螺旋藻养殖废液对鄂尔多斯高原碱湖水环境及浮游植物群落结构的影响及机理—以哈马太湖为例

Saline lake in cold and arid plateau is a kind of important and special aquatic system, which has great significance on the ecological balance and the maintenance of species diversity. Utilizing the alkali resource to develop Spirulina industry is the new tendency in Erdos. However, there is not a systematic study on the influence about pollution of Spiruina cultivation wastewater on the water ecosystem; the research on the relationship between phytoplankton in the alkaline lake and environmental factors is not reported. To address this issue, Hamatai Lake is chose as the research plot which contaminated by cultivation wastewater, and Bayan Lake, a relative unpolluted lake is chose as control, through field investigation and sampling, combined with laboratory work, the influence of Spiruina cultivation wastewater on the water environmental quality, the ecological indicators of phytoplankton (community composition, diversity, abundance, biomass, spatial distribution) are researched systematically, applied multivariate statistical analysis to analyze the relationship between phytoplankton and water environmental factors; and the indicative function of the ecological indicators of phytoplankton to the water quality nutrition state; explore the functional mechanism of Spiruina cultivation wastewater on the water ecosystem and phytoplankton community structure of Hamatai Lake. This study has important meanings to the Spirulina species resources protection, and the control, monitoring and evaluation of the Spiruina cultivation wastewater pollution.

高原寒旱区盐碱湖是地表非常重要的水生系统，对所在地区的生态平衡及物种多样性的维持等具有非常重要的意义。利用碱湖资源发展螺旋藻产业成为鄂尔多斯高原碱湖利用的新趋势。然而，螺旋藻养殖废液污染对碱湖水生态系统的影响目前还没有较系统的研究；碱湖浮游植物与环境因子之间关系的研究鲜有报道。本项目以被养殖废液污染的哈马太湖为研究样地，以相对无废液污染的巴彦淖尔湖为对照样地，通过野外调查和取样，结合实验室工作，系统地研究了螺旋藻养殖废液对哈马太湖水环境质量及浮游植物相关生态指标（群落组成、多样性、丰度、生物量等）的影响，运用多元统计分析方法分析浮游植物群落结构与水环境因子的关系；及浮游植物生态指标对水质营养状态的指示作用；探讨螺旋藻养殖废液污染对哈马太湖水环境及浮游植物群落结构的影响效应及作用机理。对鄂尔多斯高原碱湖中螺旋藻种质资源的保护及螺旋藻养殖废液污染的防控、监测、评价具有重要的意义。

哈马太湖是内蒙古高原典型的内陆盐碱湖，本研究旨在探索螺旋藻养殖废液的排放对哈马太湖的浮游植物群落结构及水环境的影响。通过分析比较受螺旋藻养殖废液影响的哈马太湖和察汗淖尔湖（对照）的水质和浮游植物群落结构的差异，明确螺旋藻养殖废液的排放对干旱-半干旱地区高原碱湖的影响，对碱湖水生态系统安全评价与明确螺旋藻养殖废液对碱湖的生态的影响具有重要意义。本研究分别在2017-2018年的4月、6月、8月、10月对哈马太湖和的察汗淖尔湖水体进行了采样分析。本研究的主要研究结果有：哈马太湖共鉴定出浮游植物5门14种，察干淖尔湖共鉴定出4门12种；两湖浮游植物群落优势种均为螺旋藻和衣藻。4-10月间，两湖浮游植物生物量均呈下降趋势，RDA和相关分析结果表明：氮源（N）、离子浓度和水温（Water temperature，WT）是影响浮游植物群落结构的主要因素。两个碱湖的特点是营养盐含量高，但TN/TP值均低于16:1，根据雷德菲尔德定律，这两个碱性湖泊中浮游植物生长主要受到氮（N）源的限制。哈马太湖的pH值和溶解氧（Dissolved oxygen，DO）值显著高于察汗淖尔湖。哈马太湖与察干淖尔湖水体中阳离子都主要以钠离子为主，占其次是钾离子，阴离子以氯离子、硫酸根离子、碳酸根及碳酸氢根离子为主。察干淖尔湖的钠离子、钾离子和氯离子浓度显著高于哈马太湖。RDA及相关性分析结果表明，哈马太湖浮游植物主要受pH、水温、N与钠离子的影响，察干淖尔湖主要受湖泊主要离子和pH及WT的影响。以丰度值评价水质情况来看，两个湖均属于贫营养型湖泊；依据Shannon-Wiener多样性指数及均匀度指数对水体进行评价，两个湖均属于中-重污染型湖泊，且哈马太湖的污染程度比察汗淖尔湖严重。在大多数情况下，离子浓度随时间的增加往往与蒸发和降雨有关。研究结果表明，因废液的排放导致哈马太湖pH和DO值显著高于察干淖尔湖，养殖废液排放入湖后，湖水碱度增强，离子浓度降低，进而影响哈马太湖浮游植物的生物量、多样性、丰度及均匀度等。