再生水补给差异对浮游动物群落结构的影响

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再生水补给差异对浮游动物群落结构的影响

2024-07-14 05:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

3.1.   不同再生水混合比河流的浮游动物分布特征

本研究结果表明,在完全再生水补给河流和部分再生水补给河流中,原生动物、轮虫数量均占主导地位,而枝角类和桡足类数量较少。“体型-效率”假说(Size-Efficiency Hypothesis)认为,由于鱼类和浮游动物的捕食关系,为躲避捕食者,浮游动物向小型化发展[21],即当存在捕食者时,小型浮游动物占主导地位,且繁殖周期较短,繁殖数量庞大;而没有捕食者时,大型浮游动物如枝角类和桡足类占主导地位[22]。也有学者认为食物和环境因子是导致大型、小型浮游动物数量的关键因素,VANNI[23]认为当食物来源和生存环境存在较大差异时,浮游动物数量出现一定差异。以上研究在一定程度上解释了研究区3条河流中均以体型较小的原生动物、轮虫为主的现象。

浮游动物密度在3条河流的分布规律为温榆河>清河>白河,即部分再生水补给河流中浮游动物的密度最高,完全再生水河流次之,无再生水补给河流最低。有研究表明当原生动物和轮虫物种数较高、枝角类和桡足类较低时,说明水体营养物质丰盛[10],本研究得出的结论也说明温榆河较于清河有更丰富的营养物质含量。这可能是因为温榆河作为部分再生水补给河流,有来自于再生水营养物质的补给,为浮游动物生长提供营养源;且温榆河较为完整的生态系统结构,为河流生态系统的地球化学循环提供了基础[24],有益于生物的生长[25]。温榆河较高的TN、TP含量为水体提供良好的营养基础,促进浮游植物的生长(chl-a的累积),加快水体有机质的积累,从而导致水体CODCr含量的增加[26-27]。而浮游动物多以浮游植物为食,温榆河含量丰富的浮游植物为浮游动物提供了充裕的食物来源,促进其大量繁殖,且浮游生物的生长需要较为合适的营养物质含量[28]。此外,本研究(2019年)得出温榆河浮游动物物种数(62种)远低于李利娜等[14]于2004~2006年间所得结果(135种),结合以上讨论,其原因可能是2004~2018年间,温榆河水体COD、NH4+-N含量整体呈现下降趋势,并在2018年达到最低水平[29],相对较低的营养状态限制了部分浮游生物的生长[30-31]。但也有研究表明NH4+-N含量过高可对浮游动物产生毒害作用[32],影响浮游动物的群落结构组成。当NH4+-N含量较高时,可导致大型溞(Daphnia magna)等部分枝角类生物繁殖率降低、成熟延迟甚至死亡[33-34],本研究在后续研究中将对该问题进行关注。

在再生水河流清河和温榆河中,H′、D表现出相同变化趋势,且温榆河浮游动物密度高于清河。前期有研究发现温榆河大型浮游动物H′值也高于清河,即温榆河大型浮游动物物种多样性高于清河[11],和本研究基于所有浮游动物的结论相似。可能是因为混合了上游的天然水以及来自清河及其它再生水河流水体后的温榆河更适于浮游动物生长,这可能是由于“中度干扰”对生态系统的刺激作用[35],即来自清河和温榆河两个不同水质的子系统带来了更多样的营养物质资源和浮游生物多样性。但本研究再生水河流浮游动物H’值低于渭河,这可能是由于适中的水体有机质含量更适宜于浮游动物的生长[36]。

3.2.   不同再生水混合比河流的浮游动物季节性差异

本研究中,再生水河流浮游动物密度与自然河流具有相似的季节变化趋势,都在夏季达到最高的密度值,且浮游动物的多样性指数变化存在明显的季节差异。一般认为,在时间尺度上,影响浮游动物的关键因素为水温[37],不同的水温对浮游动物的生理状况产生一定影响,进而改变物种组成、密度和多样性[38-39]。在春、夏、秋季,清河以原生动物为主,主要是因为清河再生水补给量较大,且河底硬化,导致温度相对较高,蓝藻等一些浮游植物进行大量繁殖,为原生动物提供充裕食物来源;此外,原生动物较其他浮游动物繁殖速度快、数量庞大,在夏、秋季易占水体主导地位[40]。温榆河在4个季节均以轮虫为主,主要是因为轮虫食谱较广,在缺乏春、冬季节生长的绿藻和裸藻等食物外,水体中有机体碎屑、细菌亦可作为其食物[41],所以其他浮游动物缺乏主要藻类食物时,轮虫可进行正常生理活动[42-43]。

3.3.   再生水河流的营养状态及其与浮游动物多样性的关系

本研究表明清河和温榆河综合营养状态指数均高于基于湖泊水质研究确定的富营养临界值50[15],主要是因为再生水河流较高的营养元素输入和有机质含量[27]。以往关于湖泊富营养化评价多以chl-a和透明度等指标为基准构建不同的营养状态指数[44],但不同于湖泊,河流水体有着较高的流动性,在河道中停留时间较短,相同营养盐含量条件下,湖泊更易产生水质恶化现象[45],因此以湖泊综合富营状态指数对河流进行营养状态等级划分,可能高估了河流实际富营养化水平,或者说河流富营养化临界值理论上应高于湖泊和水库。此外,相对于环境因子,生物因子对水体健康状况更为敏感,有研究者曾通过构建大型底栖动物的“生物完整性评估指数(B-IBI)”对浑太河进行了水体健康评估[46],这为“一河一策”提供了良好的实践基础。

浮游生物多样性指数常用来反映浮游生物群落结构特点及水环境质量[47]。本研究中,完全再生水补给河流清河的浮游动物Shannon-Wiener群落物种多样性指数(H′)和Margalef物种丰富度指数(D)与综合营养状态指数值呈显著负相关关系,即随水体综合营养水平的提高,浮游动物的多样性和丰富度均降低。这可能是因为在完全再生水补给河流中,当营养水平较高时,寡污性浮游动物难以生存,降低了浮游动物的多样性和丰富度[48];而当营养水平较低时,对食物含量要求较低且种类繁多的小型浮游动物大量繁殖,本研究也表明原生动物和轮虫(小型浮游动物)的数量远高于桡足类和枝角类(大型浮游动物)。STEMBERGER[49]1985年对轮虫的研究也得出了大型轮虫适宜于高营养水平水体,小型轮虫适宜于低营养水平水体的结论。但在温榆河,H′和D指数随营养水平的变化均未达显著水平,这可能是由于更高的营养水平对河流生态过程产生一定影响。有学者认为,水体污染和基本水质指标等因素可对河流大型底栖动物群落结构产生影响[50],如更高的营养水平水体中溶解氧含量的降低导致滤食性鱼类难以生存,缺少捕食者的浮游动物群落结构发生变化[51],这在一定程度上也解释了温榆河H′和D高于清河的现象。



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