水库群浮游植物群落演替研究——以三峡水库湖北段为例

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新建水库的生态学研究一直是湖沼学领域比较薄弱的部分,也是水库生态学研究的焦点。作为主要的初级生产者,浮游植物扮演了水生态系统响应自然和人为影响的中心角色。自2003年6月三峡水库蓄水后,水位上升、水体滞留时间延长、流速减缓,水环境发生了很大改变。与此同时,大量入库支流被淹,形成大大小小的众多库湾。2010年10月后三峡水库第一次接近满库容状态,此后三峡水库按调度规程运行,年内水位变幅高达30 m。剧烈的水位波动对浮游植物演替具有深远影响。本研究选取三峡水库湖北段(干流和四个主要库湾)以及香溪河流域梯级水库为研究区域,通过研究浮游植物群落的演替,探讨大型水利工程的生态学效应,从而为水库的生态管理提供理论基础。主要结果如下:  1.根据水体滞留时间,2003年1月至2013年7月期间三峡水库干流在汛期和非汛期分别属于完全混合型系统和过度型系统,不易出现水体分层,即使在到175m水位运行时,水库干流仍以河流型水体为主。然而,包括香溪河库湾在内的绝大多数库湾越来越属于湖泊型水体,已经具有形成水体稳定分层的特征。  2.2003年1月至2013年7月期间,在水库干流和香溪河库湾,总氮和总磷已经远远超过富营养化状态的临界值。非藻类浊度控制水下光衰减而成为限制藻类生长的关键因素。不排除香溪河库湾出现氮磷和浮游动物摄食的限制。自蓄水以来,水体营养状态并没有显著变化。水库干流总体上处于中营养状态,非藻类浊度对水文条件具有强烈的响应;香溪河库湾处于富营养状态,非藻类浊度,叶绿素和总氮均对水文条件有较弱的响应。  3.2003年1月至2013年7月期间共发现浮游植物176个分类单元,其中以硅藻居多,其次为绿藻。水库干流营养盐远大于香溪河库湾,但浮游植物物种丰富度、平均密度和生物量均显著低于香溪河库湾。10年来,浮游植物密度与生物量呈现微弱上升趋势,在季节间差异显著,年间差异不显著。浮游植物群落经历不同的演替方式,水库干流一直以硅藻为优势,香溪河库湾受干流回水影响则经历硅藻+甲藻到硅藻再到硅藻+隐藻+绿藻占优势的模式。香溪河库湾浮游植物受水动力条件以及氮磷的影响,而在水库干流影响不显著。  4.从浮游植物功能群角度研究了水库干流和香溪河库湾2003年1月至2013年7月期间浮游植物的时空分布动态。大于总生物量5%的优势种有86个,分属16个功能群。B、D和Y组是水库干流最主要的功能群,蓄水以来功能群组成没有发生显著变化,D、Lo和Y香溪河库湾最重要的3个功能群。D、Lo组在一期蓄水前期占优势,而Y组在三期蓄水阶段的比例较高。多数浮游植物类群与水温、光、营养和水动力条件等有显著相关性。基于浮游植物功能群的Q指数评价表明水库干流和香溪河库湾生态状态差异不显著,均为中等水平。  5.于2011年10月、2012年1月、4月和7月对水库干流以及香溪河库湾、童庄河库湾、袁水河库湾和青干河库湾等四个不同库湾的浮游植物群落进行时空动态比较研究。结果表明,水体之间具有显著的季节差异。水库干流具有较高的磷和硅酸盐含量、悬浮物浓度和混合深度,四个库湾仅在营养盐含量间存在显著差异。非度量多维度排序分析显示:浮游植物季节间的相似性远大于每个库湾内的相似性。秋季,五个库湾的群落结构非常相似;冬季,童庄河与青干河、袁水河库湾浮游植物群落最为相似;春夏季节水体之间的相似性较低。  6.于2011年10月、2012年1月、4月和7月对香溪河流域的三个梯级水库(库湾)(古洞口一级水库、古洞口二级水库和香溪河库湾)的浮游植物群落进行了比较生态学研究。沿着水库的梯度,水体营养水平(氮、磷、硅和碳)逐渐上升,溶解氧水平逐渐降低。水库的梯级开发实质性地改变了香溪河天然的水文节律。梯级水库通过对河水的截留从而对营养物质产生了明显的截留,在一定程度上缓解了下游河流的营养水平。浮游植物平均密度沿着水库的梯度逐渐增加,生物量相差不大。三个水库(库湾)的群落结构在夏季和冬季分化较明显,春秋季分化不明显,且水库中位于河流区的样点明显偏离湖泊区与过渡区的样点。硅酸盐含量和水温是影响香溪河流域梯级水库浮游植物群落结构的主要因素。  7.局地物种丰富度(Local Species Richness,LSR)和区域物种丰富度(Regional Species Richness,RSR)之间的关系最近越来越多地吸引着科学家们的关注,然而先前的研究主要是在空间尺度上进行的,而对于LSR-RSR关系在时间尺度上的格局却知之甚少。本研究定义一个样点为局地尺度,一个水库(库湾)为区域尺度来研究区域物种库和局地环境特征对局地物种丰富度影响。结果表明,四季局地物种丰富度和区域物种丰富度为线性关系,显示了区域物种库影响的重要性。方差分解分析表明,除秋季外,其他季节均未发现环境参数的重要性,说明区域尺度上的因子影响了局地群落。对于浮游植物和三峡水库来说,物种扩散和强烈的水文干扰可能比局地尺度上的这些环境参数具有更强的影响作用。
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