丹江口水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的研究進(jìn)展

劉曉真,李園園,馬甜瑩

(河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,河南焦作 454003)

丹江口水庫(kù)是南水北調(diào)中段水利工程的重要水源區(qū),在防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的綜合效益[1]。作為國(guó)家一級(jí)水源保護(hù)區(qū),水質(zhì)不僅會(huì)影響庫(kù)區(qū)水環(huán)境狀況,還會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)南水北調(diào)工程受水區(qū)人民的用水安全[2]。

浮游植物指的是生活在水體中、能夠直接利用無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行光合作用的水生生物,通常是指浮游藻類。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者[3, 4],其種類組成和數(shù)量結(jié)構(gòu)既受控于環(huán)境因子,還直接影響水庫(kù)水生生物鏈的整體結(jié)構(gòu)[5],對(duì)維持水域生態(tài)系統(tǒng)的平衡、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)具有十分重要的作用[6]。其群落結(jié)構(gòu)與功能也與水質(zhì)狀況密切相關(guān),在水體中特別是湖泊和水庫(kù)的水體監(jiān)測(cè)中起著極其重要的作用。因此,有關(guān)丹江口水庫(kù)群落特征的研究已有大量的報(bào)道[7-13],這些研究主要集中在物種組成、多樣性、時(shí)空分布、密度和浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征與水環(huán)境理化因子之間的關(guān)系等。文章綜述了丹江口水庫(kù)中浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的研究概況,并提出相應(yīng)的研究展望,以期為丹江口水庫(kù)水資源的保護(hù)及浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究提供理論依據(jù)。

1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

楊廣等[14]于1986～1987年對(duì)丹江口水庫(kù)浮游生物進(jìn)行了研究調(diào)查。結(jié)果表明,丹江口水庫(kù)浮游植物組成為8門92屬,種類以藍(lán)藻、綠藻、硅藻門居多。浮游植物的月平均密度為4.94×103個(gè)/L,月平均生物量為0.646mg/L。

鄔紅娟等[15]于1992年12月至1993年9月對(duì)丹江口水庫(kù)四季進(jìn)行調(diào)查,共采集到浮游植物60屬,年平均密度為42.18×104個(gè)/L。

李玉英等[16]于2004年3月至 2006年5月對(duì)南水北調(diào)中線水源區(qū)的浮游生物和理化指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測(cè),浮游植物有8門67屬161種(含變種)。

申恒倫等[17]于2007年7月至2008年6月對(duì)丹江口水庫(kù)浮游植物進(jìn)行了調(diào)查和分析,共發(fā)現(xiàn)浮游植物8門60屬110種和變種,以綠藻門、藍(lán)藻門和硅藻門為主,藻類年平均密度為4.17×106cells/L,最高密度為6.10×107cells/L,最低密度為5.16×103cells/L。

譚香等[8]對(duì)丹江口水庫(kù)的水質(zhì)和浮游植物進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn),丹江口水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)、密度和生物多樣性指數(shù)均具有明顯季節(jié)變化特征,夏季時(shí)藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)藻類,占比42.24%,春、秋和冬季均為硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,分別占比77.13%、61.29%和50.91%,浮游植物密度全年最大為夏季的1.76×106cells/L,其次為冬季和春季,而秋季的密度最低,僅有2.32×105cells/L。

王英華等[18]于2014年9月對(duì)水庫(kù)的浮游植物群落進(jìn)行了調(diào)查,共采集浮游植物6門18科24屬26種,總生物量為10.36mg/L,總密度4.25×107個(gè)/L;同時(shí)2014年5月至2015年4月對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了1年的調(diào)查,此次共采集浮游植物66種,隸屬7門21科38屬,全年平均生物量為0.35mg/L,平均密度為9.08×105cells/L。

施建偉于2014年7月至2015年5月分別選取丹江口水庫(kù)6個(gè)生態(tài)采樣點(diǎn)進(jìn)行樣品采集,對(duì)浮游生物群落進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)浮游植物357種,隸屬于9門44科94屬,其中硅藻門、綠藻門和藍(lán)藻門分別占比為43.70%,33.61%和11.20%,其中中營(yíng)養(yǎng)型指示種占78.57%[19]。

包洪福等[11]對(duì)丹江口水庫(kù)的生物多樣性資源進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。結(jié)果表明,丹江口水庫(kù)浮游植物檢測(cè)出8門53屬88種。

熊滿堂等[20]分別于2017年5月、8月和11月將丹江口水庫(kù)浮游植物的種類組成、密度、生物量和生物多樣性指數(shù)都進(jìn)行了調(diào)查分析,共檢測(cè)出浮游植物7門114種,浮游植物的平均密度為7.71×106ind/L,生物量為3.37mg/L。

2017年賈海燕等[7]分季節(jié)對(duì)丹江口水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)與多項(xiàng)水環(huán)境因子分別進(jìn)行了4次監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)丹江口水庫(kù)共鑒定出浮游植物7門57屬,年均藻密度4.89×106cells/L,變幅為2.73×106cells/L～6.87×106cells/L。水庫(kù)群落結(jié)構(gòu)組成以硅藻、藍(lán)藻和綠藻為主,結(jié)構(gòu)呈由春季的硅藻、藍(lán)藻向夏季的綠藻、藍(lán)藻和隱藻,秋、冬的硅藻、隱藻和藍(lán)藻轉(zhuǎn)變的變化規(guī)律。

