淮南煤矿塌陷湖泊浮游植物功能群研究

摘要

塌陷湖泊在淮南矿区生态修复中占有中心地位，其生态系统结构与功能健康是保证矿区水资源可持续利用的前提条件。而浮游植物是湖泊水环境生态系统的初级生产者和食物网的起点，是支撑区域渔业功能的基础，也是水生态环境健康的重要指示功能群。本课题旨在分析淮南煤矿塌陷湖泊水体浮游浮游植物群落结构及功能群组成特征，揭示其演替规律和水环境因子之间的关系，为生态系统结构与功能研究提供基础资料，并且为矿区生态环境修复提供一定的理论指导。
　　选取潘谢矿区3个小型塌陷湖泊，即潘谢潘集站(PXPJ)、潘谢顾桥站(PXGQ)、潘谢谢桥站(PXXQ)，及及淮南市区一个小型塌陷湖泊(淮西湖站(XH))，分别开展浮游植物群落结构、演替规律及营养动力学研究，这些湖泊水生态环境条件差异较大。具体如下:
　　(1)于2013-2014年4个季度对潘谢矿区3个塌陷湖泊，于2015-2016年12个月对淮西湖的浮游植物结构组成特征及其水生态环境因子的关系进行了分析。其中，潘谢矿区3个小型塌陷湖泊共鉴定出浮游植物7门70属131种，浮游植物种类主要由蓝藻、绿藻和硅藻组成。其中绿藻门种类最多，共59种;其次是蓝藻，总共24种;硅藻22种。从各门类藻细胞密度的百分比看，PXPJ站点以绿藻、硅藻和隐藻为主;PXGQ站点蓝藻在夏秋季数量上均占据绝对优势;PXXQ站点隐藻在春季为绝对优势类群，夏秋以蓝藻为主。3个湖泊由于水文生态环境条件的不同，浮游植物丰度、多样性和均匀度体现出了一定的差异。淮西湖共鉴定出浮游植物6门43属66种，其中绿藻门利类最多，共计38种;其次是蓝藻，共13种;硅藻7种。从各门类藻细胞密度的百分比看，全年以隐藻、硅藻和蓝藻为主。由于环境的变化，浮游植物丰度、多样性和均匀度体现出了一定的波动。典范对应分析(CCA)表明，光照、水温、溶解氧和营养盐含量与比率（TN/TP）是影响塌陷湖泊浮游植物群落结构的重要环境因子。
　　(2)根据Reynolds和Padisák等提出的功能群分类方法，将潘谢矿区3个湖泊的浮游植物种类可归入16个功能群。PXPJ春季S1、X2和Y为主要优势功能群，分别以伪鱼腥藻（Pseudanabaenasp.）、具尾蓝隐藻(Chroomonas caudata Geitler)和卵形隐藻（Cryptomonas ovata Ehr.）为代表种属，随后3个季节C为第1优势功能群，以链形小环藻（Cyclotella catenata）为代表物种。PXGQ春夏秋3个季节中均以伪鱼腥藻为代表的S1功能群占绝对优势地位，冬季向C（以链形小环藻为代表）和D（以尖针杆藻为代表）为主的功能群演替。PXXQ春季X2和Y为主要优势功能群，分别以具尾蓝隐藻和卵形隐藻为代表，夏秋季以伪鱼腥藻为代表的S1功能群占据优势地位，冬季向C（链形小环藻为代表）和E（长锥形锥囊藻为代表）功能群为主的群落结构演替。淮西湖12个月出现的浮游植物种类归类为19个功能群，主要优势功能群一年变化趋势为P（1月）→C、P、X1（2月）→X2、Y（3、4、5、6和7月）→L0（8月）→L0、C（9月）→X2（10月）→X2、P（11月和12月）。4个塌陷湖泊功能群都体现水体富营养化、叶绿素高、水体混合等特征;通过功能群与环境因子CCA分析表明，水温和光照（透明度）条件是驱动淮南采煤塌陷湖泊浮游植物功能群演替的关键环境因子，营养盐和生物因素是导致4个湖泊功能群组成差异的重要原因。
　　(4)在无磷培养基中按梯度添加0-0.64 mg/L的磷，对经过磷饥饿的具尾蓝隐藻、小环藻和伪鱼腥藻在25℃、4000 Lux光照强度下一次性培养，比较研究磷饥饿下3种藻对外源磷的生长反应，并应用Monod方程得出最大生长速率和半饱和常数，其分别为0.51 d-1、0.023 mg/L;0.31 d-1、0.035 mg/L;0.84 d-1、0.006 mg/L;其最大增长速率和半饱和常数大小关系分别为:伪鱼腥藻μmax＞具尾蓝隐藻μmax＞小环藻μmax，伪鱼腥藻KSP＜具尾蓝隐藻KSP＜小环藻KSP，生长动力学参数表明:伪鱼腥藻比具尾蓝隐藻和小环藻具有更强的磷亲和性，因此在磷营养相对缺乏情况下，伪鱼腥藻对资源竞争能力更强，更容易在竞争中取得优势;在磷营养丰富情况下，伪鱼腥藻仍然能够取得优势。
　　(5)在无氮培养基中按梯度添加0-12.8mg/L的氮，对经过氮饥饿的具尾蓝隐藻、小环藻和伪鱼腥藻在25℃、4000 Lux光照强度下一次性培养，比较研究氮饥饿下3种藻对外源氮的生长反应，并应用Monod方程得出最大生长速率和半饱和常数，其分别为0.66 d-1、1.66 mg/L;0.37 d-1、1.06 mg/L;0.71 d-1、2.26 mg/L;其最大增长速率和半饱和常数大小关系为:伪鱼腥藻（μmmax、KSN）＞具尾蓝隐藻（μmax、KSN）＞小环藻（μmax、KSN），生长动力学参数表明:小环藻比具尾蓝隐藻和伪鱼腥藻具有更强的氮亲和性，因此在氮营养相对缺乏情况下，小环藻对资源竞争能力更强，更容易在竞争中取得优势;在氮营养丰富情况下，伪鱼腥藻能够形成优势。

