浮游植物对湖泊水体生态重建的响应_以太湖五里湖大型围隔示范工程为例.pdf

加肋剐湖泊科学,,一刀一一砂 ④“肠一浮游植物对湖泊水体生态重建的响应 —以太湖五里湖大型围隔示范工程为例’陈开宁’,,周万平’,鲍传和,,胡洪云’中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京汉】中国科学院研究生院北京《安徽农业大学,合肥摘要根据太湖五里湖湾生态重建大型围隔示范工程的现场观测结果,分析了湖泊生态重建措施对浮游植物的影响,结果显示在生态重建的第一年,尽管生态重建区内种植了大量水生植物 水体氮磷含量也有较大幅度的下降,水体透明度也被提高了近一倍,但是藻类却大量生长并暴发了蓝藻水华第二年,生态重建区的环境条件逐渐对藻类包括蓝藻和其中的微囊藻 产生了抑制作用,开始出现藻类生物量下降趋势 表明生态重建措施以水生植被重建为中心的生态系统重建组合措施可以在较短时间内当年建立起一定规模的水生植物群落,有效降低水体氮磷营养盐,提高水体透明度,但要在较短时间内年内完善一个较大的水生态系统结构、有效降低藻类生物量特别是夏季 有一定困难尽管氮磷营养盐对水体藻类总量增加有较大影响,但并不是蓝藻大量暴发的决定因素,上行作用力对蓝藻的控制腼一叩表现弱于下行作用力一而川较低的比值一,平均既是蓝藻水华暴发的原因也是其作用的结果,其可能有利于蓝藻的大量暴发生态重建措施较大幅度地改善了水环境,但并没有显著提高燕类多样性指数、,因此,单凭藻类多样性指数并不能完全反映水环境改善状况,在评价水环境质量方面需要结合其它多种指标进行综合评估关扭词浮游植物生态重建蓝藻水华暴发太湖,,,,,群加以。

晓卿叩入了肠群,,《〕,‘阳以反灿扣￡女衍,《,加泌“耐沁口甸毛‘,二加即匹肠,一玛,,,,脚,’ 记”名,,一一娜国家重点基础研究发展项目计划“湖泊富营养化过程和蓝藻水华暴发机理研究”以、国家科技部“十五”重大科技攻关项目“太湖水污染控制与水体修复”以及国家 自然科学基 金联合资助侧沁一一收稿《万一一收修改稿陈开宁,男,年生,博士生,副研究员玩湖泊科学,,脚,,腆脚 压水体富营养化是近半个多世纪以来重大的世界性水环境问题,并对人类社会一经济发展以及自然界生产诸多负面影响由于氮磷等营养负荷的增加,水体富营养化的直接的表观现象是浮游植物藻类 大量生长,特别是令人反感的蓝藻水华的暴发为了防治富营养化,世界各国已进行大量研究与实践探索,其中水体生态恢复与重建是末端控制的主要措施之一,其目标不仅在于降低水体氮磷负荷,提高水体透明度和改善景观,而且还在于恢复与重建水域生态系统结构与良好的食物链网,增加或恢复生态系统功能,提高系统内部恢复力与阻滞力,抑制浮游植物生长 太湖五里湖生态重建示范工程是针对重富营养化水体进行的,采取了诸多技术措施的集成运用,并取得了初步令人满意的效果川但在生态重建计划实施过程中,浮游植物的变化并没有因为水质的改善和水生植被的初步建立而降低,其中隐含的科学问题引起了我们极大的兴趣本文依据五里湖生态重建大型围隔的现场观测结果,就生态重建初期对浮游植物生物量影响、浮游植物增长的阻滞因素、蓝藻水华暴发机制等科学问题进行探讨,目的是为控制水体富营养化,实现湖泊生态系统恢复提供理论依据研究方法五里湖位于太湖西北部,研究地点设在无锡五里湖湾的西部水域围隔建立在西五里湖南岸,面积为时,内部种植有大量水生高等植物,最大覆盖面积超过围隔于年月初建成完工,围隔材料为不透水的尼龙布,围隔内外完全分隔植物大量种植计划于年月底完成,以后只进行了少量沉水植物补种围隔内设个采样点,围隔外西五里湖水域设个采样点作为对照,分别对水体中总氮、、一、一、一、一、、含量、透明度、浮游植物与浮游动物数量 和生物量进行采样分析,每月采样一次 时间段为年月至年月 一政咙嵋麟触枷图,环境髓撇生态重建具体措施见陈开宁等报道川数据统计与分析采用统计软件 各参数间相关分析采用年中的所有样点数据进行分析浮游植物 多 样性 