东平湖水生生态系统变迁及富营养化评价

师吉华,王钦东,李秀启高云芳,刘 峰,王亚楠(山东省淡水水产研究所,山东济南250117)

东平湖位于东经 116°00′～116°30′、北纬35°30′～36°20′之间, 在山东省东平县西部, 呈东北西南走向的葫芦形,多年平均水位40.45m,平均水面133km2,多年平均水深2～3m,最大水深4m,总面积627km2,全湖总容水量达40亿m3,是黄河下游的主要附属水体,为山东省第二大湖泊,也是我国东部典型的浅水草型湖泊[1]。东平湖上接大汶河,通过小清河与黄河相通,主要水源补给为降水以及黄河和大汶河的来水,在供水、防洪、养殖、旅游、维持生态平衡和环境保护等方面发挥着重要作用。1979～1980年山东省科委曾组织单位对东平湖渔业资源进行过调查,2006～2009年山东省海洋与渔业厅又组织人员对东平湖渔业资源进行调查并进行了生态修复研究。通过2次调查发现,由于人口增加和工农业生产的发展,湖泊资源的过度开发与不合理的利用,造成湖泊水资源短缺、水环境恶化和生态系统退化的严重局面,特别是富营养化问题,已严重威胁到社会经济的可持续发展和人类健康。

1 调查方法、评价指标及评价标准

本调查于2006～2009年的5、8、11月的下旬进行,调查内容有:水温、透明度、pH、溶解氧、有机耗氧量、八大离子营养盐等,全湖设6个样点,均采集湖面下0.5m处的水样,pH及溶解氧现场测定,其余加固定液带回室内,于5d内检测分析。采水的同时采集浮游生物。评价指标,选取叶绿素 a(chl-a)、总氮 (TN)、总磷 (TP)、BOD、高锰酸钾指数 (CODMn)、透明度 (SD)等因子作为水质评价指标[2],水生生物评价主要从群落结构、均匀性指数、生物量和优势种群等方面进行评价[3],评价标准见表1[4]。

2 结果与分析

2.1 水体理化因子变化分析

由于受当时检测条件的限制,1980年没有对水体总氮、总磷进行检测,因此只能从营养盐、高锰酸钾指数、溶解氧、pH等方面比较分析,1980年与2009年检测结果详见表2[5]。

表1 淡水湖泊 (水库)营养状态分级

从表2可以看出,本次调查与1980年相比,检测结果差异明显,pH明显升高,溶氧、磷酸盐呈明显的下降趋势,平均分别下降8.62%和67.74%,COD平均含量由1980年的3.07mg/L上升到2009年的4.93mg/L增加了60.59%。营养盐和离子量总明显升高,三氮的变化尤其明显,氨氮由1980年的0.02mg/L上升到2009年的0.509mg/L,亚硝酸盐的含量由1980年的0.006mg/L上升到2009年0.053mg/L,硝酸盐的变化更为明显,由1980年的0.149mg/L升为2009年1.95mg/L,水型也由原来的碳酸盐型变为氯化物型及硫酸盐型。

表2 1980年与2009年水质监测结果比较

2.2 高等水生植物变化分析

据调查,1979年以前东平湖内共有水生高等植物40种,分属2门18科30属,主要为沉水植物轮叶黑藻 (H ydri f la verticillata)、苦草 (Vallisneria spiralis)和马来眼子菜 (Potamogeton malainus Miq),其次为菹草 (Potamogeton crispus Linn)和金鱼藻 (Ceratophyllum demersum Linn),其生物量占全湖总生物量的 74.60%;浮叶植物芡 (Euryale feroe Salrsb)、菱 (Trapa quadrispinosa var.yongxiuensis)、荇菜 (Nymphoides peltat O.Kuntze)占总生物量的16.94%,水生植物组成多样化。近年来由于水质恶化,使一些敏感种类逐步减少消失。2006年野外调查,湖内共有水生植物39种,分属2门17科30属。虽说种类数量变化不大,但优势种群发生了明显变化,由过去的寡污性种类演替为现在的耐污种类,菹草成为东平湖水域水生维管素植物的优势种群。虽说浮叶植物菱、芡分布面积呈逐渐增加的趋势,但苦菜、马来眼子菜已成为伴生种。生物量也由1979年的2147.3g/m2降为687.5g/m2。水生植物的演替经历了以下几个过程:苦草—菹草—马来眼子菜—穗花狐尾草。

2.3 浮游植物变化分析

据1979年调查,东平湖浮游植物种类隶属7个门35科68属[6],其中以绿藻种类最多,其次是硅藻和蓝藻,以生物量计硅藻占优势,占浮游生物年平均数的35.3%,占总生物量的34.9%;其次为绿藻、蓝藻、裸藻和甲藻,年平均栖息密度为24000000ind./L。2009年调查显示,东平湖浮游植物隶属8个门99属142种。绿藻门种类最多为37属64种[7],其次是蓝藻门、硅藻门和裸藻门,年平均栖息密度为28888166 ind./L。总的生物量由原来的2.2759mg/L增加到12.76mg/L,主要原因是由于N、P等营养元素的不断输入,导致富营养化程度的加快,使得一些耐污种类迅速繁殖,导致生物量急剧增加。

