水动力条件对三峡水库浮游植物生理生态特性的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henrychen999
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三峡工程是备受世界瞩目的水利工程,其在防洪、发电、航运、灌溉等方面带来了巨大的社会经济效益,同时,大坝建设也对库区生态环境产生了深远影响。三峡蓄水后,水库回水区水动力条件发生了显著变化,水流速度减缓,在干支流中均出现了不同程度的富营养化和藻类“水华”,影响水库水生态系统的稳定,威胁水资源的安全。为了解水动力条件对三峡水库浮游植物群落结构的影响,本研究选择干流和支流库湾有代表性的水域开展浮游植物群落的时空动态、水动力特性及环境因子的定点监测,分析了干、支流不同水动力条件下浮游植物的时空分布特点及其与环境因子的关系;并通过原位实验和室内模拟实验研究不同水动力条件对蓝藻、硅藻、绿藻等优势种的影响机制和临界扰动值;主要研究结果如下:  1.通过对三峡水库干流坝前水域和支流香溪河库湾的周年调查,认识了两个水域在水动力影响下浮游植物时空动态与理化因子的变化,结果表明三峡水位变动和流量流速变化构成了干、支流独特的水文情势;干、支流水动力条件的差异造成了水体理化因子变化的差异和浮游植物季节演替及空间分布的差异。干、支流浮游植物群落共鉴定藻类6门46属,春、冬季干支流占优势地位的主要是硅藻,夏、秋季干流主要是蓝藻、绿藻和硅藻占据优势地位,而支流则以蓝藻为主要优势种。支流流量流速显著低于干流(p<0.05),水体稳定性增强,硅藻丰度降低,蓝藻和绿藻所占比例升高。干流流量较大,水体稳定性较低,浊度增大,降低了浮游植物对光的可利用性,抑制了生长,导致Chl a浓度和浮游植物丰度显著低于支流(p<0.05),表明较大的流量有助于抑制浮游植物的生长,降低水华暴发的风险。  2.采用香溪河支流高岚河的原水进行了原位人工受控条件下不同流速对浮游植物生长的中宇宙模拟试验。流速设置为0 m/s,0.05 m/s,0.08 m/s以及0.15 m/s。结果表明,不同水流流速对于不同浮游植物生长产生不同的影响。低流速(0.05 m/s)有利于蓝藻生长并保持较高Chl a浓度和多样性,随着流速增强,蓝藻生长受到抑制,Chl a浓度下降,水体中优势种逐渐由蓝藻转变为硅藻。不同流速对浮游植物群落组成的影响不同。在0 m/s组蓝藻、绿藻和硅藻的丰度分别为83%,12%,3.4%;0.05 m/s组蓝藻丰度降至28%,硅藻丰度增加至67%,绿藻丰度为5%;0.08m/s和0.15 m/s硅藻丰度都达到了70%以上,蓝藻丰度均降至20%,绿藻丰度保持在5%左右。说明随着流速增大,蓝藻逐渐被能够适应流速生长的硅藻取代。不同优势种的临界扰动具有物种特异性,0.08 m/s为微囊藻(Microcystis spp.)和假鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)生长的临界扰动,0.15 m/s为泽丝藻(Limnothrix sp.)生长的临界扰动。研究认为针对不同优势种生长的临界扰动进行水力调度可以预防或调控藻类水华的发生。  3.利用涡轮搅拌人工造流装置设定了五种紊流能量耗散率(0 m2s-3、7.20×10-5m2s-3、5.75×10-4 m2s-3、1.94×10-3 m2s-3和4.64×10-3 m2s-3)开展铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa),小环藻(Cyclotella sp.)、针杆藻(Synedra sp.)和被甲栅藻(Scenedesmusarmatus)的批次培养,测定藻细胞的比生长速率、叶绿素荧光、氮磷的吸收和碱性磷酸酶活性(APA)。结果表明,紊流扰动显著影响藻细胞的生理活性;四种藻细胞对不同能量耗散率的生理响应具有显著差异,铜绿微囊藻、梅尼小环藻、针杆藻、被甲栅藻分别在紊流能量耗散率为5.75×10-4 m2s-3、7.20×10-5 m2s-3、1.94×10-3m2s-3、5.75×10-4 m2s-3的处理下有最高生理活性和比生长速率。适度的紊流扰动能通过显著提高浮游植物细胞电子传递速率(ETR),并增强细胞对氮、磷的吸收和APA活性(p<0.05),从而加速细胞的生长和增殖。然而,超过各自最适值的紊流扰动对四种浮游植物的生长和生理活性均造成了不同程度的抑制作用。高强度的紊流扰动作用是通过显著降低藻细胞对氮、磷的吸收速率,APA值和ETR值以抑制浮游植物的生长和增殖(p<0.05)。因此推论1.94×10-3 m2s-3、5.75×10-4 m2s-3、4.64×10-3 m2s-3、1.94×10-3 m2s-3分别为铜绿微囊藻、小环藻、针杆藻、被甲栅藻的临界扰动值。研究认为能够通过制造高于临界扰动的水动力条件,对水华优势种的生理活动产生影响以抑制其生长,达到消除藻类水华的目的。
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