目录

声明

摘要

插图清单

附表清单

1 文献综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 湖泊浮游植物群落结构组成及演替规律

1．2．2 浮游植物群落结构控制及影响因素

1．2．3 浮游植物功能群的相关研究进展

1．2．4 浮游植物生态动力学研究进展

2 研究内容与方法

2．1 研究内容

2．2 研究方法

2．2．1 技术路线

2．2．2 研究站点概况和采样调查时间

2．2．3 水质分析及浮游植物调查

2．2．4 优势功能群代表藻种纯种分离与培养方法

2．2．5 Monod生长动力学分析

3 淮南塌陷湖泊水质特征分析

3．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊水质状况和富营养化状态

3．2 淮西湖水质状况和富营养化状态

4 浮游植物群落结构特征

4．1 浮游植物种类组成

4．1．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物种类组成

4．1．2 淮西湖浮游植物种类组成

4．2 浮游植物密度分布

4．2．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物密度

4．2．2 淮西湖浮游植物密度

4．3 浮游植物多样性、均匀度和相似度

4．3．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物多样性、均匀度和相似度

4．3．2 淮西湖浮游植物多样性、均匀度

4．4 浮游植物与环境因子的关系

4．4．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物群落结构与环境因子的CCA分析

4．4．2 淮西湖浮游植物群落结构与环境因子的CCA分析

4．5 讨论

5 浮游植物功能群特征和变化

5．1 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物功能群特征和变化

5．2 淮西湖浮游植物功能群特征和变化

5．3 潘谢矿区3个塌陷湖泊浮游植物功能群与环境因子的CCA分析

5．4 淮西湖浮游植物功能群与环境因子的CCA分析

5．5 讨论

6 优势功能群代表藻种的营养动力学研究

6．1 营养限制下3种藻种的生长变化

6．2 营养限制下3种藻种的生长动力学参数测定及计算

6．3 讨论

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果