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        湯遜湖浮游生物群落結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)狀調(diào)查及分析

        2022-07-21 09:43:06曹鵬陽(yáng)李麗雪郭彪輝鎮(zhèn)鴻燕韓曉芳
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:生長(zhǎng)影響

        曹鵬陽(yáng),李麗雪,郭彪輝,鎮(zhèn)鴻燕,張 艷,韓曉芳

        (江漢大學(xué),a.環(huán)境與健康學(xué)院;b.醫(yī)學(xué)院,武漢 430056)

        浮游植物個(gè)體小、生活周期短、對(duì)環(huán)境因子的變化響應(yīng)敏感,因此浮游植物被當(dāng)作水體生態(tài)環(huán)境的合適指示者。對(duì)驅(qū)動(dòng)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化研究有很多,其中非生物因素如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、光和水溫都是影響浮游植物生長(zhǎng)、分布和演替的重要環(huán)境因子[1]。生物因素也是影響浮游植物群落組成變化的一個(gè)重要因素,浮游動(dòng)物對(duì)于浮游植物來(lái)說(shuō)是位于食物鏈前端的消費(fèi)者,可直接影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)和生物量。影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的生物因素有許多,從食物鏈考慮,浮游動(dòng)物、魚類和其他水生動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)都會(huì)影響浮游植物的生物量和分布[2]。

        目前,浮游植物群落結(jié)構(gòu)、多樣性、生長(zhǎng)分布及其與影響因子的關(guān)系是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[3-7],但是,對(duì)湯遜湖浮游生物與環(huán)境因子的關(guān)系研究甚少;近10 年來(lái),湯遜湖水質(zhì)均未達(dá)到III 類水的標(biāo)準(zhǔn),目前水質(zhì)劣V 類,尤其在2017、2018 年的夏季時(shí)湯遜湖的局部水域暴發(fā)藍(lán)藻水華,對(duì)周邊人群生活生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響。為了進(jìn)一步掌握湯遜湖水體生態(tài)現(xiàn)狀,本項(xiàng)目于2019 年在湯遜湖布設(shè)多個(gè)采樣點(diǎn),進(jìn)行水質(zhì)和水生生物現(xiàn)狀調(diào)查,分析浮游生物密度和鑒定浮游生物的種群結(jié)構(gòu),并由此反映出湯遜湖水體環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀,為湖泊治理提供一定的參考依據(jù)。

        1 研究區(qū)域

        1.1 研究區(qū)域概況

        湯遜湖位于武漢市東南部,以江夏大道為界限,分為東側(cè)的內(nèi)湯遜湖和西側(cè)的外湯遜湖2 個(gè)部分,兩者之間有涵洞相通。其中,內(nèi)湯遜湖水域面積約占1/3;外湯遜湖水域面積約占2/3,湯遜湖流域面積約為248.85 km2,屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,雨量充沛。湯遜湖由于長(zhǎng)期納入污水處理廠尾水和部分混流污水,水質(zhì)污染嚴(yán)重,加上江湖隔絕造成的水生生物補(bǔ)充量減少,水生生物棲息環(huán)境日益惡化;此外,由于之前湯遜湖部分區(qū)域用于水產(chǎn)養(yǎng)殖,水域內(nèi)水生植物被魚類破壞,幾乎無(wú)沉水植物群落分布,僅見沿岸少量挺水植物斑塊分布。隨著湯遜湖周邊城市化發(fā)展,湯遜湖水質(zhì)呈顯著的惡化趨勢(shì),近幾年水質(zhì)均出現(xiàn)超標(biāo)情況,湯遜湖污染防治工作的開展迫在眉睫[8]。

        1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

        根據(jù)湯遜湖湖區(qū)分區(qū)面積、地形輪廓、養(yǎng)殖分布以及主要出入湖河流等情況,在湯遜湖設(shè)置9 個(gè)采樣點(diǎn),分布于湖泊的排放口附近,在外湯遜湖設(shè)采樣點(diǎn)4 個(gè)(1 號(hào)至4 號(hào)點(diǎn)位),在內(nèi)湯遜湖設(shè)采樣點(diǎn)5 個(gè)(5 號(hào)至9 號(hào)點(diǎn)位)(圖1)。

        圖1 湯遜湖采樣點(diǎn)位分布

        2 研究方法

        2.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

        除了浮游植物和浮游動(dòng)物以外,水樣中其他分析指標(biāo)包括透明度、總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化學(xué)需氧量(COD),共5 個(gè)指標(biāo)。

        2.2 監(jiān)測(cè)方法

        進(jìn)行水樣分析,透明度采用塞氏圓盤法測(cè)定;化學(xué)需氧量采用酸性滴定法(GB/T 11892—1989)測(cè)定;氨氮采用納式試劑分光光度法(HJ535)測(cè)定;總氮采用過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ636)測(cè)定;總磷采用過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB/T 11893—1989)[9]測(cè)定。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 浮游植物種類組成及優(yōu)勢(shì)種

