三峡水库香溪河库湾浮游植物群落结构时空分布与演替规律

摘要

三峡水库支流库湾受蓄水影响,水位抬升、流速减缓、营养富集,水域环境发生巨大变化,水体富营养化严重,水华频发。香溪河库湾由于其特殊的地理位置和环境特征,水华问题成为学者研究的热点。为了系统地认识香溪河库湾水华暴发机理和浮游植物群落特征,研究组以野外定点持续观测为基础,对香溪河库湾的物理条件、营养条件及生物状态进行了详细监测和分析。本文主要分析了香溪河库湾藻类群落结构的组成及演替规律,生境条件的背景特点,并从时间和空间尺度上分析了藻类群落结构与生境变化间的生态响应关系。通过研究,得到如下结果:
　　(1)浮游植物群落结构组成、分布与演替
　　2010年1-11月研究期间,在香溪河库湾共检测到浮游植物7门87属。群落构成季节差异显著而空间分布相似,与群落多样性指数规律一致。夏季是一年中物种最为丰富,群落结构最为复杂和稳定的时段。库湾浮游植物群落构成以绿藻、硅藻为主,出现频率高于50％的前6个藻属分别为小环藻、小球藻、隐藻、衣藻、直链藻、舟形藻。藻密度、生物量、叶绿素 a时空分布规律存在差异,其中叶绿素a含量与生物量显著正相关,相关系数为0.655(P<0.01)。
　　香溪河库湾2010年共暴发7次水华,持续时间9—36d不等,春夏秋冬均有水华现象。冬季水华藻种单一,以拟多甲藻为主,影响范围集中在回水末端水域。春季水华藻类表现出明显的演替规律,由甲藻向硅藻、绿藻演替,影响范围也由上游向下游扩散。夏季水华演替频繁,甲藻、硅藻、绿藻、蓝藻水华均有出现,影响范围波及整个库湾。秋季水华暴发程度低,时间短,以硅藻、绿藻混生为主。
　　香溪河库湾藻类共归纳出18个生态功能组,分别为B、C、D、F、G、H1、J、LO、LM、N、P、S1、T、TB、W1、X1、X2、Y。其中LO、B、P、X1、X2为香溪河库湾水华期代表性功能组。根据藻种生存策略来分,S策略的藻种易在冬季和水华前期或者末期占优,而R型策略的藻类在水华中频繁出现,一般在水华中期占优,C型策略的藻类主要出现在生长条件优越的夏季水华。
　　(2)浮游植物生境特征及变化
　　库湾流速较小(<0.1m/s),呈现显著的分层异向流动特性,库湾水体的相对流动在监测期内始终存在。上游来流始终以底坡异重流的形式流向河口。干流水体从河口倒灌进入库湾,潜入位置和长度季节差异显著,枯水期主要以底部异重流形式进入库湾,泄水期、汛期以中层异重流形式进入库湾,蓄水期以中层或表层异重流形式倒灌进入库湾,蓄水结束后又恢复至底部异重流形式。香溪河库湾在冬季中下游水体掺混均匀而上游水体弱分层,春季全库湾水体弱分层,夏季上游水体分层显著而下游弱分层,秋季蓄水后水体处于混合状态。全年水体由下游至上游分层程度依次增大。
　　香溪河库湾营养盐含量表现出明显的时空异质性。氮营养盐中,TN年均值1.10 mg/L,N03-N年均值0.77 mg/L。TN浓度库湾按季节从高至低依次为冬季、夏季、春季、秋季,N03-N浓度库湾按季节从高至低依次为冬季、春季、夏季、秋季。磷营养盐中,TP年均值0.139 mg/L,PO4-P年均值0.84 mg/L。TP浓度春季最高,冬夏次之,秋季最低,而PO4-P浓度由高到底依次为春季、冬季、秋季、夏季。空间上,磷营养盐含量在春季表现出明显的上游高河口低的趋势。D-Si年均值8.79 mg/L,且春季最低,冬季最高,空间分布上各样点间无显著差异。
　　香溪河库湾水温年内季节差异显著。各样点表层水温季节变化具有同步性,冬季最低,夏季高,春秋次之。全年气温在9.11-33.89℃之间变化,温差25℃。纵向分布上,上游高,下游低。真光层深度年内季节变化明显,空间差异不大。混合层纵向分布上,由下游至上游逐渐减小,季节上,冬季最高,春秋次之而夏季最低。表征光照在垂向的分布和水体在垂向上的掺混对藻类生长的影响的指标Zeu/Zmix全年呈先增大后减小的趋势,秋冬季Zeu/Zmix值较小,春夏季Zeu/Zmix值较大,秋冬季节回水末端Zeu/Zmix远大于其他样点。
　　(3)藻类群落结构对生境要素变化的响应特点
　　功能组—环境响应关系分析结果表明,水动力条件对浮游植物生长起到了间接性的作用。香溪河库湾中氮、磷营养盐对群落演替的调控能力并不显著,而硅营养盐对群落结构的演替具有一定的限制作用,但是仅仅限于硅藻类藻种。光热条件的季节变化是群落演替的主要诱因,该条件的梯度变化能有效的将各功能组分离在不同的生境层次范围内。生态功能组对环境变量梯度变化的响应同其生长策略、预适应机制所表征的对生境喜好的特点基本一致。不同的诱因导致了水华的暴发、演替和消亡,其中起主导作用的主要是水体分层模式和营养供给条件。在营养盐充足的条件下,降雨往往成为水华消亡的直接诱因,但是营养匮乏导致的水华消亡比降雨更具有持久性。蓄水与泄水相比,蓄水对库湾动力条件和营养条件的改变会直接导致藻类适宜生境的破坏,对水华暴发强度和范围均有削减作用。

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1 绪论

1.1 课题的科学意义与应用前景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的、内容及技术路线

2 研究区域及研究方法

2.1 研究区域基本概况

2.2 监测方法

2.3 分析方法

3 香溪河库湾浮游植物时空分布与演替

3.1 浮游植物群落组成及变化

3.2 浮游植物现存量及变化

3.3 浮游植物多样性及变化

3.4 浮游植物功能分组及生存策略

3.5 小结

4 香溪河库湾浮游植物生境条件

4.1 浮游植物生境的水动力特征

4.2 浮游植物生境的营养盐特征

4.3 浮游植物生境的光热特征

4.4 小结

5 香溪河库湾浮游植物生境变化对其演替的影响

5.1 梯度分析在香溪河库湾中的应用

5.2 典型水华期浮游植物—生境变化响应关系

5.3 香溪河库湾浮游植物群落演替的宏观模式

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢

附录