丹江口库湾浮游植物群落结构与环境因子关系研究

丹江口库湾浮游植物群落结构与环境因子关系研究

作为湖泊水库的重要组成部分，该海湾在水和外部物质、能量和信息交换中发挥着重要作用。随着自然和人为因素导致的污染物不断积累,库湾水体富营养化程度不断加剧,进而导致湖库水质的持续恶化丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地,是京津冀豫地区的重要饮用水水源,其水质安全与否决定了工程成败。随着丹江口水库水位的持续抬升,库周生态环境的改变导致部分库湾富营养化的潜在风险增加,进而影响到丹江口库区水质。前期研究更多关注于丹江口库体和部分支流的水质状况研究背景库湾直径和大小丹江口水库(32°14′N～33°48′N,109°25′E～111°52′E)位于汉江中上游,分布于湖北省丹江口市和河南省淅川县,由汉江库区和丹江库区组成,属北亚热带季风气候,年均气温15.9℃,降雨量为800～1000mm,其中5～10月份降雨量占全年降雨量的80%左右,年均蒸发量为800～900mm左右。自然状态下,5～10月为丰水期,11月至次年4月为枯水期。水库内库湾众多,根据库湾形状可分为闭合型和开放型库湾。其中,闭合型库湾由于水体交换缓慢,发生富营养化的风险较高。因此,依据典型性、代表性等原则,选取丹江口库区11个闭合型库湾,根据所在位置将它们分别命名为:老城乡库湾(S1)、盛湾乡库湾(S2)、马蹬库湾(S3)、仓房库湾(S4)、九重镇库湾(S5)、安阳龙门库湾(S6)、习家店库湾(S7)、泗河库湾(S8)、浪河库湾(S9)、凉水河库湾(S10)、柳陂镇库湾(S11)等(如图1所示)。浮游植物的定性分析浮游植物采样时间为2017年4月(春季)、2017年7月(夏季),2017年10月(秋季)和2018年1月(冬季)。参照《水环境监测规范》(SL219-2013)进行浮游植物定性分析。依据联合国教科文组织推荐的《浮游植物手册》采用多参数水质分析仪(YSI6600)现场测定水质参数,包括水温(WT)、pH值、溶解氧(DO)、电导率(CT)、透明度(SD)等;并用采水器采集1L表层水样,保存在4℃环境下带回实验室,依据《水和废水分析方法》(第四版)浮游植物综合营养状态指数法浮游植物群落多样性指数采用Shannon-Wiener多样性指数((1)(2)(3)=(式中,水体富营养化程度采用综合营养状态指数法(5)式中,Chla是浮游植物的重要组成部分,是表征其现存量的重要指标之一(6)式中,利用CANOCO4.5软件分析浮游植物与环境因子的关系;对各评价指数及其与环境因子的关系进行Pearson相关性分析。为了消除极值影响并使数据满足正态分布,在进行统计分析之前,先对变量进行结果和讨论环境因子的相关性分析丹江口库湾环境因子均值见表1。WT和pH值变化范围在18.0℃～20.5℃和7.9～8.3之间;DO在S7库湾最高,为11.3mg/L,S9库湾最低,为8.8mg/L;CT变化范围较大,在226.6～342.0μs/cm之间,其中S2库湾最高,S6库湾最低;SD变化范围在73～380cm之间;BOD由于各环境因子单位不统一,对数据标准化处理后进行相关性分析,具体见表2。结果显示,Chla与WT、pH值、DO和BOD浮游植物特征(1)浮游植物优势种情况在丹江口库湾检测出的浮游植物,包括硅藻门、绿藻门、隐藻门、甲藻门、裸藻门、蓝藻门和金藻门等共7门57属。其中,春季检测出7门29属,绿藻门种类最多,占同期藻类总数的15%～60%,S1库湾种类最多,S9库湾最少;夏季检测出6门42属,未发现裸藻门,各库湾绿藻门种类最多,占同期藻类总数的27%～62%,S2库湾种类最多,S9库湾最少;秋季检测出6门28属,未检测出金藻门,各库湾硅藻门种类最多,占同期藻类总数的29%～60%,S11库湾种类最多,S5库湾最少;冬季检测出6门24属,未检测出金藻门,硅藻门种类最多,占同期藻类总数的25%～67%,S5、S10和S11库湾种类最多,最少的为S1和S2库湾。浮游植物优势种能够反映水环境的营养状况。丹江口库湾共有优势种9种,包括:绿藻门的弓形藻(丹江口库湾浮游植物群落变化规律为春季的硅藻、蓝藻向夏季的绿藻、蓝藻和隐藻,以及秋、冬季的硅藻、隐藻和蓝藻转变。通常认为,金藻等为贫营养型水体的优势种,甲藻、隐藻和硅藻为中营养型水体的优势种,而绿藻、蓝藻为富营养型水体的优势种(2)湾和不同季节的树高对比较丹江口库湾浮游植物数量时空变化见表4。由表可知,水体浮游植物数量在各库湾和不同季节均存在差异。春季各库湾浮游植物数量在0.46×10基于水库坝前、肖川、香花3个主要监测断面的连续报道,从20世纪60年代至90年代水库藻类由硅藻型逐步转变为硅藻-绿藻-甲藻型,藻类密度范围在0.07×10(3)湖库富营养状况主要影响因素的选取和综合营养状态的指数群落物种多样性是群落组织独特的生物学特征,它反映了群落特有的物种组成和个体密度特征,是用来判断湖库富营养状况最常用的指标′和综合营养状态指数浮游植物的净化能力将筛选的环境因子与浮游植物进行RDA分析,分析结果见表6和图3。第1和第2排序轴分别解释了浮游植物的51.0%和12.4%,所有典范轴累计贡献达76.0%。对浮游植物群落结构影响显著的环境因子,箭头长度从大到小依次为WT、SiO氮、磷作为构成水体初级生产力的主要生源要素,直接影响了浮游植物的生产力水平,是水体富营养化的关键限制因子藻类群落结构(1)2017年丹江口库湾共检测出浮游植物7门57属,春、夏季的绿藻门和秋、冬季的硅藻门种类最多。蓝藻门的束丝藻和隐藻门的隐藻为库湾四季的优势种。水库建成运行后藻类组成逐渐稳定为硅藻、绿藻为主的群落结构,库湾藻类密度明