三峡水库周丛藻类生态特性研究

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周丛藻类是水生态系统的初级生产者,在水生态系统中起着重要作用:周丛藻类能大量吸收水体中营养盐和污染物,实现水质净化;周丛藻类对环境变化敏感,其生物量、群落结构、群落多样性可特异性指示水体状态,是水环境中重要的监测生物。本文旨在通过对三峡水库周丛藻类生态特性的研究,为周丛藻类应用于水质监测和水质净化提供理论基础和参考资料。  显微鉴定显示三峡水库周丛藻类主要为蓝藻、绿藻和硅藻,其中蓝藻数量最多,其次为硅藻,绿藻最少。蓝藻出现率较高的为丝状体形态;绿藻种类多,但不形成优势种;硅藻出现种类多,数量多,出现率高。综合考虑藻细胞数量和体积,确认三峡水库周丛藻类优势种为蓝藻和硅藻,二者在不同时期比例有所变化。  为比较不同基质上周丛藻的建群过程和生长特征,利用花岗岩、天然石块、PVC管、尼龙网、土工布、木板、3种聚乙烯纤维共9种材料作为周丛藻的采集基质。结果显示土工布、尼龙网上附着量最大,适用于大面积收集周丛藻。其次是木板、花岗岩和PVC管,附着量高于天然石块。3种聚乙烯纤维附着效果差,不适合作为周丛藻的附生基质。周丛藻类建群首先进入生物量逐渐增加的增长阶段,40天后进入稳定期,此时生物量增长缓慢,稳定期持续时间长,可将此阶段稳定的周丛藻群落应用于工程和研究中。  在水深0.1m、0.5 m、1.0 m、2.0 m、3.0 m、5.0 m、10.0 m共7个水层进行不同深度周丛藻类生长研究,发现0.1-1.0 m处蓝藻是周丛藻主要种类;2.0-10.0 m以硅藻为主;且蓝藻、硅藻数量比随着深度增加逐渐降低。0.1-1.0 m处周丛藻生物量较高,但0.1m和0.5 m处周丛藻类群落多样性低,2.0 m以下水层不适合周丛藻类附着,综合分析认为1.0m处是最适合周丛藻类生长的水层。Chl a-p与硝酸盐、磷酸盐呈显著正相关(P<0.05),与水温、溶解氧、电导率、氧化还原电位成显著负相关(P<0.05)。  为了解三峡水库周丛藻时空分布特征,在2015年6月至2016年5月对库区干支流周丛藻类进行调查。发现周丛藻类分布有明显季节差异,Chla含量秋季和冬季高,春季、夏季较低,细胞密度(Algae Cell Density, ACD)秋季最大,远高于其它三个季节,且夏冬春季数值相近。夏秋季周丛藻中蓝藻数量高;冬季时周丛藻主要是硅藻。香农威纳指数(Shannon-Wiener index,H)冬季>秋季>春季>夏季;丰富度指数(Margalef index,Dm)夏季>秋季>冬季>春季,多样性指数显示三峡水库水体呈中营养状态。下游支流香溪河、童庄河、袁水河、青干河水域生物量和多样性指数较高;而位于上游的大宁河和神农溪相对较低。丰富度指数从上游至下游有逐渐增高的趋势。环境因子水温、光照强度、酸碱度、硝酸盐、铵盐、总磷、透明度、氧化还原电位对库区周丛藻类群落影响最大。  为比较周丛藻类对高营养负荷水体中氮磷的去除效果,利用花岗岩、天然石块、PVC管、尼龙网、土工布和聚乙烯纤维上生长的周丛藻构建小型净水系统。发现各基质上的周丛藻对NH4+和PO43-去除率高,最高达98.89%和98.36%,含量分别在第9天和第12天降低至较低水平;对NO3-去除率最高为66.67%;周丛藻类存在时对营养盐净化快于无周丛藻时。不同基质上周丛藻类对NH4+、PO43-的去除速率前6天逐渐升高至最大值,后期开始下降;周丛藻类优先利用NH4+,当水体中NH4+处于较低水平时,NO3-吸收速率逐渐增加。周丛藻通过与浮游植物竞争营养盐来达到抑制浮游植物生长的效果。高营养水体中周丛藻存在时浮游植物种类增多,且伴有丝状绿藻的大量生长;而周丛藻中蓝藻、绿藻数量增加,硅藻数量减少。花岗岩上周丛藻对营养盐去除速率高;尼龙网上周丛藻生长状况好且附着量大,是水质净化应用中最佳的周丛藻类附着基质。为达到最佳的营养盐去除和浮游植物控制效果,营养去除时间以9天为最佳。
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