丹江口水库浮游植物群落结构特征的研究进展

刘晓真,李园园,马甜莹

(河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454003)

丹江口水库是南水北调中段水利工程的重要水源区,在防洪、发电、灌溉、航运和水产养殖等方面发挥了巨大的综合效益[1]。作为国家一级水源保护区,水质不仅会影响库区水环境状况,还会直接关系到整个南水北调工程受水区人民的用水安全[2]。

浮游植物指的是生活在水体中、能够直接利用无机营养盐进行光合作用的水生生物,通常是指浮游藻类。浮游植物是水生态系统中最主要的初级生产者[3, 4],其种类组成和数量结构既受控于环境因子,还直接影响水库水生生物链的整体结构[5],对维持水域生态系统的平衡、物质循环与能量流动具有十分重要的作用[6]。其群落结构与功能也与水质状况密切相关,在水体中特别是湖泊和水库的水体监测中起着极其重要的作用。因此,有关丹江口水库群落特征的研究已有大量的报道[7-13],这些研究主要集中在物种组成、多样性、时空分布、密度和浮游植物群落结构特征与水环境理化因子之间的关系等。文章综述了丹江口水库中浮游植物群落结构特征的研究概况,并提出相应的研究展望,以期为丹江口水库水资源的保护及浮游植物群落结构研究提供理论依据。

1 浮游植物群落结构研究现状

杨广等[14]于1986～1987年对丹江口水库浮游生物进行了研究调查。结果表明,丹江口水库浮游植物组成为8门92属,种类以蓝藻、绿藻、硅藻门居多。浮游植物的月平均密度为4.94×103个/L,月平均生物量为0.646mg/L。

邬红娟等[15]于1992年12月至1993年9月对丹江口水库四季进行调查,共采集到浮游植物60属,年平均密度为42.18×104个/L。

李玉英等[16]于2004年3月至 2006年5月对南水北调中线水源区的浮游生物和理化指标进行了监测,浮游植物有8门67属161种(含变种)。

申恒伦等[17]于2007年7月至2008年6月对丹江口水库浮游植物进行了调查和分析,共发现浮游植物8门60属110种和变种,以绿藻门、蓝藻门和硅藻门为主,藻类年平均密度为4.17×106cells/L,最高密度为6.10×107cells/L,最低密度为5.16×103cells/L。

谭香等[8]对丹江口水库的水质和浮游植物进行调查。结果发现,丹江口水库浮游植物群落结构、密度和生物多样性指数均具有明显季节变化特征,夏季时蓝藻为优势藻类,占比42.24%,春、秋和冬季均为硅藻占绝对优势地位,分别占比77.13%、61.29%和50.91%,浮游植物密度全年最大为夏季的1.76×106cells/L,其次为冬季和春季,而秋季的密度最低,仅有2.32×105cells/L。

王英华等[18]于2014年9月对水库的浮游植物群落进行了调查,共采集浮游植物6门18科24属26种,总生物量为10.36mg/L,总密度4.25×107个/L;同时2014年5月至2015年4月对水库进行了1年的调查,此次共采集浮游植物66种,隶属7门21科38属,全年平均生物量为0.35mg/L,平均密度为9.08×105cells/L。

施建伟于2014年7月至2015年5月分别选取丹江口水库6个生态采样点进行样品采集,对浮游生物群落进行了连续监测和评价,发现浮游植物357种,隶属于9门44科94属,其中硅藻门、绿藻门和蓝藻门分别占比为43.70%,33.61%和11.20%,其中中营养型指示种占78.57%[19]。

包洪福等[11]对丹江口水库的生物多样性资源进行了统计和分析。结果表明,丹江口水库浮游植物检测出8门53属88种。

熊满堂等[20]分别于2017年5月、8月和11月将丹江口水库浮游植物的种类组成、密度、生物量和生物多样性指数都进行了调查分析,共检测出浮游植物7门114种,浮游植物的平均密度为7.71×106ind/L,生物量为3.37mg/L。

2017年贾海燕等[7]分季节对丹江口水库浮游植物群落结构与多项水环境因子分别进行了4次监测,发现丹江口水库共鉴定出浮游植物7门57属,年均藻密度4.89×106cells/L,变幅为2.73×106cells/L～6.87×106cells/L。水库群落结构组成以硅藻、蓝藻和绿藻为主,结构呈由春季的硅藻、蓝藻向夏季的绿藻、蓝藻和隐藻,秋、冬的硅藻、隐藻和蓝藻转变的变化规律。

