（水生生物学专业论文）滴水湖浮游植物群落结构变化及其水质评价.pdf

摘要 滴水湖位于上海南汇区临港新城主城区内，于2 0 0 3 年完成挖掘并蓄水，是 目前国内最大的人工湖。它作为一个新建的人工湖泊，承担着临港新城防汛排涝、 置换水体功能的作用，同时对于塑造城市景观生态、优化地区小气候起着重要的 作用。本研究于2 0 0 6 年至2 0 0 8 年对滴水湖的浮游植物进行了采样调查研究，分 析了滴水湖浮游植物与环境因子的相关性，并通过理化因子评价指数和生物评价 指数对滴水湖的水质作了初步的生态学评价，为滴水湖的水质评价和环境保护提 供了生物学依据。主要结果如下： 1 根据滴水湖各理化指标的结果可以得出，滴水湖年平均水温为1 8 5 8 ， p h 值为8 8 2 ，为偏碱性水体。高锰酸钾指数( c o d m n ) 平均值为8 4 2 m g l ，总 氮平均值为1 1 9 m g l ，溶解氧的平均值为8 4 2 m g l 。 2 根据2 0 0 6 年2 0 0 8 年对滴水湖浮游植物定性、定量标本鉴定结果，共鉴定 出浮游植物9 1 种，隶属于8 门6 0 属。其中绿藻门种类最多，共2 5 属4 3 种，占 总种类数的4 7 3 ；其次是蓝藻门，共1 0 属2 0 种，占总数的2 2 o ：硅藻门1 5 属1 6 种，占总数的1 7 6 ：裸藻门5 属5 种，占总数的5 5 ：隐藻门2 属3 种， 占总数的3 3 ：金藻门2 属2 种，占总数的2 2 ；甲藻门和黄藻门各1 属1 种， 各占1 1 。 3 滴水湖浮游植物从数量生物量来看以金藻门为主，其次是硅藻门、绿藻门 和蓝藻门，他们的平均数量分别为1 5 5 3 0 1 万个l 、8 3 5 2 8 万个l 、7 9 1 1 3 万个 l 、6 3 2 9 8 万个l 。其他各门浮游植物数量生物量均比较低。 4 滴水湖浮游植物共有优势种1 1 种，分别为小颤藻( o s c i l l a t o r i at e n u i s a g ) 、 微囊藻( m i c r o c y s t i ss p ) 、细小裂面藻( m e r i s m o p e d i am i n i m agb e c k ) 、隐杆藻 ( a p h a n o t h e c es p ) 、隐球藻( a p h a n o c a p s as p ) 、小色金藻( c h r o m u l i n ap y g m a e a n y g a a r d ) 、扁圆卵形藻( c o c c o n e i s p l a c e n t u l ae h r e n b e r g ) 、梅尼小环藻( c y c l o t e l l a m e n e g h i n i a n ak o t z i n g ) 、湖生卵囊藻( o o c y s t i s l a c u s t r i sc h o d a t ) 、衣藻 ( c h l a m y d o m o n a ss p ) 、镰形纤维藻( a n k i s t r o d e s m u s f a l c a t u s ( c p r d a ) r c l f s ) 。 5 滴水湖浮游植物数量生物量与水温，叶绿素a 呈极显著正相关；浮游植物 的数量生物量与盐度，浮游动物呈现出负相关，其中与浮游动物数量生物量的负 相关性显著。 6 综合各种水质评价方法可以得出，滴水湖水质在2 0 0 6 年2 0 0 8 年处于中度 富营养状态。 关键词：浮游植物，环境因子，滴水湖，群落结构，水质评价 a b s t r a c t d i s h u il a k ei st h eb i g g e s tm a n m a d ef r e s h w a t e rl a k ei nc h i n a , f o u n d e di n 2 0 0 3 ，l o c a t e si nn a n h u id i s t r i c to fs h a n g h a i t h ef u n c t i o no ft h el a k ei st op r e c e n t f l o o d ，e x c h a n g ew a t e rw i t ho t h e rw a t e rb o d i e ss u r r o u n d e d ，m e a n w h i l e i tp r o v i d e st o u r a n di ti n f l u e n c e st h el o c a lc l i m a t e t h ew a t e rq u a l i t yi sw i s e l yc o n c e m e d p h y t o p l a n k t o nh a db e e ns a m p l e df r o m2 0 0 6 t o2 0 0 8i nd i s h u il a k e w es t u d yo n t h ec o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t i o