張春梅等[21]2018年8月始分4個(gè)季度在干渠設(shè)置11個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行了采樣調(diào)查,并對(duì)水質(zhì)也進(jìn)行了調(diào)查,共檢出浮游植物7門83屬145種,物種豐富度上,春季>秋季>冬季>夏季。

賀玉曉等[22]2019年早春(2月)采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)丹江口水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示,共檢測(cè)到浮游植物有6門57屬,綠藻種類有47種,硅藻種類有24種,金藻種類有17種;相對(duì)豐度硅藻(58.8%)>綠藻(27.2%)>金藻(11.8%)。

2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的影響因素

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽

營(yíng)養(yǎng)鹽是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子之一,是浮游植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ),當(dāng)水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度發(fā)生改變時(shí),浮游植物生長(zhǎng)也會(huì)受到影響[23]。許多研究證實(shí)水環(huán)境中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度與浮游植物群落組成及豐度具有相關(guān)性[24-26]。賈海燕等[7]運(yùn)用相關(guān)分析、冗余分析等方法定量分析了浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)氮營(yíng)養(yǎng)鹽是影響庫(kù)區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)重要環(huán)境因子之一。磷是庫(kù)灣水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子。Nong Xizhi等[27]研究指出影響南水北調(diào)工程水質(zhì)變化的來(lái)源復(fù)雜,NH4+-N是影響浮游植物變化的最關(guān)鍵的水質(zhì)參數(shù)。

2.2 溫度

溫度對(duì)藻類生命活動(dòng)具有重要的影響,溫度不僅能夠通過(guò)影響藻類光合作用、呼吸作用和水體中各種營(yíng)養(yǎng)物的溶解度、離解度和分解率等這些理化過(guò)程影響藻類生長(zhǎng)[28],溫度還能通過(guò)影響藻類新陳代謝活動(dòng)所需酶的活性,一定范圍內(nèi)提升溫度會(huì)使得藻類代謝速率提高[29]。錢奎梅等[30]研究發(fā)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖的浮游植物群落隨季節(jié)的變化十分顯著,水溫就是對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的主要環(huán)境因子之一。趙志楠等[31]對(duì)丹江口水庫(kù)進(jìn)行為期1年的調(diào)查和分析,證明受溫度影響,夏秋季節(jié)水體營(yíng)養(yǎng)化程度更高,藍(lán)藻、綠藻的數(shù)量增多。張春梅等[21]通過(guò)RDA冗余分析與多元線性回歸分析表明,水溫也是群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因素之一。因此,溫度對(duì)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)變化有著至關(guān)重要的作用。

2.3 光照

浮游植物是一種普遍存在的光合自養(yǎng)型微生物,適宜的光照強(qiáng)度對(duì)保證藻細(xì)胞的生長(zhǎng)和光合作用的正常進(jìn)行具有非常重要的意義[32]。在水環(huán)境中,光照通常是浮游植物生長(zhǎng)的限制性因子[30]。在弱光條件下,浮游植物光合作用的積累接近或者小于呼吸作用時(shí),其生物量增長(zhǎng)緩慢甚至停止。在超過(guò)光合作用飽和點(diǎn)的強(qiáng)光條件下,光合作用系統(tǒng)被抑制或者損傷,從而導(dǎo)致藻類光合作用速率下降[33]。光照強(qiáng)度的增加和光照的時(shí)間延長(zhǎng),都能夠提高藻類的生長(zhǎng)率。李眾等[34]對(duì)滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物群落的時(shí)空變化特征及其和水環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果表明光照是浮游植物群落結(jié)構(gòu)的限制性因素之一。

2.4 pH

水體的pH會(huì)影響浮游植物的酶活性,從而使細(xì)胞膜電位發(fā)生改變,過(guò)酸或過(guò)堿的水體都不利于浮游植物生長(zhǎng)繁殖。許多研究發(fā)現(xiàn)水體pH對(duì)浮游植物群落具有非常重要的影響[35]。賀玉曉等[22]在2019年通過(guò)采用冗余分析的方法探討了丹江口水庫(kù)浮游植物主要群落與環(huán)境因子的關(guān)系,表明在水平結(jié)構(gòu)上pH是庫(kù)灣主要的影響因子之一,并在2021年對(duì)丹江口水庫(kù)群落結(jié)構(gòu)垂直分布與環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)pH對(duì)庫(kù)區(qū)浮游植物群落的垂直分布影響最大[10]。

3 研究展望

丹江口水庫(kù)作為南水北調(diào)工程的水源地,肩負(fù)著沿線居民的生活用水安全重任,浮游植物的種類和數(shù)量影響著整個(gè)水生生物鏈的結(jié)構(gòu)和水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。1986年以來(lái),許多學(xué)者開展了丹江口水庫(kù)群落結(jié)構(gòu)特征及其影響因素的相關(guān)研究。目前諸多研究多集中于水環(huán)境理化因子方面。針對(duì)水體浮游動(dòng)物和魚類攝食作用[36]等對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。建議以后可從多方面進(jìn)行研究,為丹江口水庫(kù)的監(jiān)測(cè)和治理提供更加全面的理論依據(jù)。