高州水库水位上升期坝前深水区浮游植物群落的响应特征

我国南亚热带地区从5月初开始进入汛期,充沛的降雨导致入库和出库流量发生较大变化,水位升高,从而显著地改变水库的水文和水动力状态,进而影响水库水质和浮游植物群的结构.以位于广东西部(粤西)的大型水库——高州水库为对象,于2012年5-10月对水库供水区进行逐月分层采样,分析水库水位上升时期浮游植物在垂直方向的群落结构特征及其动态变化.结果显示,6-7月份为水位主要的上升期,一个月内水位上升4 m,经历了从低水位到高水位的快速转换,7月份之后水位趋于平稳.快速的水位上升改变了水体的温度结构和分层,导致混合层变浅且湖下层深度增加,进而改变光和营养盐可获得性及水体垂直pH值分布.水位上升前和上升后水体pH值、透明度、营养盐(氮、磷)浓度有显著差异(P0.05).浮游植物生物量主要由硅藻和绿藻门的种类所贡献,优势种由硅藻的种类向绿藻的种类演替:由梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、模糊直链藻(Melosira ambigua)转变为亮绿转板藻(Mougeotia laetevirens Wittrock),再到钝角角星鼓藻(Staurastrum retusum),pH值、溶解态磷和光的可获得性是影响浮游植物群落结构的主要因子.水位上升前、上升期间、稳定后的优势功能群分别为B、T和NA功能群,水体混合及其导致的光可获得性的改变是浮游植物功能类群发生改变的主要原因.研究表明,浮游植物群落对大幅的水位上升有明显的响应,因生境的改变出现明显的群落演替,而对小幅(1 m)的水位波动响应不明显.     

广东省水库拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)的分布特征及影响因子分析

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是热带亚热带地区的特征性蓝藻,具潜在的产毒能力,近年来因其向全球温带地区扩展而备受关注.本研究以广东省20座不同营养类型水库的历史数据(2010年的春季、夏季和冬季)为基础,重点考察拟柱孢藻在广东省水库的发生和分布状况.调查期间共发现19座水库存在拟柱孢藻,其种群生物量在0. 000 1~39. 740mg·L~(-1)之间,占浮游植物的0. 02%~97. 07%.拟柱孢藻具明显的空间及季节分布特征,粤西地区的出现率(77. 78%)高于珠江三角洲地区(66. 67%)和粤北地区(33. 33%),冬季的检出率(85%)高于夏季(70%)和春季(40%),分析表明水温是决定拟柱孢藻空间及季节变化的关键因素.拟柱孢藻在不同营养状态的水库之间出现率差异明显,富营养型水库的检出率(81. 48%)显著高于中富营养型水库(66. 67%)和贫中营养型水库(33. 33%),冗余分析(RDA)结果表明拟柱孢藻生物量与总氮(TN)、营养状态指数(TSI)呈正相关,与可溶性无机氮(DIN)、可溶性活性磷(SRP)及透明度(SD)呈负相关,推测高氮、低磷、低透明度的环境条件有利于拟柱孢藻形成优势.     

拟柱孢藻生长及碱性磷酸酶活性对不同磷浓度和磷形态响应的株系间差异

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是热带地区普遍存在的蓝藻种类,近年来广泛扩张到温带地区水体,耐受低磷环境和多生态型的存在被认为是该藻能成功入侵的重要原因.为进一步了解不同藻株对磷波动的生理响应是否存在差异,本研究以广东省镇海水库分离的4株拟柱孢藻(N1、 N8、 N9和N10)为材料,观测它们的生长和碱性磷酸酶(ALP)活性在不同无机磷(Pi)浓度(HP=7.13 mg·L~(-1)、 MP=0.64 mg·L~(-1)、 LP=0.03 mg·L~(-1))和磷形态[磷酸氢二钾(K_2HPO_4)、焦磷酸钾(K_4P_2O_7)、三聚磷酸钾(K_5P_3O_(10))、 D-葡萄糖-6-磷酸(D-G-6-P)、三磷酸腺苷(ATP)、环磷酸腺苷(cAMP)]的变化.结果表明, 4株拟柱孢藻的生长对Pi浓度变化的响应基本一致,即它们的生物量都随Pi浓度的升高而增加,而ALP活性则反之;无论在LP、MP或HP条件下,N8藻株的ALP活性均显著低于其他3藻株,表明该藻株更能适应环境中的磷波动.在不同磷源培养下,拟柱孢藻N8和N9在3种无机磷下的生物量显著高于3种有机磷组,两者的比生长速率在K_2HPO_4最高,在ATP中最低,这表明拟柱孢藻偏好无机磷,但也能利用有机磷生长;在有机磷源条件下,N8藻株在ATP中的ALP活性显著高于其他2种有机磷,而N9藻株的ALP活性在3种有机磷培养下无显著差异,这表明N8藻株对无机磷缺乏的响应较N9藻株更为敏感.本结果表明来源于同一水库的拟柱孢藻藻株间存在显著差异,其中N8藻株对磷浓度变化的适应及响应能力均高于其它藻株.株系差异性的存在有利于拟柱孢藻适应各种环境变化,增强自身的竞争优势.     

