三峽水庫(kù)運(yùn)行初期小江回水區(qū)藻類(lèi)生境變化與群落演替特征研究.pdf

1、三峽水庫(kù)成庫(kù)后，大多數(shù)支流回水區(qū)水華的頻繁暴發(fā)已成為當(dāng)前最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一。同湖泊相比，物理邊界的不穩(wěn)定使得支流回水區(qū)水華成因具有特殊性和復(fù)雜性。本文以庫(kù)區(qū)中段支流——小江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)其回水區(qū)段展開(kāi)了為期2年(2007年5月～2009年4月)的定位觀測(cè)研究。以藻類(lèi)群落生境選擇學(xué)說(shuō)和生態(tài)功能分組為基礎(chǔ)，從以下3個(gè)層面探究水庫(kù)運(yùn)行初期小江回水區(qū)藻類(lèi)生境季節(jié)變化對(duì)群落演替的影響，以期為“后三峽”時(shí)期支流回水區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化管理和水華預(yù)

2、測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)分析。
　　 (1)藻類(lèi)生境的總體特點(diǎn)與季節(jié)變化過(guò)程
　　 在HEC-RAS平臺(tái)上建立了小江回水區(qū)一維水動(dòng)力模型，對(duì)其水動(dòng)力特點(diǎn)進(jìn)行了分析。小江回水區(qū)水體滯留時(shí)間變化范圍為3.8～157.0d，呈過(guò)流型(水體滯留時(shí)間小于20d)水庫(kù)特征的時(shí)段占15.6％，主要集中在5～8月的夏季主汛期，處于過(guò)渡型狀態(tài)(水體滯留時(shí)間為20d～300d之間)的時(shí)段約占84.4％。小江回水區(qū)倒灌現(xiàn)象主要集中于9月下旬至11

3、月上旬蓄水期間，最遠(yuǎn)影響范圍約2km。
　　 研究期間，總氮(TN)、總磷(TP)、溶解性硅(DSi)濃度均值分別為1623±30μg·L-1、75.9±2.5μg·L-1和7982±130μg·L-1，總體呈中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。以硝態(tài)氮(NO3--N)為主的溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮(DIN)是氮素的主要賦存形態(tài)，顆粒態(tài)磷(PP)是磷的主要賦存形態(tài)。氮、磷含量及其不同賦存形態(tài)構(gòu)成受水庫(kù)調(diào)蓄和降雨徑流過(guò)程影響顯著。入汛后，NH4+-N相對(duì)豐度顯著增加

4、，水體所表征出的還原性特點(diǎn)越強(qiáng)；顆粒態(tài)磷(PP)在降雨、徑流作用下，隨無(wú)機(jī)顆粒物一起輸入水體，成為T(mén)P的主要組分。在高水位運(yùn)行狀態(tài)下，無(wú)機(jī)氮素形態(tài)更傾向于向NO3--N轉(zhuǎn)化，NH4+/NO3-顯著降低；水體滯留時(shí)間延長(zhǎng)促進(jìn)了PP的沉淀，且水質(zhì)理化特性的改變使SRP成為T(mén)P的主要賦存形態(tài)。2年觀測(cè)期內(nèi)TN/TP總體呈下降趨勢(shì)，小江回水區(qū)藻類(lèi)生長(zhǎng)總體受磷限制，但在冬末至夏初季節(jié)易出現(xiàn)氮限制的狀態(tài)。
　　 研究期間，小江流域太陽(yáng)輻射年

5、值分別為4007.98MJ·m-2和3542.76MJ·m-2，光合作用有效輻射(PAR)在太陽(yáng)輻射中所占比重約為0.522。水下光學(xué)衰減系數(shù)(Kd(λPAR))、真光層深度(Deu(λPAR))、透明度(SD)和上層水溫均值分別為0.916±0.037m-1、6.64±0.22m、170±7cm和20.52±0.39℃，季節(jié)變化顯著。采用因子分析和多元回歸分析方法對(duì)真光層深度的主要影響因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，春季、夏季和秋季(變水位、低水位

6、)無(wú)機(jī)懸浮顆粒(PIM)是影響真光層深度的主要因素。冬季高水位下，懸浮生長(zhǎng)的藻類(lèi)成為影響真光層深度的主要因素。
　　 (2)藻類(lèi)群落演替的生態(tài)學(xué)特征
　　 研究期間，藻類(lèi)細(xì)胞密度、生物量分別為(59.285±7.853)×105cell·L-1、4589±652μg·L-1，峰值出現(xiàn)的時(shí)間大致在冬末春初(2～3月)、春末夏初(4～5月)和夏末初秋(8月下旬～10月上旬)，而谷值多在冬季(12～1月)。共檢出藻類(lèi)8門(mén)117

