三峽水庫富營養化敏感期的三種水體藻種變化及機理

在嘉江的河流類型（>0.2ms-1）、過渡類型（0.05.0.2ms-1）和湖泊類型（0.05.0.2ms-1）中，后者是富營養化的敏感水體。嘉陵江出口段工業集中、人口密集、商業發達,水環境污染負荷大,近幾年春季小環藻暴發連連發生。嘉陵江污染狀況對三峽水庫水環境有著重要影響,浮游藻類活動日益受到關注。由于有關研究報道少,其河道型、過渡型、湖泊型水體優勢藻組成變化的研究尚未涉及,弄清三類水體優勢藻的變化規律,對了解三峽成庫后嘉陵江出口段富營養化敏感水體中優勢藻變化具有特殊意義。為此,進行了嘉陵江出口段三類水體優勢藻的現場測試,分析水動力下優勢藻組成的變化機理。本文以嘉陵江出口段為研究對象,通過布點采樣、藻類鑒定、水質測試等,分析富營養化敏感期河流型、過渡型、湖泊型三類水體藍藻(Cyanophyta)、綠藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)優勢種變化及機理。1材料和方法研究時間:2007年9月—2008年8月。1.1過渡型水體樣點布置:嘉陵江出口段左、右兩岸不同流速水體共設5個采樣點:1.磁器口右岸(過渡型水體);2.磁器口左岸(河流型水體);3.化龍橋右岸(河流型水體);4.朝天門右岸(過渡型水體);5.朝天門左岸(河流型水體)(圖1)。1.2藻類檢測與計數水樣采集處理:每采樣點設2個取水點,用500mL采水器分別采取水面下20cm、40cm處水樣,然后將2個取水點的4種水樣混勻帶回,取出混合水樣500mL用10%魯格試劑7.5mL固定,靜置24h后鏡檢,鏡檢時先將其充分搖勻,再于顯微鏡下進行藻類鑒定、計數,鑒定依據參照《中國淡水藻類》;每一水樣重復3次,結果進行平均處理,每次鏡檢結果與平均值的誤差不得大于10%。實驗器材:SWJ-73型深水采樣器(自帶溫度計),LS45A型旋杯式流速儀,DR5000紫外分光光度計,MOTICBA200數碼顯微鏡等。水樣總氮(TN)測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法,總磷(TP)測定采用鉬酸銨分光光度法,具體參照《水和廢水監測分析方法》(第四版)。1.3優勢種群的確定優勢度(Y)根據各優勢藻種出現的頻率及個體數量進行計算,計算公式如下:式中:Y—優勢度Ni—樣品中某藻數量fi—樣品中某藻出現頻率當物種優勢度Y>0.02時,該種即為優勢種群。2結果與分析2.1處理結果將調查得到的藻類數據通過優勢度計算公式算出的優勢藻、優勢度整理成表1和表2,然后根據研究目標和表中內容展開分析。2.2結果分析2.2.1密度和密度在調查的3—7月,藻種類、數量均為全年最大,藻種類為34,占全年66.5%,平均密度為43.76×104個·L-1,其中3、4月份間,為55.28×104個·L-1。因此,3—7月為嘉陵江出口段富營養化敏感時期。2.2.2yta聚合物3—7月份嘉陵江出口段浮游藻類共7門,52種;其中硅藻門(Bacillariophyta)12種,綠藻門(Chlorophyta)19種,藍藻門(Cyanophyta)11種,隱藻門(Cryptophyta)4種,裸藻門(Eugleno-phyta)2種,甲藻門(Pyrrophyta)2種,金藻門(Chrysophyta)2種;硅藻23.1%,綠藻36.5%,藍藻21.2%,裸藻3.9%,隱藻7.7%,甲藻和金藻各3.8%,硅藻、綠藻和藍藻占總藻的80.8%。