        浮游植物可以作為生物指標(biāo)來(lái)指示水質(zhì),因?yàn)楦∮沃参锏姆N群結(jié)構(gòu)變化是水環(huán)境演變的直接后果之一。由于能迅速響應(yīng)水體環(huán)境變化,且不同浮游植物對(duì)有機(jī)質(zhì)和其他污染物敏感性不同,因而可以用藻類群落組成來(lái)判斷不同水域水質(zhì)狀況。本研究中共鑒定出5 門34 種(表1),其中硅藻門8 種、藍(lán)藻門7 種、綠藻門14 種、隱藻門2 種、裸藻門3 種,盡管綠藻門種類數(shù)量最多,但湯遜湖浮游植物以藍(lán)藻門的偽魚腥藻屬、螺旋浮絲藻和平裂藻屬為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,其平均密度均達(dá)106個(gè)細(xì)胞/L??傮w來(lái)說(shuō),全湖浮游植物細(xì)胞密度較高,達(dá)107個(gè)細(xì)胞/L,內(nèi)湯遜湖和外湯遜湖藻類群落組成無(wú)明顯差異。

        表1 湯遜湖浮游植物名錄(2019 年)

        由圖2 可以看出,硅藻門、藍(lán)藻門、綠藻門和隱藻門在湯遜湖水體中占總種群的90%以上。藍(lán)藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,占總比例的33%,其次是硅藻(26%),綠藻(22%)和隱藻(18%)。浮游植物群落具有明顯的季節(jié)演替規(guī)律,藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門始終是浮游植物的優(yōu)勢(shì)類群,春季低,夏季高。浮游植物的種群多樣性主要受到優(yōu)勢(shì)種的物種數(shù)量和細(xì)胞密度的影響。優(yōu)勢(shì)種越多,優(yōu)勢(shì)度越少,群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。

        圖2 湯遜湖浮游植物種群構(gòu)成

        3.2 影響湯遜湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境因子

        建立浮游植物和水環(huán)境的相關(guān)性對(duì)評(píng)估浮游植物的變化過(guò)程很重要。2019 年2—6 月,對(duì)湯遜湖水環(huán)境物理化學(xué)指標(biāo)及浮游植物進(jìn)行調(diào)查,研究了湯遜湖浮游植物分布特征、季節(jié)演替規(guī)律及影響群落結(jié)構(gòu)變化的主要環(huán)境因子。

        3.2.1 透明度 透明度可以用來(lái)預(yù)測(cè)水體清澈程度和淺水湖泊生態(tài)質(zhì)量,透明度由水體中的懸浮固體顆粒物決定。浮游植物的大量繁殖和腐爛分解的顆粒會(huì)導(dǎo)致懸浮固體顆粒物的增加,進(jìn)而使水體透明度降低。湯遜湖水體透明度為0.18~0.28 m(圖3)。

        圖3 湯遜湖各點(diǎn)位透明度

        3.2.2 總磷 磷是浮游植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素,被認(rèn)為是淡水生態(tài)系統(tǒng)中最重要的生長(zhǎng)限制性因素,尤其是在高磷氮比的湖泊。水體中高含量的磷會(huì)直接引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生,從而惡化水體。湯遜湖的磷濃度變化不大,且大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果處于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)(范圍為0.025~0.050 mg/L),僅有少數(shù)點(diǎn)位處于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(范圍為0.05~0.10 mg/L)(圖4)。

        圖4 湯遜湖各點(diǎn)位總磷濃度

        3.2.3 總氮 總氮表示水體中各個(gè)形態(tài)的無(wú)機(jī)和有機(jī)氮的總量,包括氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等無(wú)機(jī)氮和蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺等有機(jī)氮,通常被用來(lái)表示水體受到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的程度。湯遜湖中的平均總氮濃度為3.54 mg/L,其中,5 號(hào)點(diǎn)位最高值為6.90 mg/L,均超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),即總氮濃度超過(guò)2 mg/L,因此,根據(jù)“一票否決”制度,湯遜湖中的平均總氮處于地表水環(huán)境質(zhì)量劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(圖5)。

        圖5 湯遜湖各點(diǎn)位總氮濃度

        3.2.4 化學(xué)需氧量 湯遜湖水體COD 濃度為46.65~76.75 mg/L,均超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),均大于40 mg/L,處于地表水環(huán)境質(zhì)量劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(圖6)。