no fp h y t o p l a n k t o nb a s e do nt h em o n i t o ro f p h y s i c a la n d c h e m i c a li n d e xa n db i o l o g yi n d e x ，a n a l y z ea n dd i s c u s st h ew a t e rq u a l i t y o fd i s h il a k ep r i m a r i l y t h i sp a p e ro f f e r st h ed e t a i ll i s to fp h y t o p l a n k t o ni nd i s h u i l a k e ，b i o l o g yp r o o f t ot h ew a t e rq u a l i t yp r o t e c t i o nad e v e l o p m e n to ft o u r t h em a i nr e s u l t so ft h i sp a p e ra r el i s t e da sf o l l o w e d ： 1 b a s e do nt h er e s u l t so fa l lk i n d so fc h e m i c a la n dp h y s i c a li n d e x e s ，t h ea v e r a g e w a t e rt e m p e r a t u r ei sa b o v e5 16d e g r e e sa n dt h ey e a r l yo n ei s18 5 8d e g r e e sa n d t h ew a t e rq u a l i t yi sl i n k e dt oa l k a l i n e 2 t h e r ea r e91s p e c i e so fp h y t o p l a n k t o n ，w h i c hb e l o n g e dt o6 0 f e n e r ao f8p h y l a m o s to ft h e ma r ef r e s h w a t e rs p e c i e s ；d o m i n a n ts p e c i e sa s c r i b i n gt oc h l o r o p h y t a a c c o u n t e df o r4 7 3p e r c e n ta n dt h eq u a l i t yi s4 3s p e c i e sb e l o n g i n gt o2 5g e n e r a ； s e c o n d l yt h ep e r c e n t a g eo fc y a n o p h y t ai s2 2 0p e r c e n t 3 o nt h ei s s u eo fp h y t o p l a n k t o nb i o m a s s ，i ta p p e a r st h a tc h r y s o p h y t ai s t h e d o m i n a n tk i n d b a c i l l a r i o p h y t a , c h l o r o p h y t a , c y a n o p h y t aa r ea l s oi m p o r t a n tt o t h ec o n s t r u c t i o no fb i o m a s s ，t h er e s to ft h ep h y t o p l a n k t o nb i o m a s si sr a r e 4 t h e r ea r e1 1k i n d so fd o m i n a n ts p e c i e s ，i n c l u d i n go s c i l l a t o r i at e n u i sa g ， m i c r o c y s t i ss p ，m e r i s m o p e d i am i n i m agb e c k ，a p h a n o t h e c es p ，a p h a n o c a p s a s p ，c h r o m u l i n ap y g m a e an y g a a r d ，c o c c o n e i sp l a c e n t u l a , c y c l o t e l l am e n e g h i n i a n a ， o o c y s t i sl a c u s t r i sc h o d a t ，c h l a m y d o m o n a ss p ，a n k i s t r o d e s m u s f a l c a t u s 5 t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so nt h ep h y s i o c h e m i c a li n d e xa n d eb