云南省生態(tài)環(huán)境廳駐大理州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 寸曉丹
洱海是云南第二大高原湖泊,位于大理白族自治州境內,跨大理市和洱源縣,是大理地區(qū)生活、灌溉和工業(yè)用水的主要來源。1990年以前,洱海水質良好,水生生物豐富;2000年以來,隨著洱海流域人類活動干擾的不斷加劇,水生植被大量衰退,洱海水質變差,富營養(yǎng)化呈逐漸增加趨勢。目前,洱海已由草型湖泊逐步轉向草—藻共存型湖泊。研究表明,恢復和改善沉水植物群落可能會提高洱海水質,而水下良好的光照環(huán)境是沉水植物恢復的必要條件。因此,了解水體的光學特性及其影響因子,有助于尋求改善水下光照條件的有效措施。
根據(jù)洱海湖區(qū)的水文環(huán)境和沉水植物分布狀況,設置36個采樣點(圖1)。分別于2020年4月、7月、11月和2021年1月對洱海36個采樣點進行了光學衰減系數(shù)(K)、透明度(SD)和固態(tài)懸浮物濁度(Turb)的監(jiān)測,并采集混合水樣測定葉綠素a(Chl-a)含量。在36個固定采樣點中,10個點有大量沉水植物,點位分別為 1、2、4、5、7、8、10、11、13、14,其余26個點全無沉水植物(圖1)。
圖1 洱海采樣點分布
光合有效輻射(PAR)總量采用美國LI-COR公司生產的水下光量子儀(Li-1400)進行測定。為減小太陽高度角變化對水下光譜測量結果的影響,測量時間集中在9:30—14:30,觀測期間天氣晴朗。在有沉水植物的點位,分別在水下0、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50m共 7層測定PAR強度,每個點水深均大于2.5m;無沉水植物的點位,分別在水下0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0m共7層測定PAR強度,每個點水深均大于4.5m。每層記錄5個數(shù)據(jù)。透明度用直徑30cm的黑白塞氏盤進行現(xiàn)場測定。葉綠素a采用分光光度計法測定。固態(tài)懸浮物濁度采用美國Compbell公司的光學后向散射濁度計(OBS-3A)測定。
水體光學特性指標的季節(jié)變化:
全湖光學衰減系數(shù)(圖2—A)季節(jié)變規(guī)律為春季(0.59m-1)<冬季(0.68m-1)<秋季(0.95m-1)<夏季(1.05m-1)。K值在春季最小,顯著低于夏季、秋季和全年(P<0.05),其變化范圍為0.42—0.75m-1,平均值約為0.59m-1;K值在夏季最大,顯著高于春季、冬季和全年(P<0.05),其變化范圍為0.75-1.40m-1,平均值約為1.05m-1;K值在秋季和夏季沒有顯著差異(P>0.05),冬季和春季沒有顯著差異(P>0.05);從全年來看,光學衰減系數(shù)(K)變化范圍較大,最小值為0.42m-1,最大值為1.45m-1。
全湖透明度(圖2)季節(jié)變規(guī)律為夏季(1.86m)<秋季(2.28m)<春季(3.00m)<冬季(3.07m)。SD值在春季和冬季沒有顯著差異(P>0.05);SD值在夏季最低,顯著低于春季、冬季和全年(P<0.05),其變化范圍為1.30—2.40m,平均值約為1.86m。SD值在秋季和夏季沒有顯著差異(P>0.05);SD值在冬季最高,顯著高于夏季、秋季和全年(P<0.05),其變化范圍為2.10—4.50m,平均值約為3.07m。從全年來看,SD值變化范圍較大,最小值為1.30m,最大值為4.50m。
圖2 不同季節(jié)洱海水體的光學衰減系數(shù)、透明度、葉綠素a和濁度箱線圖
實線的上下端代表最大值和最小值;矩形的上下端代表上四分位數(shù)和下四分位數(shù);中間橫線為中位線;圖中字母表示TukeyLSD多重比較檢驗結果,字母不同表示差異顯著(P<0.05)。全湖葉綠素a(圖2-C)季節(jié)變規(guī)律是春季(5.24μg/L)<冬季 (5.49μg/L)<秋季 (12.33μg/L)<夏季(14.22μg/L)。Chl-a值在春季最低,顯著低于夏季、秋季和全年(P<0.05),其變化范圍為2.79—7.25μg/L,平均值約為5.24μg/L;Chl-a值在夏季最高,顯著高于春季、冬季和全年(P<0.05),其變化范圍為4.46—20.65μg/L,平均值約為14.42μg/L。Chl-a值秋季和夏季沒有顯著差異(P>0.05),冬季和春季沒有顯著差異(P>0.05)。從全年看,Chl-a值變化范圍較大,最小值為1.67μg/L,最大值為22.88μg/L。
本研究發(fā)現(xiàn),洱海沉水植物區(qū)的水體濁度顯著低于無沉水植物區(qū),這與龐翠超等(2014)室內實驗結果一致。沉水植物能夠減緩風浪﹑固定底泥、抑制和吸附懸浮物,從而能夠顯著降低水體濁度。水體透明度與太陽輻射、湖水理化性質、懸浮物組成和含量以及天氣狀況等密切相關(張曉晶等,2009),沉水植物有利于提高透明度(劉健康,2002)。本研究中,洱海沉水植物區(qū)透明度與無沉水植物區(qū)相比提高不顯著;而雷澤湘等(2006)研究表明,太湖沉水植物能夠顯著提高水體透明度;可能是因為洱海最北面水生植物覆蓋較密,人為測量誤差較大。葉綠素a主要反映浮游植物現(xiàn)存量(Reynolds,2009),沉水植物能夠抑制浮游藻類的生長(張庭延等,2007)。本研究發(fā)現(xiàn),洱海沉水植物區(qū)葉綠素a含量與無沉水植物區(qū)相比,降低作用不顯著,這是因為洱海主風為南風(趙海超等,2011),使湖泊水體向北(沉水植物實驗區(qū))涌動,導致藻類聚集,葉綠素a含量相對于其他沉水植物區(qū)域較高。
考慮到沉水植物對于減緩風浪、固定底泥、改善水下光照條件、抑制藻類生長具有重要作用,可通過人工攔截或增加濕地植物的多樣性,以減小風浪對淺水區(qū)或岸邊底泥的攪動,同時修復湖濱帶并加強管理,減少入湖泥沙和水中懸浮顆粒物,提高水體透明度,有效改善水下光場,在一定程度上可以恢復沉水植物并改善水環(huán)境,進一步促進水體的良性循環(huán)。