三峽水庫運行初期小江回水區(qū)藻類生境變化與群落演替特征研究.pdf

1、三峽水庫成庫后，大多數(shù)支流回水區(qū)水華的頻繁暴發(fā)已成為當前最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題之一。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雜性。本文以庫區(qū)中段支流——小江流域為研究對象，對其回水區(qū)段展開了為期2年(2007年5月～2009年4月)的定位觀測研究。以藻類群落生境選擇學說和生態(tài)功能分組為基礎，從以下3個層面探究水庫運行初期小江回水區(qū)藻類生境季節(jié)變化對群落演替的影響，以期為“后三峽”時期支流回水區(qū)的富營養(yǎng)化管理和水華預

2、測提供基礎數(shù)據(jù)和科學分析。
　　 (1)藻類生境的總體特點與季節(jié)變化過程
　　 在HEC-RAS平臺上建立了小江回水區(qū)一維水動力模型，對其水動力特點進行了分析。小江回水區(qū)水體滯留時間變化范圍為3.8～157.0d，呈過流型(水體滯留時間小于20d)水庫特征的時段占15.6％，主要集中在5～8月的夏季主汛期，處于過渡型狀態(tài)(水體滯留時間為20d～300d之間)的時段約占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，總體呈中營養(yǎng)狀態(tài)。以硝態(tài)氮(NO3--N)為主的溶解態(tài)無機氮(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)構成受水庫調蓄和降雨徑流過程影響顯著。入汛后，NH4+-N相對豐度顯著增加

4、，水體所表征出的還原性特點越強；顆粒態(tài)磷(PP)在降雨、徑流作用下，隨無機顆粒物一起輸入水體，成為TP的主要組分。在高水位運行狀態(tài)下，無機氮素形態(tài)更傾向于向NO3--N轉化，NH4+/NO3-顯著降低；水體滯留時間延長促進了PP的沉淀，且水質理化特性的改變使SRP成為TP的主要賦存形態(tài)。2年觀測期內TN/TP總體呈下降趨勢，小江回水區(qū)藻類生長總體受磷限制，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)在太陽輻射中所占比重約為0.522。水下光學衰減系數(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真光層深度的主要影響因素進行分析發(fā)現(xiàn)，春季、夏季和秋季(變水位、低水位

6、)無機懸浮顆粒(PIM)是影響真光層深度的主要因素。冬季高水位下，懸浮生長的藻類成為影響真光層深度的主要因素。
　　 (2)藻類群落演替的生態(tài)學特征
　　 研究期間，藻類細胞密度、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8門117

7、屬320種，春、夏季藍藻、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個藻類生態(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生長策略季節(jié)演替存在重現(xiàn)性，基本演替特點是：春季開始，S-CS型藻類占優(yōu)，在夏季汛期易出現(xiàn)CR/CS頻繁交替的混生型藻類群落特點，秋末開始逐漸向R-CR型藻類群落演替，于次年2～3月中旬在短時間內演替為S-CS型藻類占優(yōu)的群落格

8、局。在全年的觀測尺度上，小江回水區(qū)藻類群落結構具有演替階段明顯的特點。
　　 (3)藻類群落季節(jié)演替對生境變化的響應特點
　　 相關性分析發(fā)現(xiàn)，藻類生長對NO3--N、磷酸鹽(SRP)等無機營養(yǎng)物的攝取利用過程明顯，受太陽輻射、水溫的影響顯著，但其對TN、TP、TN/TP的生態(tài)響應卻尚不明晰。研究建立了表征水動力條件下真光層內的藻類可利用能量Ef指數(shù)，并根據(jù)水體滯留時間形成了E*f和E*f-SD指數(shù)，藻類群落豐度與E*f

9、-SD指數(shù)的相關性優(yōu)于其同水溫的相關性。
　　 利用典范對應分析(CCA)建立了藻類群落結構與環(huán)境變量的相互關系。研究發(fā)現(xiàn)，水庫運行水位、水體滯留時間和太陽輻射強度、水溫是影響該水域藻類群落結構的主要環(huán)境因素。在低水位條件下水中懸浮顆粒物濃度(TPM)和NH4-N對群落結構的影響顯著，高水位條件下太陽輻射強度、水溫和徑流量的改變對群落結構的影響明顯。以藻類生態(tài)功能分組為基礎的CCA模型對藻類-環(huán)境變量關系的解釋能力顯著優(yōu)于以藻類

10、生物學分類為基礎的CCA模型。
　　 對水庫調蓄下的水動力條件、營養(yǎng)物濃度及賦存形態(tài)、水體光熱傳輸特點和藻類群落豐度季節(jié)變化等環(huán)境生態(tài)要素進行聚類分析，獲得水庫調蓄下小江回水區(qū)藻類生境變化與群落演替8個典型時段，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。在藻類生態(tài)功能分組基礎上，嘗試建立

11、了水庫運行初期小江回水區(qū)藻類群落演替的宏觀生態(tài)模式。
　　 本研究的創(chuàng)新點包括：
　　 (1)在三峽水庫支流水華的研究中，首次引入藻類生境選擇學說和生態(tài)功能分組概念分析、探究藻類群落結構的生態(tài)特征與演替過程。在物理邊界不穩(wěn)定的過渡型生態(tài)系統(tǒng)中，建立了藻類生態(tài)功能組同環(huán)境變量的多元統(tǒng)計模型并進行了有效性驗證，拓展了藻類生境學說和生態(tài)功能分組的運用范圍。
　　 (2)提出藻類可利用能量指數(shù)的概念，并對其進行概化；嘗試