指数采用香浓一威纳指数进行计算结果与分析生态重建对水质影响生态重建区围隔于年月份建成,区内种植各种生活型水生植物,并实施诸多生态重建措施,详细情况见陈开宁等报道’〕从图的结果可以看出,围隔内生态重建区域的、含量比西五里湖区无生态重建措施的对照区有显著下降,水体透明度也有较大幅度提高图,水环境质量明显改善含量在月份出现一个很高的峰值是五里湖周边的花卉施肥和排污所致图大型围隔内水生植物及采样点分布生态重建对藻类生物量及种类组成的影响铭由图可见,在生态恢复初期年一月围隔内藻类生物量平均比西五里湖对照区低陈开宁等浮游植物时湖泊水体生态重建的响应—以太湖五里湖大型围隔示范工程为例,‘ 丹马,‘口、的‘︶卜︵乏怕￡︶月 年年‘‘‘山‘曰曰‘曰‘年年月︵护 ︶明多朋︵‘‘︶侧留蝴月 年年月 年年图围隔内、西五里湖区水体总氮、总磷含量以及透明度、温度的变化,,,,肠进人月份后,围隔内藻类大量增殖,生物量远高于湖区,高的生物量一直维持至月份,一月围隔内藻类生物量平均比对照区高,全年中仅月份一个月明显低于湖区次年,围隔内藻类生物量仅有月份显著高于湖区,而一月份、一月份和月份均低于湖区、和,全年平均值低于湖区,表明生态重建区的第二年藻类生长受到一定程度抑制然而,从第一年的结果看,尽管生态重建区内种植了大量水生植物,覆盖度达到一,水体氮磷含量有较大幅度的下降,水体透明度也被提高了近一倍图,但是藻类却大量生长可见,生态重建的初期,虽然水质有所改善,但藻类生物量并没有降低,反而出现大量增殖现象而且,改变的水体环境更有利于蓝藻生长,进人月份,蓝藻生物量不是逐步增加,而是迅速增殖,暴发式增长图、图,而湖区蓝藻则是于一月份逐渐增加,并逐步转为优势种群图围隔内藻类以及蓝藻的增殖方式可能是其生长的阻滞力骤然消失或迅速减弱所致,或者是促进力的增加生态重建措施对藻类生物量种类构成影响的结果如图结果显示,生态重建初期《科年一月份围隔内和湖区的藻类以隐藻为优势种,占一进人月份,优势种转变为绿藻和硅藻,分别占一和一至月份,湖区的优势种不明显,围隔内以的裸藻占优势但月份以后,围隔内蓝藻大量生长,并骤然 成为优势种类,、月占和,一月占一科,并使翌年全年中有一定量的蓝藻于水体中生长年生态重建的第二年一月,围隔内藻类的种类较多,优势种不明显一月份以蓝藻占优势,占一月一月转为绿、〔一’汉一围隔内通卜 咽‘’,办件八廷‘年年月图围隔内和西五里湖水域的藻类生物量的动态变化颐。

压加阵《藻为优势种类,占科一月优势种不明显而湖区于抖年月份开始,蓝藻生物量逐渐增加,月份达最高,、、月蓝藻分别占、、月份以后则以隐藻和硅藻占优势年月份情玩湖泊科学,,况较为特殊,藻类和蓝藻生物量均较高,其现象较难解释一月份基本以隐藻和硅藻占优势,月份以后,逐渐转变为绿藻为优势种类由此可见,生态重建改变了原五里湖以隐藻和硅藻为优势的状况此外,监测数据也显示,金藻仅在冬季出现围隔内︵冰︶出众恤︵水 ︶公余劝月月 年年年年蓝藻口绿藻田隐藻皿金藻 口 甲藻国裸藻圈硅藻图围隔内和五里湖对照区藻类生物量种类构成的动态变化伴代恤从蓝藻组成结构方面看,在生态重建第一年的冬末春初仅出现色球藻和蓝纤维藻刀配￡对侃侃叩以束丝藻月 入“如或颤藻为优势种出现在温度相对低的春季、夏初和秋冬季节 微囊藻材交况”主要发生在温度高的夏季图仪碎年围隔内和湖区微囊藻为优势种类的现象发生在一月份,而年围隔内出现此现象仅月份一个月,但湖区则从月份至月份维持了此现象个月此外,秋季围隔内的蓝藻种类比湖区多,出现了湖区没有的螺旋藻 助耐和项圈藻由此可见,尽管生态重建的第一年没有控制住藻类生长,反而使其中的蓝藻大量增殖但在第二年,生态重建区的环境条件逐渐对藻类,包括其中的蓝藻以及微囊藻产生了抑制作用围隔内︵水 ︶七余妞月 年年月 年年︵岁︶妇卞妞口绿球藻圈束丝藻 口席藻微囊藻肘星藻口蓝纤维藻目颇藻圈 裂面藻团尖头藻项圈藻图围隔内和五里湖对照区蓝藻生物量种类构成的动态变化面哪代丑旅类和蓝旅生物与水质参数间相关性为了分析藻类以及其中蓝藻生长的驱动因素,利用统计软件,计算仪瞬年月一年月大多数监测点次的藻类及蓝藻生物量与水质参数间相关性,结果见表表中结果表明,藻类总生物量与、一呈极显著的负相关,与件、一、以及。

