密度調(diào)控白洋淀水體富營養(yǎng)化的研究

密度調(diào)控白洋淀水體富營養(yǎng)化的研究

在生長過程中，高純度水生植物可以吸收大量養(yǎng)分鹽，控制浮游生物的過度生長，并凈化富營養(yǎng)化水體。因此，其在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的作用不容低估。近年來，國內(nèi)外對大型水下植物進(jìn)行湖生態(tài)修復(fù)的應(yīng)用越來越廣泛。通過在我國的巢湖、東湖等地種植水生植物，降低了湖泊中的養(yǎng)分濃度，凈化了水體。作為北方草型湖泊典型代表的白洋淀,近幾年呈現(xiàn)富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重的趨勢,由此引起湖泊生物多樣性下降和生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列生態(tài)環(huán)境問題.在白洋淀,穗花狐尾藻和金魚藻分布廣泛、成活率高、耐污性強(qiáng),因此,筆者選取上述2種沉水植物作為研究對象,于2010年8—10月在該研究區(qū)建立14個(gè)原位圍隔(3m×3m),分別按照10、20和30株ue4d4m2的密度種植穗花狐尾藻和金魚藻,通過揭示浮游植物群落和水質(zhì)變化特點(diǎn),研究不同密度的穗花狐尾藻和金魚藻對白洋淀富營養(yǎng)化水體的影響.1學(xué)習(xí)方法1.1穗花配置及移植密度的確定試驗(yàn)區(qū)位于白洋淀馬堡村杜家淀,圍隔用防水帆布固定在木樁上圍成,防水帆布底部連接石龍埋入底泥15cm,頂部高出水面20cm.試驗(yàn)區(qū)水深1.00m,底質(zhì)為腐質(zhì)軟泥.由于圍隔建成時(shí)間不同,造成圍隔內(nèi)水體理化指標(biāo)初始值存在差異.水體SD(透明度)為27~54cm;pH為7.92~8.30;ρ(TP)為0.10~0.17mgue4d4L;ρ(TN)為1.35~1.89mgue4d4L;ρ(NH3-N)為0.62~0.74mgue4d4L;ρ(CODMn)為12.42~13.55mgue4d4L;ρ(Chla)為18.22~40.26mgue4d4m3.圍隔中分別種入不同密度的穗花狐尾藻、金魚藻,其中A組、B組、C組為穗花狐尾藻組,移植密度分別為10、20、30株ue4d4m2;D組、E組、F組為金魚藻組,移植密度分別為10、20、30株ue4d4m2;G組為空白對照組,每組設(shè)2個(gè)平行,共14個(gè)圍隔.移栽時(shí)的穗花狐尾藻平均長度為83cm,平均濕質(zhì)量為37.1g,采用扦插法移植;金魚藻平均長度為68cm,平均濕質(zhì)量為31.2g,采用拋栽法移植.試驗(yàn)開始于8月17日,以后每周進(jìn)行一次取樣調(diào)查,共調(diào)查7次.調(diào)查指標(biāo)有SD、pH、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH3-N)、ρ(CODMn)、ρ(Chla)及浮游植物細(xì)胞密度.1.2測量各項(xiàng)指標(biāo)測定方法見表1.1.3數(shù)據(jù)處理與分析浮游植物樣品在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行沉淀、濃縮及鏡檢計(jì)數(shù).試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)采用2個(gè)平行樣的平均值.數(shù)據(jù)處理上,使用SPSS及英國普林盾斯海洋研究所開發(fā)的PRIMERV6軟件(生物統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件)進(jìn)行分析.2結(jié)果與分析2.1tp和nh3-n由圖1可知,試驗(yàn)進(jìn)行1周后,所有移植了沉水植物的處理組SD都有一定程度的上升;6周后,除C組SD從47cm降至29cm,G組SD基本無變化外,其他組SD均有所上升,其中A組和E組上升最為明顯,分別從53和27cm升至97和86cm.7個(gè)處理組pH都有上升的趨勢(見圖2),其中A組和D組升高最多,分別升高了0.71和0.69;G組變化最小,由7.92升至8.30;其他處理組pH均升高0.55左右.由圖3可知,7個(gè)處理組ρ(TP)具有一定趨同傾向,呈先降后升的趨勢;E組和A組的ρ(TP)下降較快,分別從0.17和0.13mgue4d4L降至0.06和0.05mgue4d4L,去除率分別達(dá)到65%和62%.