i o l o g i c a li n d e xo f d i s h u il a k e ：t h e r ei se x t r e m e l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e n b i o m a s so f p h y t o p l a n k t o na n dw a t e rt e m p e r a t u r ea n dc h l a ；o n t h ec o n v e r s e ，b i o m a s so f p h y t o p l a n k t o nh a v et h er e v e r s eb o n d i n g 、历t l ls a l i n i t ya n dz o o p l a n k t o n 6 u t i l i z i n ga l lk i n d so fm e t h o d so fe v a c u l a t i o n s ，t h ew a t e ro fd i s h u il a k el i e si nt h e s t a t u so f s e m i e u t r o p h i c a t i o n k e yw o r d s ：p h y t o p l a n k t o n ，e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s ，d i s h u il a k e ，c o m m u n i t y s t r u c t u r e ，w a t e rq u a l i t ya p p r a i s a l 6 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 储签名屯础蹴州 论文使用授权声明 幺| 夕 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 作者签名立揣师签名： 期：多以 上海师范大学硕士学位论文第一章前言 1 1 浮游植物研究概况 1 1 1 浮游植物概论 第一章前言 浮游植物生活在水中，是水生态系统中的初级生产者，也是水中重要的饵料 生物，同时，浮游植物也是水环境的重要指示生物。 1 9 世纪初，人类就开始研究浮游植物。1 8 8 7 年著名的生物vh e n s e n 仓l j 用了浮 游生物p l a n k t o n - - 词。现在为多数生态学家所接受的浮游生物( p l a n k t o n ) 定义是 r e y n o l d s 于1 9 8 4 年提出的，即在海水或淡水中能够适应悬浮生活的动植物群落， 易于在风和水流的作用下做被动运动( r e y o l d scs ，1 9 8 4 ) 。一般将浮游生物分为 浮游植( p h y t o p l a n k t o n ) 和浮游动物( z o o p l a n k t o n ) 两大类。浮游植物( p h y t o p l a n k t o n ) 是一个生态学概念，是指在水中营浮游生活的微小植物，通常浮游植物就是指浮 游藻类( 刘建康，1 9 9 9 ) ，根据淡水浮游植物所含色素和植物体的形态构造，我 国将其分为十一个门类，即蓝藻j - ( c y a n o p h y t a ) 、红藻f ( r h o d o p h y t a ) 、隐藻门 ( c r y p t o p h y t a ) 、甲藻i - j ( p y r r o p h y t a ) 、褐藻i - ( p h a e o p h y t a ) 、黄藻( x a n t h o p h y t a ) 、金 藻f - 1 ( c h r y s o p h y t a ) 、硅藻门( b a c i l l a r i o p h y t a ) 、裸藻门( e n g l e n o p h y t a ) 、绿藻门 ( c h l o r o p h y t a ) 及轮藻f - j ( c h a r o p h y t a ) ( 胡鸿钧等，1 9 8 0 ) 。 浮游植物形态多样，大小悬殊，但具有共同的祖先，均起源于几十亿年以前 的原始蓝藻细胞，因此具有与动物及其它植物不同的共同特征( 刘建康，1 9 9 9 ； 章宗涉等，1 9 9 1 ) 。即浮游植物是一群具有叶绿素，营自养生活，植物体没有真 正的根茎叶分化，生殖细胞是单细胞，用单细胞的孢子或合子进行生殖的低等植 物。此外，浮游植物大多为单细胞种类( 胡鸿钧等，1 9 8 0 ) 1 1 2 主要生态因子对浮游植物的影响 1 1 2 1 光照 太阳辐射能是浮游植物进行光合作用、合成有机物质的唯一能源。浮游植 物的光合作用速率在很大程度上取决于光强和光质。般来说，植物光合作用 l 第一章前言上海师范大学硕士学位论文 随光照强度的变化而变化：在低光照条件下，光合作用速率与光强成正比关系。 达到饱和光强后，光合作用速率保持平稳；如果光强再增加，会产生光抑制， 浮游植物光合作用会下降或停止( 沈韫芬等，1 9 9 0 ) 。