湖北枝江市石子嶺水庫(kù)藍(lán)藻水華研究

汪志聰,饒本強(qiáng),李印霞,劉永定,李敦海* (.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所,湖北 武漢 430072；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京 00049；3.信陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,河南 信陽(yáng) 464000)

湖北枝江市石子嶺水庫(kù)藍(lán)藻水華研究

汪志聰1,2,饒本強(qiáng)1,3,李印霞1,2,劉永定1,李敦海1*(1.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所,湖北 武漢 430072；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京 100049；3.信陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,河南 信陽(yáng) 464000)

2009年8月21日對(duì)枝江市作為飲用水源的石子嶺水庫(kù)浮游植物和水體營(yíng)養(yǎng)鹽狀況進(jìn)行了調(diào)查.結(jié)果表明,該水庫(kù)已經(jīng)發(fā)生了微囊藻水華;浮游植物群落結(jié)構(gòu)定量分析和多樣性指數(shù)計(jì)算表明石子嶺水庫(kù)明顯富營(yíng)養(yǎng)化,惠氏微囊藻是是群落中絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種.同時(shí)浮游植物生態(tài)位測(cè)度值表明微囊藻等藍(lán)藻在時(shí)下的生態(tài)因子作用下將呈現(xiàn)逐漸衰退,而綠藻種群擴(kuò)張,水庫(kù)中浮游植物明顯呈現(xiàn)由藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)向綠藻優(yōu)勢(shì)群落演替趨勢(shì).測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù),以了解微囊藻水華的生長(zhǎng)狀態(tài),比較研究中午強(qiáng)光下和經(jīng)過(guò)24 h暗恢復(fù)及與室內(nèi)培養(yǎng)的惠氏微囊藻三者的差異,表明夏末秋初階段水庫(kù)中微囊藻受到了一定的光照脅迫.水庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)鹽分析表明過(guò)高的總氮、總磷濃度和適宜的 N/P比可能是水華暴發(fā)的主要原因,同時(shí)也是導(dǎo)致石子嶺水庫(kù)浮游植物呈現(xiàn)特定的群落結(jié)構(gòu)特征的關(guān)鍵因素.

石子嶺水庫(kù)；藍(lán)藻水華；浮游植物；生態(tài)位寬度；生態(tài)位重疊

枝江市位于湖北省中部偏西,地處長(zhǎng)江中游北岸.東與荊沙接壤,西與宜昌毗鄰,屬副亞熱帶,年均氣溫15.9～16.5℃,日照1500～2000h,無(wú)霜期220d左右,年均降雨量1032mm.石子嶺水庫(kù)是枝江市水利局直屬的中型水庫(kù),距城關(guān)26km.水庫(kù)承用面積49.6km2,庫(kù)容2.17×107m3,養(yǎng)魚(yú)面積l.0×106m2,灌溉農(nóng)田53.3km2[1],是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼營(yíng)養(yǎng)魚(yú)以及村鎮(zhèn)生活用水的綜合型水庫(kù).

石子嶺水庫(kù)一直以來(lái)就是當(dāng)?shù)鼐用裰饕嬘盟吹?此前一直未發(fā)現(xiàn)有藍(lán)藻水華現(xiàn)象,水質(zhì)狀況良好.從2009年7月中旬開(kāi)始至本調(diào)查期間石子嶺水庫(kù)一直出現(xiàn)藍(lán)藻水華,嚴(yán)重影響了問(wèn)安鎮(zhèn)自來(lái)水廠對(duì)該鎮(zhèn) 1.5萬(wàn)居民日常用水供應(yīng).但迄今關(guān)于作為飲用水源地的水庫(kù)突然出現(xiàn)嚴(yán)重藍(lán)藻水華的現(xiàn)象還鮮為報(bào)道.為了對(duì)水庫(kù)水體污染狀況做出正確評(píng)估和提出切實(shí)有效的水質(zhì)改善措施,筆者于2009年8月21日首次調(diào)查了石子嶺水庫(kù)中浮游植物群落結(jié)構(gòu)和總氮總磷營(yíng)養(yǎng)鹽狀況,并以毗鄰的熊家港水庫(kù)水體相應(yīng)指標(biāo)作對(duì)照說(shuō)明,擬從該水庫(kù)微囊藻的群落結(jié)構(gòu)特征和野外條件下的光合特性以及水體氮磷含量等方面探討石子嶺水庫(kù)藍(lán)藻水華發(fā)生的原因和機(jī)理,為水華防治提供基本的實(shí)驗(yàn)依據(jù).

