三峡水库富营养化问题与对策研究

三峡水库蓄水后,大部分库湾已出现富营养化态势,并暴发了数次以甲藻(拟多甲藻)和硅藻(小环藻)为主的水华现象,特别是在春季。以香溪河库湾为例,分析两周年的营养状态变化,总体上说,除冬季外,大多数月份为富营养,在春季则为重富营养。对三峡水库22条入库支流库湾的营养状态进行综合评价,结果表明,有5条(22.7%)支流库湾为中营养,17条(77.3%)支流库湾为富营养(重富营养化支流库湾有10条,占45.5%);但三峡水库本身水质尚好,仍保持中营养状态。统计分析表明,入库支流流域的年均流量和流域面积与支流库湾叶绿素a存在显著负相关关系,说明支流库湾越小或年均流量越小,藻类叶绿素a浓度就越高,即越容易在春季形成水华。文中讨论了控制和减缓富营养化几项措施。       

引黄水库藻类变化特征及其影响因素研究

以济南鹊山引黄水库为研究对象,系统研究了2008-2012 年间其水中浮游藻类的种类和数量变化特征以及藻类细胞密度与总氮、总磷浓度的相关性,并在实验室模拟条件下分析了温度、光照、氮磷营养盐等条件对其藻类生长影响。结果表明,该水库水藻密度年际、年内变化较大,年平均值均在500 万个/L 以上,藻种共7 个门,37 个属,蓝藻和硅藻为水库的优势藻种。该水库藻类生长的最佳温度为25℃,光强为3 000 lx,氮磷营养盐对藻类生长影响排序为硝酸盐>磷酸盐>亚硝酸盐>氨氮。磷可能是藻生长的限制性因子,在夏、秋季及水库磷浓度大幅变化时易发生水华。     

香溪河库湾浮游藻类种类演替及水华发生趋势分析

三峡水库一期工程蓄水前半年(2003年1月—2003年6月)和蓄水后(2003年7月—2004年12月)期间,香溪河库湾浮游藻类的种类演替和数量变化的调查结果。与蓄水前的数据相比,蓄水仅半年绿藻的种类数就明显增加,约相当于蓄水前的3倍;硅藻的种类数略有减少;其余各门藻类的种类数亦有轻度变化。整个调查期间,藻类细胞密度和生物量的最高峰值均出现在S6采样点,细胞密度达6.93×107cells/L(2004年6月),生物量达87.24mg/L(2004年3月),其余采样点基本显示由北向南依次递减的趋势。本文参考早期资料并比较不同类型水域中藻类的种类演替和垂直分布情况,对三峡湖北库区水域水华的发生趋势进行了分析,初步认为三峡干流江段形成藻类水华的几率较小;流动的支流水域,在阳光充足、水温逐渐升高的春季容易发生藻类水华;在较封闭的静水区则随时都有发生藻类水华的可能性。     

蓝藻水华——湖面上的“绿油漆”

<正>在我国,许多水体已经或曾经出现过不同程度的水华,如太湖、巢湖、滇池及高州水库等的蓝藻水华,汉江、嘉陵江出口段等河流的硅藻水华,三峡库区部分库湾与支流、云南漫湾水库等的甲藻水华,池塘养殖中常见的隐藻水华,以及河南延津县养殖池塘中的绿藻水华、裸藻水华等,2008年奥运会前的青岛(海洋)浒苔事件则是由绿藻(石莼科)引起的。     

三峡库区藻类水华调查及其毒理学研究

三峡水库一期工程蓄水近两年(2003年7月—2005年4月)期间,库区发生过多次藻类“水华”,尤其在阳光充足、气温回升的春季。经鉴定形成水华的藻类主要有拟多甲藻(Peridiniopsissp1,sp2),新星形冠盘藻(Stephanodiscusneoastraea),里海小环藻(Cyclotella caspia),湖沼红胞藻(Rhodomonas lacustris),实球藻(Pandorina morum)和空球藻(Eudorina elegans);其中以拟多甲藻水华涉及面积最大,持续时间最久,污染程度最为严重。通过对拟多甲藻水华水及其藻细胞提取液的生物毒性测试,表明其对其他水生生物和小白鼠没有明显的生物毒性。     