由于水体本身及其悬浮物 对不同的光质都有不同程度的吸收，因而在不同的水层中，其光强和光质是不 同的。水体中光强和光质影响着藻类的色素组成、现存量和水体透明度，进而 影响浮游植物的初级生产。光在水体里衰减主要取决于纯水、溶解性有机物、 非生物悬浮颗粒物及浮游生物( k i r k ，1 9 9 4 ) 。大部分藻类的光合作用、呼吸强 度与温度、光强关系密切。 光合作用是个动态过程，而光是影响光合作用动态的主要因子。只有光能 的吸收和利用维持平衡，光合作用才处于最佳状态。但自然界中的光强存在日 变化和季节变化，会产生胁迫而打破这种平衡，而植物通过启动一系列的生理 响应来维持这种动态平衡。植物在弱光下可以通过增加捕光色索蛋白复合体的 截面积来增加光能的吸收，在强光下则可以通过减少捕光色素蛋自复合体的截 丽积来减少光能的吸收( f a l k o w s k ，1 9 9 7 ) ，同时也可通过叶黄素循环、状态转 换甚至是光抑制来耗散过剩的光能( m o i l e rp ，2 0 0 1 ) ，这些过程都是植物光驯 化( p h o t o a c c l i m a f i o n ) 的组成部分( a n d e r s o n ja ，19 9 8 ；m a c i n t y r eh ，2 0 0 2 ) 。 不同的藻类对光强适应程度不同，在相同光强下往往表现出不同的光合速 率。例如，在海洋中，甲藻比硅藻更适宜于较高的光强，而硅藻的适应能力强 于绿藻( 图1 2 ) 。在淡水中，一般来说，蓝藻较能适应低光强，其中以颤藻较为 突f l j ( s c h e f e r , 1 9 9 7 ) 。蓝藻对低光强的适应可能是因为蓝藻需要的维持能量较 小，因此在低光照条件下更容易取得竞争优势。 硅藻是海洋中的主要浮游植物类群之一，大约贡献了地球总初级生产力的 2 5 ( f i g u e r o af , 2 0 0 3 ) 。在光照强度变化剧烈的湍流区，硅藻是优势种，说明硅 藻可以适应这种光环境，这可能与硅藻具有超强的光保护能力有关( l a v a u dj ， 2 0 0 4 ：r u b a nav ，2 0 0 4 ) 。研究硅藻对光强的适应能力，对阐明硅茨在水体中 的分布具有重要意义。 1 1 2 2 温度 2 温度对浮游植物的影响也较大，在其它环境条件适宜的情况下，温度每上升 上海师范火学硕士学位论文第章前言 1 0 浮游植物代谢活动强度增加2 倍( 黄玉瑶，2 0 0 1 ) 。实验证明，不同的浮游 植物有不同最适温度，对大多数浮游植物来说，它们的最适生长温度是1 8 到 2 5 之间( 沈蕴芬等，1 9 9 0 ) 。春季卵囊藻和小环藻数量较多，而秋季小金藻数 量最多( b u z z if ，2 0 0 2 ；陈菊芳，2 0 0 6 ) 。c a i n 研究美国宾西法尼亚小河中藻类 与温度的关系发现2 0 左右硅藻为主，3 0 左右绿藻为主，4 0 左右蓝藻占优 势( e h r l i c h ，1 9 7 7 ) 。英国对泰晤士河的调查资料表明，硅藻在温度较低、光线 较强的春季发展成为优势种，绿藻在温度较高的夏季出现高峰，蓝藻则在光线 较弱、温度较高的秋季出现( w e l c h ，1 9 8 0 ) 。在相同的营养状态下，金藻、硅藻 适宜在较冷的水温下生长发育，并占据浮游植物的优势地位，故多出现早春、 晚秋和冬季；绿藻在中等水温下占优势，而蓝藻更适宜生长在温暖的水体中， 故多出现于夏秋季( t i l m a n & k i e s l i n g ，1 9 8 4 ；沈蕴芬等，1 9 9 0 ) 。 1 1 2 3 透明度 透明度与初级生产力的关系一般呈指数负相关。透明度是一个能较为直观 反映水质的常用物理特性指标，它的大小取决于水体浮游生物和有机及无机悬 浮物的数量。浮游植物密度高，透明度则低，它表明水体可以有较高的初级生 产力。透明度低，藻类多分布在表层水体，如巢湖；而透明度高的水体，初级 生产量与光辐射呈线形关系，如武汉东湖( 金相灿等，1 9 9 0 ) 透明度影响透光 率，且影响着浮游植物初级生产力的垂直分布、补偿点深度和生产层深度。 1 1 2 4 主要限制营养元素( n 、p ) 对浮游植物的影响 在同一地区，光照与水温基本相同，各水体生产力的高低主要决定于营养 盐类，尤其是n 、p 的含量。夏季水温较高，n p 较大时，蓝藻占优势。春秋n 、 p 均丰富时，绿藻占优势；弱酸性水，水温较低是，硅藻、金藻、甲藻占优势。 藻类细胞与水生高等植物都由2 0 多种元素组成。研究结果显示在一些淡水湖泊 中氮是影响浮游植物生长的限制因子( h a e n e l ，1 9 7 6 ；s m i t h v h ，1 9 7 9 ；m e l a c k e t a 1 ，19 8 2 ；v i n c e m e t a 1 ，19 8 4 ；t e m p o n e r a se t a 1 ，2 0 0 0 ；n a l ew a j k o & m u r p h l 2 0 0 1 ) 。磷是生物生长必需的元素之一。但水体中的磷含量过高( 如超过- 0 2 m g l ) ，可造成藻类的过度繁殖，透明度降低，水质变坏，甚至富营氧化。 