千岛湖水环境时空变化特征及其影响因素

发布时间：2020-08-31 16:31

　　 我国水库正面临的因富营养化造成的有害藻类异常增殖问题,对饮用水供水安全及生态文明建设构成了严重的影响。大型深水水库换水周期相对较慢,营养盐相对较低且具有较大空间异质性及复杂性。因此,气象水文过程对应的生源要素外源输入和水动力特征的改变对水库水质及浮游植物具有重要影响。本文以新安江水库(下称“千岛湖”)为例,开展了藻类群落结构及环境条件的逐月监测及街口三天一次的高频监测,并结合浮游植物的历史调查数据及浮标自动监测数据,以期阐明千岛湖营养盐及浮游植物的时空分布特点,厘清温度、降雨及入库流量等气象水文条件对水库富营养化及藻类水华形成的影响机制。结果表明:(1)千岛湖的氮主要以溶解态的形式存在,磷主要以颗粒态的形式存在,且氮、磷营养盐均具有较大的时空差异。总氮(TN)浓度介于0.69-2.06 mg/L之间,总磷(TP)浓度介于0.004-0.096 mg/L之间,氮、磷的峰值均出现在春季,但是氮的低值出现在9-10月,磷的最低值出现在冬季。氮、磷浓度在空间上呈现出自河流区到湖泊区浓度逐渐降低的趋势。氮磷浓度与入库流量的相关性强于降雨,且入库流量比降雨对磷的影响更大。不同区域对入库流量的响应时间存在差异,河流区响应最快,其次是过渡区,湖泊区最慢,反映出氮、磷在水库扩散过程中的滞后性。温度通过影响水体浮游植物生长带来的水体颗粒态氮、磷变化影响水体TN、TP浓度,但是不同湖区的响应也不相同,累积温度与过渡区氮、磷的关系优于河流区及湖泊区。(2)2002-2017年千岛湖共鉴定出浮游植物7门93属,主要由硅藻门、绿藻门、蓝藻门及隐藻门组成。在过去的16年期间,浮游植物年均丰度和群落结构经历了四个阶段:2008年前丰度持续低值且蓝藻不是主要类群,2009-2011年丰度持续增加且蓝藻成为主要类群,2012-2017丰度持续降低,蓝藻比例降低。浮游植物的年优势属从2002-2008年的小环藻属(Cyclotella)、隐藻属(Cryptomonas)、蓝隐藻属(Chroomonas)转变为2009-2012年颤藻属(Oscillatoria)、小球藻属(Chlorella)、小环藻属、蓝隐藻属,2013-2017年又转变为鱼腥藻属(Anabaena)、束丝藻属(Aphanizomenon)、小环藻属、针杆藻属(Synedra)、直链藻属(Melosira)、栅藻属(Scenedesmus)、蓝隐藻属。RDA分析表明,水文气象因子(气温、风速、水位、入库流量)和水质因子(TN、电导率、氮磷比、透明度)与浮游植物群落结构变化关系密切。但不同点位的浮游植物群落结构的影响因素存在较大差异,街口主要受水文气象的影响,小金山及三潭岛则受水文气象及营养盐的双重影响。(3)街口三天一次的高频营养盐变化趋势与入库流量及降雨量变化一致,且存在明显的季节差异,汛期(3-6月)营养盐浓度高达非汛期的两倍。降雨及入库流量与高频的氮、磷营养盐浓度存在极显著正相关关系(P0.01),温度与TP极显著正相关,与TN不存在显著性关系。街口高频监测的浮游植物以硅藻、隐藻、绿藻及蓝藻为主,各门平均占比分别为49%、21%、17%及11%。束丝藻属、盘星藻属(Pediastrum)、小环藻属、针杆藻属、颗粒直链藻属(Melosira)及隐藻属为最主要的优势属。2017年和2018年的浮游植物生物量及组成存在显著的季节差异。街口不同季节浮游植物群落结构的影响因子不同,春季的影响因子为累积降雨、累积入库流量、水位及可溶性有机碳(DOC);夏季的影响因子为累积入库流量、水位、DOC、TN、TP及SD;秋季的影响因子为积温、水位、DOC、TN、TP及TN:TP;冬季为积温、水位和DOC。街口的温跃层及氧跃层于4月形成10月消失,降雨及入库流量均对分层的稳定性具有冲击,且入库流量接近500×10~5 m~3或降雨超过80 mm时,水温及溶解氧分层就会被完全打破。综上所述,水文气象过程对大型水库水环境的影响作用强烈且复杂,物理扩散与沉降、化学变化及生物生长累积等作用使得水环境指标对水文气象过程响应具有较大的时空差异性,在水库水质管理和机制分析中应当充分考虑这种非同步性。千岛湖近年来的蓝藻丰度大幅增加,街口冬季也存在蓝藻占优的情况,水库存在蓝藻水华的风险。而高频监测更能更好的捕捉到藻类的变化,为更好的厘清温度、降雨及入库流量等气象水文条件对水库富营养化及藻类水华形成的影响机制,应尽早构建高频监测系统。
【学位单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X524
【部分图文】：

水库纵向分布图（改自KimmelandGroeger,1984）

技术路线图

叶绿素与不同时间尺度累积温度的散点图

【参考文献】

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本文编号：2809054