汉江中下游春季浮游植物群落结构特征及其影响因素

针对汉江中下游春季硅藻水华频繁暴发的现状,研究了水华暴发不同时期浮游植物群落结构特征,并结合水体理化因子分析,揭示硅藻水华发生的主要影响因子。结果表明:汉江春季水华暴发期间,共鉴定出浮游植物7门48属64种(含变种),其中硅藻种类所占比例最大(18属23种),不同样点所占比例介于44.13%~51.29%,其次是绿藻类(16属22种),不同样点所占比例介于28.21%~35.14%,蓝藻门和隐藻门种类数在水华期间较少,各样点仅发现2~3种,金藻门和甲藻门种类最少;水华发生期间主要优势种为硅藻门的小环藻,水华暴发初期和中期往往形成单优种,而水华末期随着其优势度的降低,蓝藻门、隐藻门和硅藻门其他种类也会形成优势种;水华暴发期间浮游植物密度最高可达2.34×107cells·L-1,其中小环藻种群数量最高可达2.06×107cells·L-1,占浮游植物群落总数的88%;浮游植物多样性指数中,Margalef物种丰富度指数无显著时空差异,Shannon多样性在水华中期较低,而水华初期和末期相对较高,Berger-Parker指数变化与Simpson指数相反;浮游植物与理化因子的冗余分析(RDA)发现,浮游植物总数量与磷酸盐、溶解氧、总磷呈正相关,与硝酸盐、温度、透明度呈负相关。     

三峡库区村镇水源中典型水华藻种PAC混凝去除效果比较研究

选取三峡库区村镇水源水中5种典型水华藻种(小球藻、衣藻、小环藻、针杆藻和光甲藻)为材料。比较研究了不同剂量的聚合氯化铝(PAC)对于这些藻种细胞(叶绿素a和浊度)的去除效果,以及混凝沉淀后絮体结构、形态的差异,以筛选典型水华藻种混凝去除的适宜PAC投加量。结果显示:(1)实验所选藻种形态差异明显,针杆藻呈长线形结构,小环藻呈短圆柱形结构,小球藻、衣藻和光甲藻呈球形或椭圆形,光甲藻和针杆藻细胞相对最大。(2)光甲藻和针杆藻PAC混凝去除效果最好,小球藻和衣藻次之,小环藻相对不易取得良好的混凝去除效果;PAC混凝去除效果与藻类形态特征有关。(3)针杆藻和光甲藻容易形成大而密实的絮体,小球藻和衣藻形成的絮体相对较小,小环藻絮体形成能力最弱。(4)光甲藻和针杆藻适宜的PAC投加量范围为15～80 mg/L,小球藻为15～50 mg/L,衣藻为15～65 mg/L,小环藻为50～80 mg/L;在适宜的PAC投加范围内,各试验藻液叶绿素a和浊度的去除率分别达到81%～97%和76%～97%。研究表明,PAC混凝沉淀法可用于去除三峡库区村镇水源水中5种典型水华藻种,但各藻种的适宜投加量存在差异,适量PAC均可使各藻液中的叶绿素a和浊度有效降低。     

三峡水库香溪河库湾夏季水华调查

以三峡水库支流香溪河为研究对象,以2011年夏季的采样数据为基础,比较分析了水华前后支流库湾营养盐和叶绿素a的时空分布规律及其相关性。结果表明,2011年6月21—29日,香溪河暴发了显著的藻类水华,叶绿素a峰值达到125.8 mg·m-3。相关分析表明,水华过程显著影响可溶性无机N、P的空间分布,营养盐空间分布从中游高、河口低,转变为从河口至上游递减,并且在水华区域锐减;长江干流较高的营养盐本底值增大了支流库湾水华的风险;高营养盐背景值的长江干流水体在香溪河库湾的潜出位置是水华最严重的区域;干流水体对库湾表层的营养盐补给作用是影响库湾水华生消的关键因素。     

