牡丹江市水源地及上游水域水生态指标监测、评价与保护研究

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城市水源地的生态监测是目前涉及城市生态安全的重点关注领域,因此建立城市水源地水生态指标监测体系和水污染指示生物,对水源地所在水域污染状况进行水生态指标评价具有十分重要的现实意义和广泛的应用前景。  2006年,针对牡丹江市的饮用水源地取水口及上游水域水环境质量展开了调查研究。根据生物监测的基本理论与方法,对牡丹江市水源地及上游水域进行生物监测,同时用水生态指标进行水环境质量评价。  1、经过对牡丹江市水源地及上游水域9个采样点一年四季150余个定性和定量样品的镜检以及浮游生物、底栖动物丰度和生物量的时空分布特征分析,结果如下:  (1)共鉴定出浮游植物8门132种及变种,其中绿藻门种数最多52种,占39.39%;硅藻门次之,36种,占27.27%;蓝藻门30种,占22.73%;金藻门和黄藻门均为4种,占3.03%;隐藻门3种,占2.27%;裸藻门2种,占1.52%;甲藻门1种,占0.76%。  浮游植物的丰度和生物量的时空分布存在一些差异。浮游植物丰度为:春季>秋季>冬季>夏季;而生物量为:秋季>春季>冬季>夏季。  浮游植物丰度春季为3738.42×104 ind./L,夏季为1080.92×104 ind./L,秋季为2306.23×104 ind./L,冬季为1403.29×104 ind./L。春、夏和秋季均以硅藻为主,其丰度分别为2167.49×104 ind./L、427.74×104 ind./L和1280.45×104 ind./L,分别占各季节丰度的57.98%、39.57%和55.52%;冬季丰度最高的是金藻,为572.63×104 ind./L;硅藻在春季和秋季的生物量中占优势,分别为18.96mg/L,45.65mg/L,分别占各季节生物量的42.26%和85.70%;夏季隐藻生物量占优势,为5.37mg/L,占该季节总生物量的36.91%。从浮游植物的丰度和生物量来看,春季的丰度最高,为3738.42×104 ind./L,夏季的丰度最低,为1080.92×104 ind./L;生物量以秋季最高,为53.27mg/L,夏季最低,为14.55mg/L。可见牡丹江市水源地及上游水域四季浮游植物组成主要以硅藻占优势。  (2)浮游动物种类共鉴定出29种,其中轮虫12种,占浮游动物总种数的41.4%;枝角类5种,占17.2%;桡足类12种,占41.4%。浮游动物种类四季分别为26、16、22、14种,分别占全年总种数的89.7%、55.2%、75.9%、48.3%。在各季节中,春季轮虫种类数最多,为12种,占该季节总种数的46.2%;其他三个季节,均以桡足类最多。镜泊湖浮游动物种数最高值出现在春季,最低值出现在冬季仅为15种。轮虫全年密度最高为8.1ind./L,桡足类生物量最高为0.272mg/L。全年浮游动物密度分布为:春季>秋季>夏季>冬季,生物量分布为:秋季>春季>冬季>夏季。  春季浮游动物的种类最为丰富(27种),但秋季浮游动物群落的多样性(H=3.84)和物种分布的均匀度(E=0.85)最高,即秋季浮游动物群落最为稳定。从水平分布来看,2#站点的种类数(29种)以及多样性指数(H=3.96,E=0.81)均高于其他采样点。浮游动物的年平均密度为17ind./L,其中轮虫的密度最大为8ind./L,枝角类最低仅为1ind./L;生物量以桡足类最高为0.272mg/L,轮虫最低为0.025mg/L  (3)鉴定出大型底栖动物25种,隶属于3门4纲9科20属,由寡毛类、水生昆虫和软体动物组成,其中水栖寡毛类2科8属11种,为底栖动物绝对优势类群,其密度呈现季节性差异,在春季最高(密度690.7ind/m2,占总密度的72.76%),夏季最低(373.3ind/m2,55.55%),其次为水生昆虫夏季最高(298.7ind/m2,44.45%),秋季最低(37.3 ind/m2,5.20%),寡毛类生物量的分布变化趋势与密度相同,即春季(3.55g/m2)>秋季(3.13 g/m2)>夏季(1.86g/m2)。  