1 樣點(diǎn)設(shè)置與分析方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)方法

分別在水庫(kù)的上游(3#)和下游(1#、2#、4#)各水域設(shè)置了4個(gè)采樣點(diǎn),并在緊鄰的熊家港水庫(kù)設(shè)置了對(duì)照點(diǎn)(5#),點(diǎn)位設(shè)置如圖1所示.

圖1 石子嶺水庫(kù)與熊家港水庫(kù)Fig.1 Shiziling Reservoir and Xiongjiagnag Reservoir

1.2 葉綠素測(cè)量

取100mL水樣,經(jīng)1.2μm的GF/C玻璃纖維濾膜過(guò)濾后,于4℃保藏,并在24h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室分析.濾膜經(jīng)80%的丙酮冰浴充分研磨,后將研磨樣品轉(zhuǎn)入10mL的離心管中,定容終體積約8mL.置于4℃下浸提20～24h后,浸提液10000r/min離心10min,上清液用于葉綠素測(cè)量.用10mm光徑的比色皿裝樣置入U(xiǎn)ltrospec3000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量上清液在665,649nm 2波段的吸光度值.葉綠素a計(jì)算公式參考Vernon的方法[2]Chla= 11.63OD665-2.39OD649,μg/L.

1.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)定量分析

樣品采集后,立即用魯哥試液固定,沉降48h后,棄去上清液,底層沉降藻混勻后,用Leica雙筒光學(xué)顯微鏡對(duì)藻進(jìn)行定性定量分析.計(jì)算微囊藻群體密度和群體平均所含細(xì)胞數(shù)時(shí),至少取50個(gè)視野,計(jì)數(shù)至少300個(gè)群體含有細(xì)胞量的平均值.生態(tài)位寬度利用 Levins公式[3]計(jì)算,生態(tài)位重疊利用 Petraitis公式[4]計(jì)算.多樣性指數(shù)公式為:

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[5]:

Simpson多樣性指數(shù)[6]:

式中:Ni是群落中第i個(gè)物種的數(shù)目,N是群落中物種總數(shù)目,Pi=Ni/N.

1.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

用 PAM2100(WALZ, Germany)測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)[7],在光化光的強(qiáng)度(1800μmol/(m2·s))上稍作修改.樣品經(jīng)5min(不宜過(guò)長(zhǎng))的暗適應(yīng)后,在小于 0.15μmol/(m2·s)的測(cè)量光(ML)下測(cè)定最大葉綠素?zé)晒釬v/Fm,打開(kāi)光化光在256μmol/(m2·s)使藻進(jìn)行光適應(yīng),做快速光響應(yīng)曲線,得出ΦPSII、qN和qP的值.在1800μmol/(m2·s)的條件下模擬當(dāng)時(shí)野外實(shí)測(cè)強(qiáng)光條件下,測(cè)量藻類在環(huán)境光下的光合系統(tǒng)活性.

1.5 總氮、總磷分析

總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定,總磷用鉬酸銨分光光度法測(cè)定,詳細(xì)方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[8].

1.6 統(tǒng)計(jì)分析方法

每個(gè)的葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)每個(gè)樣品做5個(gè)平行測(cè)量,取平均值;氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度數(shù)據(jù)做3個(gè)平行測(cè)量,同樣取平均值.SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件平臺(tái)上分析測(cè)量數(shù)據(jù).方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)用來(lái)分析在樣品之間是否有顯著的差異,P ＜0.05定為顯著水平.

2 結(jié)果與討論

2.1 石子嶺水庫(kù)葉綠素含量分析

隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化的改革,眾多的淡水湖泊呈現(xiàn)明顯的富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻水華現(xiàn)象[9-11].水庫(kù)作為一種農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施,也承擔(dān)著居民飲用水源的重要作用,但水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化也是一個(gè)目前已成為威脅民生的一個(gè)日益突出的問(wèn)題[12].圖2中顯示石子嶺水庫(kù)中葉綠素的含量平均為 91.69μg/L,在水庫(kù)東角的 4#小庫(kù)灣中葉綠素濃度高達(dá) 163.09μg/L,肉眼可見(jiàn)已經(jīng)出現(xiàn)表面水華現(xiàn)象.

