減河-潮白河廣義段浮游植物多樣性與污染關(guān)系

減河-潮白河廣義段浮游植物多樣性與污染關(guān)系

為了恢復(fù)北京潮白河（1999年以來一直干燥）生態(tài)水，改善順治新城生態(tài)環(huán)境，北京市政府實施了“順德新城溫榆河水資源利用工程”。將重度富營養(yǎng)型的溫榆河河水經(jīng)處理后在魯疃閘上游通過泵站和管道輸送至城北減河入口,作為城北減河-潮白河(順義段)水系的水源并采取生態(tài)修復(fù)措施,增加水體自凈能力。減河-潮白河水系對于改善順義新城區(qū)生態(tài)環(huán)境,調(diào)節(jié)小氣候,保護(hù)生物多樣性等方面具有重要生態(tài)功能。景觀水體的富營養(yǎng)化多年來一直困擾我國乃至世界許多國家的城市生態(tài)環(huán)境建設(shè),該水系同樣面臨此問題。浮游植物為水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者,形態(tài)構(gòu)造簡單,對水環(huán)境變化的反應(yīng)敏感,是監(jiān)測、評價水環(huán)境質(zhì)量的首選生物指標(biāo),在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用[4~6]。本文對減河-潮白河水系的浮游植物、理化指標(biāo)與水環(huán)境狀況進(jìn)行了監(jiān)測和調(diào)研,以期為該水系的富營養(yǎng)化防治與水環(huán)境生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)。1材料和方法1.1潮白河水系現(xiàn)狀圖1該水系由減河與潮白河(順義段)湖區(qū)兩部分組成。減河為人工型河道,兩側(cè)襯砌,自然河底。河道長約4km,寬約50~90m,平均流速約0.015m/s。順義段潮白河在河南村建橡膠壩攔水(壩高2.90m,長330m)形成人工湖。湖長約3km,平均寬約200m,蓄水量約600×104m3。從溫榆河取水,經(jīng)初步凈化后通過管道輸送到減河進(jìn)水,再經(jīng)河道流向潮白河湖區(qū)。根據(jù)該水系的形態(tài)與水環(huán)境狀況,設(shè)計10個監(jiān)測斷面(圖1),代表三個水域:1#~6#為減河河道區(qū),河道較窄,河水流動;7#為減河河口區(qū);8#、9#、10#為潮白河湖區(qū),湖面較大,水體相對穩(wěn)定(圖1)。1.2水質(zhì)分析方法2009年3月~9月定期做現(xiàn)場調(diào)查、浮游植物水樣采集與理化指標(biāo)測定同步進(jìn)行。選取、測定11項理化指標(biāo),即水溫(T,溫度計測定)、透明度(SD,透明度盤測定)、pH值(pH197I型測定儀)、溶解氧(DO)(OXI197型測定儀)、化學(xué)需氧量(CODMn)(GB11892-89法)、總氮(TN)、氨態(tài)氮(NH3-N)、總磷(TP)、葉綠素a(Chla)、懸浮物(SS)(SPEKTRAL多功能水質(zhì)分析儀)、生化需氧量(BOD5)(OXITOP型測定儀)。1.3樣品采集和測定浮游植物采樣方法依照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》進(jìn)行,定性樣品用25號浮游植物網(wǎng)(孔徑64μm)采集,將取得的過濾濃縮樣品放入標(biāo)本瓶中,立即加入水樣量1.0%體積福爾馬林(含36%甲醛)固定。定量樣品用有機玻璃采水器采集,每個水樣采1000ml,立即加入水樣量1.5%體積的魯哥氏液固定。在穩(wěn)定的實驗臺上,靜置沉淀24~36h,用細(xì)小虹吸管(內(nèi)徑3mm)吸去上層清液,最后定容到30ml。進(jìn)行種類鑒定,采用0.1ml計數(shù)框進(jìn)行密度測定。使用Excel和Spss11.5軟件對測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析2結(jié)果與討論2.1浮游植物群落水文情況2009年在減河-潮白河水系中共檢出浮游植物6門72種(包括屬和變種),其中藍(lán)藻(Cyanophyta)15種(20.8%),綠藻(Chlorophyta)28種(38.9%),硅藻(Bacillriophyta)20種(27.8%),裸藻(Euglenophyta)4種(5.6%),隱藻(Cryptophyta)3種(4.2%),甲藻(Pyrrophyta)2種(2.8%)。