沉积物再悬浮对食浮游动物鱼类捕食浮游动物的影响

在亚热带浅水湖泊中,由风浪引起沉积物再悬浮是其重要特征之一.沉积物再悬浮一方面直接影响浮游动物群落结构,另一方面通过影响食浮游动物鱼类对浮游动物的捕食而产生间接影响.以食浮游动物鱼类——餐条(Hemiculter leucisculus)为实验对象,通过模拟实验,比较不同再悬浮条件下餐条对浮游动物群落结构的影响.结果显示,在有餐条的处理组中,大型枝角类短钝溞(Daphnia obtusa)只在弱再悬浮条件下出现,并成为枝角类群落的优势种;在无餐条的处理组中,短钝溞生物量随再悬浮强度减弱而增加.强再悬浮(无餐条)和无再悬浮(有餐条)条件下,小型枝角类角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和盘肠溞(Chydorus sp.)为优势种.无论有、无餐条条件下,桡足类优势种均为中剑水蚤(Mesocyclops sp.),其生物量随再悬浮强度减弱而增加.所有处理组中,轮虫丰度均低于枝角类和桡足类丰度.研究表明,在亚热带浅水湖泊中,适当的悬浮质浓度既能干扰食浮游动物鱼类对大型浮游动物的捕食,又不影响大型浮游动物的生存,使得它们保持一定的丰度,通过对浮游植物的摄食,降低叶绿素a浓度.     

热带浅水湖泊后生浮游动物群落结构对生态修复的响应

热带浅水湖泊后生浮游动物群落以轮虫和小型枝角类为主,往往缺乏大型浮游动物,其影响因子还存在争议,因此通过减少鱼类,提高大型后生浮游动物密度,从而增强对浮游植物的下行控制、修复热带富营养化湖泊的方法受到质疑.暨大南湖位于广州暨南大学校园内,是热带富营养化浅水湖泊,于2014年1—2月实施以鱼类去除和水生植被重建为主的生态系统修复工程,以期改善水质.通过对南湖修复前后水质、后生浮游动物以及修复后鱼类群落的调查分析,研究了后生浮游动物群落对修复的响应.结果表明:与修复前相比,总氮、总磷和叶绿素a浓度显著降低,透明度显著上升.枝角类丰度和生物量显著增加,修复后初期出现较高密度的大型枝角类蚤状溞(Daphnia pulex),桡足类丰度和生物量没有显著变化,轮虫丰度下降而生物量上升;后生浮游动物体长和生物多样性显著增加.随着鱼类密度的增加,蚤状溞丰度快速降低,后期鱼类减少后蚤状溞丰度又有所升高.因此,本研究显示鱼类是控制热带浅水湖泊大型浮游动物种群的主要因素,由于控制鱼类密度以维持较高大型浮游动物密度较为困难,因此单纯生物操纵在热带浅水湖泊修复中难以取得显著效果.     

鲢鳙对浮游动物群落结构的影响

1990年4—7月,在武汉东湖运用围圈的方法,研究了鲢(Hypophthalmichthys molitriac)、鳙(Aristichthys nobilis)对浮游动物群落结构的影响。观察表明:在鲢鳙混养的围圈中,原生动物和小型轮虫的数量较多,而甲壳动物和大型轮虫较少。在无鱼的围圈中,结果正好相反。就浮游动物平均生物量而论,无鱼的两个围圈(55.035mg/L和38.374mg/L)比鲢鳙混养的两个围圈(3.028mg/L和3.490mg/L)高得多。甲壳动物(无节幼体除外)的体长频度分布表明:在无鱼的围圈中,大型甲壳动物的频度比有鱼的围圈高得多。围圈实验表明:鲢鳙的摄食促进了浮游动物向小型化方向发展。     

波浪条件下刚性植被茎干紊流对沉积物再悬浮的促进作用

浅水湖泊沉积物再悬浮过程促进了沉积物内源性物质的释放,造成湖泊水体内源污染,加剧湖泊水质污染与生态恶化.开展刚性植被不同分布格局下的沉积物再悬浮水槽试验,能为浅水草型湖泊、滨海湿地等水环境治理与生态修复提供理论参考.本研究通过开展实验室波浪水槽试验,检验了3种直径12种密度的刚性模型植被对波浪扰动白洋淀沉积物再悬浮的影响,通过测定不同植被情景不同波浪条件下的瞬时速度和沉积物再悬浮浓度,详细阐述了植被产生的紊动能对沉积物再悬浮临界状态的影响,构建并验证了沉积物再悬浮植被紊流模型,预测了沉积物再悬浮的临界速度,为湿地生态恢复与保护提供参考.结果表明：1）植被的存在能有效增加近床面的紊动能;2）紊动能是控制沉积物再悬浮的关键性因素;3）沉积物再悬浮的临界波速与植被的固相体积分数相关.     