相鄰的熊家港水庫(kù)水體明顯為綠色,但透明度很高,肉眼也不可見(jiàn)顆粒狀藻,浮游植物網(wǎng)采也收集不到藻顆粒.經(jīng)檢測(cè)葉綠素含量高達(dá)70.21μg/L(圖 2),鏡檢優(yōu)勢(shì)種是綠藻,次優(yōu)勢(shì)種是微囊藻.

圖2 石子嶺水庫(kù)水體葉綠素含量Fig.2 Chlorophyll a concentration of all sampling points in the reservoirs

石子嶺水庫(kù)有明顯的藍(lán)藻水華,雖然不像滇池、巢湖和太湖所出現(xiàn)的表面聚集水華,但肉眼可見(jiàn)水體中藻顆粒密度較大,并散發(fā)出微囊藻特有的臭味.以葉綠素水平來(lái)衡量,石子嶺水庫(kù)已經(jīng)暴發(fā)了輕度藍(lán)藻水華.相鄰的熊家港水庫(kù)水體明顯為綠色,雖然不見(jiàn)成群體的藻顆粒,但以葉綠素為衡量標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)水華定義的研究[13]確定發(fā)生了綠藻和藍(lán)藻共同水華.

2.2 石子嶺水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)定量調(diào)查

樣品經(jīng)固定后于實(shí)驗(yàn)室光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行浮游植物鑒定,結(jié)果見(jiàn)表 1,水庫(kù)中微囊藻在群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),約占總生物量的98%以上,而在作為對(duì)照的熊家港水庫(kù)(5#)中卻以綠藻門(mén)的螺旋纖維藻占優(yōu)勢(shì),微囊藻在數(shù)量上僅占21%.

Shannon-Wiener和Simpson 2種多樣性指數(shù)均顯示(表2)石子嶺水庫(kù)的多樣性指數(shù)較低,均在1.638以下,最低達(dá)到0.012.上游3#的多樣性指數(shù)略高于下游的4#,但顯著低于下游的1#、2#,并且石子嶺水庫(kù)的多樣性指數(shù)顯著地低于熊家港水庫(kù),水庫(kù)上游 3#的群落多樣性比下游稍高一些,微囊藻的密度也更大(表1).5#熊家港水庫(kù)發(fā)生了微囊藻和纖維藻共同占優(yōu)勢(shì)的水華,庫(kù)中浮游植物多樣性較石子嶺水庫(kù)顯著的高.石子嶺水庫(kù)的生物多樣性指數(shù)較低,微囊藻這種富營(yíng)養(yǎng)化物種是群落中絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種.這表明水庫(kù)水質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)一定程度的富營(yíng)養(yǎng)化.水庫(kù)上游群落多樣性指數(shù)比下游位點(diǎn)更高,表明水庫(kù)上游的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化更嚴(yán)重,水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放源可能在入庫(kù)的主河道區(qū).熊家港水庫(kù)發(fā)生了藍(lán)、綠藻水華,群落結(jié)構(gòu)特征與石子嶺水庫(kù)有明顯的區(qū)別,生物多樣性顯著的高于石子嶺水庫(kù).

表 3顯示了石子嶺水庫(kù)浮游植物優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊值,表明惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)、 細(xì) 小 平 裂 藻(Merismopedia minima)、小席藻(Phormidium tenue)等 藍(lán) 藻 和 四 尾 柵 藻 Scenedesmus quadricauda等綠藻的生態(tài)位較寬,而生態(tài)位重疊值 均 為 負(fù) 值 .單 角 盤(pán) 星 藻 (Scenedesmus quadricauda)、空球藻(Eudorina elegans)、湖生小椿藻(characium limneticum)等綠藻雖然生態(tài)位寬度較小,但生態(tài)位重疊值為正值.雖然四尾柵藻Scenedesmus quadricauda生態(tài)位寬度較寬,但是生態(tài)位重疊呈負(fù)值.石子嶺水庫(kù)中藍(lán)藻的生態(tài)位較寬,在水體中分布較普遍,適應(yīng)性較強(qiáng),而生態(tài)位重疊值均為負(fù)值,表明藍(lán)藻雖然適應(yīng)性較強(qiáng),但生態(tài)因子的演變將不利于藍(lán)藻物種的進(jìn)一步擴(kuò)張,微囊藻和平裂藻在后期將會(huì)呈現(xiàn)衰退的趨勢(shì).綠藻雖然生態(tài)位寬度較小,但生態(tài)位重疊測(cè)度值較高.這表明綠藻雖然分布區(qū)域不如藍(lán)藻物種廣泛,但在后期生物量將會(huì)增加;藍(lán)綠藻的更替正在進(jìn)行.各個(gè)局部位點(diǎn)的微囊藻水華的生物量與群體形態(tài)大小呈正相關(guān)的(圖3),這表明較大的群體,浮力更大,更容易在湖泊某些區(qū)域聚集,形成肉眼可見(jiàn)的水華現(xiàn)象.

