，占全省面积的1 5 。其中平原1 9 6 7 9 虹2 ，占总 9 安徽理工大学硕士论文 面积的9 2 7 6 ；水域面积9 0 5 1 | 皿2 ，占总面积的4 2 7 ；山地( 5 0 m 等高线以 上) 6 3 0 3j 锄2 ，占总面积的2 9 7 。在总面积中，市区面积1 0 9 1 4 4b l i2 ，其中平 原9 8 8 0 7 虹2 ，占市区面积的9 0 5 3 ；水域4 9 7 6b2 ，占市区面积的4 5 6 ： 山地5 3 6 1i l l2 ，占市区面积的4 9 1 ；风台县面积1 0 3 0b2 ，其中平原9 7 8 8 5 蛔2 ，占全县面积的9 5 1 3 ；水域4 0 7 3h2 ，占全县面积的3 9 5 ；山地9 4 2 j a 丑2 ，占全县面积的o 。9 2 。目前全市总人口为2 】0 万，其中非农业人口9 9 万人。 1 4 2 气象环境 淮南市地处豫热带与暖温带的过渡带，属暖温带半湿润大陆性季风气候区。 光、热、水资源比较丰富，总的气候特征是：春暖、夏热、秋凉、东冷，四季分 明，气候温和，光照充足，热量丰沛，无霜期长，季风显著，雨热同季。年内冬 季：受北方冷空气的控制，晴日多，气温低，降水少；春季：气温回升快，降水 量逐渐增多，受南北冷暖空气活动影响，天气多变，气温不够稳定；夏季：受副 热带高压控制，气压偏低，高温多雨；秋季：清朗天气偏多，时有秋雨连绵。 淮南近五十年年平均气温为1 6 3 ，最热为7 月份，最冷为1 月份，历史极 端最高气温4 1 2 ，最低气温2 2 2 。淮南市降水特征总体来说，时空分布极不 均匀；在时间上，年内分配不均匀，年际差异大；空间上，淮河南岸比淮河北岸 差异大“。淮南年内夏季降水最多，平均占年降水量的5 0 ；春秋两季次之，分 别占年降水量的2 2 7 和1 9 8 ：冬季降水量最少，平均仅占年降水量的7 7 。 年中7 月份降水最多，平均2 0 0 9 m m ，1 2 月份降水量最少，平均仅有1 7 1 m m 。 淮南全年平均日照时数2 2 7 9 2 h ，常年主导风向为东风，夏季主导风向为东南 风，冬季主导风向为东北风，近五年来平均风速2 5 m s ，春季风速最大，秋季风 速最小。 1 4 3 社会经济 淮南一向作为新中国成立后重点建设的为数不多的能源城市之一而闻名全 国，拥有数百家企业，包括一批大型骨干企业，其中以煤炭、电力等能源工业为 安徽省淮南矿区采煤沉陷情况报告，辽宁工程技术犬学采矿损害与控制工程研究中心编制，2 0 0 2 年9 月 1 0 主体，兼有化工、食品、机械、建材、轻纺、电子、陶瓷等工业，门类较为齐全， 行业技术基础雄厚；农、林、牧、副、渔业同时发展，主要农业产区在潘集和风 台县。 “九五”期间，淮南市国内生产总值( g d p ) 年均增长7 4 ，提前4 年实现 翻两番的战略目标：财政收入5 年翻一番，年均增长1 5 _ 2 ；三次产业比例由1 9 9 5 年的1 6 2 ：5 6 6 ：2 7 2 调整到2 0 0 0 年的1 3 3 ：4 9 2 ：3 7 5 ，“三产”提高了1 0 3 个百分 点。 1 5 谢二塘和高塘湖概况 1 5 1 谢二塘 谢二矿位于淮河以南的谢家集区境内，井田西与谢一矿接壤，南与李一矿毗 邻。该矿始建于1 9 5 4 年，1 9 5 6 年建成投产。6 0 年代后期即出现塌陷，其中南大 塘塌陷水域面积为1 9 l 。4 亩，最大深度为2 1 1 m “。塌陷塘中已养鱼，有渔船往返， 附近为农田。目前谢二矿仍在开采，开采中的矿井水有部分排入南大塘，另有麻 纺厂的水排入。至今南大塘塌陷水域仍在继续塌陷。 1 5 2 高塘湖 窑河高塘湖水域是淮河淮南段的重要支流。发源于定远县西北狼窝山主 峰东4 2h 处，水域面积2 1 6h2 。