香溪河水系附石藻类的时空动态

香溪河系长江三峡水库湖北库区内第一大支流.对香溪河2005年7月—2006年6月干流及主要支流上12个样点的附石藻类进行调查,共观察到藻类218种,其中硅藻183种、绿藻24种、蓝藻10种、黄藻1种,硅藻门的线形曲壳藻为绝对优势种.其物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数时空动态差异显著（或接近显著）,总平均值分别为32和154.附石藻类密度和叶绿素a含量年总平均值分别为8.75×10.9 cells·m^-2和14.62 mg·m^-2.不同样点的藻类密度和叶绿素a含量差异显著,其中古夫河支流最高,九冲河支流最低,两者相差一个数量级; 不同季节附石藻类密度和叶绿素a含量差异不显著(P>0.05),但均表现出冬春季高、夏秋季低的趋势.附石藻类密度及叶绿素a含量与海拔及水流流速呈显著负相关,而与总氮呈正相关.     

上海滴水湖两种枝角类牧食对浮游植物群落影响的模拟研究

于2012年9月通过浮游动物添加实验,研究了大型溞(Daphnia magna)和隆腺溞(Daphnia carinata)对上海滴水湖浮游植物群落结构的影响.结果表明,实验组氨氮和可溶性活性磷浓度与空白组相比显著增加,大型溞组浮游植物密度较空白组降低了70.3％,隆腺溞组浮游植物密度较空白组降低了80.0％,叶绿素a浓度分别下降了80.4％和75.2％,叶绿素a与氨氮、可溶性活性磷呈显著相关性.浮游植物的群落结构较空白组也发生较大变化,硅藻、蓝藻和绿藻密度比例明显降低,隐藻、裸藻和甲藻在实验结束时没有检出,说明大型溞和隆线溞能有效控制水体中浮游植物密度,并能够对浮游植物群落结构产生影响.同时,附着藻类密度较空白组也有明显减少,说明大型溞和隆线溞对附着藻类也有一定的牧食作用.     

三峡水库营养元素的分布及其与藻类生长的关系

为进一步研究三峡水库(尤其是支流)氮和磷等营养元素的时空分布格局及其与藻类生长的关系, 于2012 年8 月、11 月与2013 年1 月、4 月在三峡库区木洞至秭归的5 个断面采样分析了不同形态氮和磷以及叶绿素a(Chl.a)的浓度, 并对藻类进行了胞外碱性磷酸酶的荧光标记(Enzyme Labelled Fluoresce, ELF)。结果表明, 春夏季总磷(TP)与Chl.a 浓度均高, 但二者的正相关性在空间尺度上并未得到充分的体现, 干流的TP浓度显著高于支流(P0.05), 而Chl.a 浓度则反之。巫山断面干流与支流的TP 浓度显著低于其他断面(P0.05),而Chl.a 浓度则无显著差异, 秭归断面显著增高的TP 浓度改变了其沿水流方向下降的趋势。从总体上讲,Chl.a 浓度与TP、溶解性总磷(DTP)、溶解反应性磷(SRP)和硝态氮(NO3--N)浓度均极显著负相关(P0.01), 而与总氮(TN)浓度、TN/TP、NO3--N/SRP 等均极显著正相关(P0.01), 因此, 氮对藻类的生长可能具有一定的促进作用, 而泥沙对磷的吸附与沉降有效降低了其生物可利用性。巫山断面底层显著较高的TP 与颗粒态磷(PP)浓度支持了上述推测, 不同断面不同藻类胞外磷酸酶的标记进一步说明了磷对其生长的关键限制性作用。因此, 在水质管理、富营养化防治和渔业资源管理过程中必须充分考虑不同营养元素的存在状态及其与水文条件的交互作用。       