本研究以硅、綠、藍藻進行分析。2.2.3富營養化臨界氮磷質量濃度n,n-調查期間,嘉陵江出口段TP變化在1.41~1.68mg·L-1,TN變化在0.062~0.104mg·L-1,根據國際公認的TN0.2mg·L-1、TP0.02mg·L-1的富營養化臨界氮磷質量濃度,調查期間的氮磷量不是藻類生長的限制因子,對藻類組成沒有影響。2.2.4富營養化敏感時間2008年3-7月,藍綠硅優勢藻共26種,約占總藻種數的50%,占全年平均優勢藻種平均百分數為87%,因此3-7月為嘉陵江出口段富營養化敏感時期。由表1可知,這期間優勢藻為:藍藻的固氮魚腥藻、小顫藻、球形念珠藻、類顫藻魚腥藻、纖細席藻等12種,綠藻中的小球藻、柱形鼓藻、銅綠微囊藻、小型月牙藻、綠星球藻、四尾柵藻等17種,硅藻中的梅尼小環藻、變異直鏈藻、顆粒直鏈藻、近緣針桿藻等11種。2.2.5優勢藻種數及形態特征以下各項內容是對表2中平均2.5m·s-1,2.0m·s-1,1.5m·s-1,0.05~0.2m·s-1,0.00~0.05m·s-15個流速的硅、藍、綠藻進行分析。優勢藻組成:5個流速中硅∶藍∶綠藻構成如下。2.50m·s-1為5∶2∶1,硅藻有變異直鏈藻、梅尼小環藻、短線脆桿藻、近緣針桿藻、雙頭針桿藻,藍藻是纖細席藻、細小隱球藻,綠藻有小球藻;2.00m·s-1為5∶2∶2,硅藻有變異直鏈藻、顆粒直鏈藻、梅尼小環藻、近緣針桿藻、微綠舟形藻,藍藻有球形念珠藻、球形念珠藻,綠藻是小球藻、湖生綠星球藻;1.50m·s-1為4∶2∶1,硅藻有顆粒直鏈藻、梅尼小環藻、短線脆桿藻、近緣針桿藻,藍藻是多變魚腥藻、球形念珠藻,綠藻有湖生卵囊藻;0.05~0.20m·s-1為4∶4∶5,硅藻有尖針桿藻、梅尼小環藻、變異直鏈藻、雙頭針桿藻,藍藻有小顫藻、纖細席藻、球形念珠藻、小形色球藻,綠藻有纖細月牙藻、湖生卵囊藻、十字柱形鼓藻、空球藻、湖生綠星球藻;0.00~0.05m·s-1為3∶6∶5,硅藻有雙頭針桿藻、顆粒直鏈藻、顆粒直鏈藻最窄變種,藍藻有類顫藻魚腥藻、固氮魚腥藻、纖細席藻、球形念珠藻、細小隱球藻、小顫藻,綠藻有球衣藻、卵形衣藻、小球藻、十字柱形鼓藻。種數變化:從表2可知,隨著五個流速遞減其優勢藻種數逐漸增大,分別為8、9、7、13、14種;隨流速減小硅藻種數減少,藍藻、綠藻種數增多。密度變化:嘉陵江出口段富營養化敏感時期優勢藻密度變化為0.04~28.48×104個·L-1,平均密度6.47×104個·L-1,其中平均藻密度河流型為5.78×104個·L-1,過渡型為14.9×104個·L-1,湖泊型為20.12×104個·L-1。個體變化:隨流速減小單細胞和多細胞個體種數有所增加,但不明顯;浮游藻中,優勢硅藻的單細胞單生個體多于單細胞群生鏈狀個體(直鏈藻),優勢藍藻的單細胞群生鏈狀、絲狀個體多于單細胞單生(針桿藻)和單細胞群生球狀個體,優勢綠藻多為單細胞單生(月牙藻,小球藻)和群生球狀、團狀、柵狀等,而絲狀綠藻未見。這是因為硅藻、藍藻多為漂生、附生,鮮有固著生,而綠藻絲狀個體為固著生,其它個體多為漂生。