表1 石子嶺水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)(×103個(gè)細(xì)胞/L)Table 1 Phytoplankton community structure of Shiziling Reservoir (×103 cells/L)

表2 石子嶺水庫(kù)浮游植物群落Shannon-Wiener和Simpson多樣性指數(shù)Table 2 Shannon-Wiener and Simpson’s diversity indexes of phytoplankton community in Shiziling Reservoir

2.3 石子嶺水庫(kù)中微囊藻群體密度和細(xì)胞含量

顯微鏡下觀察,微囊藻為單一種,全部為惠氏微囊藻,在可見(jiàn)表面水華的石子嶺水庫(kù)東角4#采樣點(diǎn),計(jì)數(shù)后得微囊藻的群體為 3.7×103個(gè)/mL,遠(yuǎn)高于水庫(kù)其他未見(jiàn)藻體上浮的水域,同時(shí) 4#樣點(diǎn)的每個(gè)群體平均細(xì)胞數(shù)目也較其它水域顯著大(圖3).但與銅綠微囊藻占優(yōu)勢(shì)的太湖群體(數(shù)據(jù)待發(fā)表)相比,每個(gè)群體平均細(xì)胞數(shù)上要小得多.出現(xiàn)表面水華的 4#樣點(diǎn)微囊藻的群體較多,群體含有的細(xì)胞數(shù)較其他樣點(diǎn)的顯著 要高.

表3 石子嶺水庫(kù)浮游植物優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊Table 3 Niche breadth and niche overlap of dominant phytoplankton species in Shiziling Reservoir

圖3 石子嶺水庫(kù)中微囊藻群體分析Fig.3 The analysis of Microcystis colony in Shiziling Reservoir

2.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析

由圖4可見(jiàn),溫室內(nèi)培養(yǎng)的微囊藻是在各種條件適宜的情況下生長(zhǎng)的,光合系統(tǒng)的光合活性相對(duì)較高.最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSII)和光化學(xué)淬滅(qP)分別達(dá)到 0.446± 0.008、0.467±0.010、0.856±0.048,而非光化學(xué)淬滅(qN)較小.野外湖泊中微囊藻在模擬現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)度光化光條件下,光合活性顯著下降(one-way ANOVA, P＜0.05),Fv/Fm、ΦPSII和 qP分別為0.259±0.006,0.089±0.021和 0.383±0.053,而反應(yīng)中心過(guò)剩激發(fā)能qN顯著升高到0.460± 0.076.現(xiàn)場(chǎng)采集的微囊藻經(jīng)過(guò)48h的暗適應(yīng)恢復(fù)后,非光化學(xué)qN消失,光合活性Fv/Fm、ΦPSII和qP有所升高但依然處于一個(gè)相對(duì)較低的水平,顯著低于室內(nèi)同種微囊藻的光合活性.

石子嶺水庫(kù)各點(diǎn)的藻均顯黃綠色,浮游植物網(wǎng)采懸浮的黃綠色藻顆粒清晰可見(jiàn).最大光化學(xué)量子產(chǎn)量 Fv/Fm是一個(gè)很穩(wěn)定的值,藻類的比高等植物的低,約為 0.65[14].當(dāng)藻類受到環(huán)境脅迫時(shí),Fv/Fm顯著下降[15],因此 Fv/Fm是研究光抑制或各種環(huán)境脅迫對(duì)光合作用影響的重要指標(biāo).

