東平湖水生生態系統變遷及富營養化評價

師吉華,王欽東,李秀啟高云芳,劉 峰,王亞楠(山東省淡水水產研究所,山東濟南250117)

東平湖位于東經 116°00′～116°30′、北緯35°30′～36°20′之間, 在山東省東平縣西部, 呈東北西南走向的葫蘆形,多年平均水位40.45m,平均水面133km2,多年平均水深2～3m,最大水深4m,總面積627km2,全湖總容水量達40億m3,是黃河下游的主要附屬水體,為山東省第二大湖泊,也是我國東部典型的淺水草型湖泊[1]。東平湖上接大汶河,通過小清河與黃河相通,主要水源補給為降水以及黃河和大汶河的來水,在供水、防洪、養殖、旅游、維持生態平衡和環境保護等方面發揮著重要作用。1979～1980年山東省科委曾組織單位對東平湖漁業資源進行過調查,2006～2009年山東省海洋與漁業廳又組織人員對東平湖漁業資源進行調查并進行了生態修復研究。通過2次調查發現,由于人口增加和工農業生產的發展,湖泊資源的過度開發與不合理的利用,造成湖泊水資源短缺、水環境惡化和生態系統退化的嚴重局面,特別是富營養化問題,已嚴重威脅到社會經濟的可持續發展和人類健康。

1 調查方法、評價指標及評價標準

本調查于2006～2009年的5、8、11月的下旬進行,調查內容有:水溫、透明度、pH、溶解氧、有機耗氧量、八大離子營養鹽等,全湖設6個樣點,均采集湖面下0.5m處的水樣,pH及溶解氧現場測定,其余加固定液帶回室內,于5d內檢測分析。采水的同時采集浮游生物。評價指標,選取葉綠素 a(chl-a)、總氮 (TN)、總磷 (TP)、BOD、高錳酸鉀指數 (CODMn)、透明度 (SD)等因子作為水質評價指標[2],水生生物評價主要從群落結構、均勻性指數、生物量和優勢種群等方面進行評價[3],評價標準見表1[4]。

2 結果與分析

2.1 水體理化因子變化分析

由于受當時檢測條件的限制,1980年沒有對水體總氮、總磷進行檢測,因此只能從營養鹽、高錳酸鉀指數、溶解氧、pH等方面比較分析,1980年與2009年檢測結果詳見表2[5]。

表1 淡水湖泊 (水庫)營養狀態分級

從表2可以看出,本次調查與1980年相比,檢測結果差異明顯,pH明顯升高,溶氧、磷酸鹽呈明顯的下降趨勢,平均分別下降8.62%和67.74%,COD平均含量由1980年的3.07mg/L上升到2009年的4.93mg/L增加了60.59%。營養鹽和離子量總明顯升高,三氮的變化尤其明顯,氨氮由1980年的0.02mg/L上升到2009年的0.509mg/L,亞硝酸鹽的含量由1980年的0.006mg/L上升到2009年0.053mg/L,硝酸鹽的變化更為明顯,由1980年的0.149mg/L升為2009年1.95mg/L,水型也由原來的碳酸鹽型變為氯化物型及硫酸鹽型。

表2 1980年與2009年水質監測結果比較

2.2 高等水生植物變化分析

據調查,1979年以前東平湖內共有水生高等植物40種,分屬2門18科30屬,主要為沉水植物輪葉黑藻 (H ydri f la verticillata)、苦草 (Vallisneria spiralis)和馬來眼子菜 (Potamogeton malainus Miq),其次為菹草 (Potamogeton crispus Linn)和金魚藻 (Ceratophyllum demersum Linn),其生物量占全湖總生物量的 74.60%;浮葉植物芡 (Euryale feroe Salrsb)、菱 (Trapa quadrispinosa var.yongxiuensis)、荇菜 (Nymphoides peltat O.Kuntze)占總生物量的16.94%,水生植物組成多樣化。近年來由于水質惡化,使一些敏感種類逐步減少消失。2006年野外調查,湖內共有水生植物39種,分屬2門17科30屬。雖說種類數量變化不大,但優勢種群發生了明顯變化,由過去的寡污性種類演替為現在的耐污種類,菹草成為東平湖水域水生維管素植物的優勢種群。雖說浮葉植物菱、芡分布面積呈逐漸增加的趨勢,但苦菜、馬來眼子菜已成為伴生種。生物量也由1979年的2147.3g/m2降為687.5g/m2。水生植物的演替經歷了以下幾個過程:苦草—菹草—馬來眼子菜—穗花狐尾草。

2.3 浮游植物變化分析

據1979年調查,東平湖浮游植物種類隸屬7個門35科68屬[6],其中以綠藻種類最多,其次是硅藻和藍藻,以生物量計硅藻占優勢,占浮游生物年平均數的35.3%,占總生物量的34.9%;其次為綠藻、藍藻、裸藻和甲藻,年平均棲息密度為24000000ind./L。2009年調查顯示,東平湖浮游植物隸屬8個門99屬142種。綠藻門種類最多為37屬64種[7],其次是藍藻門、硅藻門和裸藻門,年平均棲息密度為28888166 ind./L。總的生物量由原來的2.2759mg/L增加到12.76mg/L,主要原因是由于N、P等營養元素的不斷輸入,導致富營養化程度的加快,使得一些耐污種類迅速繁殖,導致生物量急劇增加。

