基于生态同步性概念的大型水库富营养化与春季藻类水华研究--以三峡水库为例
富营养及其重要的特征藻类水华是数十年来世界各地面临的环境难题,也是我国三峡水库2003年6月蓄水后水域生态系统退化的主要问题。当前,富营养化和藻类水华的调控机制仍是湖泊研究与管理的核心问题,尤其是对于三峡水库这类新建不久的大型人工湖泊。阐述湖沼学变量的同步性(也称时间相干性)对湖泊研究与管理具有重要的理论和实际意义。如果一个大型湖泊不同位置生态动态出现广泛的同步性,那么气候和水文等区域性的外部因素是关键的驱动力,少数哨兵样点的观测结果可以可靠地被外推到湖泊整个区域。否则,局部驱动力占主导,大型湖泊的成功观测与研究需要更多的哨兵样点。为解析富营养化与藻类水华内外控制因素的相对重要性和设计有效的观测方案,对三峡水库湖北库区不同水域生境相关监测数据进行时间相干性分析。主要结论如下:
1.根据水体滞留时间,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,即使最后一次蓄水最高水位达到175m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,可能具有形成水体稳定分层的特征。
2.水库干流悬浮物以无机组分占优势,在区域性水文过程的影响下表现出显著的高度同步动态,而香溪河库湾由于静水生境局部过程明显强于区域水文过程的影响而表现出异步性波动。这意味着香溪河库湾是更加内源性系统,而水库干流外源性影响是更为决定性的因素。
3.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,非藻类浊度因控制水下光衰减而成为限制藻类生产力的关键因素。水库干流非藻类浊度对水文条件具有强烈的响应而使得其在样点间表示出显著高的时间相干性。相比之下,香溪河库湾非藻类浊度因对水文响应弱而呈现出低的时间相干性。非藻类浊度限制的时间相干性的空间格局同时得到无机悬浮颗粒物的进一步解释。
4.水库干流浮游植物密度通常小于5×105cells/L,明显低于具有季节性变化格局的香溪河库湾。特征种分析表明,水库干流藻类组成与香溪河库湾明显不同,倪氏拟多甲藻(Peridiniopsis niei)和实球藻(Pandorina sp.)等水华鞭毛藻在香溪河库湾出现得更频繁。由于水库干流与库湾水域生境的差异,其藻类密度和群落结构表现出季节性异步动态,意味着局部调控比区域影响和扩散过程更重要。
5.基于2007年春季每周监测数据,发现湖北库区(水库干流、香溪河库湾、童庄河库湾袁水河库湾和青干河库湾)春季藻类水华出现异步暴发过程。分析表明,包括非藻类光衰减、氮和磷营养水平在内的水域生境动态是最为重要的局部因素,压过气候因素对春季藻类水华的区域效应。
6.用三年(2005～2007年)春季期间每周数据,重复发现香溪河库湾春季藻类水华异步暴发过程。分析表明,非藻类光衰减、氮和磷营养浓度仍然是调控三峡水库单一库湾内部春季水华动态的关键因素。
7.在水温和硅的调控下,香溪河库湾每天采样点(A)藻类群落演替格局与水华阶段转变格局基本相似,群落结构复杂性随时间有显著下降趋势。然而,另一样点B和样点A虽然水温和硅均具有高度的时间相干性,但是两样点之间浮游植物群落却都出现异步变化。非藻类光衰减系数与硅磷比在两样点间低的时间相干性可能影响到藻类对温度的同步响应。
- 作者：
- 徐耀阳
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 水生生物学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 刘建康；蔡庆华
- 中图分类号：
- X524
- 关键词：
- 生态同步性；富营养化；春季水华；浮游植物；大型水库
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