澜沧江流域梯级水电开发对河流水生态系统健康的影响评价

摘要

澜沧江-湄公河作为亚洲第一大的国际河流，在中国境内澜沧江流域位于西南高山岭谷区内。近年来，澜沧江梯级水电开发使原本的河流状态形成了首尾相连的不同类型的水库群，对河流的水生态系统产生了一定影响。本课题依托国家自然基金重大研究计划"澜沧江流域水电梯级开发对生源物质的影响研究"，通过2017年2月、2017年6月和2018年1月对澜沧江流域进行野外生态调查，阐明了澜沧江流域水体各项指标的基本规律，分析浮游细菌的多样性和群落结构变化；使用熵权综合健康指数法和浮游细菌完整性指数对澜沧江水生态系统健康状况进行了评价。主要结论如下： （1）澜沧江流域水体总氮质量浓度变化范围为0.224~1.765mg·L-1，均值为0.671mg·L-1，总氮的质量浓度在不同类型水体中表现为支流段＞水库段＞自然河道段。总磷质量浓度变化范围为0.007~0.981mg·L-1，均值为0.083mg·L-1，总磷质量浓度在不同类型水体中表现为支流段＞水库段＞自然河道段。对于其他因子而言，流速（Velocity）、浊度（Tur）、溶解氧（DO）、电导率（SpCond）和pH值表现为自然河道段显著高于水库段；而水温（WT）表现为水库段显著高于自然河道段。 （2）澜沧江流域各个水库水环境特征垂向分布差异显著。功果桥（GGQ）、漫湾（MW）、大朝山（DCS）和景洪（JH）水库属于混合水体，而小湾（XW）和糯扎渡（NZD）水库属于弱分层水体。GGQ、MW、DCS和JH水库的Velocity、WT、Tur、SpCond、pH值和DO垂向变化规律基本一致，均处于稳定状态，而XW和NZD水库垂向分布变化较大，水动力特征以及理化因子的差异性更为明显。 （3）澜沧江水体浮游细菌群落结构具有较高的多样性。变形菌门（Proteobacteria）相对丰度最高，是主要的细菌类群。澜沧江流域浮游细菌的群落丰富度ACE指数的变化范围为2156.18~14361.71，平均值为5654.62。香农指数（Shonnon指数）的变化范围为1.16~5.86，平均值为3.88。ACE指数和Shonnon指数在自然河道段和水库段均存在显著差异，时间上看，丰水期的ACE指数和Shonnon指数均高于枯水期。空间上看，ACE指数和Shonnon指数变化规律为自然河道段高于水库段。 （4）造成澜沧江流域水体浮游细菌多样性指数差异的主要驱动因子为WT、DO、Tur和Velocity；造成浮游细菌群落结构变化的主要因子为WT、DO、Tur、SpCond、Velocity和氮营养盐。 （5）澜沧江流域在2017年2月和2017年6月综合健康指数得分（CHI）的平均值均为0.65，处于健康状态。2017年2月自然河道段CHI平均值为0.82，水库段CHI平均值为0.56；2017年6月自然河道段CHI平均值为0.73，水库段CHI平均值为0.61，自然河道段健康状态优于水库段。 （6）澜沧江流域浮游细菌生物完整性指数（BP-IBI）整体上变化范围为0.51~1.92，均值为1.24。时间上看，枯水期BP-IBI变化范围0.97~1.92，均值为1.40，丰水期BP-IBI变化范围0.51~1.75，均值为1.08，枯水期健康状态优于丰水期。空间上看，自然河道段BP-IBI变化范围1.41~1.92，均值为1.71，处于亚健康的健康水平，水库段BP-IBI变化范围0.51~1.65，均值为1.00，处于一般健康水平，自然河道段健康状态优于水库段。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2河流健康的涵义

1.2.1 河流健康概念

1.2.2 河流健康评价方法

1.2.3 国外研究进展

1.2.4 国内研究进展

1.3 浮游细菌完整性指数评价方法

1.4 研究目的、内容及技术路线

1.4.1 研究目的和内容

1.4.2 技术路线

第2章 研究区域及方法

2.1 研究区域概况

2.2 监测方法

2.2.1 监测点布置

2.2.2 监测指标

2.2.3 采集及监测方法

2.2.4 实验仪器与设备

2.3 浮游细菌高通量测序

2.3.116S rRNA测序方法

2.3.2 多样性指数的意义

2.4 浮游细菌生物完整性指数（BP-IBI）的建立方法

2.4.1 数据整理与综合

2.4.2 生境区域划分

2.4.3 候选生物参数的确定

2.4.4 生物参数的筛选

2.4.5 生物完整性的划分

第3章 澜沧江水体营养盐及理化因子时空分布特征

3.1 前言

3.2 氮营养盐的沿程分布特征

3.2.1 总氮空间分布和季节变化

3.2.2 氨态氮空间分布和季节变化

3.2.3 硝态氮空间分布和季节变化

3.3 磷营养盐的沿程分布特征

3.3.1 总磷空间分布和季节变化

3.3.2 正磷酸盐空间分布和季节变化

3.4 水环境特征的沿程分布规律

3.4.1 水动力特征

3.4.2 理化因子特征

3.5 各水库垂向水环境特征分布规律

3.5.1 水动力特征垂向变化

3.5.2 理化因子垂向变化特征

3.6 讨论

3.6.1 氮元素空间变化成因分析

3.6.2 磷元素空间变化成因分析

3.6.3 理化因子沿程差异性分析

3.7 小结

第4章 浮游细菌群落结构时空分布及其影响因素分析

4.1 前言

4.2 浮游细菌群落结构时空分布特征

4.2.1 门水平下群落结构分布规律

4.2.2 属水平下群落结构分布规律

4.3 多样性指数沿程分布规律

4.4 浮游细菌群落结构变化的聚类分析

4.516S rRNA基因序列构建的系统发生进化树

4.6 浮游细菌群落结构变化的影响因子分析

4.7 多样性指数变化的影响因子分析

4.8 小结

第5章 基于熵权综合健康指数的澜沧江河流健康评价

5.1 前言

5.2 评价指标的选取

5.2.1 评价指标的选取原则

5.2.2评价指标的选取

5.2.3评价指标筛选结果

5.3 评价方法的构建

5.3.1 评价指标参照系

5.3.2 综合健康指数法的评价结果

5.4 分段评价结果

5.4.1 自然河道段评价结果

5.4.2 水库段评价结果

5.4.3 评价结果

5.5 讨论

5.5.1 健康水平差异性分析

5.5.2 影响健康水平的因子分析

5.6 评价结果验证

5.7 小结

第6章 澜沧江浮游细菌生物完整性指数的健康评价

6.1 前言

6.2 浮游细菌生物完整性指数（BP-IBI）方法构建

6.2.1 研究区域

6.2.2 关键环境因子确定

6.2.3 关键环境因子敏感种与耐受种的确定

6.2.4 候选生物参数的筛选结果

6.2.5 判别能力分析与相关分析

6.3 BP-IBI评价结果

6.4 讨论

6.4.1 BP-IBI指数参照点可行性分析

6.4.2 影响BP-IBI指数变化的环境因子

6.4.3 不同时期的生态评价

6.4.4 BP-IBI发展建议

6.5 两种方法在评价澜沧江健康水平的对比分析

6.6 小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

附录

A．攻读硕士学位期间发表的学术论文

B．攻读硕士学位期间参与的项目研究