湖南株树桥水库浮游植物群落结构动态及水质评价

论文摘要

株树桥水库是湖南省长沙市的第二水源水库,作为水源水库对水质要求非常高。为研究株树桥水库富营养化的时空变化特征和开展基于浮游植物群落的生态系统健康评价,于2016年4月至2017年2月对株树桥水库五个站点的水环境因子和浮游植物进行了垂直分层采样,采样频率为每2个月一次。主要研究结果如下:1.株树桥水库的水环境因子表现出明显的时空变化特征。各个环境因子具有显著性相关关系,对环境因子的主成分分析（PCA）发现pH和光照强度是环境因子中的主要的影响变量,叶绿素含量变化主要受水温和氮磷含量变化的影响,水体热分层的出现和消失和人为干扰是湖沼学参数在水柱垂直断面上变化的主要原因。水体钙镁含量判断水体硬度为极软水（Ca:0.81～1.39mg/L,Mg:1.32～1.75mg/L）,水体受有机污染物、无机污染物和重金属污染物（0～2.62μg/L）影响较小。2.研究期间浮游植物共检出7门171种（属）,以绿藻、蓝藻和硅藻为主。浮游植物群落演替具有明显的季节变化和垂直变化,丰度和生物量均表现为12月值最小,8月最大,10m以下水层丰度和生物量有显著减少,浮游植物群落的时空变化与水温变化、体热分层效应、光照强度以及营养盐的有关;上下游湖沼学参数和浮游植物群落结构存在差异,库区水域环境的空间变化是造成不同区域浮游植物群落结构差异的主要原因。3.蓝藻和绿藻的主要影响因子相似,蓝藻更受温度影响,而绿藻生长与PO43--P增长有关。卵囊藻、小球藻、双对栅藻、针杆藻、小环藻、隐藻和尖尾蓝隐藻为全年优势种,不同时期的优势种存在差异。全年绿藻门和硅藻门多数优势种在全年时空变化下的适应性较强,在资源利用上竞争激烈。针杆藻、隐藻和多甲藻等水华藻类在夏季占优势,因此这个时期需要注意浮游植物的潜在爆发性增长。4.本研究划分出24个浮游植物功能群,功能群和生长策略具有明显季节周期性变化的时空演替特征,功能群演替序列为4月X2+Y+F+Lo→6月D+J+Lo→8月F+X1+P→10月F+X1+Lo→12月C+Y+X2→次年2月Y+X2+Lo,相应的生长策略的演替序列为:C+CRS+CS+S→S+R→CS+R→CS+S→CR+CRS+C→CRS+C+S。两个相邻站点之间的浮游植物和环境因子的时空变化具有较强的相似性。对浮游植物功能群与环境因子的典范对应分析（CCA）、生长策略与环境因子的冗余分析（RDA）发现,水温、pH、TP（总磷）和DIN（可溶性无机氮）是影响浮游植物功能群的演替的主要环境因子。5.运用综合营养状态指数（TSI）、多样性指数（H）、浮游植物功能群生态指数（Q）这三种评价方法表明,水库的上游水质比较下游的差,上下游的浮游植物优势种存在差异,上下游水域特征差异是主要原因;6月水体呈富营养化状态,其他时期为中营养状态,冬季的水质最好。RDA分析发现水温变化是生物和非生物指标季节变化的主要驱动因素。6.营养物添加生物学实验（NEB）表明浮游植物群落变化受氮、磷含量的影响,同一时期浮游植物对外界营养盐输入的响应时间相似,浮游植物增长速率均为波动性增减,这与环境条件、浮游植物优势种组成、浮游植物生长策略有关,优势种不同也会导致对营养盐添加的响应机制不同。实验室实验的浮游植物增长效果比现场实验的显著,温度和光照也是影响浮游植物生长的重要环境因子。多因素方差分析（ANOVA）表明单独添加磷对浮游植物刺激作用较单独添加氮显著,其中针杆藻受磷限制最为显著,氮、磷同时添加对蓝藻和绿藻的刺激作用最大。当TN（总氮）:TP=19.87时浮游植物具有最大生长,当TN和TP浓度分别在0.9～13.59mg/L和0.02～0.684mg/L时能促进浮游植物增长。叶绿素（Chl.a）与总磷的线性归回拟合性较强,并得到回归方程:Log10（Chl.a）=2.154+0.5103×Log10（TP）,叶绿素与总氮、总磷的二元回归方程:Chl.a=33.84+1.769TN+123.9TP,可通过总磷的浓度变化来预测叶绿素浓度变化。7.株树桥水库富营养化的程度主要受水中营养物水平、气候、水文条件等因素的影响。富营养化防控首先要注意春末夏初时节硅藻水华的爆发,同时削减氮、磷营养盐的入库通量,将总磷和总氮浓度分别控制在0.02mg/L和0.9mg/L以下,将降低硅藻水华发生的风险;水库取水深度应设置在10m以下水层,以避免浮游植物丰度较高的水层;加强对水库投放鱼类的调控;减少人为干扰对水库水质的影响,如捕鱼时期人为降低水位和围网捕鱼对水质扰动,以及加强对上游居民区生活污水及生活垃圾的监管。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 水库富营养化