第一章前言上海师范大学硕士学位论文 对东湖的调查表明，其叶绿素的含量同总磷的含量成正比( 刘建康，1 9 9 0 ) 。 氮磷是藻类生长最重要的营养因子。对藻类生长来说，总氮质量浓度与总 磷质量浓度之比在2 0 ：1 以上是，表现为氮过量，磷为限制因子，藻种群密度高 峰值主要受磷含量的影响；当小于1 3 ：1 时，表现为氮不足，氮为限制因子，藻 种群密度高峰值主要与氮含量有关( s m i t hvh ，1 9 7 9 ) 。阎喜武等指出海水养虾 池为磷限制，调查表明盐碱池塘浮游植物初级生产力与总磷( t p ，m g l ) i e 相关， 但相关性较弱( 阎喜武，1 9 9 7 ) 。 初级生产力在水体中的平面分布与n 和p 的分布密切相关。多年的调查表 明，武汉东湖的n 、p 浓度继续上升，并对藻类的演替产生影响( 王骥，1 9 8 1 ； 蔡后建，1 9 9 4 ) ，在对太湖水体富营养化研究中得到的结论是光和磷是主要的限 制因素( d o k u l im ，2 0 0 0 ) 。据王骥计算，武汉东湖最高生产层日产量 ( p m 戡，m 9 0 2 l q d j ) 与n 、p 的供应量( m g l ) 之间的关系是： p m “= 0 5 3 7 + 7 3 4 3 n p m 舣= 0 118 4 + 8 4 5 6 2 p 上式表明，当每升水中氮元素供给量增加l m g ，其最高生产层日产量将增 加7 3 4 3m 9 0 2 l ；当每升水中磷元素供给量增加l m g ，其最高生产层日产量将 增加8 4 5 6 2m 9 0 2 l d ( 王骥，1 9 9 0 ) 。 刘春光，金相灿等研究发现磷对藻类最大比增长率的影响不大；而不利于 叶绿素的形成，对于铜绿微囊藻的生长，磷与光照表现出明显的交互作用，但 对于四尾珊藻，二者的交互作用并不明显。朱树屏指出，当n ( 0 0 2 6 1 3m g l ， p ( 0 0 1 8 0 0 9 8m g l 。1 时，藻类的增长就受到限制，n 、p 较为丰富的情况下， 对光合作用最适的n ：p = 7 2 ：l ( 刘春光，金相灿，2 0 0 5 ) 。 董旭辉，羊向东，王荣等在长江中下游4 5 个湖泊的1 5 个水质指标进行分 析，其中总磷解释了硅藻数据的最大变率，是影响硅藻种群分布的最重要最显 著的环境变量。目前收集到长江中下游地区4 9 个湖泊的硅藻和水质数据，初步 的分析研究表明硅藻的分布与营养梯度关系密切。从长江中下游湖泊富营养化 发生的表征来看，湖泊富营养化的发生，在大多数情况下，是由于湖水中磷的 负荷量增加原因所致，它直接影响湖泊藻类生物量及初级生产力的变化( 段水 旺，2 0 0 0 ) 。 吴爱平等对长江中游浅水湖泊水生植物氮磷含量与水柱营养的关系研究发 4 上海师范大学硕士学位论文第一章前言 现水生植物组织内氮和磷州和p ) 含量受到水体营养状况和植物生长状况影响。 对长江中游江汉湖群不同营养水平湖泊中大型水生植物的n 和p 含量3 个季度 的研究表明，在不同生活型水生植物中，沉水植物主要分布在中营养到中富营 养湖泊中，在富营养湖泊均无分布，浮叶和挺水植物在不同营养类型湖泊的沿 岸带均有分布。n 和p 含量以沉水植物最高，浮叶植物次之，挺水植物最低。 水生植物的n 和p 含量都达到或超过生长所需最低n 和p 阈值，代表性浮叶植 物和沉水植物的n 和p 含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化。湖泊5 种 常见的水生植物n 和p 含量与水柱中不同种类n 和p 浓度具有季节性相关：菱 ( t r a p ab i s p i n o s ar o x b ) 春夏季p 含量都与t p ( 总磷) 和t d p ( 总溶解磷) 明显相关， 春季n 含量与n h 4 - n ( 氨氮) 明显相关；春季黄丝草( p o t a m o g e t o nm a a c k i a n u s a b e n n ) 的p 含量与t p 明显相关，夏季与t d p 明显相关，春季和夏季黄丝草和 穗花狐( m y r i o p h y l l u ms p i c a t u ml ) 的n 含量与t n ( 总氮) 和t d n ( 总溶解氮) 显著 正相关，秋季成负相关；夏季芦苇( p h r a g m i t e sc o m m u n i st r i n ) p 含量与t p 和 t d p 显著相关；春季芦苇和香蒲( t y p h ao r i e n t a l i sp r e s l ) ( 吴爱平，2 2 0 5 ) ，n 含 量与n h 4 n 和n 0 2 n ( 亚硝态氮) 显著相关( 董旭辉，2 0 0 6 ) 。从长江中下游湖 泊富营养化发生的表征来看，湖泊富营养化的，在大多数情况下，是由于湖水 中磷的负荷量增加原因所致( 段水旺，2 0 0 0 ；z h o u2 0 0 0 ) ，它直接影响湖泊藻 类生物量及初级生产力的变化。 张燕，邓西海等对滇池的调查表明，最近5 0 年，全湖总磷年均蓄积量为 7 8 0 t ，表层1 5 c m 沉积物中总磷累积量为3 8 9 * 1 0 4 。