蓄水对三峡库区重庆段长江干流浮游植物群落结构的影响

为了分析三峡库区长江干流重庆段因蓄水产生的三类不同水体(自然河流型、过渡型、类湖泊型)对浮游植物的影响,分别于不同季节和蓄水期对水体浮游植物进行了群落调查,结果显示各群落指标仍呈现亚热带河流型水库的季节变化趋势:春季绿藻、隐藻占优势,夏季蓝藻所占比例增加,冬季硅藻占绝对优势,但不同类型水体对季节的响应程度不同:(1)2010年3月春季调查期间绿藻的优势种的优势度以及所占比例均呈现随水体类型改变逐渐增加趋势,并在类湖泊型水体中达到最大(优势度0.62、所占比例达67.8%),而夏秋季(9月蓄水前)蓝藻的优势种数、优势度、藻密度以及所占比例也存在同样的变化,2009年9月蓝藻所占比例由河流型水体的8.5%增加到类湖泊型水体的52.6%,到2010年9月类湖泊型水体蓝藻比例甚至达到63.8%。冬季蓄水期间(2010年1月),硅藻占绝对优势,但绿藻在类湖泊型水体中的比例要大于其他两类型水体。(2)Shannon-Wiener指数平均值为2.43,总体呈现出河流型水体>过渡型水体>类湖泊型水体,类湖泊型水体多样性指数夏秋季>冬季>春季,而自然河流型和过渡型水体冬季多样性指数低于其他季节。     

三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制

三峡水库支流的拟多甲藻水华发生已成为近年的常态,但是其发生机制依然不清楚。2009年到2011年期间,对拟多甲藻水华频发的童庄河回水区进行重点监测,并扩展到三峡水库长江干流及26条支流未淹没区和回水区浮游植物的四季调查。结果表明,四季调查中,拟多甲藻出现率、平均密度、最大密度和最大优势度,4月最高,相同季节,回水区最高。2—4月,童庄河回水区各点拟多甲藻密度均为升高到下降变化,最高密度自上游至下游大幅下降。2010年,拟多甲藻水华于2月最先在童庄河回水区上游出现,逐步向中下游发展,维持一定规模和时间后消退。与此同时,长江干流拟多甲藻出现率、密度和最大优势度大幅低于童庄河回水区。童庄河回水区发生(2005年、2007年和2010年)比不发生(2009年)拟多甲藻水华年份,三峡水库1—3月日出库流量(平均值4489.9—5623.3 m3/s)较小、1—2月水位日变幅(平均值0.148 m、0.246 m)和2月水位日升降(平均值-0.223 m)较大。研究认为,藻类在适宜水温时形成水华,2—4月支流回水区水温适宜、氮磷含量满足甲藻营养能力和生活习性需要。拟多甲藻能否形成水华,首先取决于回水区上游是否存在满足要求的水动力条件。其次,三峡水库出库流量、水位波动等水文条件,通过改变回水区上游水动力条件和回水区流速,影响水华能否形成及形成时间、程度、范围和维持时间。由于尺度效应不同,三峡水库相同水文条件对不同位置支流拟多甲藻水华形成的影响不一样。     

Responses of spring phytoplankton communities to their habitats in the Xiangxi Bay of Three Gorges Reservoir,China