7、屬320種，春、夏季藍(lán)藻、甲藻占優(yōu)，秋、冬季則以硅藻、隱藻為主。
　　 小江回水區(qū)共有26個(gè)藻類(lèi)生態(tài)功能組，代表性功能組為J/F/H1/P/LO/LM/B/Y/G/C。功能組季節(jié)演替存在差異，但C-R-S生長(zhǎng)策略季節(jié)演替存在重現(xiàn)性，基本演替特點(diǎn)是：春季開(kāi)始，S-CS型藻類(lèi)占優(yōu)，在夏季汛期易出現(xiàn)CR/CS頻繁交替的混生型藻類(lèi)群落特點(diǎn)，秋末開(kāi)始逐漸向R-CR型藻類(lèi)群落演替，于次年2～3月中旬在短時(shí)間內(nèi)演替為S-CS型藻類(lèi)占優(yōu)的群落格

8、局。在全年的觀測(cè)尺度上，小江回水區(qū)藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)具有演替階段明顯的特點(diǎn)。
　　 (3)藻類(lèi)群落季節(jié)演替對(duì)生境變化的響應(yīng)特點(diǎn)
　　 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，藻類(lèi)生長(zhǎng)對(duì)NO3--N、磷酸鹽(SRP)等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的攝取利用過(guò)程明顯，受太陽(yáng)輻射、水溫的影響顯著，但其對(duì)TN、TP、TN/TP的生態(tài)響應(yīng)卻尚不明晰。研究建立了表征水動(dòng)力條件下真光層內(nèi)的藻類(lèi)可利用能量Ef指數(shù)，并根據(jù)水體滯留時(shí)間形成了E*f和E*f-SD指數(shù)，藻類(lèi)群落豐度與E*f

9、-SD指數(shù)的相關(guān)性優(yōu)于其同水溫的相關(guān)性。
　　 利用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)建立了藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境變量的相互關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)運(yùn)行水位、水體滯留時(shí)間和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、水溫是影響該水域藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因素。在低水位條件下水中懸浮顆粒物濃度(TPM)和NH4-N對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響顯著，高水位條件下太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、水溫和徑流量的改變對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響明顯。以藻類(lèi)生態(tài)功能分組為基礎(chǔ)的CCA模型對(duì)藻類(lèi)-環(huán)境變量關(guān)系的解釋能力顯著優(yōu)于以藻類(lèi)

10、生物學(xué)分類(lèi)為基礎(chǔ)的CCA模型。
　　 對(duì)水庫(kù)調(diào)蓄下的水動(dòng)力條件、營(yíng)養(yǎng)物濃度及賦存形態(tài)、水體光熱傳輸特點(diǎn)和藻類(lèi)群落豐度季節(jié)變化等環(huán)境生態(tài)要素進(jìn)行聚類(lèi)分析，獲得水庫(kù)調(diào)蓄下小江回水區(qū)藻類(lèi)生境變化與群落演替8個(gè)典型時(shí)段，分別為4月下旬～5月(或6月上旬)、6月(或中旬)～7月下旬(或8月上旬)、8月～9月、10月上旬、10月下旬～12月上旬、12月下旬～2月上旬、2月下旬～3月上旬、3月下旬～4月上旬。在藻類(lèi)生態(tài)功能分組基礎(chǔ)上，嘗試建立

11、了水庫(kù)運(yùn)行初期小江回水區(qū)藻類(lèi)群落演替的宏觀生態(tài)模式。
　　 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　 (1)在三峽水庫(kù)支流水華的研究中，首次引入藻類(lèi)生境選擇學(xué)說(shuō)和生態(tài)功能分組概念分析、探究藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的生態(tài)特征與演替過(guò)程。在物理邊界不穩(wěn)定的過(guò)渡型生態(tài)系統(tǒng)中，建立了藻類(lèi)生態(tài)功能組同環(huán)境變量的多元統(tǒng)計(jì)模型并進(jìn)行了有效性驗(yàn)證，拓展了藻類(lèi)生境學(xué)說(shuō)和生態(tài)功能分組的運(yùn)用范圍。
　　 (2)提出藻類(lèi)可利用能量指數(shù)的概念，并對(duì)其進(jìn)行概化；嘗試