张春梅等[21]2018年8月始分4个季度在干渠设置11个样点进行了采样调查,并对水质也进行了调查,共检出浮游植物7门83属145种,物种丰富度上,春季>秋季>冬季>夏季。

贺玉晓等[22]2019年早春(2月)采用高通量测序技术对丹江口水库浮游植物群落结构特征和环境因子之间的关系进行了研究,结果显示,共检测到浮游植物有6门57属,绿藻种类有47种,硅藻种类有24种,金藻种类有17种;相对丰度硅藻(58.8%)>绿藻(27.2%)>金藻(11.8%)。

2 浮游植物群落结构特征的影响因素

2.1 营养盐

营养盐是影响浮游植物群落结构的主要环境因子之一,是浮游植物生长的基础,当水中营养盐浓度发生改变时,浮游植物生长也会受到影响[23]。许多研究证实水环境中的氮、磷营养盐的浓度与浮游植物群落组成及丰度具有相关性[24-26]。贾海燕等[7]运用相关分析、冗余分析等方法定量分析了浮游植物群落结构与环境因子之间的关系,发现氮营养盐是影响库区浮游植物群落结构重要环境因子之一。磷是库湾水体富营养化的限制因子。Nong Xizhi等[27]研究指出影响南水北调工程水质变化的来源复杂,NH4+-N是影响浮游植物变化的最关键的水质参数。

2.2 温度

温度对藻类生命活动具有重要的影响,温度不仅能够通过影响藻类光合作用、呼吸作用和水体中各种营养物的溶解度、离解度和分解率等这些理化过程影响藻类生长[28],温度还能通过影响藻类新陈代谢活动所需酶的活性,一定范围内提升温度会使得藻类代谢速率提高[29]。钱奎梅等[30]研究发现鄱阳湖的浮游植物群落随季节的变化十分显著,水温就是对浮游植物群落结构产生影响的主要环境因子之一。赵志楠等[31]对丹江口水库进行为期1年的调查和分析,证明受温度影响,夏秋季节水体营养化程度更高,蓝藻、绿藻的数量增多。张春梅等[21]通过RDA冗余分析与多元线性回归分析表明,水温也是群落结构的关键影响因素之一。因此,温度对浮游植物的群落结构变化有着至关重要的作用。

2.3 光照

浮游植物是一种普遍存在的光合自养型微生物,适宜的光照强度对保证藻细胞的生长和光合作用的正常进行具有非常重要的意义[32]。在水环境中,光照通常是浮游植物生长的限制性因子[30]。在弱光条件下,浮游植物光合作用的积累接近或者小于呼吸作用时,其生物量增长缓慢甚至停止。在超过光合作用饱和点的强光条件下,光合作用系统被抑制或者损伤,从而导致藻类光合作用速率下降[33]。光照强度的增加和光照的时间延长,都能够提高藻类的生长率。李众等[34]对滏阳河(邯郸段)浮游植物群落的时空变化特征及其和水环境因子之间的关系进行了研究,结果表明光照是浮游植物群落结构的限制性因素之一。

2.4 pH

水体的pH会影响浮游植物的酶活性,从而使细胞膜电位发生改变,过酸或过碱的水体都不利于浮游植物生长繁殖。许多研究发现水体pH对浮游植物群落具有非常重要的影响[35]。贺玉晓等[22]在2019年通过采用冗余分析的方法探讨了丹江口水库浮游植物主要群落与环境因子的关系,表明在水平结构上pH是库湾主要的影响因子之一,并在2021年对丹江口水库群落结构垂直分布与环境因子的关系进行研究,结果发现pH对库区浮游植物群落的垂直分布影响最大[10]。

3 研究展望

丹江口水库作为南水北调工程的水源地,肩负着沿线居民的生活用水安全重任,浮游植物的种类和数量影响着整个水生生物链的结构和水生态系统的平衡。1986年以来,许多学者开展了丹江口水库群落结构特征及其影响因素的相关研究。目前诸多研究多集中于水环境理化因子方面。针对水体浮游动物和鱼类摄食作用[36]等对浮游植物群落结构的影响尚未见报道。建议以后可从多方面进行研究,为丹江口水库的监测和治理提供更加全面的理论依据。