澎溪河回水區(qū)沉積物微生物群落、內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)釋放及水華爆發(fā)的相關(guān)性研究.pdf

1、自2003年三峽水庫(kù)正式蓄水以來(lái)，由于庫(kù)區(qū)內(nèi)水位抬升引起水體流速減緩，支流回水區(qū)由于水體滯留時(shí)間的延長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)因子的蓄積，水華爆發(fā)情況尤其嚴(yán)重。水華爆發(fā)的主要原因是水體中營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，而水體營(yíng)養(yǎng)主要有2個(gè)來(lái)源：包括河岸陸地等外源和水體內(nèi)源。有關(guān)三峽庫(kù)區(qū)陸地面源和點(diǎn)源污染與庫(kù)區(qū)支流水華關(guān)系的研究已有不少，但有關(guān)支流底泥等內(nèi)源沉積物對(duì)水華貢獻(xiàn)的研究較為少見(jiàn)。沉積物作為水體內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的維持起著至關(guān)重要的作用，而微生物作為

2、物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要組成部分，在水-沉積物間物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，影響著藻類植物的生長(zhǎng)和水華的形成。本研究以三峽水庫(kù)北岸最大一級(jí)支流澎溪河的回水區(qū)—高陽(yáng)平湖為對(duì)象，于2016年1月至2017年1月進(jìn)行了野外長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，分析了回水區(qū)藻類植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化特征，水華不同時(shí)期上覆水-沉積物間理化性質(zhì)、沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)及生物酶活性變化，探討沉積物中微生物種群與內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)及水華爆發(fā)的關(guān)系，為三峽庫(kù)區(qū)支流回水區(qū)水華的

3、防控、治理提供一定理論依據(jù)。研究具體結(jié)果如下：
　?。?）于2016年3月~2017年1月對(duì)澎溪河回水區(qū)水體浮游植物群落組成及演替規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，四季水體樣品中共檢出藻類植物7門117種（包括變種），藻類群落組成季節(jié)差異明顯。春季水華爆發(fā)時(shí)期僅藻類檢出5門32種，主要優(yōu)勢(shì)藻為藍(lán)藻門小型色球藻（Chroococcus minor）、尖細(xì)顫藻（Oscillatoria acuminata）、湖泊鞘絲藻（Lyngbya limn

4、elica）、綠藻門小球藻（Chlorella vulgaris），此時(shí)藻類群落結(jié)構(gòu)單一。隨季節(jié)交替，秋季藻類增加至7門82種，優(yōu)勢(shì)藻逐漸演替為硅藻門針桿藻（Synedra sp.）、隱藻門尖尾藍(lán)隱藻（Chroomonas acuta）。
　　（2）監(jiān)測(cè)期間，澎溪河回水區(qū)4個(gè)采樣斷面藻類生物量與葉綠素a（Chla）含量的季節(jié)變化同步，與藻類細(xì)胞密度季節(jié)變化趨勢(shì)稍有差異。藍(lán)藻、隱藻和硅藻是該回水區(qū)的主要藻類，其中硅藻主要出現(xiàn)在秋、冬

5、季，綠藻在各個(gè)斷面均有檢出，但細(xì)胞密度占比不大，藍(lán)藻、隱藻種類數(shù)少于綠藻但細(xì)胞密度水平較高，峰值分別為48.89×106 cell/L、1.61×106 cell/L，屬于澎溪河回水區(qū)的優(yōu)勢(shì)藻種。研究期間藻類集群演替情況大致為：藍(lán)藻、甲藻→綠藻→隱藻、硅藻。
　?。?）2016年1月~2016年7月，對(duì)澎溪河回水區(qū)水華不同時(shí)期上覆水（水面下0.5 m）、沉積物環(huán)境因子的變化進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示：上覆水pH隨水華發(fā)生顯著升高（P＜

6、0.05），溶解氧含量在水華前及水華初期顯著上升，總氮（TN）、總磷（TP）、溶解性總氮（DTN）、溶解性總磷（DTP）、硝態(tài)氮（NO3--N）、正磷酸鹽（PO43--P）含量在水華前期顯著上升，并隨水華持續(xù)發(fā)生明顯下降，溶解性磷是上覆水中磷元素主要存在形式，約占51.9％~74.4%；硝化作用是上覆水硝態(tài)氮的來(lái)源之一。沉積物中總氮、總磷和硝態(tài)氮含量在3月水華形成期明顯下降，但隨水華持續(xù)發(fā)生顯著升高；其含量分別是上覆水對(duì)應(yīng)營(yíng)養(yǎng)因子的40

7、1.9~515.8、5062.5~5675.7和58.5~89.2倍，體現(xiàn)出沉積物作為水體內(nèi)源磷庫(kù)的重要作用，沉積物中內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)在水華發(fā)生前釋放進(jìn)入水體，是上覆水氮、磷營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源。
　?。?）在水華發(fā)生不同時(shí)期，水體富營(yíng)養(yǎng)化限制因子仍為磷元素。沉積物磷主要以無(wú)機(jī)磷形式存在，其含量為0.40~0.54 g/kg，占沉積物總磷的66.7%~95.2%。各形態(tài)磷含量變化：鐵鋁結(jié)合態(tài)磷（NaOH-P）>鈣結(jié)合態(tài)磷（HCl-P）>氧化還原

8、形磷（BD-P）>松散結(jié)合態(tài)磷（NH4Cl-P），無(wú)機(jī)磷組成以鐵鋁結(jié)合態(tài)磷(NaOH-P)為主。水華發(fā)生前沉積物HCl-P、NaOH-P含量明顯下降（分別降低28.5%、5.6%），隨水華的持續(xù)發(fā)生，其含量穩(wěn)定上升，BD-P含量在3~5月持續(xù)下降。沉積物TP、NaOH-P、NH4Cl-P與上覆水營(yíng)養(yǎng)因子呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），對(duì)水-沉積物界面間物質(zhì)循環(huán)及水體富營(yíng)養(yǎng)化的維持起到重要作用。
　　（5）與1月樣品相比，沉積物

9、中微生物磷脂脂肪酸（PLFAs）含量在水華形成期及水華發(fā)生初期明顯升高（分別為76.0%、151.8%），隨水華現(xiàn)象的持續(xù)明顯降低至6月水華消逝期緩慢回升，較5月上升了14.1%。此外，隨水華發(fā)生，沉積物中個(gè)別種類細(xì)菌豐度明顯上升占據(jù)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致沉積物細(xì)菌類群組成與相對(duì)比例發(fā)生明顯改變，細(xì)菌群落多樣性和均勻度明顯下降，相比1月，5月水華持續(xù)期多樣性及均勻度指數(shù)分別下降49.6%、24.0%。沉積物中堿性磷酸酶（APA）活性在水華發(fā)生前顯著