类群划分方法对南亚热带水库夏季浮游植物群落与环境响应关系的影响

浮游植物群落对环境变化敏感,常用于评价水质和生态系统健康状态,但其对环境响应受类群单元的影响.为了解不同类群划分方法对浮游植物群落与环境响应关系的影响,以南亚热带地区8座水库的夏季浮游植物群落为研究对象,比较了分别以种（species）、属（genus）和门类（phyla）、形态功能群（morphology-based functional groups,MBFG）和生境模板功能群（functional groups,FG）为类群单元下浮游植物群落与环境因子的响应关系的差异.结果表明,8座水库均为中营养水体,以水温高（32.6±1.1）℃和有效光场弱（Z_eu/Z_m为0.48±0.28）为特征,水库间环境差异主要体现在溶解性营养盐的梯度上,溶解性营养盐的梯度显著高于总营养状态、温度和有效光照强度的环境梯度（P<0.05）.群落中种和属水平的类群单元多但生物量低,MBFG功能群和门类类群单元少但生物量高,导致虽然种属归类法的群落距离大于其他归类法,但种和属类群划分法的物种梯度（SCBD）和样点梯度（LCBD）均小于MBFG功能群和门类归类法.统计分析表明,5种类群划分法中只有MBFG和门类归类法的群落梯度对溶解性营养盐梯度有显著的响应关系,尤其是对pH值和PO₄^3--P浓度变化的响应;只有MBFG和门类归类法的群落梯度与营养状态指数（TSI）变化有显著回归关系.以上结果表明,当环境变化主要体现在营养盐的供应差异时,MBFG和门类类群划分法对环境识别的灵敏度高于其他方法.     

南亚热带地区水库夏季铁、锰垂直分布特征

铁(Fe)和锰(Mn)均为氧化还原敏感性元素,是水质评价的重要指标之一.为了解南亚热带地区供水水库夏季Fe、Mn的垂直分布特征,于2016年7月调查了粤东地区9座水库敞水区湖沼学变量和Fe、Mn浓度的垂直分布特征.在有明显温度分层的深水水库中Fe、Mn存在显著的梯度分布,表层水体中总Fe(TFe)、总Mn(TMn)以及溶解性Fe、Mn(DFe、DMn)的浓度显著(TFe,F=6.708,P=0.032;TMn,F=9.720,P=0.014;DFe,F=8.129,P=0.029;DMn,F=11.125,P=0.016)低于底层.5座深水水库底层水体中TFe、TMn平均浓度分别为0.399 mg·L~(-1)和0.422 mg·L~(-1),其中溶解态离子占70%以上,而在没有明显温度分层的浅水水库中,表层水体TFe、TMn以及DFe、DMn浓度略低于底层但无显著性差异(TFe,F=0.135,P=0.726;TMn,F=0,P=1;DFe,F=0.006,P=0.943;DMn,F=0.007,P=0.936),4座浅水水库底层水体中TFe、TMn平均浓度分别为0.110 mg·L~(-1)和0.089 mg·L~(-1),且主要以非溶解态存在.水体中TFe和DFe浓度与溶解氧(DO)浓度、p H值和深度呈显著相关关系(P0.05),与总磷(TP)、总氮(TN)浓度没有显著相关性.水体热分层及高的水体稳定性导致DO和p H值呈现明显的梯度分布,是导致深水水库Fe、Mn在水层间形成梯度分布的关键原因.深水水库底层水体低DO浓度和酸性条件有利于沉积物中Fe、Mn的释放,是导致Fe、Mn以溶解态存在的主要原因.同时,以红壤为主的土壤类型可能是该地区水体中Fe、Mn普遍较高的重要原因.以上结果表明,南亚热带地区夏季分层稳定的深水水库底层水体普遍存在Fe、Mn较高的现象,以深层取水的供水方式易出现Fe、Mn浓度超标,湖上层取水则可避免该问题.     

粤西三座重要供水水库沉积物营养盐负荷与重金属污染特征

为揭示粤西3座供水水库（高州水库、鹤地水库、大水桥水库）沉积物营养盐负荷及重金属污染特征,于2008年6月在各水库大坝前湖泊区采集柱状沉积物,运用SMT法、碱性过硫酸钾消解法、烧失法和ICP-MS法分别测定其柱状沉积物中氮磷营养盐、有机质和7种重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr与Hg）的含量,并采用潜在生态风险指数法对表层重金属污染的潜在生态风险进行评价,同时通过相关性分析重金属的可能来源。结果表明：3座水库沉积物总氮质量分数为1.13~3.37 mg·g-1,有机质为11.83~20.37 mg·g-1,其表层总氮、有机质的质量分数大小顺序为高州水库〉大水桥水库〉鹤地水库,总磷的质量浓度在0.22~0.77 mg·g-1之间,其表层总磷质量分数大小顺序为高州水库〉鹤地水库〉大水桥水库,在垂直剖面上,总氮、总磷与有机质的质量分数在16 cm至表层沉积物垂直断面显著高于其他断面,表明近些年来水库内源营养盐负荷逐渐加重。重金属质量分数平均值均高于广东省土壤环境背景值,总体呈现随深度增加而降低的趋势,但3座水库间重金属质量分数差异较大,其中鹤地和高州水库的Zn和Pb污染相对严重（质量分数分别为Zn：353.15、693.35 mg·kg-1;Pb：74.51、127.91 mg·kg-1）,大水桥水库的Cr和Ni污染相对严重（质量分数分别为Cr：238.69 mg·kg-1;Ni：251.06 mg·kg-1）。潜在生态风险评价表明,3座水库Cd和Hg具有高的生态危害,应引起重视,其他重金属则处于轻微的生态危害等级。同时沉积物高有机质的质量浓度经矿化分解可能加剧水体重金属生态危害。根据相关性分析和其他相关资料可知,粤西农业区大量化肥农药面源污染汇入造成水库初级生产力提高并最终沉降可能是沉积物营养盐、有机质与重金属的主要来源。