        圖6 湯遜湖各點(diǎn)位化學(xué)需氧量濃度

        3.2.5 營(yíng)養(yǎng)鹽 水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的高低對(duì)浮游植物生長(zhǎng)、繁殖、分布都有重要影響,營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化會(huì)影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)還會(huì)改變浮游植物生物量的大小。水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)浮游植物的影響主要表現(xiàn)在氮或磷限制上[7,8]。而湯遜湖藍(lán)藻密度與總氮、氨氮濃度關(guān)系不大,但與氮磷比有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。這表明氮不是湯遜湖限制藍(lán)藻密度的因素,而磷是浮游植物生長(zhǎng)關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)元素,是淡水生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)重要的生長(zhǎng)限制性因素。在高氮磷比的情況下,較大地限制了藍(lán)藻細(xì)胞的生長(zhǎng)。對(duì)各測(cè)量點(diǎn)總磷含量與浮游植物密度進(jìn)行相關(guān)性分析可以推斷,磷是影響湯遜湖浮游植物生長(zhǎng)的一個(gè)重要因素(圖7)。

        圖7 湯遜湖各測(cè)量點(diǎn)總磷含量與浮游植物密度的關(guān)系

        3.3 浮游動(dòng)物鑒定

        研究期間,共檢出浮游動(dòng)物2 類14 種,其中橈足類8 種,枝角類6 種(表2)。

        表2 湯遜湖浮游動(dòng)物名錄

        由湯遜湖各測(cè)量點(diǎn)的浮游動(dòng)物密度(圖8)和生物量分布(圖9)可知,外湯遜湖的浮游動(dòng)物生物量高于內(nèi)湯遜湖,但總體數(shù)據(jù)顯示湯遜湖浮游動(dòng)物的生物量較低,平均浮游動(dòng)物生物量為2.12 mg/L。由于魚類結(jié)構(gòu)的變化能夠改變浮游動(dòng)物種類和個(gè)體大小的組成,從而進(jìn)一步影響浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的濾食能力,改變水體中浮游植物結(jié)構(gòu)和生物量,進(jìn)而影響水體的富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程。這種由食物鏈上層變化產(chǎn)生的對(duì)下層浮游植物的影響稱為“下行效應(yīng)”[10-12]。

        圖8 湯遜湖各測(cè)量點(diǎn)浮游動(dòng)物密度

        圖9 湯遜湖各測(cè)量點(diǎn)浮游動(dòng)物生物量

        4 小結(jié)

        根據(jù)2019 年對(duì)湯遜湖水體浮游生物分布的調(diào)查,湯遜湖水體藻類總體構(gòu)成為5 門34 種,包括硅藻門、藍(lán)藻門、綠藻門和隱藻門等,以藍(lán)藻門的偽魚腥藻屬、螺旋浮絲藻和平裂藻屬為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,其平均密度均達(dá)106個(gè)細(xì)胞/L,藻類群落還具有明顯的季節(jié)演替規(guī)律。

        湯遜湖中影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的因素主要有2 個(gè),一個(gè)是湯遜湖水體中的營(yíng)養(yǎng)元素的影響,另一個(gè)是浮游動(dòng)物的下行效應(yīng)對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響。以營(yíng)養(yǎng)鹽角度分析,湯遜湖空間差異下的浮游植物群落受營(yíng)養(yǎng)元素的影響,具體體現(xiàn)在磷元素時(shí)空分布的差異導(dǎo)致浮游植物群落生長(zhǎng)產(chǎn)生了較大的差異,湯遜湖中磷含量高的測(cè)量點(diǎn)對(duì)浮游植物群落的生長(zhǎng)起到了較大的促進(jìn)作用,浮游植物密度的增長(zhǎng)明顯,因此,磷是湯遜湖中對(duì)浮游植物群落影響最大的營(yíng)養(yǎng)元素。

        在浮游動(dòng)物的研究方面,共檢出浮游動(dòng)物2 類14 種,其中橈足類8 種,枝角類6 種,主要分布在外湯遜湖中,內(nèi)湯遜湖由于大量的養(yǎng)殖漁業(yè)導(dǎo)致浮游動(dòng)物被濾食性的鳙魚大量濾食,浮游動(dòng)物的生物量較外湯遜湖低很多,進(jìn)而從食物鏈角度來(lái)看,浮游植物生長(zhǎng)缺少了上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的限制,因此,內(nèi)湯遜湖的水體適合浮游植物群落的生長(zhǎng),浮游植物的生物量明顯高于外湯遜湖。

        內(nèi)湯遜湖浮游植物群落生長(zhǎng)的主要影響因子是食物網(wǎng)的下行效應(yīng),因此需要使湯遜湖中的浮游動(dòng)物的生物量得到提高,可對(duì)漁場(chǎng)漁業(yè)進(jìn)行控制,減少鳙魚這類濾食性魚類的養(yǎng)殖,調(diào)控魚類養(yǎng)殖的比例,使內(nèi)湯遜湖的水生態(tài)系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。恢復(fù)浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的限制作用,減少浮游植物群落的種群密度,從而阻止藍(lán)藻水華的發(fā)生,與此同時(shí)。對(duì)水質(zhì)的治理也要同步進(jìn)行。

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