由圖4可知,試驗(yàn)在第4和第5周時(shí),各處理組的ρ(TN)達(dá)到最低,而后均有回升趨勢,E組和A組的ρ(TN)下降較快,分別從1.44和1.89mgue4d4L降至0.83和0.84mgue4d4L,去除率分別達(dá)到42%和56%.由圖5可知,7個(gè)處理組ρ(NH3-N)均在第4周達(dá)到較低的水平.6周后,A組和B組ρ(NH3-N)均下降了0.19mgue4d4L,去除率分別為28%和26%;D組和E組ρ(NH3-N)分別下降了0.14和0.15mgue4d4L,去除率分別為19%和23%;G組ρ(NH3-N)下降了0.20mgue4d4L;其他處理組變化不是很大.由圖6可知,7個(gè)處理組ρ(CODMn)呈先降后升的趨勢,6周后,A組和F組ρ(CODMn)下降最為明顯,分別下降了2.29和2.80mgue4d4L,去除率分別為17%和21%;B組和E組分別下降了1.45和1.77mgue4d4L,去除率分別達(dá)到11%和13%;其他組ρ(CODMn)均有小幅下降.2.2各組chla的變化比較由圖7可知,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),除C組外各處理組ρ(Chla)均低于初始狀態(tài);2周后除C組ρ(Chla)高于對照組外,其他組均低于對照組,各組ρ(Chla)的變化均呈現(xiàn)不規(guī)律的波動(dòng)形式.6周后,B組和D組ρ(Chla)下降最為明顯,分別下降了27.44和29.24mgue4d4m3,去除率分別達(dá)到71%和73%;A組和E組分別下降了20.71和14.54mgue4d4m3,去除率分別達(dá)到80%和54%;C組則上升了4.34mgue4d4m3.2.3浮游植物細(xì)胞密度通過對不同圍隔處理組的7次取樣觀察,共鑒定出浮游植物7門105種(屬).其中綠藻門(Chlorophyta)最多,為50種(屬),占藻類總種數(shù)的48.1%;藍(lán)藻門(Cyanophyta)20種,占19.2%;裸藻門(Euglenophyta)18種,占17.3%;硅藻門(Bacillariophyta)11種(屬),占10.6%;隱藻門(Cryptophyta)3種,占2.9%;黃藻門(Xanthophyta)1種,占1%;甲藻門(Pyrrophyta)1種,占1%.與試驗(yàn)開始時(shí)相比,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理組優(yōu)勢種群變化不同,對照組圍隔始終為藍(lán)藻門和綠藻門占優(yōu)勢;A組和E組由綠藻、藍(lán)藻占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成綠藻、硅藻以及隱藻占優(yōu)勢;B組和D組由綠藻、藍(lán)藻占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成綠藻占優(yōu)勢;C組和F組由綠藻、藍(lán)藻占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成藍(lán)藻占優(yōu)勢(見表2).A組和E組浮游植物細(xì)胞密度由最初的3461.2×104和4589.2×104L-1降至23.0×104和31.8×104L-1;B組和D組由3551.6×104和5530.4×104L-1降至195.8×104和88.8×104L-1;C組和F組由3929.2×104和3049.4×104L-1降至108.0×104和27.8×104L-1;G組由1739.8×104降至258.6×104L-1.2.4水體營養(yǎng)狀態(tài)分級方法為進(jìn)一步說明不同處理組水體營養(yǎng)化狀況,參照湖泊富營養(yǎng)化評價(jià)方法及分級標(biāo)準(zhǔn),利用修正卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSIM)法對圍隔中水體不同時(shí)期的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià),基于水體ρ(Chla)、SD和ρ(TP)等參數(shù),根據(jù)各參數(shù)間的相互關(guān)系,采用0~100的一系列數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)分級,TSIM≤30為貧營養(yǎng),30<TSIM≤50為中營養(yǎng),TSIM>50為富營養(yǎng).在同一營養(yǎng)狀態(tài)下,指數(shù)值越高,其營養(yǎng)狀態(tài)越重.