千島湖水環(huán)境時空變化特征及其影響因素

發(fā)布時間：2020-08-31 16:31

　　我國水庫正面臨的因富營養(yǎng)化造成的有害藻類異常增殖問題,對飲用水供水安全及生態(tài)文明建設(shè)構(gòu)成了嚴重的影響。大型深水水庫換水周期相對較慢,營養(yǎng)鹽相對較低且具有較大空間異質(zhì)性及復(fù)雜性。因此,氣象水文過程對應(yīng)的生源要素外源輸入和水動力特征的改變對水庫水質(zhì)及浮游植物具有重要影響。本文以新安江水庫(下稱“千島湖”)為例,開展了藻類群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境條件的逐月監(jiān)測及街口三天一次的高頻監(jiān)測,并結(jié)合浮游植物的歷史調(diào)查數(shù)據(jù)及浮標自動監(jiān)測數(shù)據(jù),以期闡明千島湖營養(yǎng)鹽及浮游植物的時空分布特點,厘清溫度、降雨及入庫流量等氣象水文條件對水庫富營養(yǎng)化及藻類水華形成的影響機制。結(jié)果表明:(1)千島湖的氮主要以溶解態(tài)的形式存在,磷主要以顆粒態(tài)的形式存在,且氮、磷營養(yǎng)鹽均具有較大的時空差異�？偟�(TN)濃度介于0.69-2.06 mg/L之間,總磷(TP)濃度介于0.004-0.096 mg/L之間,氮、磷的峰值均出現(xiàn)在春季,但是氮的低值出現(xiàn)在9-10月,磷的最低值出現(xiàn)在冬季。氮、磷濃度在空間上呈現(xiàn)出自河流區(qū)到湖泊區(qū)濃度逐漸降低的趨勢。氮磷濃度與入庫流量的相關(guān)性強于降雨,且入庫流量比降雨對磷的影響更大。不同區(qū)域?qū)θ霂炝髁康捻憫?yīng)時間存在差異,河流區(qū)響應(yīng)最快,其次是過渡區(qū),湖泊區(qū)最慢,反映出氮、磷在水庫擴散過程中的滯后性。溫度通過影響水體浮游植物生長帶來的水體顆粒態(tài)氮、磷變化影響水體TN、TP濃度,但是不同湖區(qū)的響應(yīng)也不相同,累積溫度與過渡區(qū)氮、磷的關(guān)系優(yōu)于河流區(qū)及湖泊區(qū)。(2)2002-2017年千島湖共鑒定出浮游植物7門93屬,主要由硅藻門、綠藻門、藍藻門及隱藻門組成。在過去的16年期間,浮游植物年均豐度和群落結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了四個階段:2008年前豐度持續(xù)低值且藍藻不是主要類群,2009-2011年豐度持續(xù)增加且藍藻成為主要類群,2012-2017豐度持續(xù)降低,藍藻比例降低。浮游植物的年優(yōu)勢屬從2002-2008年的小環(huán)藻屬(Cyclotella)、隱藻屬(Cryptomonas)、藍隱藻屬(Chroomonas)轉(zhuǎn)變?yōu)?009-2012年顫藻屬(Oscillatoria)、小球藻屬(Chlorella)、小環(huán)藻屬、藍隱藻屬,2013-2017年又轉(zhuǎn)變?yōu)轸~腥藻屬(Anabaena)、束絲藻屬(Aphanizomenon)、小環(huán)藻屬、針桿藻屬(Synedra)、直鏈藻屬(Melosira)、柵藻屬(Scenedesmus)、藍隱藻屬。RDA分析表明,水文氣象因子(氣溫、風速、水位、入庫流量)和水質(zhì)因子(TN、電導率、氮磷比、透明度)與浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化關(guān)系密切。但不同點位的浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響因素存在較大差異,街口主要受水文氣象的影響,小金山及三潭島則受水文氣象及營養(yǎng)鹽的雙重影響。(3)街口三天一次的高頻營養(yǎng)鹽變化趨勢與入庫流量及降雨量變化一致,且存在明顯的季節(jié)差異,汛期(3-6月)營養(yǎng)鹽濃度高達非汛期的兩倍。降雨及入庫流量與高頻的氮、磷營養(yǎng)鹽濃度存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.01),溫度與TP極顯著正相關(guān),與TN不存在顯著性關(guān)系。街口高頻監(jiān)測的浮游植物以硅藻、隱藻、綠藻及藍藻為主,各門平均占比分別為49%、21%、17%及11%。束絲藻屬、盤星藻屬(Pediastrum)、小環(huán)藻屬、針桿藻屬、顆粒直鏈藻屬(Melosira)及隱藻屬為最主要的優(yōu)勢屬。2017年和2018年的浮游植物生物量及組成存在顯著的季節(jié)差異。街口不同季節(jié)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響因子不同,春季的影響因子為累積降雨、累積入庫流量、水位及可溶性有機碳(DOC);夏季的影響因子為累積入庫流量、水位、DOC、TN、TP及SD;秋季的影響因子為積溫、水位、DOC、TN、TP及TN:TP;冬季為積溫、水位和DOC。街口的溫躍層及氧躍層于4月形成10月消失,降雨及入庫流量均對分層的穩(wěn)定性具有沖擊,且入庫流量接近500×10~5 m~3或降雨超過80 mm時,水溫及溶解氧分層就會被完全打破。綜上所述,水文氣象過程對大型水庫水環(huán)境的影響作用強烈且復(fù)雜,物理擴散與沉降、化學變化及生物生長累積等作用使得水環(huán)境指標對水文氣象過程響應(yīng)具有較大的時空差異性,在水庫水質(zhì)管理和機制分析中應(yīng)當充分考慮這種非同步性。千島湖近年來的藍藻豐度大幅增加,街口冬季也存在藍藻占優(yōu)的情況,水庫存在藍藻水華的風險。而高頻監(jiān)測更能更好的捕捉到藻類的變化,為更好的厘清溫度、降雨及入庫流量等氣象水文條件對水庫富營養(yǎng)化及藻類水華形成的影響機制,應(yīng)盡早構(gòu)建高頻監(jiān)測系統(tǒng)。
【學位單位】：西華師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X524
【部分圖文】：