竞争捕食作用对千岛湖浮游动物群落结构的影响

竞争与捕食作用是调节湖泊和池塘等淡水生态系统结构的主要动力,并且影响着浮游动物的群落结构和种群动态变化.为了阐明生物因素对千岛湖浮游动物群落结构的影响,于2009-2010年对千岛湖浮游动物群落结构变化规律进行调查.利用Pearson相关性分析和多元逐步回归法分析生物因素对千岛湖中浮游动物群落结构的影响.对千岛湖1999、2004、2007-2010年的鲢鳙鱼生物量和浮游动物生物量的统计分析表明,1999年鲢鳙鱼的生物量约为2004、2007-2010年年平均生物量的1/5,而轮虫和桡足类生物量变化不大,枝角类中盔形溞密度下降.鲢鳙鱼放养后浮游植物密度下降,而大型浮游动物(如盔形溞)的密度变化趋势与浮游植物相一致,因此推断鲢鳙鱼的放养将对千岛湖浮游动物群落结构产生影响.     

太湖沉积物再悬浮模拟方法

由于风浪对浅水湖泊底泥的强烈扰动作用,底泥再悬浮的生态效应研究成为目前国际研究热点之一.但方法的缺乏极大地限制了有关底泥再悬浮环境效应的深入研究.本研究应用一种新的沉积物再悬浮装置,模拟了太湖南部长兜港水域不同风浪影响下悬浮物的垂向分布,获得水柱总悬浮物量(T)与扰动频率(n)的定量关系:T=19.77×exp(n/2.61)-71.7.结合现场实测风情下的水柱总悬浮物量,建立了室内水动力条件、水柱总悬浮物量和现场风情的定量关系.研究2004年10月至2005年10月太湖全年代表性小风、中风及大风与再悬浮装置的扰动频率对应关系,估算了小风、中风和大风常规风情引起的总悬浮物量分别为159、230、425 g/m2.结果表明,模拟获得的太湖悬浮物垂向分布规律与现场状况较为接近,是目前较为适用的浅水水体沉积物再悬浮模拟方法.     

贵州三板溪水库后生浮游动物群落结构的动态变化

为探究三板溪水库后生浮游动物的群落结构及动态变化特征,于2012年11月至2013年8月枯水期、平水期及丰水期对三板溪水库后生浮游动物进行3次调查.结果表明:三板溪水库共检测到轮虫19种(属),桡足类3种(属),枝角类7种(属),曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)、中剑水蚤(Mesocyclops)、无节幼体(Nauplius)和长额象鼻溞(Bosmina longirostris)是主要的优势种.从季节上看,3个时期后生浮游动物物种组成相似度均在60.00%以上,但总丰度出现丰水期(575.03 ind./L)、平水期(541.87 ind./L)、枯水期(373.28 ind./L)逐渐降低的趋势,从空间上看,大坝总丰度变化最显著,为26.62~245.27 ind./L,加池丰度变化范围为159.80~224.10 ind./L,南加丰度变化范围为122.56~169.96 ind./L.总体来说,水库底层浮游动物的丰度相对于表层较低.除枯水期大坝在水深40 m处丰度最高(平均丰度为3.54 ind./L)以及加池在30 m处丰度最高(平均丰度为32.70 ind./L)外,每个采样点的最高丰度出现在0.5~20 m水层,平均丰度在19.03~45.31 ind./L之间.利用Shannon-Wiener指数和丰富度指数评价水质状况得到三板溪水库3个采样点在枯水期和丰水期为β-中污型,平水期除大坝为β-中污型外,南加和加池为轻度污染.     