2.4 浮游動物及底棲動物變化分析

1979年經5次采樣,共采到浮游動物69種,其中原生動物31種、輪蟲16種、枝角類11種、橈足類11種;采得的底棲動物36種,隸屬于軟體動物門的28種,節肢動物門甲殼綱的4種,昆蟲綱的2個科,環節動物門的4種。底棲動物平均密度為588.02個/m2,生物量為182.57g/m2,其中生物量最高的是軟體動物,占總生物量的98.5%,其平均密度為225個/m2,生物量為179.84g;其次是水蚯蚓(1.12%)和搖蚊幼蟲 (0.26%)[5]。2006～2009年調查結果共檢出:浮游動物79種,其中原生動物25種、輪蟲33種、枝角類8種和橈足類13種。底棲動物31種,分屬3個門,其中軟體動物門21種,節肢動物門6種,環節動物門4種。底棲動物平均棲息密度為186.79ind/m2,生物量為157.7g/m2。平均棲息密度和生物量分別降低了68.23%和12.31%。其中生物量最高的是軟體動物,平均占總生物量的87.32%。

2.5 魚類變化分析

20世紀70年代末,東平湖共有魚類55種,隸屬7目15科44屬。以鯉科魚類最多,為35種,占63.64%,其次是鰍科、鮠科、鮨科各2種,分別占5.45%。據1979年和1980年漁獲物隨機取樣分析,鯉、鯽、烏鱧、鱖、長春鳊、紅鰭鲌、翹嘴紅鲌等 7種魚類共占 62.55%,其他魚類僅占37.45%[1]。通過2006～2009年連續對東平湖漁業資源的野外調查查明,東平湖現有魚類4目15科46種,還是鯉科魚類居多,計28種,占60.9%,其次為鱸形目魚類,計8種。從漁獲物分析東平湖2006～2009年的主要經濟魚類,與1979～1980年的差別不大,仍以鯉、鯽為主,但種類明顯減少,鯽魚無論在數量上還是在產量上都高于鯉魚,占絕對優勢。

2.6 東平湖富營養化評價

根據湖泊富營養化分級評價標準 (卡森指數法)[8],利用其含量的多寡進行水質評價,評價結果見表3。

表3 東平湖富營養狀態評價

2.7 水生生物評價

生物和生存環境間有不可分割的密切關系,1979～1980年與2006～2009年共檢出的浮游動物、浮游植物、底棲動物、水生植物及它們的優勢種見表4。計算2個時期的6個點的生物多樣性指數,見表5。

表4 東平湖生物種群及生物量變化統計表

表5 1980年與2009年東平湖生物多樣性指數比較

從表4可以看出,浮游植物1980年的生物量為2.2759mg/L、平均棲息密度2400000ind./L,優勢種為硅藻;2009年為12.76mg/L,平均棲息密度為28888166ind./L,優勢種為藍藻。生物量增加了4.61倍;從表5可以看出,1980年浮游植物多樣性指數最高為3.08,最低為2.34,平均為2.84;2009年最高為3.09,最低為2.96,平均為2.36,2次調查底棲動物多樣性指數差別不大,1980年為0.38,2009年為0.40。

3 小結

水域生態環境是水生生物賴以生存的物質條件,水生生物及水域生態環境共同構成了水生生態系統。通過對東平湖近30年的水生生物及水域生態環境的變化分析可看出,東平湖的水生生態系統已發生了很大變化,尤其是水域生態環境變化很大,湖泊水生生態系統受到整體性破壞,主要標志是:湖泊水體中N、P等營養元素大量富集和積累,東平湖的DO、COD、NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N以及總氮、總磷已發生了顯著的變化。湖內生物的多樣性遭到破壞,總趨勢為耐污種群數量增加,特別是浮游植物,多樣性指數明顯降低,耐污種藍藻迅速繁衍。湖內總生物量增加,東平湖已發展到中—富營養型湖泊,并正向富營化養湖泊過渡。

[1]王欽東,冷春梅,王俊鵬,等。東平湖生態修復研究[J].齊魯漁業,2008,25(11)47-49.

[2]張思沖,張學萍,廖永豐.營養度指數法在寒地湖泊富營養化評價中的應用 [J].哈爾濱工業大學學報.2008,35(4):416-419.

[3]張之源,王培華,張崇岱,巢湖營養狀況評價及水質恢復探討 [J].環境科學研究,1999,12(5):45-48.

[4]金相燦.中國湖泊環境 (第1冊)[M].北京:海洋出版社,1995.

[5]于愛敏,尚廣平,于 洋.湖泊富營養化的綜合評價方法的探討與實例[J].內蒙古環境科學,2009,21(3):52-55.

[6]黃河水系漁業資源調查協作組.黃河水系漁業資源 [M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1986.

[7]龐清江,亓 劍,齊 磊,等.東平湖水生生物現狀及水質分析 [J].山東農業大學學報(自然科學版),2007,38(2):247-251.

[8]李惠明,尚廣萍.水質現狀評價數學模型綜合研究 [J].中國環境科學,1991,11(5):356-360.