黑河重金属空间分布及与大型底栖动物的关系

为探究河流水体和表层沉积物重金属分布特征及其与大型底栖动物的响应关系,于2019年8月在黑河上、中游不同区域采集底栖动物、水体及表层沉积物样品,测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg、As)的含量,利用多元统计法分析了底栖动物、水体及表层沉积物重金属空间分布特征,并运用综合污染指数、潜在生态风险指数法对河流水体及表层沉积物重金属的污染风险进行评价,最后运用相关性分析了大型底栖动物与河流水体及表层沉积物的关系.结果表明,水体重金属含量整体较低,空间变化不显著.表层沉积物中w(Mn),w(Zn),w(Cr),w(Ni),w(Cu),w(Pb),w(As),w(Cd)均高于水体和土壤背景值,其均值分别为背景值的1.36,2.26,2.66,2.10,1.98,1.85,1.89和3.33倍,且空间差异显著.表层沉积物中Cu、Cr、Ni可能来源于农药化肥的施用和工业废水排放;Cd、Pb、Mn可能来源于矿渣及其渗滤液和自然背景的叠加影响;As和Zn可能与生活及工业污水排放有关.水体重金属污染水平极低;表层沉积物重金属污染主要由Cd、Cr、Zn、Ni引起;空间变化趋势为上游支流>上游干流﹥中游.表层沉积物中Mn、Cd的RI值分别为17.20和12.30,属高风险水平,其他元素均为低度风险水平.大型底栖动物现存量及多样性呈空间差异性分布,基眼目密度与水体中As呈正相关;鞘翅目、半翅目和基眼目密度及3种生物多样性指数均与表层沉积物重金属含量呈显著性相关,其可作为黑河上、中游水体及表层沉积物重金属污染的潜在指示生物.

筑坝截流对黑河上中游大型底栖动物群落结构及物种多样性的影响

为探讨内陆河梯级水库建设对河流水生态环境的影响,于2018年7—8月对黑河上中游(库区及自然河道)的底栖动物进行采样调查,依据生物多样性指数、优势度指数并结合丰度/生物量比较(ABC)曲线法分析梯级水库建设等人类活动对底栖动物群落结构及多样性的影响。结果表明:共采集到底栖动物43种,节肢动物占76.75%,软体动物占18.60%,环节动物占4.65%;物种数及多样性表现出明显的空间差异,自然河段显著高于库坝区,库区以静水型物种为主。ABC曲线分析显示,库区生境因梯级水库建设的影响渐趋单一化,物种逐渐由河流型向水库静水型演替;坝下游河段受尾水扰动的影响,物种组成及多样性均趋于下降;而中游自然河段沿途工农业和生活产生的污水直接或间接注入河流,加剧了河流的污染程度,致使中游水体有机质、营养盐浓度显著上升,栖境异质性相对较高,物种组成丰富,主要以耐污型占优势。此外,海拔、水温等气候因素也是影响底栖动物群落分布的关键因素。

黑河大型底栖动物功能摄食类群时空分布及水环境评价

为研究大型底栖动物FFGs(功能摄食类群)分布及其与水环境变化的响应关系,分别于2020年夏季和秋季对黑河大型底栖动物和水环境因子进行采样调查,采用生物多样性指数、冗余分析(RDA)和功能摄食类群参数分析不同区域FFGs的分布及水环境的健康状况.结果表明:①黑河大型底栖动物以捕食者和刮食者占绝对优势,其次为收集者、滤食者、撕食者.大型底栖动物FFGs群落的物种数、密度、生物量和Shannon-Wiener多样性指数(H_(FD)')由高到低均表现为中游>上游支流>上游干流,且均为夏季大于秋季,但Pielou均匀度指数(J_(FD)')时空差异不显著.②冗余分析(RDA)结果表明,夏季影响大型底栖动物FFGs群落的主要环境因子为水温(WT)、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)浓度、盐度(Salinity)、溶解氧(DO)浓度、五日生化需氧量(BOD_(5))浓度和高锰酸盐指数(COD_(Mn))浓度;秋季影响大型底栖动物FFGs群落的主要环境因子为WT、TDS浓度、Salinity,COD_(Mn)浓度、氨氮(NH_(3)-N)浓度和化学需氧量(COD)浓度.③大型底栖动物FFGs参数评价结果表明,黑河上游支流河岸带植被稀少,物质循环能力和生境稳定性差;而中游河岸带植被丰富,物质循环能力和生境稳定性较好;上游干流筑坝拦截对生境稳定性的影响明显大于工农业活动带来的影响.研究显示,大型底栖动物FFGs对黑河筑坝蓄水以及工农业活动具有敏感响应,其可用于内陆河流水生态系统健康评价.