2、采用指示生物法和多种生物多样性指数,对牡丹江市水源地及上游水域水环境状况进行生态学评价。  浮游植物从优势种组成来看,大多采样点的优势种都是梅尼小环藻(cyclotellameneghiniana),部分样点以卵形隐藻(Cryptomonas ovata)、多形丝藻(Ulothrixvariabilis)等为主。梅尼小环藻和卵形隐藻均属于乙型中污水生物带的指示种。多形丝藻属于微污水生物带指示种。而近缘黄丝藻属于微污或寡污水生物带的指示物种。  浮游动物主要以中污染性种类为主,春季主要优势种类为轮虫类;夏季是萼花臂尾轮虫、僧帽溞、锥肢蒙镖水蚤占优势;秋季是浮游动物现存量最大的季节,主要优势种有太平指镖水蚤、僧帽溞、虫宿温剑水蚤、爪哇小剑水蚤;冬季优势种主要有角突臂尾轮虫、僧帽溞、虫宿温剑水蚤。  底栖动物中寡毛类的霍甫水丝蚓Limnodrilus hoffmeisteri作为耐污类群,在各个采样点都基本出现,多样性指数指示为中度污染等级。  多样性指数中的Shannon-Wiener指数全年在1.98~4.57之间,以夏季最高,为4.57,秋季最低,为1.98。Margalef指数全年在1.38~5.41之间,最高值出现在秋季,为5.41,最低值也出现在秋季,为1.38; Pielou均匀度全年在0.19~0.83之间,最高值出现在春季,为0.83,最低值出现在秋季,为0.19。从三种多样性指数的平均值来看,Shannon-Wiener指数、Margalef指数均表现为:夏季>秋季>春季>冬季, Pielou均匀度则为:春季>夏季>冬季>秋季。  底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数和Goodnight-Whitley生物指数均显示水体呈现中度污染。  综合浮游生物和底栖动物多种生物指数的评价结果表明,牡丹江市水源地及上游水域基本处于轻度和中污染程度。  3、采用单项污染指数(Pij)、综合污染指数(Pj)、污染分担率(Ki)和污染负荷比(Kj)的计算方法,对水环境理化指标进行评价。结果表明:  2006年牡丹江地表水主要以Ⅲ、Ⅳ类水体为主,水体整体上呈现轻度污染态势。  根据监测结果分析,2006年镜泊湖水质为Ⅳ类水体,湖水中主要超标因子是高锰酸盐指数,其年平均浓度6.05mg/L(超标0.51倍),超过《黑龙江省地表水环境功能区划》规定的Ⅱ类功能区标准。综合营养状态指数为39.9,处于中营养状态。镜泊湖枯水期、平水期水质为Ⅳ类水体,丰水期为Ⅲ类水体。  4、通过对牡丹江市水源地及上游水域污染源分布及污染现状的分析,提出了有关污染源的控制技术。通过对牡丹江市水源地及上游地区自然保护区现状分析,提出要加强现有自然保护区的建设与管理,尤其要加强水源地上游镜泊湖自然保护区的管理、恢复并完善其功能。  同时建议有关部门建立增设牡丹江市水源地保护管理站,对水源地进行专门管理。制定相关管理条例,建立应急处置水务信息预警系统,完善快速应急机制,确保饮用水源安全。加强水生态指标监测技术力量,定期监测水生态指标,以保证水源地水环境质量,将水源地保护纳入法制轨道,进一步保证城市生态安全。  根据生态修复的规则与原理,指出牡丹江市水源地及上游水域污染的植物修复技术和生态修复植物的选择。文章还针对牡丹江市水源地及上游镜泊湖的污染状况,提出了相应的保护策略。
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