关键词:
滇中引水工程
浮游植物
功能群
Qr指数
水质生物评价
摘要:
滇中引水工程是一项旨在改善滇中地区水资源分配,通过跨流域调水解决水资源短缺问题的重大水利工程。鉴于跨流域调水工程会对水生态环境产生影响,因此对工程涉及水域进行全面、系统的生态环境评价至关重要。浮游植物通常被认为是水体生境改变最先和最直接的反映者。本研究选用浮游植物为指示生物,于2021年枯水期和丰水期对滇中引水工程影响的各河流开展了系统的水生态调查。在调出区和受退水区共设置29个采样点进行样品采集,探讨了浮游植物群落时空分布特征及其影响因素。本研究也从功能群(FG)角度分析了浮游植物功能群特征及其影响因子,比较分析了浮游植物系统分类法和功能群分类法与驱动因子的响应关系。此外,为了对滇中引水工程影响河流的水质状况进行合理评价,对比分析了综合水质指数(WQI)、多样性指数、Qr指数三种方法在研究区域的适用性。最后根据研究结果对未来调水工程的实施做出了风险预测。本研究的主要结果如下:
(1)两次调查共检出浮游植物6门36科69属115种,调出区以硅藻占优;而受退水区的硅藻、蓝藻、绿藻较多,种类组成较丰富。枯水期调出区、受退水区藻类的平均密度和生物量分别为 47.3 × 10~4 cells/L、188.7× 10~4 cells/L 和 0.90 mg/L、0.79 mg/L;丰水期的平均密度和生物量分别为 29.4× 10~4 cells/L、329.5 × 10~4 cells/L 和 0.29 mg/L、2.38 mg/L。重复测量方差分析显示,不同区域和不同时期浮游植物群落组成显示出明显的差异。从区域上看,调出区的密度、物种数、Shannon-Wiener多样性指数显著低于受退水区;从时期上看,枯水期的物种数和多样性指数均显著高于丰水期。
(2)共归类出 24 个功能群,B、C、D、F、G、H1、J、Lo、LM、M、MP、N、P、S1、SN、TB、Wl、W2、X1、X2、X3、Y、K、TD。其中,两个区域和时期均为优势的功能群有D、MP、TB。时间尺度上,功能群Lo在枯水期成为优势功能群,而X3则在丰水期优势明显。区域尺度上,功能群TD为调出区的特有优势功能群,功能群W1和B是受退水区的特有优势功能群。
(3)分别基于系统分类法和功能群分类法探究了浮游植物群落与环境及空间因子间的相互关系,并评估了两组驱动因子对浮游植物群落结构变化的相对贡献。基于距离的冗余分析(dbRDA)结果显示,系统分类法角度,枯水期影响群落结构的关键环境因子是水温、海拔、BOD5、pH、TN;丰水期关键的环境因子是水温、海拔、BOD5、电导率、悬浮物、TP。功能群角度,枯水期关键的环境因子是TP、水温、pH、BOD5和海拔,丰水期关键的环境因子是TP、水温、电导率和流速。两种分类方法筛选出的空间因子类似,均是大尺度(PCNM1、PCNM2)和中尺度(PCNM5-7)空间因子。变差分解分析(VPA)结果显示,枯水期,环境因子和空间因子的交互作用对浮游植物群落结构的解释率较大,丰水期环境和空间因子的单独解释率大于交互作用的解释率。两个时期环境因子的单独解释率均高于空间因子。相较于系统分类法,环境因子和空间因子对基于FG功能群分类法的群落结构的解释率并无显著区别甚至略低。丰水期水体的混合程度变大,可能是导致对FG功能群解释率变低的原因。
(4)基于WQI指数、生物多样性指数和功能群Qr指数三种方法对研究区域进行水质生物评价,评价结果显示,调出区的样点总体评价为优、良,受退水区的样点总体评价为中、差,枯水期的水质优于丰水期。不同指数的评价结果具有一定的差异,Qr指数的评价结果与实际情况更接近,显示出更好的适用性和预警性。
(5)施工期对两个区域的影响是暂时的,对水生生态影响不大且随时间推移有望自然恢复。运行期,调出区面临水量减少的问题,枯水期可能会导致浮游植物繁殖生长率降低,密度和生物量减少;受退水区发生生物入侵的可能性较小,但是可能会改变物种结构,仅有少量适宜受退水区水环境的浮游植物能够存活。