Since the water storage was initiated in 2003, the environment of Three Gorges Reservoir (TGR) has changed significantly. Algal blooms and eutrophication have been a frequent occurrence, with serious eutrophication in the tributary bays. To provide some theoretical evidence for the prevention and control of algal blooms, the goal of this study is to elucidate factors that influence algal blooms at different sections of the Xiangxi Bay (XXB). Using field data from the XXB, the responses of phytoplankton communities to their habitats were investigated from March to May, 2010. The results indicated a significant spatial and temporal heterogeneity in phytoplankton composition, cellular abundance, and habitats in the spring. Fifty-four genera representing 6 phyla were monitored. Redundancy analysis indicated that the variation in water temperature and relative water column stability (RWCS) contributed greatly to the succession of spring phytoplankton. Due to different physiological adaptabilities and mechanisms of competition among the algae species, significant succession of the community structure had been observed. The predominant species appears to have changed from those adapted to low temperatures and strong mixing (dinoflagellates and diatoms) to those adapted to high temperatures and weak mixing (green algae and cyanobacteria). The lack of silicate resulted in the succession from diatoms to green algae. Due to the influence of the Yangtze River, there is a low potential for algal blooms at lower reaches of the bay because of frequent water exchange. In contrast, the potential is high at middle and upper reaches where the water temperature increases gradually. The hierarchical status of the two sections is significantly different. Precipitation would inhibit algal blooms somewhat, and heavy rainfall would eliminate algal blooms throughout the bay. Phytoplankton are sensitive to their changing habitat in XXB. For a bloom to occur, sufficient nutrients, a lower flow velocity, and appropriate temperature and light conditions are necessary. As an artificial regulating reservoir, proper ecological regulation could not only significantly affect the dynamic conditions of the water body tributaries, but it could also change the transfer characteristics of light and heat, abolishing the algae habitats and thereby inhibiting the water bloom.     

三峡水库运行期间原生动物群落的时空异质性

于2010年10月—2011年6月三峡水库正常运行周期内对库区干流原生动物进行调查,研究其空间分布及水库周期排蓄期间的变化。共检测到原生动物99种,蓄水后纤毛虫有增多的趋势。水库运行的不同阶段优势种不同,大致演变为:砂壳纤毛虫(蓄水期)—非砂壳类纤毛虫(高位运行期间)—有壳肉足虫(低位运行期间)。不同水域优势种也存在差异,从上游到下游特征指示种变化为:有壳肉足虫(变动回水区)—纤毛虫(湖泊区)。结果表明,三峡水库原生动物的分布具有明显的时空异质性(P0.05),影响原生动物时空分布的主要因素有透明度、温度、电导率和叶绿素a。原生动物平均密度为952.19个/L,平均生物量为8.14μg/L。蓄水期上游现存量高于下游,低位运行期间则低于下游。原生动物Marglef和Shannonn-Weiver多样性指数平均值分别为3.78和2.18,1月份最低,6月份最高。蓄水175 m后上游变动回水区原生动物具有较高的丰度。水库冬蓄夏排的运行模式模糊了河流本身的季节变化,使原生动物的种类和现存量更多的受水库水动力学的影响,使水体理化因子和水文特征呈现明显的时空差异,最终形成原生动物种群的时空异质性分布。     

三峡库区支流生境因子对库区蓄水的响应

三峡水库的运行调度,使库区支流形成了截然不同的3种河段类型:完全受水库蓄水影响的145m回水段(完全河段),既受蓄水影响又受自然洪汛影响的145—175m回水段(双重河段)以及不受蓄水影响的大于175m的自然河流段(自然河段)。为明确库区蓄水对河流不同河段生境因子的影响程度及差异,对三峡库区36条重要支流的254个河段进行河流生境调查,进行不同河段下生境指标的因子分析,并进一步分析水文情势自然性与不同河段各生境因子的相关关系。结果表明,植被状况对3种不同河段来说均为重要生境因子,但受三峡水库蓄水影响,完全河段植被结构不完整;受库区蓄水影响,完全河段与双重河段及自然河段相比,流速流态状况、表层覆盖物状况、河岸带宽度、湿润率等生境因子有明显改变;水文情势自然性对不同河段生境因子的影响不同。     

