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南水北调中线干渠两个水工构筑物对着生藻类群落的影响

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       着生藻类是水生生态系统的重要环节。作为初级生产者,着生藻类是水生生态系统的物质循环、能量流动、食物网互动的重要参与者。作为水生生物食源,着生藻类提供的食物资源有时会超过浮游藻类和高等水生植物。着生藻类的群落受所在生境影响,生境多样性造就了着生藻类群落多样性。覆水流速、基质类型、光照、温度、养分有效性等因素都会影响着生藻类群落结构。较低的流速、表面粗糙度较大的基质、光照充足的沿岸带等环境条件都适合着生藻类附着和生长。目前,关于着生藻类的研究多集中于河流、湖泊、海洋等水体中,人工水体中的着生藻类相关研究鲜有报道。随着人类社会的发展,水工程建设的推进,人工水体数量增加与规模增大,在整个水环境生态系统中扮演的角色越来越重要。由于人工水体存在较大程度的人工干预,其中着生藻类群落动态往往与自然水体中不同。人工水体中往往存在水工构筑物,这些人造设施对于着生藻类的影响正是我们水工程藻类生态学学科组的关注点之一。

 

       全长1432 km的南水北调中线工程将汉江流域丹江口水库的水分流至河南、河北、北京和天津,惠及总人口近2亿。尽管干渠营养盐保持着相对动态稳定,但作为对水环境最敏感的类群,干渠中的藻类种类、数量和生物量发生快速改变,表现出对输水动态的明显响应。特定时间局部渠段藻类群落快速增殖,着生藻类生物量快速增长并出现衰老脱落上浮等现象。为保证南水北调中线工程输水安全性和了解渠道中的水生生态系统的变化,着生藻类群落动态是值得掌握的信息。但迄今为止,对中线干渠内着生藻类的研究资料极其匮乏。已有的人工水体着生藻类研究中,人工水体的规模通常远小于自然水体,缺少可供南水北调中线着生藻类研究参考的资料,这使得在巨大的中线干渠中研究着生藻类群落动态,成为了一个未知而有趣的探索。


沙河渡口

       本研究选取中线干渠的沙河渡槽(槽体长11.9 km)和穿黄工程(管线长19.3 km)进行着生藻类群落的原位调查监测,通过16S rDNA和18S rDNA测序了解群落结构状况:沙河渡槽与穿黄工程着生藻类群落结构呈现明显的空间异质性,不同水工构筑物对着生藻类的影响存在差异,水工构筑物对蓝藻和真核藻类的影响存在差异,两个水工构筑物通过影响水流条件和水质理化因子对着生藻类群落发挥显著的影响。本研究确认了这种影响主要表现在优势种和群落生物量的显著差异上,反映了着生藻类群落对水工构筑物的响应,为认识中线总干渠着生藻类群落特征及其对水工构筑物的响应提供了依据,并为着生藻类生态风险的防控提供支撑。

穿黄工程入口与穿黄工程出口


渠道俯拍与采样期间渠道边坡着生藻类状况




南水北调中线干渠两个水工构筑物对着生藻类群落的影响


朱宇轩1, 2 米武娟1 李波1, 2 梁建奎3 宋高飞1毕永红1

(1. 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049; 3. 南水北调中线干线工程建设管理局, 北京 100038)

 

摘要: 在南水北调中线干渠两个水工构筑物沙河渡槽与穿黄工程渠段分别设置沙河渡槽上游明渠、沙河渡槽入口、沙河渡槽出口、穿黄工程入口、穿黄工程出口、穿黄工程下游明渠和穿黄工程下游沁河倒虹吸7个监测位点, 对着生藻类群落与水质指标进行了原位同步监测。结果表明: 监测位点的蓝藻优势种有鞘丝(Leptolyngbya sp.)、聚球藻(Synechococcus sp.)、眉藻(Calothrix sp.)、席藻(Phormidium sp.)、集胞藻(Synechocystis sp.)和拟色球藻(Chroococcidiopsis sp.)真核藻类优势种有链带藻(Desmodesmus sp.)、土佐牧野藻(Makinoella sp.)、芒球藻(Radiococcus sp.)、盘星藻(Monactinus sp.)、卵囊藻(Oocystella sp.)、菱形藻(Nitzschia sp.)、针杆藻(Synedra sp.)和肘形藻(Ulnaria sp.)等。经过渡槽后藻类生物量下降50%, 藻类种类数下降16%; 经过穿黄工程后藻类生物量下降80%, 藻类种类数下降18%。经过沙河渡槽后真核藻类中链带藻(Desmodesmus sp.)相对丰度由26.4%增至77.4%, 针杆藻(Synedra sp.)相对丰度由10.4%降至0.4%, 肘形藻(Ulnaria sp.)相对丰度由2.3%降至0.4%; 经过穿黄工程后鞘丝藻(Leptolyngbya sp.)相对丰度由82.6%降至56.5%, 胶须藻(Rivularia sp.)相对丰度由6.2%增至61.8%。水工构筑物通过影响水流条件和水质改变微生境从而对着生藻类群落结构产生显著影响研究有助于深入了解着生藻类群落特点及水工构筑物对其具体影响。

本文发表在《水生生物学报》2021年45卷4期,页码: 817-825. doi:10.7541/2021.2020.107.  第一作者是中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室的朱宇轩,通信作者为毕永红研究员。







期刊介绍

  • 创刊:1955年  双月刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院水生生物研究所;中国海洋湖沼学会
  • 主编:桂建芳
  • ISSN 1000-3207
  • CN 42-1230/Q

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