浮游植物平均密度為2991.18×104cells/L,其中藍(lán)藻、綠藻、硅藻分別占73.6%、8.1%、13.9%(表1)。在各監(jiān)測斷面中,2#(草橋)因距減河進(jìn)水口較近且河道較窄、河水流動,密度最小(262.24×104cell/L);9#~10#(彩虹橋~河南村橡膠壩)處于潮白河湖區(qū)下游,湖水相對穩(wěn)定,密度最大(7796.62×104cell/L)。該水系浮游植物密度減河河道區(qū)<減河河口區(qū)<潮白河湖區(qū)(圖2)。在年周期中太陽輻射強度的變化制約著水溫,強烈影響水體理化過程與生物活動。減河-潮白河水系3~4月水溫較低(14.0~16.7℃)(圖3),浮游植物群落中硅藻、綠藻占優(yōu)勢,小環(huán)藻(Cyclotellasp.)、柵藻(Scenedesmuasp.)為優(yōu)勢種。之后水溫逐漸升高,浮游植物群落隨之發(fā)生演替,藍(lán)藻門逐漸占優(yōu)勢,微囊藻(Microcystissp.)、色球藻(Chroococcussp.)成為優(yōu)勢種群。該水系浮游植物的優(yōu)勢種群均為富營養(yǎng)型水體指示種。該水系三區(qū)域浮游植物密度在6、7月均出現(xiàn)較小高峰,而后下降;9月潮白河湖區(qū)又上升較快,出現(xiàn)第二次高峰,減河河道區(qū)與河口區(qū)則只有小幅增加(圖4)。藍(lán)藻在浮游植物群落中所占比例:減河河道區(qū)(11.5%)﹤減河河口區(qū)(62.6%)﹤潮白河湖區(qū)(84.6%),顯示潮白河湖區(qū)比減河河道區(qū)更適合藍(lán)藻生活。該水系浮游植物密度大,群落中耐有機污染的藍(lán)藻所占比例高,顯示該水系屬于有機污染型的富營養(yǎng)型水體。該水系浮游植物的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)平均為H—=1.93(1.45~2.42),屬中度污染。多樣性指數(shù)減河河道區(qū)(H—=2.20)﹥河口區(qū)(H—=2.18)﹥潮白河湖區(qū)(H—=1.68),減河河道區(qū)比潮白河湖區(qū)高31%,顯示減河河道區(qū)水環(huán)境的污染程度輕于潮白河湖區(qū)。2.2浮游植物水系特征對減河-潮白河水系化學(xué)指標(biāo)檢測的結(jié)果顯示,2009年3月~9月1#~10#監(jiān)測斷面TN、TP呈下降趨勢,Chla呈上升趨勢,pH值在平穩(wěn)中略有上升(圖5)。該水系長約7km,水邊與水底有自然生長與人工構(gòu)建的挺水植物(蘆葦Phragmitesaustralis、香蒲Typhaangustifolia、假稻Leersiahexandra等)和沉水植物(菹草Potamogetoncrispus、苦草Vallisneriaasiatica、狐尾藻Myriophyllumspicatum等)構(gòu)成的維管植物群落。它們具有很好的物理阻滯作用,通過消浪,促使沉積、降低沉積物的再懸浮并大量吸收水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽。在沉淀、揮發(fā)、吸附、吸收、轉(zhuǎn)化等物理、化學(xué)和生物的綜合作用下,TN、TP含量在水系中逐漸降低,降低率分別為79.36%、74.29%。減河河水的流速約0.015m/s,減河河口區(qū)與潮白河湖區(qū)上覆水則相對穩(wěn)定,加之常有小的風(fēng)浪擾動比河流適合浮游植物生長增殖。2009年該水系1#~10#監(jiān)測斷面浮游植物密度逐漸遞增,Chla也隨之上升。該水系浮游植物密度較大(2991.17×104cells/L),由于其光合作用大量消耗了溶解在水體中的CO2,致使水體pH值保持在較高水平(9.3),但相對平穩(wěn)。該水系三個區(qū)域浮游植物密度不同,pH值亦出現(xiàn)較小差異,減河河口區(qū)與潮白河湖區(qū)(pH=9.7)略高于減河河道區(qū)(pH=8.6)。