結構變化:硅、藍、綠藻組成結構在嘉陵江與湖泊不一樣,硅藻占55%、藍藻占13%、綠藻占32%(圖2),從表2可知同期的重慶雙龍湖中硅藻占7.1%,藍藻35.7%,綠藻占57.1%(圖3);硅、藍、綠藻組成結構隨流速而變化,河流型、過渡型、湖泊型水體中三大藻之間的百分比變化如圖4~7,即隨流速減小最大優勢的硅藻所占百分比逐漸減小,而藍藻、綠藻所占百分比逐漸提高,綠藻成為最大優勢藻群;隨著嘉陵江流速減小,其硅、藍、綠藻組成結構接近雙龍湖硅、藍、綠藻的結構。優勢度變化:隨著流速減小各樣點的優勢藻種數有所增加,平均優勢度逐漸下降,即優勢藻種數與流速反相關,平均優勢度與流速正相關,而總優勢度與流速不成相關性。原因分析見2.2.7節。2.2.6浮游植物的種類及流速不同流速的硅藻變化機理:硅藻對水流的適應性表現為,硅藻具有硅殼,沉降系數大于藍藻、綠藻,多為假性浮游藻類,需借水流動力產生懸浮,流速太小不能浮動,過大懸浮受到干擾影響。沒有氣囊、鞭毛等浮動結構的硅藻在一定流速內如何保持懸浮進行光合作用,這方面未見研究報道。分析認為懸浮與沉降系數有關,硅殼厚薄變化可使沉降系數變小,硅殼厚薄對大型硅藻尤為重要,依賴硅鹽的硅藻其硅殼厚薄是對一定流速的適應,這種適應可能是硅藻漫長進化的結果之一,這一點對大型硅藻尤為重要。因此,硅藻適宜流速范圍較寬,包括0.05~0.2m·s-1過渡型水體,而在湖泊型水體中出現較少。不同流速的藍、綠藻變化機理:優勢藍藻、綠藻的沉降系數小于硅藻,有的種類有氣囊(固氮魚腥藻)、鞭毛(卵形衣藻、球衣藻、空球藻),多屬真性浮游植物,漂生于水面,對流速較為敏感,適應流速范圍較窄為0.2m·s-1以下水體,即0.05~0.2m·s-1過渡型和小于0.05m·s-1湖泊型水體。對上述2個機理分析,從表2可知過渡型水體硅∶藍∶綠藻為4∶4∶5,表明0.05~0.2m·s-1適合硅、藍、綠藻生活,該水體是優勢硅藻種數由多變少,優勢藍藻、綠藻由少變多的相交水體。2.2.7平均優勢度s用SPSS10.0對表2有關數據分析(表3),優勢藻種數與流速有一定反相關,各點平均優勢度與流速正相關,總優勢度與流速不相關。總優勢度反映著優勢硅、藍、綠藻之和占總優勢藻的份額,即在2.5m·s-1為0.88,2.0m·s-1為0.99,1.5m·s-1為0.67,0.05~0.2m·s-1為0.89,<0.05m·s-1為0.78。平均優勢度反映著硅、藍、綠各優勢藻所占總優勢藻的平均份額,在2.5m·s-1為0.11,2.0m·s-1為0.11,1.5m·s-1為0.10,0.05~0.2m·s-1為0.70,<0.05m·s-1為0.60,雙龍湖為0.50。分析認為,優勢硅、藍、綠藻的平均優勢度越小各優勢藻所占總優勢藻的平均份額就越少,而各優勢藻所占總優勢藻的平均份額越少其優勢藻多樣性就越大,也即平均優勢度越小優勢藻多樣性就越大,因此平均優勢度、各優勢藻的平均份額與優勢藻多樣性反相關。隨著嘉陵江出口段采樣點的流速逐漸減小,硅、藍、綠藻的平均優勢度逐漸變小,而優勢藻多樣性逐漸增大。3優勢藻、藍、綠藻優勢種的選擇(1)流速是影響優勢硅藻、藍藻、綠藻組成變化的直接原因。在調查流速內,硅藻種數與流速正相關,藍藻、綠藻種數與流速反相關。(2)優勢硅藻、藍藻、綠藻對流速表現出多種結構的適應性。硅藻沉降系數較大,需借一定流速懸浮水中進行光合作用,適應0.05~2.5m·s-