1.2 富营养化研究进展

1.3 富营养化评价

1.3.1 浮游植物功能分类与演替

1.3.2 氮磷限制因子

1.3.3 营养物累积生物学评价实验

1.4 研究区域背景、目的和意义

1.5 研究内容、研究方法及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究方法及技术路线

1.5.3 技术路线

第二章株树桥水库富营养化湖沼学参数时空分布特征

引言

2.1 材料与方法

2.1.1 采样时间和站点的设置

2.1.2 理化因子分析方法

2.1.3 数据分析方法

2.2 结果与分析

2.2.1 物理变量的时空分布变化

2.2.2 化学变量的时空分布变化

2.2.3 重金属

2.2.4 水环境因子相关性

2.3 讨论

2.3.1 水环境因子时空分布特征以及主要环境因子

2.3.2 水环境因子之间的相互关系

2.5 小结

第三章株树桥水库浮游植物群落结构及优势种生态位分析

引言

3.1 材料与方法

3.1.1 采样时间和站点的设置

3.1.2 样品的采集及处理

3.1.3 浮游植物出现频率

3.1.4 优势种、生态位宽度和生态位重叠

3.1.5 数据分析方法

3.2 结果与分析

3.2.1 浮游植物群落结构的时空变化

3.2.2 浮游植物群落结构变化与环境因子的关系

3.2.3 浮游植物优势种及其生态位宽度和重叠

3.3 讨论

3.3.1 浮游植物群落特征

3.3.2 浮游植物优势种生态位

3.4 小结

第四章株树桥水库浮游植物功能群时空演替特征及其影响因子

引言

4.1 材料与方法

4.1.1 采样时间和站点的设置

4.1.2 样品的采集及处理

4.1.3 数据分析方法

4.2 结果与分析

4.2.1 浮游植物功能群的划分

4.2.2 浮游植物优势功能群的划分

4.2.3 浮游植物功能群群落时空演替特征

4.2.4 浮游植物功能群CRS-生长策略的时空变化

4.2.5 浮游植物功能群在不同样点的差异

4.2.6 浮游植物功能群及其生长策略时空演替的影响因子

4.3 讨论

4.3.1 浮游植物功能群时空演替特征及原因

4.3.2 浮游植物功能群演替的影响因子

4.4 小结

第五章不同水生态评价方法对株树桥水库富营养化评估

引言

5.1 材料与方法

5.1.1 采样时间和站点的设置

5.1.2 样品的采集及处理

5.1.3 数据分析方法

5.2 结果与分析

5.2.1 生态状态的时空分布情况

5.2.2 环境因子对生态状态评价指标的影响

5.3 讨论

5.3.1 生态状态指标的时空变化

5.3.2 生态状态指数与环境因子的关系

5.4 小结

第六章株树桥水库浮游植物增长生物学评价模拟实验

引言

6.1 材料与方法

6.1.1 实验室实验

6.1.2 现场实验

6.1.3 数据分析

6.2 结果与分析

6.2.1 NEB实验浮游植物群落结构和丰度变化

6.2.2 优势浮游植物

6.2.3 增长速率

6.2.4 叶绿素相对比较系数

6.2.5 浮游植物增长与营养物添加的回归模型

6.3 讨论

6.3.1 浮游植物生长速率变化

6.3.2 浮游植物对氮磷变化的响应

6.4 小结

第七章总结与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

7.3 本研究特色与创新之处

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 黄国佳

导师: 王晓清,陈宇顺,杨品红

关键词: 富营养化,浮游植物群落,水生态健康评价,株树桥水库

来源: 湖南农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 湖南农业大学

分类号: Q948.8

DOI: 10.27136/d.cnki.ghunu.2019.000442

总页数: 147

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