沉积物中磷蓄积成为滇池水 体磷的重要内部来源( 张燕，2 0 0 5 ) 。 1 1 2 5 生物因子 浮游动物浮游动物通过捕食作用可影响浮游植物群落结构，控制浮游生 物的生物量，从而影响初级生产。( s o m m e re ta 1 ，1 9 8 6 ；v a n n i & t e m t e ，1 9 9 0 ) 。 浮游动物对浮游植物的捕食影响取决于许多方面的因素，包括藻类的形态和生 理以及浮游动物的种类组成和取食机f l ；l j ( j a m e s & f o r s y t h ，1 9 9 0 ) 。许多研究还发 现，一些短的、单个的或小群体的丝状蓝藻能够被大型浮游甲壳动物摄食。 p a t e r s o n 等人研究发现，d a p h n l a l 扼够摄食和消化a p h a n i z o m e n o ns p p ( _ 种丝状 第一章前言上海师范大学硕士学位论文 固氮蓝藻) 和单个的水华束丝藻f l o s a q u a e ) ( p a t e r s o ne t a l ，2 0 0 2 ；h o l me ta 1 ， 1 9 8 3 ) 。另外，在r o t o n g a i o 湖里，b o e c k e l l a 属哲水蚤也能够利用a n a b a e n a 作为 主要的食物来源( j a m e s & f o r s y t h ，1 9 9 0 ) 。大量的研究还显示在食物来源不足的 情况下，甲壳动物可以小群体或分解的微囊藻作为食物来源( h a n a z a t o ，1 9 9 1 ； c h e n & x i e ，2 0 0 3 ；w o r k & h a v e n s ，2 0 0 3 ) 。对于浮游动物的捕食压力，浮游植物 自身也会产生抵御机，例如蓝绿藻较大的体积使其难以被滤食性动物所食用。 还有许多种蓝藻( 如微囊藻) 会分泌对于水生植物和动物具有毒性的产物。 鱼类h r b a c e k 等提出，浮游动物的生物量不仅是营养负荷的反映，而且取 决于鱼的存在，因为鱼能够降低浮游动物的生物量，进一步引起浮游植物生物 量的提高( h r b a c e kj ，1 9 6 1 ) 。肉食性鱼( 如鲈鱼等凶猛性鱼类) 通过捕食植食性 鱼类( 如姑鲢、鳙鱼) ，使以浮游动物为食性鱼的数量降低，从而减少了对浮游 动物的捕食，使浮游动物生物量增加，并且向大型化转变。而大型浮游动物对 浮游植物有较高的滤食效率和较宽的摄食范围，进而压制浮游植物的大量繁殖， 降低了浮游植物种群的数量，从而达到控制富营养化的目的。浮游生物食性鱼 不仅滤食浮游动物，有的还可以直接以浮游植物为食，所以就有人提出直接用 它们来控制富营养化。例如武汉的东湖，研究者利用放养鲢、鳙的办法控制了 微囊藻的水华，至今效果长达十余年之久( 刘建康，1 9 9 9 ) 。在强大的摄食压力 下，浮游植物自身也产生一定的抵御机制，某些浮游藻类能产生难闻的气味或 释放毒素减少鱼类摄食。 水生高等植物水生高等植物是水生态系统的重要组成部分和主要的初级 生产者之一，介于水一泥、水一气及水一陆界面，对生态系统物质和能量的循 环和传递起调控作用( p h i l l i p se ta 1 ，1 9 7 8 ；b l i n d o we ta 1 ，1 9 9 3 ) 。主要包括挺水植 物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物。大型水生植物可抑制浮游植物的生长， 改善水质。原因( 胡维平，1 9 9 9 ) 在于：( 1 ) 光线竞争：大型水生植物浮于水面， 其叶面及茎使太阳光难以辐射进入水体，浮游植物失去进行光合作用的绝大部 分能源；( 2 ) 营养盐竞争：大型水生植物的生长直接从水体中吸收营养盐，降 低水体营养盐的含量，进而对浮游植物的生长产生不利影响；( 3 ) 感应作用： 大型水生植物的生长释放化学物质，抑制浮游植物的生长。 在草型湖泊中，大型水生植物不仅在生态平衡和水质保护方面具有重要作 用，而且是湖泊生态系统营养循环的关键环节，它通过自身对碳、氮、磷等营 6 上海师范大学硕士学位论文第一章前言 养元素的吸收同化、收获输出、沉积等过程调节水体的营养平衡。研究大型水 生植物在湖泊营养盐循环中的作用，揭示大型水生植物净化湖水的作用机制和 潜在的二次污染及生物淤积效应，这不仅对研究湖泊演化规律和机理方面具有 重要作用，而且对于制订适当的水生管理和利用策略也具有重要的意义( 李尚 志2 0 0 5 ) 。 1 2 湖泊富营养化 1 2 1 湖泊富营养化现状 湖泊的富营养化系指湖泊水体在自然因素和( 或) 人类活动的影响下，造 成水体生产力从低的贫营养状态逐步向生产力高的富营养状态过渡的一种现 象。湖泊的富营养化与环境退化早在2 0 世纪5 0 和6 0 年带就已经开始出现( r y d i n g e ta 1 ，1 9 9 2 ) 。我国的湖泊富营养化主要是近2 0 年逐步出现的并呈现出日益突出 的趋势。 富营养化是湖泊型水体污染最严重的问题，也是全球性环境问题之一。