淮南迪沟采煤沉陷区湖泊后生浮游动物群落结构及其影响因子

2015年8月-2016年6月对安徽省迪沟采煤沉陷区湖泊后生浮游动物群落结构及环境因子进行了调查,研究了其群落结构及与环境因子的关系.共发现后生浮游动物16科27属53种,其中轮虫38种,枝角类9种,桡足类6种,优势种为萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、角突臂尾轮虫(B.angularis)、蒲达臂尾轮虫(B.budapestiensis)、针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)、螺形龟甲轮虫(K.cochlearis)、长额象鼻溞(Bosmina longirostris)和透明温剑水蚤(Thermocyclops hyalinus).密度和生物量平均值分别为965.00±541.91 ind./L和3.42±2.17 mg/L.密度峰值出现在2015年2月,而生物量峰值出现在10月,最低值均出现在12月.后生浮游动物密度的空间分布呈现西低东高的趋势,而生物量空间分布呈现西高东低的趋势.Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数分别为2.07~3.22、0.83~1.72和0.67~0.80.冗余分析及Pearson相关性分析结果表明,浮游植物生物量、水温、营养盐等是影响后生浮游动物群落结构的主要因子.综合理化指标、营养状态指数、后生浮游动物优势种及生物多样性指数结果表明,迪沟采煤沉陷区湖泊已处于轻度富营养状态.     

鲫(Carassius auratus)对浅水湖泊水体浊度、营养水平和浮游生物生物量的影响——基于中宇宙模拟实验

鲫(Carassius auratus)是我国各类淡水水体的优势鱼类之一.作为底栖杂食性鱼类,一方面,鲫可以通过排泄和扰动沉积物影响湖泊营养和光照水平,通过"上行效应"促进浮游植物生长;另一方面,鲫也可以捕食浮游动物,通过"下行控制"影响藻类生长以及营养盐循环.对于浅水湖泊,两种途径对于生态系统影响的相对重要性仍有待研究.本研究设计了一个两因素户外中宇宙实验,通过在沉积物表面添加隔网的方式,比较两种情况下(能、否接触沉积物),鲫对水体浊度、营养盐和浮游生物生物量的影响.实验在16个大型钢化玻璃桶(400 L)中进行,持续36 d(2019年8月6日—9月11日).研究结果表明:1)在能接触沉积物的条件下,鲫显著促进了沉积物再悬浮,表现为水体的总悬浮物(TSS)和无机悬浮物(ISS)浓度大幅升高;水体的光衰减系数(Kd)增加,总氮(TN)和总磷(TP)浓度明显升高; 2)在不能接触沉积物的条件下,鲫对水体悬浮物(TSS和ISS)浓度和Kd的影响不明显,但是显著降低了水体TN和TP浓度; 3)在两种情况下,鲫对浮游植物叶绿素a浓度以及浮游动物生物量的影响均不显著.本研究表明鲫只有在能够接触沉积物的条件下,才会显著提高水体浊度和营养水平.因此,在缺乏沉水植被的浅水湖泊中,鲫扰动沉积物产生的"上行效应"可能是其对生态系统产生负面影响的主要途径.     

淮河干流浮游动物群落结构特征

2011年3、6、9和12月对淮河干流11个采样点的浮游动物群落结构进行调查研究,共检出浮游动物79属206种,其中原生动物27属69种,占浮游动物总物种数的33.5%;轮虫35属104种,占50.5%;枝角类12属27种,占13.1%;桡足类5属6种,占2.9%.总体上看,从上游至下游,浮游动物物种数呈现逐渐减少的趋势.浮游动物的丰度和生物量分别为3527447 ind./L和2452 mg/L,轮虫和原生动物丰度是淮河干流浮游动物丰度的主体,轮虫生物量是淮河干流浮游动物生物量的主体,浮游动物及各类群丰度和生物量均表现为从上游到中游逐渐增高的趋势,而从中游到下游呈现逐渐降低的趋势.上游浮游动物多样性指数和均匀度指数高于中、下游.结果表明:淮河干流上游水质为轻污染,中、下游水质为中污染或重污染.浮游动物群落结构和环境因子的冗余分析表明,水温、溶解氧和流速是与淮河干流浮游动物群落结构相关性较强的环境因子.     