基于附石硅藻的三峡水库入库支流氮、磷阈值

为全面了解河流附石硅藻群落对水体氮、磷变化的响应规律,并找出氮、磷指示物种,本研究采用非参数突变点分析法(nCPA)及临界指示物种分析法(TITAN)探讨了三峡水库入库支流附石藻类叶绿素a、硅藻物种丰富度、Shannon多样性指数以及硅藻群落组成的总氮(TN)、总磷(TP)阈值.结果表明: 据nCPA得到的所有藻类参数的TP阈值均接近0.03 mg·L^-1;除硅藻群落组成外,其他参数的TN阈值也较接近(约为0.8 mg·L^-1).TITAN区分了群落中敏感种、耐受种对TN、TP变化的响应,且阈值范围涵盖了其他参数的阈值;还确定了9种TN指示种和10种TP指示种,其中TN敏感种1种,耐受种8种;TP敏感种5种,耐受种5种.因此,本研究以TITAN结果为依据确定河流的TN、TP阈值.即:当河流TN浓度低于0.382 mg·L^-1或TP浓度低于0.016 mg·L^-1时(负响应阈值),河流附石硅藻群落组成相对稳定;超过这一浓度阈值后,敏感种密度减少;当河流的TN浓度超过1.298 mg·L^-1或TP浓度超过0.065 mg·L^-1时(正响应阈值),耐受种也将受到明显影响,附石藻类的群落组成会发生显著变化.据此标准,调查样点中约87%的样点TN浓度超过TN负响应阈值,22%的样点超过正响应阈值;而超过TP负响应阈值的点占94%,超过TP正响应阈值的点占14%,说明三峡水库大部分入库河流虽受到了一定程度的干扰,但干扰程度并不严重.本研究结果可为三峡水库入库河流生态管理决策提供科学依据.     

三峡水库神农溪2014年春季浮游藻类演替成因分析

摘要：【目的】研究三峡水库神农溪库湾春季水华期间浮游藻类演替及其成因分析。【方法】2014年3–5月在神农溪库湾布置了6个断面(SN01–SN06),在神农溪汇入长江干流河口附近水域设置1个断面CJBD,对浮游藻类、相关环境因子及水动力因子进行了同步监测,据此分析了水体层化结构及水动力特性。【结果】神农溪在监测时段内共检测到浮游藻类6门38种(属);库湾浮游藻类生物量时间上差异显著(ANOVA,P<0.05)。春季浮游藻类群落结构具有明显的演替规律,3月份暴发大面积的硅藻水华（藻密度>100×105 cells/L),小环藻(Cyclotella spp.)为优势藻种;4月在SN02–SN06暴发以小球藻(Chlorella spp.)为主要优势种、衣藻(Chlamydomonas spp.)为次优势种的绿藻水华(藻密度>100×105 cells/L),5月份受水位大幅消落影响,浮游藻类生物量降低且无明显优势藻种。【结论】在具备充足的营养盐的水体中,水体层化结构与水动力特性对浮游藻类演替影响重大。三峡水库水位处于快速消落阶段时,流速成为抑制神农溪库湾藻类生长的主要因素。     

放养鲢鱼(Hypophthalmichys molitrix C et V)对水库围隔浮游生物群落的影响

本文研究在水库围隔实验生态系统中鲢鱼对浮游生物群落的影响。结果表明,放养鲢鱼后,浮游动物生物量、浮游植物生物量、叶绿素a和浮游植物毛产量分别下降了58.7％、63.6％、52.5％和65.0％;透明度、浮游植物群落多样性指数分别提高了18.2％、32.5％;铜绿微囊藻数量减少了90.6％“水华”得到明显抑制。但小型绿藻(<20μm)数量未出现显著变化,因而其在藻类生物量中所占比例反而提高了82.3％。围隔内可被鲢鱼滤食的大型藻类(硅藻、甲藻、隐藻和绿藻(>20μm))占藻类生物量的85.8％,因此鲢鱼的存在能明显限制浮游植物的生物量。此外,放养鲢鱼还显著降低了水体中的COD,TP,DO和pH值,这表明鲢鱼对水质有净化作用。