水 体富营养化是指氮、磷等植物性营养物大量进入湖泊、海湾等相对封闭，水流 缓慢的水体，引起藻类和其它水生植物大量繁殖，导致水体透明度和溶解氧下 降，水质恶化，其它水生生物大量死亡，水体生态系统和水功能受到阻碍和破 坏的现象。国际经济与合作开发组织( o e c d ) 把富营养化定义为水体营养盐增加 而引起的一系列征兆变化，藻类和大型水生植物生产力的增加，引起水质恶化， 破坏水资源价值。据联合国环境规划署( u n e p ) 的一项水体富营养化调查结果表 明：在全球范围i 为3 0 - 4 0 的湖泊和水库遭受不同程度影响。国家环保总局公布 的2 0 0 6 年中国环境状况公报表明，我国湖泊污染严重，水质慎忧，在2 7 个国控 重点湖( 库) 中，除兴凯湖满足l i 类水质；洱海、昆明湖满足i 类水质，镜波 湖为类水质；其余湖泊均为v 类以上水质；其中，太湖和滇池为劣v 类，主 要污染指标为总氮和总磷。水库水质好于湖泊，富营养化程度较轻。可见，湖 泊和水库的富营养化问题在我国更为突出。 湖泊和水库的富营养化主要由人为引起的，是因含有氮、磷营养物质的生 活污水、工业废水、化学肥料和牲畜粪便等排入湖泊、河流和水库所造成。顾 宗濂把我国的湖泊富营养化分为天然富营养化和人为富营养化。在自然条件下， 7 第一章前言上海师范大学硕士学位论文 湖泊的富营养化要经过几千年或更长时间才能形成，与自然演替过程不同，人 为富营养化演变的速度非常快，可以在短时期内使水体由贫营养状态变为富营 养化。发生在湖泊等淡水水体中的藻类爆发称为水华。作为一种生态现象，水 华只由藻类引起，如蓝藻、绿藻、硅藻等。水华发生时，水体一般呈蓝色或绿 色( 何志辉，1 9 8 7 ；h a r b a c e kj ，1 9 6 1 ) 。 1 2 2 水生生物监测与评价方法 利用水生生物来监测研究水体污染状况的方法较多，如：( 1 ) 利用指示生 物在水体中的出现或者消失、数量的多少来监测水质。( 2 ) 利用水生生物群落 结构的变化来监测水质，生物指数和生物多样性指数便属于这种方法。( 3 ) 水 污染的生物测试，即利用水生生物收到污染物质的毒害所产生的生理机能的变 化，测试水质污染状况。 指示生物法：是利用指示生物( i n d i c a t o ro r g a n i s m ) 来监测环境状况的一 种方法所谓指示生物，就是对环境中的某些生物，包括污染物的作用或者环境 条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物，通过其所作的反映可了解 环境的现状和变化。水污染指示生物是在一定的水质条件下生存、对水体环境 质量的变化反应敏感而被用来监测和评价水体污染状况的水生生物。 优势种群法是用水生生物群落组成和优势种来评价水体污染状况的方法。 四十年代末，生物学工作者已发现在自然的、未受污染的河流中，藻类植物的 种为大量的，主要种类是硅藻，少数总类为绿藻和蓝藻。水体被污染后，种的 数目减少，其中一些变得非常罕见。同时藻类群落的种类，从以硅藻占优势改 变成以各种丝状绿藻占优势。在少数情况下，以单细胞绿藻、蓝藻占优势，硅 藻种类也发生该百年，从忍耐力较狭窄的种变成忍耐力宽广的种。改变的类型 取决与各种污染物的影响。藻类的种群结构和污染指示种是水质生物学评价中 的首要参数，尤其是那些在某些特定的环境条件下能大量生存的藻类，即污染 指示藻类的种类和数量在一定程度上可直接反映出环境条件的改变和水质污染 的程度。 1 2 2 1 生物监测的优点 a 反映长期的污染效果。理化监测只能代表取样期间的污染情况，而生活 8 上海师范大学硕士学位论文第一章前言 于一定区域内的生物，却可以将长期的污染状况放映出来。 b 监测效果更加敏感可靠。某些监测生物对一些污染物非常敏感，它们能 够对这些精密仪器都测不到的微量污染产生反应，并表现出相应的受害症状。 c 能将污染物质予以富集。生物处于生态系统中，通过食物链可以把环境 中的微量有毒物质予以富集，当达到该食物链末端时，可将污染物浓度提高达 数万倍。 d 监测功能更加多样化。与理化监测相比，生物监测更加具有多功能性， 因为一种生物可以对多种污染物产生反应而表现出不同症状。 e 便于综合评价。环境问题是相当复杂的，某一生态效应常是几种因素综 合作用的结果。如在受污染的水体中，通常是多种污染物并存，而每种污染物 并非都是各自单独起作用，各类污染物之间也不都简单的加减关系。理化监测 仪器常常反映不出这种复杂的关系。理化监测只能监测特定条件下水环境中污 染的类别和含量等，而生物监测可以反映出多种污染物在自然条件下对生物的 综合影响，从而可以更加客观、全面地评价水环境。 1 2 2 2 生物监测的缺点 a 生物监测不能回答污染物的种类和实际浓度。不能像理化监测仪器那样 迅速作出反应，从而可在较短时间内就能获得监测结果，也不能像仪器那样能 精确地监测出环境中某些污染物的含量，它通常反映的只是各监测点的相对污 染或者变化水平。 b 监测的灵敏性和专一性方面不如理化检测。外界各种因子容易影响生态 监测结果和税务监测性能。 c 生物监测一般需时较长。 但是，尽管生物监测还存在着一定的局限性，它在环境监测中的地位和作 用仍然是非常重要的。