式中:A為水體的ρ(Chla),mgue4d4m3;B為ρ(TP),mgue4d4L;C為SD,cm.由表3和圖8可見,除C組外各處理組的TSIM在整個(gè)試驗(yàn)過程中均低于對照組.6周后,A組和E組TSIM下降最為明顯,降幅分別為10.69和8.23,其次為D組和F組(降幅分別為8.16和7.68).3討論3.1尾藻、金魚藻對nh3-n的去除效果從試驗(yàn)結(jié)果看,除C組外,移植穗花狐尾藻和金魚藻的圍隔其SD都有不同程度的增加,特別是A組和E組效果最為明顯,到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)圍隔內(nèi)水體已基本能夠見底.與對照組圍隔相比,移植穗花狐尾藻的處理組中A組效果最好,B組效果不明顯,而C組SD則出現(xiàn)了下降;移植金魚藻的處理組中,E組效果最好,D組效果次之,F組效果最差.結(jié)合ρ(Chla)、ρ(TN)和ρ(TP)的變化情況,說明沉水植物移植密度為10和20株ue4d4m2的處理組水質(zhì)改善效果較好,其中A組和E組效果最好,并且沉水植物對磷的去除效果總體上比氮好,這可能是由于吸附作用對磷酸鹽在水體中的歸趨有重要影響.但穗花狐尾藻和金魚藻對NH3-N的去除效果不明顯,這可能與白洋淀的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和污染物組成有關(guān).白洋淀是一個(gè)典型內(nèi)陸淺水湖泊,污水中的銨態(tài)氮和溶解態(tài)磷酸鹽在夏季易被生物吸收和土壤顆粒吸附,造成水體中原始ρ(NH3-N)相對較低,因而這2種沉水植物對其去除效果不明顯,這與方焰星等的研究結(jié)果不一致.而C組圍隔在試驗(yàn)前期也有效降低了水體中營養(yǎng)鹽含量,但在4周后營養(yǎng)鹽濃度及ρ(Chla)呈增加趨勢,水體SD大幅下降,圍隔中穗花狐尾藻在第6周出現(xiàn)死亡.同樣移植密度為30株ue4d4m2金魚藻的F組在試驗(yàn)開始階段對水體中營養(yǎng)鹽含量有一定的降低作用,但在4周后也出現(xiàn)了部分死亡,圍隔中水體SD有所下降,且ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(NH3-N)呈上升趨勢.TSIM是反映水質(zhì)營養(yǎng)狀況的重要指數(shù).從圖8可見,除C組外,各圍隔處理組都由原來的富營養(yǎng)水體轉(zhuǎn)變?yōu)橹袪I養(yǎng)水體.這也說明移植合理密度的穗花狐尾藻和金魚藻有明顯改善水質(zhì)的作用.通過對各處理組的比較,試驗(yàn)結(jié)束后A組、F組和E組的TSIM較小,其中A組和E組TSIM下降最為明顯,這也說明移植合適密度的沉水植物能夠改善水質(zhì),降低水體TSIM.這主要是因?yàn)樗牖ê苍?、金魚藻在生長過程中根部和葉片吸收營養(yǎng)鹽合成自身物質(zhì),從而減少水體中的氮、磷等營養(yǎng)物.但在4周后,水體中營養(yǎng)元素含量又出現(xiàn)一定反彈,主要是因?yàn)槌了参锏纳L狀態(tài)達(dá)到高峰,向水體中釋放了部分營養(yǎng)元素,另外通過營養(yǎng)競爭和他感作用,沉水植物能很好抑制浮游植物的生長,因而能有效改善圍隔水質(zhì).但移植高密度沉水植物可能造成ρ(Chla)和營養(yǎng)鹽濃度的反彈,這可能是因?yàn)閲糇钄嗔藘?nèi)外水體的自由交換,并緩沖了風(fēng)浪對沉水植物的沖擊,沉水植物體長加長,植株密度顯著增加,最終全部死亡,腐敗的沉水植物在腐爛分解時(shí),體內(nèi)部分氮磷元素會(huì)在短期內(nèi)釋放到水體中,造成了營養(yǎng)元素含量和ρ(Chla)的反彈,這也與莫妙興的研究結(jié)果相同.因此在植物的衰亡季節(jié),應(yīng)注意將過量沉水植物進(jìn)行適度打撈,以避免造成水質(zhì)的二次污染.3.2富營養(yǎng)指示種se與對照圍隔相比,移植穗花狐尾藻和金魚藻的圍隔浮游植物的優(yōu)勢類群發(fā)生了改變:A組和E組在試驗(yàn)中優(yōu)勢種群由藍(lán)藻和綠藻轉(zhuǎn)變?yōu)榫G藻、硅藻以及隱藻,如由開始的小球藻屬(Chlorellasp.)、十字藻屬(Crucigeniasp.)、微囊藻屬(Microcystissp.)等富營養(yǎng)指示種轉(zhuǎn)變?yōu)槁慵自鍖?Gymnodiniumsp.)、脆桿藻屬(Fragilariasp.)、具尾藍(lán)隱藻(Chroomonascaudate)等一些中營養(yǎng)狀態(tài)的指示種.這也說明穗花狐尾藻和金魚