圖4的葉綠素?zé)晒鈪?shù)中,作為對(duì)照的室內(nèi)培養(yǎng)的惠氏微囊藻的Fv/Fm為0.446,Tytler等[16]也報(bào)道的適宜情況下微囊藻熒光參數(shù)范圍為0.41～0.47,然而野外微囊藻在中午較強(qiáng)光照條件下Fv/Fm為0.256,表明在光合活性有所下降,在一定程度上受到了光脅迫.qP表示開(kāi)放的 PSⅡ反應(yīng)中心所占的比例[17],ΦPSⅡ表示PSⅡ光化學(xué)能量轉(zhuǎn)化的有效量子產(chǎn)量[18],qN表示藻對(duì)過(guò)剩光能的耗散能力[19].在未受到環(huán)境脅迫條件下,qN較低,幾乎接近于0,ΦPSII和qP較高.野外微囊藻實(shí)時(shí)熒光比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)適宜條件下培養(yǎng)的同種惠氏微囊藻相應(yīng)的熒光參數(shù)顯著下調(diào),qN為0.460,顯著高于適宜條件下的 qN(0.002).在適宜條件下,qP較大,qN較小,當(dāng)藻受到環(huán)境脅迫時(shí),qP下降,qN上升,當(dāng)環(huán)境脅迫強(qiáng)度過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng),藻甚至?xí)适Ч夂匣钚?相應(yīng)的 qP和 qN都變小,甚至降低為 0,此時(shí)藻樣即使經(jīng)充分暗適應(yīng)后,光合活性也無(wú)法恢復(fù).

圖4 石子嶺水庫(kù)微囊藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fig.4 Chlorophyll fluorescence parameters of Microcystis in Shiziling Reservoir

現(xiàn)將野外的微囊藻樣品經(jīng)室內(nèi) 25℃、黑暗條件下恢復(fù)48h后,其Fv/Fm進(jìn)一步降低為0.206,但ΦPSII較暗恢復(fù)前有所上升,光化學(xué)淬滅qP也增大了,非光化學(xué) qN下降至接近于 0.這是因?yàn)樗{(lán)藻光合作用分類為藻膽體(PBS)生物, PQ是光合作用和呼吸作用的共同電子傳遞體,藻在長(zhǎng)時(shí)間的暗適應(yīng)下光合作用向狀態(tài) 2轉(zhuǎn)換,表現(xiàn)為Fv/Fm略有下降[20],而在暗適應(yīng)中,由于葉綠素?zé)晒獾陌党谠ミ^(guò)程,非光化學(xué)淬滅 qN下降,氧化態(tài)的 QA黑暗中逐漸被還原,光合電子傳遞鏈抑制得以恢復(fù),從而使光化學(xué)淬滅 qP提高.上述暗恢復(fù)的結(jié)果進(jìn)一步表明水庫(kù)中微囊藻受到了環(huán)境因子的脅迫作用.推測(cè)可能是水庫(kù)透明度較高,過(guò)強(qiáng)的光線及表層水溫的上升使藻的生長(zhǎng)受到一定的抑制,并且這種抑制可以導(dǎo)致藻的光合活性不可逆的失活,并在秋后季節(jié)逐步衰退.值得慶幸的是發(fā)生的是非產(chǎn)毒特性的惠氏微囊藻株系,如果是產(chǎn)毒株系水華,那這種水華及衰退后的細(xì)胞溶解所釋放出來(lái)的毒素對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)和人類健康都是一個(gè)較大的威脅.因此,我們不僅要關(guān)注石子嶺水庫(kù)中富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程,爭(zhēng)取盡量控制營(yíng)養(yǎng)物污染染頭,還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這個(gè)已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化水庫(kù)中水華藍(lán)藻群落結(jié)構(gòu)的特別是產(chǎn)毒藍(lán)藻株系的變化.