呈极显著的正相关,说明较低的比值一,平均可能有利于藻类生长,,一可能是藻类生长所需的氮素营养来源 另外,藻类生物量的增加使水体、和浓度升高蓝藻生物量与、、一、一、一及一呈极显著的负相关,与藻类总生物量、呈极显著的正相关,其中蓝藻生物量与的相关性高于藻类总生物量与的,说明较低的比值更可能有利于蓝藻的生长 同时也说明,蓝藻的生长降低了水体中三态氮以及正磷酸盐,总氮降低与蓝藻生物量增加相伴随陈开宁等 浮游植物对湖泊水体生态重建的响应—以太湖五里湖大型围隔示范工程为例表藻类及蓝藻生物量与水质参数间相关性二介】,二‘以咧”以】侧犯一,二以洲以刃仪刃’拼《刃以刃二一,二《 洲 洲侧刃」 洲 洲汉洲 刃旧一一二侧 洲《刃以《 旧一一二二二二洲洲以口沉《 兀 旧侧洲」 洲阳月一一一一巧‘二《洲 洲《叉 刃仪刃《联一一伪科二二二’二《兀旧〕汉】以刃泊侧刃侧刃仇一二二一,二的肠’‘拟《拟阅侧刃,仪刃侧阅以洲仇一二‘一‘二伪‘’一·仪旧仪刃拟仪旧加阅侧洲表示相关性极显著旅类多样性指数的动态变化图是围隔内和西五里湖区藻类多样性指数的变化与比较结果整体而言,生态重建并没有显著提高围隔内藻类多样性,生态重建的第二年仅月份、月份和一月份围隔内高于湖区的 相反,湖区多样性指数则多个月份显示较高,超过从水质、水生植物生长与覆盖情况以及上述的结果看,生态重建区域的水环境比湖区有了大幅度的改善由此可见,藻类多样性指数增加并不能完全反映水环境改善状况,因此,在评价水环境质量方面,单凭藻类多样性指数变化并不能准确反映水环境状况,应该结合其他多种因素进行综合评价讨论浮游植物生长不仅受到光照、营养盐、温度、无机碳等非生物因素影响,而且也受到浮游动物、食浮游生物鱼类、水生高等植物以及微生物的生物多种因素的限制,上行效应与下行效应理论’较经典地描述它们之间的作用关系从本研究的结果看,尽管生态重建区围隔内栽种有大量水生高等植物,以抖年月份的覆盖率已达到以上川,但是,进人月份后,水生高等植物并没有对水体中藻类生长产生较大的抑制作用,相反,藻类生物量大大超过了无水生高等植物生长的湖区,并且蓝藻水华大量暴发,时间持续了近个月生态重建的第二年年,水生高等植物覆盖率进一步增加,达到以上,围隔内藻类生物量仅有月份显著高于湖区,全年中有个月低于湖区,蓝藻在水面形成漂浮水华现象仅出现夏季月份中一周左右时从反湖泊科学,,,翻架划世姚图围隔内藻类多样性指数与湖区比较肠间,表现出水生高等植物对藻类有抑制作用,但是,藻类的全年平均生物量并没有显著降低那么究竟是什么原因造成蓝藻大量暴发从水体营养盐变化的观测结果分析,《 】抖年一月围隔内氮含量没有增加,反而有所下降,磷含量有一定幅度上升,但并没有湖区增加的高,而月份藻类的生物量却比湖区高得多年在藻类大量增殖的月份,围隔内水体氮含量也没有增加磷有小幅度上升比较湖区而言,从科年月份起,围隔内水体中氮磷营养盐比湖区有显著下降,但没有对藻类生长生产较大抑制作用水体氮磷含量与藻类相关性分析结果也显示,水体氮磷含量与蓝藻生物量增加没有正相关关系,只有与总藻类生物量存在正相关关系这些结果表明,氮磷营养盐并不是围隔内蓝藻大量暴发的决定因素,同时也说明上行作用力并没有通常认为的强烈光照和温度对藻类生长亦有一定的影响从水下光照方面看,围隔内水体透明度从又年月份开始已有显著提高,水下有效光合层增大,有利于水柱中藻类进行光合作用,增加水柱的初级生产力,进而促进藻类生长繁殖从水温方面看,抖年月份水温升高至℃,此时,藻类生物量达到最高,其中主要由蓝藻构成而年水温上升的比仪阵年早,于月份即达到℃,藻类生物量也相应地于月份迅速增加图一图因此,温度上升也在一定程度上促进藻类大量增殖,且℃以上的水温较适宜蓝藻大量增殖但比较围隔与湖区两块水域表明,藻类的暴发式增长还存在其他作用更为强烈的影响因素从营养链级作用或下行效应方面分析,藻类的增长受到上一级的浮游动物限制,其中大型植食性浮游 。