通过生物监测可以揭示和评价各类生态系统在某以时段 的环境质量状况，为利用、改善和保护环境指出方面；其次，由于生物监测更 加侧重于研究生态环境的变化，可使人们搞清哪些活动模式既符合经济规律又 符合生态规律，从而为协调人与自然的关系提供科学依据：另外，通过生物监 测还能掌握对生态环境变化构成影响的各种主要干扰因素及每种因素的贡献。 这既能为受损生态系统的恢复和重建提出科学依据，也可为制定相应的环保管 9 第一章前言上海师范大学硕士学位论文 理计划，增强环保工作的怎队形和主动性，进而提高措施的有效性服务；最后， 由于生物监测可反馈各种干扰的综合信息，所以使人们能依此对区域生态环境 质量的变化趋势作出科学预测。 1 3 滴水湖自然概况 滴水湖是目前国内最大的城市景观人工湖，上海临港新城环湖而建，湖面呈 圆形，直径2 6 6 公里，总面积5 5 6k m 2 ，平均水深3 7 米，最深处6 2 米。滴水 湖是目前国内在尚未成陆的海滩上开挖的最大人工湖，其水域面积和杭州西湖 ( 5 6k m 2 ) 相当。滴水湖湖水通过大治河引自黄浦江，是淡水湖泊，但其背景底 质底泥是河口海滩滩涂，底泥盐度较一般内陆淡水湖底泥盐度高，有特殊环境生 态学意义。2 0 0 6 年1 月2 0 0 8 年1 2 月，我们对滴水湖水质及浮游生物等特征开 展了全面调查，以期了解该湖泊的富营养化进程及趋势，为滴水湖的水质管理及 富营养化控制提供科学依据，也为滩涂湖泊( 水库) 的研究提供基础资料。 1 4 本研究的立题依据与意义 滩涂湖泊( 水库) 将一个开放的海湾变成半流动的湖泊，作为地表水的汇水 区和排水区，大量的氮、磷排入湖泊，导致其富营养化现象很严重，人们逐渐意 识到将一个开放海湾变成半流动的湖泊的这种变化产生许多负面生态效应，近来 成为成为研究热点。本论文是上海市教育委员会科研项目( 0 7 z z 6 3 ) ，主要目的 是提供滴水湖及附近水体浮游植物群落结构组成、分布及变化规律的详细资料。 研究2 0 0 6 年2 0 0 8 年滴水湖浮游植物种类和数量与理化因子、其它生物之间的变 化关系，对该湖泊富营养化进程做出评价，并预测滴水湖浮游植物种群变化规律， 为今后滩涂湖泊( 水库) 生态治理提供科学依据。 1 0 上拇师范大学硕 学位论文 第：章采样点布没和研究方法 第二章采样点布设和研究方法 2 1 样点布设与采集 2 1 1 样点布设 根据滴水湖水体自然环境的条什，理化指标和叶绿素在湖区共设5 个点：1 号点湖心、4 号和5 号点入水口、6 号点码头及8 号点出水口；浮游植物在湖区 设8 个采样点。各个点分别取表层和距表层15 米处水样分析，然后取其平均 值。采样点的位置见圈2 - 1 。 2 1 2 采样时问 网2i 滴7 k 湖采样点井布 鱼g # 4 ” a 日 ， 采样日, t 1 0 j 足2 0 0 6 年的1 月至2 0 0 8 年1 2 月，每月中旬采样，共计3 6 次。 2 2 理化指标的测定 根据滴水湖水体环境特点理化指标的测定我们选取了6 个采样点：湖心 1 号点，人水口4 号和5 号点，码头6 号点出水口8 号点。 2 2 1 理化指标的测定方法及依据( 表2 - 1 ) 第二章采样点布设和研究方法上海师范大学硕士学位论文 2 2 2 仪器设备 采水器( 1 l ) ，黑白盘，中国科学院武汉水生所； u v _ 一l7 0 0 紫外可见分光光度仪，岛津分析仪器： 电热恒温水浴锅，h h s 4 型上海沪南科学仪器厂： 8 旺l 型离心沉淀机；上海手术器械厂。 表2 1 理化指标的测定方法及依据 序号分析项目分析方法测定下限方法来源 趟望堡坠笪丛盥i q ：堡塾金啦j 坌趔j n 壁垒茎 旦墅y 墨堡塑盟b q 查 旦垒! 曼曼! i q 卫! i 堡地b 曼! 至墅曼曼 1 水温现场测定 2p h 现场测定 3盐度现场测定 4 透明度塞氏圆盘法 0 52 、3 ) 5总磷钼酸铵分光光度法0 0 1 l 、2 ) 6总氮碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法0 0 5l 、2 ) 7 叶绿素分光光度法 2 ) 8 溶解氧碘量法002 l 、2 ) 窆直锺酸盐指数 q ：蔓12 注：1 ) 水和废水监分析方法( 第四版) ，中国环境科学出版社，2 0 0 2 年；2 ) 湖泊富营养化调查规范( 第二版) ，中国环境科学出版社，1 9 9 0 年；3 ) 水和废 水标准检验法( 第1 5 版) ，中国建筑工业出版社，1 9 9 5 年。 2 3 浮游植物的调查方法 浮游植物的标本采集包括定性和定量两种。定性标本是用2 5 号浮游生物网 采集，将浮游网在水体表面呈0 0 形来回拖动数次，待网内多余水滤去，全部标 本落入浮游网的底管时，打开底管活门，让标本流入事先准备好的标本瓶中， 所有定性标本均用5 的甲醛现场固定。定量标本用1 l 采水器采集，用1 5 鲁哥 氏液现场固定，经2 4 d , 时沉淀浓缩至2 0 0 m l ，再经2 4 d , 时浓缩至5 0 m l ，然后每 1 2 上海师范大学硕士学位论文第二章采样点布设和研究方法 5 0 m l j j i 入2 m l 甲醛保存。每瓶样品贴上标签，标明地点、日期、采样点号。 2 3 1 标本鉴定与数量测定