2.5 石子嶺水庫(kù)總氮和總磷含量分析

圖5 石子嶺水庫(kù)總氮與總磷濃度Fig.5 The concentration analysis of total nitrogen and total phosphorus in the two reservoirs

圖6 石子嶺水庫(kù)氮磷比值的比較Fig.6 The ratio of nitrogen to phosphorus among all the sampling points

前面兩水庫(kù)中群落結(jié)構(gòu)差異與它們的富營(yíng)養(yǎng)狀況是緊密相關(guān)的.作為飲用水源方面,石子嶺水庫(kù)氮磷已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo),依據(jù)GB3838-2002水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn),石子嶺水庫(kù)總氮平均為1.84mg/L,達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),總磷為0.06mg/L,達(dá)到Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(圖 5).石子嶺水庫(kù)東角 4#點(diǎn)總磷濃度高達(dá)0.124mg/L,表明水庫(kù)部分水域總磷達(dá)到達(dá)到Ⅴ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).而對(duì)照樣點(diǎn)5#熊家港水庫(kù)中富營(yíng)養(yǎng)化更嚴(yán)重,總磷為0.647mg/L,顯著高于石子嶺水庫(kù),約為其平均水平的10.8倍.石子嶺水庫(kù)各樣點(diǎn)的N/P均在30左右,而熊家港水庫(kù)因?yàn)榭偭诐舛确浅８?總氮濃度偏低,導(dǎo)致N/P比值降低至2.51(圖6).這種水體中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)是決定浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成的重要因素之一[21],其中氮磷比對(duì)水華藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)形成有很大的影響[22].在緊密相鄰的石子嶺水庫(kù)和熊家港水庫(kù)中,地理環(huán)境和氣候等眾多的生態(tài)因子是相同的,這種營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和組成的差異可能是造成兩水庫(kù)中浮游植物群落結(jié)構(gòu)顯著不同的主要原因.

3 結(jié)論

3.1 依據(jù)葉綠素含量和浮游植物生物量?jī)煞N水華界定標(biāo)準(zhǔn),石子嶺水庫(kù)中葉綠素含量達(dá)91.69μg /L,確定已經(jīng)暴發(fā)了微囊藻水華,而在地理位置上毗鄰的熊家港水庫(kù)暴發(fā)微囊藻和纖維藻共同優(yōu)勢(shì)的水華.

3.2 藻類物種數(shù)目較少、富營(yíng)養(yǎng)化物種微囊藻是絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種和生物多樣性指數(shù)較低(最小為0.012),表明石子嶺水庫(kù)各庫(kù)區(qū)均呈現(xiàn)明顯的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象.群落生態(tài)位測(cè)度值和葉綠素?zé)晒鈪?shù)值較低(0.256),均表明水庫(kù)中浮游植物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)向綠藻優(yōu)勢(shì)的演替趨勢(shì).

3.3 石子嶺水庫(kù)中總氮(平均為 1.84mg/L)、總磷(平均為 0.06mg/L)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分析表明水庫(kù)水質(zhì)污染嚴(yán)重,多為Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì),熊家港水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽污染更嚴(yán)重.營(yíng)養(yǎng)鹽組成差異可能是兩水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)不同的重要原因.

[1] 梁開(kāi)學(xué),梁明德.枝江縣石子嶺水庫(kù)漁業(yè)安置漁民規(guī)劃報(bào)告 [J].水利漁業(yè), 1995,2:39-42.

[2] Vernon L P, Seely G R. The Chlorophylls [M]. New york, 1966.

[3] Levins R. Evolution in changing environments: some theoretical explorations [M]. USA: Princeton University Press, 1968.

[4] Petraitis P S. Likelihood measures of niche breadth and overlap [M]. Ecology, 1979,60:703-710.

[5] Shannon E E, Weaver W. The mathematical theory of communication [M]. Urbana, Chicago, London: University Illinois Press, 1949:125.

[6] Simpson E H. Measurement of diversity [J]. Nature, 1949,163: 688.

[7] Wang Z C, Zuo M, Wang Y C, et al. Dynamics of chlorophyll fluorescence and eco-morphological properties of Microcystis bloom in Meiliang Bay of Lake Taihu, China [J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2011,20(9):2295-2305.

[8] Wang Y C, Wang Z C, Wu W J, et al. Seasonal regime shift of an alternative-st ate Lake Xingyun, China [J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2010,19(8):1474-1485.

[9] Yang H, Xie P, Xu J, et al. Seasonal variation of microcystin concentration in Lake Chaohu, a shallow subtropical lake in the People's Republic of China [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2006,77:367-374.

[10] 劉聚濤,楊永生,姜加虎.太湖藍(lán)藻水華災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)評(píng)估方法研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(3):498-503.