沿高塘湖周边有淮南市的大通区，凤阳县的 武店区，长丰县的水家湖区，定远县的炉桥等四个区。高塘湖地处淮南市、风阳 县、长丰县、定远县三县一市交界处，与淮河仅一堤之隔，为一天然蓄水湖。自 1 9 6 5 年建造上窑窑河闸后与淮河隔断。水闸以南为4h2 的高塘湖区，湖形为一 带状。枯水期高塘湖全面积平均水深为1 7 6 m ，丰水期平均水深为5 1 4 m 。湖内 水草丛生，水质少污染，水产资源丰富，是较为理想的渔业基地。 2 淮南市生态环境现状调查办公室，淮南市生态环境现状调查报告，2 0 们年1 2 月 安徽理工大学硕士论文 2 ，l 采样点布置 2 采样与测试 水质监测点位的布设关系到监测数据是否具有代表性，关系到能否真实地反 映水环境质量现状及污染趋势的关键问题。在确定和优化地表水监测点位时应遵 循尺度范围原则、信息量原则和经济性、代表性、可控性及不断优化原则 2 8 】。 2 1 1 采样断面的布设 监测断面力求与水文测流断匿一致，以便利用其水文参数，实现水质监测与 水量监测的结合。监测断面的布设应考虑社会经济发展，脏测工作的实际状况和 需要，要具有相对的长远性。其它如突发性水环境污染事故，洪水期和退水期的 水质监测，应根据现场情况，布设能反映污染物进入水环境和扩散、消减情况的 采样断面及点位。湖泊、水库采样断面布设在湖水的主要入出口、中心区、沿湖 泊( 水库) 水流方向、滞流区及湖边城市水源区。对于湖泊、水库通常只设监测 垂线，如有特殊情况可参照河流的有关规定设景监测断面。 2 1 2 断面垂线的布设 湖泊、水库断面垂线的布设视湖、库区的不同水域，如进水域、出水域、深 水区、浅水区、濒心区、岸边区，按水体功能布设监测垂线。湖、库区若无明显 功能区分，可用网格法均匀布设断面垂线。 2 1 3 采样点位的确定 在一个监测断面上设置的采样点数如表3 所示。 表3 采样垂线上采样点数的设置 ：! ! 坐i 墨坚垫g 塑! ! 受堕! ! ! 塑! 堡! 堕! ! 塑! 盟! 竺堕! ! 堕 水深采样点数 说明 1 2 采样与测试 根据塌陷塘的特点及此次选择高塘湖作参照对比，我们选用湖泊、水库监测 的布点方式，在塌陷塘的出水区、中心区和岸边区分设三条监测垂线，高塘湖的 进水域、出水域、深水区( 中心区) 、浅水区、濒心区及岸边区布设监测垂线。在 一条垂线上，水深1 0 5 0 m 时，设三个采样点，即水面上o 3 0 5 m 处的表层一 点，距水底约1 m 处的底层一点，l 2 水深处的中层一点；水深5 l o m ，设表层 水和底层水两个点：水深小于或等于5 m 时，只需取表层水一点：水深超过5 0 m 时，则应酌情增加采样点数。 2 ，2 采样方法 2 2 1 水质分析样品的采集 为了掌握水质的季节变化，需要采集四季的水样，每季不少于三次。如果水 质监测手段和力量有限，每年至少应在丰水期、枯水期、平水期各采样两次。此 次研究为了全面掌握谢二塘和高塘湖的水质及浮游生物状况，每月采样一次。采 样注意事项参照水和废水监测分析方法( 第四版) 中的标准执行。 2 2 2 站点布设与采样频率 从2 0 0 5 年4 月至2 0 0 6 年3 月每月采样1 次，时间基本为每月的中旬，每次 采样时间从上午8 ：0 0 到1 1 ：3 0 ，各点位采样次序一致。对于谢二塘，我们在每 条垂线上分别设3 个取样点，每个点分成上、中、下三层取样，即水面下0 5 m 处， 中层为1 ，2 水深处、下层为水底上o 5 m 处，进行采样，并且把3 个样点的水等量 混合后作为个样品。在高塘湖的进水域、出水域、深水区( 中心区) 、浅水区、 濒心区及岸边区布设监测垂线。由于高塘潮的水最深处不超过3 m ，透明度很小， 在下层加采一个水样，并与表层样混合制成混合水样。水样现场固定后带回实验 室于2 4 h 内立即进行处理测定。 2 2 3 水样的保存 水样存放过程中，由