2.4 浮游动物及底栖动物变化分析

1979年经5次采样,共采到浮游动物69种,其中原生动物31种、轮虫16种、枝角类11种、桡足类11种;采得的底栖动物36种,隶属于软体动物门的28种,节肢动物门甲壳纲的4种,昆虫纲的2个科,环节动物门的4种。底栖动物平均密度为588.02个/m2,生物量为182.57g/m2,其中生物量最高的是软体动物,占总生物量的98.5%,其平均密度为225个/m2,生物量为179.84g;其次是水蚯蚓(1.12%)和摇蚊幼虫 (0.26%)[5]。2006～2009年调查结果共检出:浮游动物79种,其中原生动物25种、轮虫33种、枝角类8种和桡足类13种。底栖动物31种,分属3个门,其中软体动物门21种,节肢动物门6种,环节动物门4种。底栖动物平均栖息密度为186.79ind/m2,生物量为157.7g/m2。平均栖息密度和生物量分别降低了68.23%和12.31%。其中生物量最高的是软体动物,平均占总生物量的87.32%。

2.5 鱼类变化分析

20世纪70年代末,东平湖共有鱼类55种,隶属7目15科44属。以鲤科鱼类最多,为35种,占63.64%,其次是鳅科、鮠科、鮨科各2种,分别占5.45%。据1979年和1980年渔获物随机取样分析,鲤、鲫、乌鳢、鳜、长春鳊、红鳍鲌、翘嘴红鲌等 7种鱼类共占 62.55%,其他鱼类仅占37.45%[1]。通过2006～2009年连续对东平湖渔业资源的野外调查查明,东平湖现有鱼类4目15科46种,还是鲤科鱼类居多,计28种,占60.9%,其次为鲈形目鱼类,计8种。从渔获物分析东平湖2006～2009年的主要经济鱼类,与1979～1980年的差别不大,仍以鲤、鲫为主,但种类明显减少,鲫鱼无论在数量上还是在产量上都高于鲤鱼,占绝对优势。

2.6 东平湖富营养化评价

根据湖泊富营养化分级评价标准 (卡森指数法)[8],利用其含量的多寡进行水质评价,评价结果见表3。

表3 东平湖富营养状态评价

2.7 水生生物评价

生物和生存环境间有不可分割的密切关系,1979～1980年与2006～2009年共检出的浮游动物、浮游植物、底栖动物、水生植物及它们的优势种见表4。计算2个时期的6个点的生物多样性指数,见表5。

表4 东平湖生物种群及生物量变化统计表

表5 1980年与2009年东平湖生物多样性指数比较

从表4可以看出,浮游植物1980年的生物量为2.2759mg/L、平均栖息密度2400000ind./L,优势种为硅藻;2009年为12.76mg/L,平均栖息密度为28888166ind./L,优势种为蓝藻。生物量增加了4.61倍;从表5可以看出,1980年浮游植物多样性指数最高为3.08,最低为2.34,平均为2.84;2009年最高为3.09,最低为2.96,平均为2.36,2次调查底栖动物多样性指数差别不大,1980年为0.38,2009年为0.40。

3 小结

水域生态环境是水生生物赖以生存的物质条件,水生生物及水域生态环境共同构成了水生生态系统。通过对东平湖近30年的水生生物及水域生态环境的变化分析可看出,东平湖的水生生态系统已发生了很大变化,尤其是水域生态环境变化很大,湖泊水生生态系统受到整体性破坏,主要标志是:湖泊水体中N、P等营养元素大量富集和积累,东平湖的DO、COD、NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N以及总氮、总磷已发生了显著的变化。湖内生物的多样性遭到破坏,总趋势为耐污种群数量增加,特别是浮游植物,多样性指数明显降低,耐污种蓝藻迅速繁衍。湖内总生物量增加,东平湖已发展到中—富营养型湖泊,并正向富营化养湖泊过渡。

[1]王钦东,冷春梅,王俊鹏,等。东平湖生态修复研究[J].齐鲁渔业,2008,25(11)47-49.

[2]张思冲,张学萍,廖永丰.营养度指数法在寒地湖泊富营养化评价中的应用 [J].哈尔滨工业大学学报.2008,35(4):416-419.

[3]张之源,王培华,张崇岱,巢湖营养状况评价及水质恢复探讨 [J].环境科学研究,1999,12(5):45-48.

[4]金相灿.中国湖泊环境 (第1册)[M].北京:海洋出版社,1995.

[5]于爱敏,尚广平,于 洋.湖泊富营养化的综合评价方法的探讨与实例[J].内蒙古环境科学,2009,21(3):52-55.

[6]黄河水系渔业资源调查协作组.黄河水系渔业资源 [M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1986.

[7]庞清江,亓 剑,齐 磊,等.东平湖水生生物现状及水质分析 [J].山东农业大学学报(自然科学版),2007,38(2):247-251.

[8]李惠明,尚广萍.水质现状评价数学模型综合研究 [J].中国环境科学,1991,11(5):356-360.