[11] Zhang M, Xu J, Xie P. Nitrogen dynamics in large shallow eutrophic Lake Chaohu, China. [J]. Environmental Geology, 2008, 55:1-8.

[12] 許秋瑾,鄭丙輝,朱延忠,等.三峽水庫(kù)支流營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2010,30(4):453-457.

[13] 鄭建軍,鐘成華,鄧春光.論水華的定義 [J]. 水資源保護(hù), 2006, 2(5):45-47.

[14] kolber Z, Zehr J, Falkowski P G. Effects of growth irradiance and nitrogen limitation on photosynthesis energy conversion in photosystem Ⅱ[J]. Plant Phsiol., 1988,88:72-79.

[15] 許大全, 張玉忠, 張榮銑. 植物光合作用的光抑制 [J]. 植物生理學(xué)通訊, 1992,28(4):237-243.

[16] Tytler E M, Whitelam G C, Hipkins M F, et al. Photoinactivation of photosystem II during photoinhibition in the cyanobacterium [J]. Planta, 1984,60(3):229-234.

[17] Baker N R. Chlorophyll fluorescence: A probe of photosynthesis in vivo [M]. Annu. Rev. Plant Biol., 2008,59:89-113.

[18] Maxwell K, Johnson G N. Chlorophyll fluorescence—a practical guide [J]. Journal of Experimental Botany, 2000,51(345):659-668.

[19] 馮志立,馮玉龍,曹坤芳.光強(qiáng)對(duì)砂仁葉片光合作用光抑制及熱耗散的影響 [J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2002,26(1):77-82.

[20] 楊勝銘,高輝遠(yuǎn),鄒 琦.狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)光合作用中激發(fā)能分配的調(diào)節(jié)及其與光破壞防御的關(guān)系 [J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2001,37(2): 89-94.

[21] Lalli C M, Parsons T R. Biological oceanography: An Introduction [M]. New York: Pergamon Press, 1993:45-79.

[22] 許 海,朱廣偉,秦伯強(qiáng),等.氮磷比對(duì)水華藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)形成的影響[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(10):1676-1683.

Primary study on cyanobacteria bloom in Shiziling Reservoir of Zhijiang, Hubei Province.

WANG Zhi-cong1,2, RAO Ben-qiang1,3, LI Yin-xia1,2, LIU Yong-ding1, LI Dun-hai1*(1.State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China; 2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China；3.College of Life Sciences, Xinyang Normal University, Xinyang 464000, China). China Environmental Science, 2012,32(10)：1875～1881

A survey of phytoplankton and trophic status was carried out on August 21, 2009 in Shiziling Reservoir of Zhijiang which was used as a source of drinking water. The results showed that the reservoir had occurred Microcystis bloom. The quantitative analysis and diversity indices of phytoplankton community showed that the whole reservoir was in obvious eutrophic state, and Microcystis wesenbergii (Komárek) Komárek was the absolute dominant species. The niche measurement of phytoplankton indicated that cyanobacteria including Microcystis were being declining while Chlorophyta populations was being expanding, and the community successional tendency between Cyanobacteria and Chlorophyta was obvious. To understand the growth state, the chlorophyll fluorescence parameters of Microcystis sampled from the reservoir, cultured in dark for 24h or cultured underlaboratory illuminated conditions were compared. The results showed that in the late summer and early autumn Microcystis in Shiziling reservoir suffered from strong light stress. The analysis of nutrients suggested that the high concentrations of total nitrogen and total phosphorus and the suitable value of N/ P ratio were the main reasons for the occurrence of Microcystis bloom, and also were the key factors that resulted in the specific characteristics of phytoplankton community characteristics in Shiziling Reservoirs.

Shiziling Reservoir；cyanobacteria bloom；phytoplankton；niche breadth；niche overlap

2011-12-24

國(guó)家“973”項(xiàng)目(2008CB418002)和河南省高校青年骨干教師資助計(jì)劃項(xiàng)目(2010GGJS-106)聯(lián)合資助.

* 責(zé)任作者, 李敦海, lidh@ihb.ac.cn

X832

A

1000-6923(2012)10-1875-07

汪志聰(1984-),男,湖北鄂州人,中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所博士研究生,主要從事藻類環(huán)境生物學(xué)和水體生態(tài)學(xué)研究.發(fā)表論文10余篇.