減河-潮白河水系中CODCr、BOD5、SS含量呈上升趨勢,三類污染物含量減河河道區(qū)<減河河口區(qū)<潮白河湖區(qū)(圖6)?？梢?湖區(qū)有利于三類污染物的匯集。2.3tsim指數(shù)OECD把富營養(yǎng)化定義為水體營養(yǎng)鹽增加引起的一系列征兆變化,其中藻類和大型植物生產(chǎn)力增加、水質(zhì)惡化和其他征兆變化破壞了水的利用。水體富營養(yǎng)化是制約人類生存與發(fā)展的世界性重大水環(huán)境問題,城市和近郊水體尤為嚴(yán)重并對周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。Aizaki修正的Carlson營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TSIM(Tropicstateindex)計算公式,以Chla為基準(zhǔn),較好解決了浮游藻類以外的因子對SD的影響,并分析了Chla與TN、TP、CODMn等指標(biāo)的相關(guān)性,得出了TSIM計算公式。本文選擇了SD、TN、TP、CODCr、BOD5和Chla六項指標(biāo)(表2)的TSIM指數(shù),對該水系的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)分級,為其富營養(yǎng)化程度的定量研究提供基礎(chǔ)。評價結(jié)果顯示,減河河道區(qū)、河口區(qū)、潮白河湖區(qū)六項指標(biāo)的TSIM值分布在83~90之間,均處于富營養(yǎng)狀態(tài),TN、TP、CODCr為主要污染物;減河河口區(qū)植物營養(yǎng)物相對豐富,TSIM平均值分別高于減河河道區(qū)、潮白河湖區(qū)8.1%、4.2%。三個水域的富營養(yǎng)程度:減河河道區(qū)<潮白河湖區(qū)<減河河口區(qū)。減河-潮白河水系生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動是不平衡的,物質(zhì)和能量的輸入>輸出。夏秋季初級生產(chǎn)力(主要是浮游植物)生長繁殖旺盛,但無明顯出路,植物體死亡分解后釋放的營養(yǎng)鹽被重復(fù)利用。該水系水環(huán)境處于亞健康狀態(tài),主要威脅是水體富營養(yǎng)化繼續(xù)發(fā)展并在生態(tài)條件適宜時發(fā)生藍(lán)藻水華。2.4浮游植物密度與葉綠素a、n、p含量關(guān)系相關(guān)分析結(jié)果顯示,該水系的浮游植物密度與CODCr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),說明在年周期內(nèi)水體中CODCr的降解產(chǎn)物是浮游植物增殖的重要營養(yǎng)源,減少水體中可降解性有機物的含量能有效減輕污染,抑制浮游藻類密度。浮游植物密度與葉綠素a呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。貧營養(yǎng)型水體中浮游植物生長發(fā)育所需要的主要營養(yǎng)元素N、P含量低(TN<0.2mg/L,TP<0.02mg/L),在其生活所需的適宜濃度以下,浮游植物密度與N、P含量呈極顯著正相關(guān)。減河-潮白河水系為相對嚴(yán)重的富營養(yǎng)型水體,N、P含量較高,均在浮游植物生活所需的適宜濃度以上,不是限制因子,這兩者與浮游植物密度呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)。該水系浮游植物與SD呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05),說明水體透明度除受浮游植物密度制約外還受懸浮物含量的影響(表3)。3shrene水生物量tn,tp(1)減河-潮白河水系共檢出浮游植物6門72種,平均密度為2991.18×104cells/L。藍(lán)藻、綠藻、硅藻占優(yōu)勢,優(yōu)勢種群均為有機污染型的富營養(yǎng)水體指示種。Shannon-Weaver多樣性指數(shù)平均為1.93(1.45~2.