湖泊底泥疏浚对沉积物再悬浮及营养盐负荷影响的模拟

选取太湖梅梁湾污染底泥为研究对象,利用沉积物再悬浮发生装置,通过室内模拟实验研究太湖夏季常规风情下底泥疏浚对沉积物再悬浮及上覆水营养盐动态变化的影响.结果表明,在模拟的风情扰动过程结束时(5 h),扰动过程未疏浚与疏浚处理水柱总悬浮颗粒物(TSS)含量变化差异显著,未疏浚对照水柱TSS含量是初始值的7.7倍,而疏浚水柱TSS在第2 h达到峰值,为初始值的3.8倍;未疏浚水柱TSS含量沉降过程最初1 h迅速降低了84.0%,而疏浚水柱TSS含量在沉降3 h后趋于平衡.伴随着沉积物的再悬浮过程,疏浚与未疏浚对照水柱中TP含量均在第5 h达到最大,分别增加负荷78.6和92.2 mg/m2.就短时效而言,底泥疏浚后沉积物的再悬浮过程显著受到抑制,并能够显著地减小沉积物再悬浮过程中溶解性磷酸盐的释放;但对水柱中总磷、总氮、铵氮、硝酸盐和亚硝酸盐含量变化影响较小.     

淮北采煤塌陷区小型湖泊浮游甲壳动物群落结构的季节变化

2005年3月至2007年2月对淮北采煤塌陷区小型湖泊--南湖浮游甲壳动物进行了连续两年的调查.共记录浮游甲壳动物15种,其中枝角类9属9种、桡足类5属6种.透明溞(Daphnia hyalinaLeydig)和汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii Brehm)为冬、春季优势种;象鼻溞(Bosmina sp.)、短尾秀体溞(Diaphanosoma brachyurumLiéven)、广布中剑水蚤(Me-socyclops leuckarti Claus)和球状许水蚤(Schmackeria forbesi Poppe et Richard)为夏、秋季优势种.浮游甲壳动物密度和生物量分别为0.4-60.6ind./L和0.01-1.25mg/L,夏、秋季较高,冬、春季较低.枝角类的密度和生物量在2005年和2006年10月均达到最大值,分别为44ind./L和1.01mg/L.哲水蚤的密度最大值(20.0ind./L)出现在2005年4月,而剑水蚤(21.7ind./L)出现在2005年8月.无节幼体在各月份均有较高密度,其最高密度(46.6ind./L)和生物量(0.14mg/L)出现在2006年3月.温度和浮游植物是影响南湖浮游甲壳动物群落结构季节变化的重要因素.     

巢湖流域双桥河底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构的影响

为研究河流底泥疏浚工程对富营养化河流水生生态系统的影响,选取巢湖双桥河开展为期一年的河流生态监测与调查,对比分析了巢湖双桥河疏浚前和疏浚后的水质指标、浮游甲壳动物群落结构及生物多样性指数.研究发现：底泥疏浚后双桥河水质得到明显改善,其中氮、磷营养盐分别削减48.09%和19.09%;底泥疏浚对浮游甲壳动物群落结构影响显著,疏浚后浮游甲壳动物生物量从1.86 mg/L下降到0.25 mg/L,下降了86.40%;疏浚后生物多样性指数高于疏浚前,且受季节影响较大;浮游甲壳动物与水环境因子相关性研究发现：pH、温度、铵态氮、硝态氮、可溶性氮、总氮和氮磷比对浮游甲壳动物总生物量均有极显著影响.研究结果表明,河流底泥疏浚工程能显著削减水体中氮、磷营养盐,并从一定程度上改善河流浮游甲壳动物群落结构,促进河流水生生态系统向健康、安全的方向发展.因此,对于双桥河这种受城市外源污染影响较大的城市污染型河流,在削减外源营养盐特别是氮输入的条件下,实施底泥疏浚工程可以促进其水生生态系统的修复.     