梯级筑坝对黑河水质时空分布特征的影响

为探究梯级大坝建设对河流水质变化规律的影响,将黑河上中游划分为坝上河段、坝下河段及自然河段,于2017年12月-2018年8月选取了24个主要控制断面进行水质调查,并采用多元统计的方法对比分析了不同时空尺度上的水质分布特征.结果表明:黑河上中游水质时空变化的主要影响因子为水温(WT)、pH值、溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)、总磷(TP)和五日生化需氧量(BOD5).空间尺度上,WT、EC、BOD5、高锰酸盐指数(CODMn)、TN等指标具有显著性差异,其中坝上河段受BOD5、CODMn影响较大,自然河段WT、EC和TN为关键指标,而各个因子对坝下河段水质影响较小.时间尺度上,WT、EC、BOD5、氨氮与季节变化存在明显相关性,是不同河段水质时间变化的控制因子,且大多数水质因子在非汛期变化最明显.降水、温度、水文条件等季节性影响因素和梯级水库联合运用模式是该区域水质时间差异的主要原因;空间差异主要受祁连、张掖地区外源性污染物排放以及筑坝环境下水动力条件改变而产生的沉积滞留效应和沿程累积效应影响.研究表明,外源性污染源依然是导致水质变差的主要因素,梯级筑坝则是导致水质变差的间接因素.因此控制该区域人类活动所造成的外源性污染源,并针对不同种类污染物的季节变化特征实施合理的水库运行方式是改善水电梯级开发河段水质状况的关键.

利用小球藻净化村镇生活污水的预处理研究

为提高小球藻(Chlorella vulgaris)净化村镇生活污水的效率,基于原水、沉淀、活性炭过滤、秸秆粉过滤等8种方法对村镇生活污水进行预处理,根据小球藻在不同预处理条件下的生长情况以及对污水中的TN、TP、COD和NH_(4)^(+)-N去除情况,筛选出最佳预处理方法。结果表明:经秸秆粉过滤之后,小球藻比生长速率在第8天达到最大值,为0.360 d^(-1),并获得最高生物质干重,为0.826 g·L^(-1),同时对污水中TP的去除效果达到最好,去除率为92.22%;污水经灭菌预处理之后,小球藻对COD和NH_(4)^(+)-N的去除率最高,分别为93.41%和86.21%;利用活性炭过滤之后,小球藻对TN的去除效果最好,去除率为93.94%。从去除效果和经济成本方面考虑,最终选择秸秆粉过滤作为小球藻净化村镇生活污水的最佳预处理方法。

筑坝蓄水对夏季黑河氮磷营养盐空间分布特征的影响

为探究筑坝蓄水对黑河氮磷营养盐空间分布特征的影响,分别于2018年7月、2019年8月选取28个控制断面采集水样及沉积物进行检测,并采用方差分析法和Pearson相关分析法对不同空间尺度上的水体及沉积物氮磷分布特征进行研究。结果表明,黑河上中游水体氮磷含量基本满足Ⅲ类水质标准,其中水体氮素主要以氨氮(NH 3-N)的形式存在,沉积物氮素主要以硝态氮(NO 3-N)的形式存在。从分布特征来看,上游筑坝河段的水体总磷(TP)、沉积物总氮(TN)含量最高,水温、盐度、溶解氧(DO)是影响该河段氮磷分布的关键环境因子;中游自然河段的水体TP含量、沉积物TN含量次之,化学需氧量(COD)、水温、pH值是影响该河段氮磷分布的关键环境因子。畜牧养殖、矿物开采及工农业污水排放是黑河水体及沉积物氮磷营养物质的主要来源,而筑坝蓄水的滞留效应及其引起的环境因子变化是造成氮磷空间分布不均的主要原因。因此,控制人类活动造成的外源性污染源,并针对不同种类污染物的变化特征选择合理的水库运行方式,是改善黑河健康状况的关键。

黑河中上游大型底栖动物栖息地适宜度评估

为评估黑河中上游大型底栖动物栖息地的适宜度,选取黑河中上游优势种水蜘蛛(Argyroneta aquatica)为指示物种,从栖息地环境因子中筛选出溶解氧(DO)、水温(WT)和底质(SD)3个环境因子作为栖息地指示因子,建立栖息地适合曲线,并计算了栖息地适宜度指数(HSI)。结果表明:水蜘蛛偏好卵石质河床,其最适溶解氧(DO)浓度范围为7.21~9.17 mg·L^(-1),最适水温(WT)范围为17.25~22.10℃;黑河中上游HSI均值为上游支流0.66、上游干流0.63、中游0.81;黑河上游支流和干流对于大型底栖动物来说处于适宜状态,中游处于最适宜状态;空间差异性分析表明,人类活动对黑河上游支流和中游大型底栖动物的栖息地几乎没有影响,但水温是制约上游支流栖息地适宜度的主要因素,而梯级水库建设对上游干流的大型底栖动物栖息地影响较大。