丹江口水庫浮游植物群落結構特征的研究進展

劉曉真,李園園,馬甜瑩

(河南理工大學資源環境學院,河南焦作 454003)

丹江口水庫是南水北調中段水利工程的重要水源區,在防洪、發電、灌溉、航運和水產養殖等方面發揮了巨大的綜合效益[1]。作為國家一級水源保護區,水質不僅會影響庫區水環境狀況,還會直接關系到整個南水北調工程受水區人民的用水安全[2]。

浮游植物指的是生活在水體中、能夠直接利用無機營養鹽進行光合作用的水生生物,通常是指浮游藻類。浮游植物是水生態系統中最主要的初級生產者[3, 4],其種類組成和數量結構既受控于環境因子,還直接影響水庫水生生物鏈的整體結構[5],對維持水域生態系統的平衡、物質循環與能量流動具有十分重要的作用[6]。其群落結構與功能也與水質狀況密切相關,在水體中特別是湖泊和水庫的水體監測中起著極其重要的作用。因此,有關丹江口水庫群落特征的研究已有大量的報道[7-13],這些研究主要集中在物種組成、多樣性、時空分布、密度和浮游植物群落結構特征與水環境理化因子之間的關系等。文章綜述了丹江口水庫中浮游植物群落結構特征的研究概況,并提出相應的研究展望,以期為丹江口水庫水資源的保護及浮游植物群落結構研究提供理論依據。

1 浮游植物群落結構研究現狀

楊廣等[14]于1986～1987年對丹江口水庫浮游生物進行了研究調查。結果表明,丹江口水庫浮游植物組成為8門92屬,種類以藍藻、綠藻、硅藻門居多。浮游植物的月平均密度為4.94×103個/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月對丹江口水庫四季進行調查,共采集到浮游植物60屬,年平均密度為42.18×104個/L。

李玉英等[16]于2004年3月至 2006年5月對南水北調中線水源區的浮游生物和理化指標進行了監測,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月對丹江口水庫浮游植物進行了調查和分析,共發現浮游植物8門60屬110種和變種,以綠藻門、藍藻門和硅藻門為主,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]對丹江口水庫的水質和浮游植物進行調查。結果發現,丹江口水庫浮游植物群落結構、密度和生物多樣性指數均具有明顯季節變化特征,夏季時藍藻為優勢藻類,占比42.24%,春、秋和冬季均為硅藻占絕對優勢地位,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月對水庫的浮游植物群落進行了調查,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/L;同時2014年5月至2015年4月對水庫進行了1年的調查,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6個生態采樣點進行樣品采集,對浮游生物群落進行了連續監測和評價,發現浮游植物357種,隸屬于9門44科94屬,其中硅藻門、綠藻門和藍藻門分別占比為43.70%,33.61%和11.20%,其中中營養型指示種占78.57%[19]。

包洪福等[11]對丹江口水庫的生物多樣性資源進行了統計和分析。結果表明,丹江口水庫浮游植物檢測出8門53屬88種。

熊滿堂等[20]分別于2017年5月、8月和11月將丹江口水庫浮游植物的種類組成、密度、生物量和生物多樣性指數都進行了調查分析,共檢測出浮游植物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]分季節對丹江口水庫浮游植物群落結構與多項水環境因子分別進行了4次監測,發現丹江口水庫共鑒定出浮游植物7門57屬,年均藻密度4.89×106cells/L,變幅為2.73×106cells/L～6.87×106cells/L。水庫群落結構組成以硅藻、藍藻和綠藻為主,結構呈由春季的硅藻、藍藻向夏季的綠藻、藍藻和隱藻,秋、冬的硅藻、隱藻和藍藻轉變的變化規律。

張春梅等[21]2018年8月始分4個季度在干渠設置11個樣點進行了采樣調查,并對水質也進行了調查,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)采用高通量測序技術對丹江口水庫浮游植物群落結構特征和環境因子之間的關系進行了研究,結果顯示,共檢測到浮游植物有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;相對豐度硅藻(58.8%)>綠藻(27.2%)>金藻(11.8%)。

2 浮游植物群落結構特征的影響因素

2.1 營養鹽

營養鹽是影響浮游植物群落結構的主要環境因子之一,是浮游植物生長的基礎,當水中營養鹽濃度發生改變時,浮游植物生長也會受到影響[23]。許多研究證實水環境中的氮、磷營養鹽的濃度與浮游植物群落組成及豐度具有相關性[24-26]。賈海燕等[7]運用相關分析、冗余分析等方法定量分析了浮游植物群落結構與環境因子之間的關系,發現氮營養鹽是影響庫區浮游植物群落結構重要環境因子之一。磷是庫灣水體富營養化的限制因子。Nong Xizhi等[27]研究指出影響南水北調工程水質變化的來源復雜,NH4+-N是影響浮游植物變化的最關鍵的水質參數。

2.2 溫度

溫度對藻類生命活動具有重要的影響,溫度不僅能夠通過影響藻類光合作用、呼吸作用和水體中各種營養物的溶解度、離解度和分解率等這些理化過程影響藻類生長[28],溫度還能通過影響藻類新陳代謝活動所需酶的活性,一定范圍內提升溫度會使得藻類代謝速率提高[29]。錢奎梅等[30]研究發現鄱陽湖的浮游植物群落隨季節的變化十分顯著,水溫就是對浮游植物群落結構產生影響的主要環境因子之一。趙志楠等[31]對丹江口水庫進行為期1年的調查和分析,證明受溫度影響,夏秋季節水體營養化程度更高,藍藻、綠藻的數量增多。張春梅等[21]通過RDA冗余分析與多元線性回歸分析表明,水溫也是群落結構的關鍵影響因素之一。因此,溫度對浮游植物的群落結構變化有著至關重要的作用。

2.3 光照

浮游植物是一種普遍存在的光合自養型微生物,適宜的光照強度對保證藻細胞的生長和光合作用的正常進行具有非常重要的意義[32]。在水環境中,光照通常是浮游植物生長的限制性因子[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,其生物量增長緩慢甚至停止。在超過光合作用飽和點的強光條件下,光合作用系統被抑制或者損傷,從而導致藻類光合作用速率下降[33]。光照強度的增加和光照的時間延長,都能夠提高藻類的生長率。李眾等[34]對滏陽河(邯鄲段)浮游植物群落的時空變化特征及其和水環境因子之間的關系進行了研究,結果表明光照是浮游植物群落結構的限制性因素之一。

2.4 pH

水體的pH會影響浮游植物的酶活性,從而使細胞膜電位發生改變,過酸或過堿的水體都不利于浮游植物生長繁殖。許多研究發現水體pH對浮游植物群落具有非常重要的影響[35]。賀玉曉等[22]在2019年通過采用冗余分析的方法探討了丹江口水庫浮游植物主要群落與環境因子的關系,表明在水平結構上pH是庫灣主要的影響因子之一,并在2021年對丹江口水庫群落結構垂直分布與環境因子的關系進行研究,結果發現pH對庫區浮游植物群落的垂直分布影響最大[10]。

3 研究展望

丹江口水庫作為南水北調工程的水源地,肩負著沿線居民的生活用水安全重任,浮游植物的種類和數量影響著整個水生生物鏈的結構和水生態系統的平衡。1986年以來,許多學者開展了丹江口水庫群落結構特征及其影響因素的相關研究。目前諸多研究多集中于水環境理化因子方面。針對水體浮游動物和魚類攝食作用[36]等對浮游植物群落結構的影響尚未見報道。建議以后可從多方面進行研究,為丹江口水庫的監測和治理提供更加全面的理論依據。