Observations of sediment resuspension and settling off the mouth of Jiaozhou Bay,Yellow Sea

We deployed bottom-mounted quadrapod equipped with acoustic Doppler current profiler (ADCP), acoustic Doppler velocimeter (ADV), and optical backscatter sensor (OBS) over two semidiurnal tidal cycles along the western coast of the Yellow Sea, China. In combination with shipboard profiling of CTD and LISST-100, we resolved the temporal and spatial distributions of tidal currents, turbulent kinetic energy (TKE), suspended sediment concentration (SSC) and particle size distributions. During the observations, tidal-induced bottom shear stress was the main stirring factor. However, weak tidal flow during the ebb phase was accompanied by two large SSC and median size events. The interactions of seiche-induced oscillations with weak ebb flow induced multiple flow reversals and provided a source of turbulence production, which stripped up the benthic fluff layers (only several millimeters) around the Jiaozhou Bay mouth. Several different methods for inferring mean suspended sediment settling velocity agreed well under peak currents, including estimates using LISST-based Stokes’ settling law, and ADCP-based Rouse profiles, ADV-based inertial-dissipation balance and Reynolds flux. Suspended particles in the study site can be roughly classified into two types according to settling behavior: a smaller, denser class consistent with silt and clay and a larger, less dense class consistent with loosely aggregated flocs. In the present work, we prove that acoustic approaches are robust in simultaneously and non-intrusively estimating hydrodynamics, SSC and settling velocities, which is especially applicable for studying sediment dynamics in tidal environments with moderate concentration levels.     

Wind-induced hydrodynamic changes impact on sediment resuspension for large,shallow Lake Taihu,China

The internal sediment release is a key factor controlling eutrophication processes in large,shallow lakes.Sediment resuspension is associated with the wave and current induced shear stress in large,shallow lakes.The current study investigated the wind field impacts on sediment resuspension from the bottom at Meiliang Bay of large,shallow Lake Taihu.The impacts of the wind field on the wave,current,and wave-current combined shear stresses were calculated.The critical wind speed range was 4–6 m/s after which wave and current shear stress started to increase abruptly,and onshore wind directions were found to be mainly responsible for greater shear stress at the bottom of Lake Taihu.A second order polynomial fitting correlation was found between wave(R^2 0.4756)and current(R^2 0.4466)shear stresses with wind speed.Wave shear stress accounted for 92.5% of the total shear stress at Meiliang Bay.The critical wave shear stress and critical total shear stress were 0.13 N/m^2 for sediment resuspension whereas the current shear stress was 0.019 N/m^2 after which suspended sediment concentrations(SSC)increased abruptly.A second order polynomial fitting correlation was found between wave(R^2 0.739),current(R^2 0.6264),and total shear stress(R^2 0.7394)with SSC concentrations at Meiliang Bay of Lake Taihu.The sediment resuspension rate was 120 to 738 g/m^2/d during 4–6 m/s onshore winds while offshore winds contributed ≥ 200 g/m^2/d.The study results reveal the driving mechanism for understanding the role of the wind field in sediment resuspension while considering wind speed and direction as control parameters to define wave and current shear stresses.     

表面流湿地沉积物再悬浮及其对湿地净化效果的影响

选取典型表面流人工湿地——盐龙湖人工湿地为研究对象,通过对沉积物理化性质分析,湿地系统水动力模拟,风场与悬浮物(SS)再悬浮浓度关系的拟合及全年再悬浮对湿地净化效果的影响估算,探索表面流湿地沉积物在动力条件下的再悬浮特征及此过程中营养物质的再悬浮量.结果显示:0.3～0.5 m水深沉积物的理论起动流速在18.54～22.62cm/s之间,模拟得到湿地运行过程中水体流速最大值为1.62 cm/s,会远小于理论起动流速值,因此湿地内部流动产生的底部扰动难以形成湿地底泥的大规模再悬浮现象.但湿地内部仍存在一定的底泥再悬浮效应,风场扰动是主要影响因素,风场作用受植物影响显著,萌发期(3-4月)和收割期(11月-次年2月)再悬浮贡献量大于生长期(5-8月)与成熟期(9-10月),并且当风速4 m/s时再悬浮浓度明显增加.再悬浮浓度与运行水深也有关,0.3 m水深SS再悬浮浓度分别高出0.4 m和0.5 m水深12.48%和18.67%;高锰酸盐指数(CODMn)分别高出12.61%和19.52%;总氮(TN)分别高出248.12%和341.94%;总磷(TP)分别高出35.53%和43.48%.全年SS、CODMn、TN和TP再悬浮量分别达到2.8、0.47、0.15和0.011 kg/m2.