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LOGO指导教师：郭匿春生态拦截过程中浮游生物小生态系统研究组员：黄开胜、鲍俊杰、王情、夏云、尹成杰等汇报人：黄开胜2013.5.22课题的结构和主要内容第一部分研究背景及意义第二部分研究内容第三部分研究方法第四部分结果分析第五部分结论总结研究背景：农田面源污染已成为我国江河湖泊重要污染来源之一。有研究表明，巢湖、洱海、淀山湖、密云水库、于桥水库等水域，面源污染的比例已经超过点源污染，已上升为威胁饮用水源的主要原因。根据2005年统计，巢湖、太湖和滇池流域，总P、总N和COD中来自农业面源污染的分别占50～60％、60～70％、30～60％。一、研究的背景及意义美国环保局2003年的调查结果显示，农业面源污染是美国河流和湖泊污染的第一大污染源，导致约40％的河流和湖泊水体水质不合格。在欧洲国家，农业面源污染同样是造成水体、特别是地下水硝酸盐污染的首要来源，也是造成地表水中磷富集的主要原因。中国农业科学院的研究成果显示；在中国水体污染严重的流域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献大大超过来自城市地区生活点源污染和工业点源污染。一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义国内外研究进展：国内外对农业面源污染而导致的水体富营养化越来越重视，大量的应用了生态沟渠塘工程来拦截农田径流中的氮磷面源污染（Pattyetal,1997;张红举和陈方，2010;薛国红等，2011）。研究表明生态沟渠中的大型水生植物具有拦截外源营养、吸收内源氮磷的功能，水生植物的根茎能抑制底泥中营养物的释放，而在生长后期又能较方便地去除，带走水体中过多的营养物(Eghballetal.2000;蒋治国等,2009)。如李贵宝等(2005)对生态拦截白洋淀地区的农业非点源污染时发现,芦苇对磷的净化能力最强,最高可达98.1%。因此，设计和兴建以水生植被为主体的农田生态拦截沟，对于巢湖富营养化的控制和水质净化具有至关重要的作用(殷福才和张之源，2003)。研究意义(生态拦截沟的作用)：在农田排水集中的地区设置合理的拦截沟起到人工湿地的作用，对农田流出的水进行一次营养过滤；拦截技术是采用生态湿地处理技术、生态隔离带技术及农区自然沟渠缓冲结合可以减少表土径流及氮磷污染物的流失；采用生态拦截技术控制农业面源污染，研究浮游生物小生态系统的变化对水体污染的指示作用和浮游生物对拦截系统的稳定作用，从而达到控制养分流失，实现养分再利用，减少水体污染物的目的，探讨浮游生物小生态系统的变化及其在污染物消减过程中的作用机理。一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义生态拦截沟一、研究的背景及意义二、研究内容研究内容：研究农田生态拦截沟中氮磷营养盐、浮游甲壳动物和水生植被的相互作用关系。分析生态拦截过程中，浮游甲壳动物的群落结构与生态拦截沟的不同区段、氮磷营养盐浓度和水生植被之间的关系。探讨农田生态拦截沟在降低农业面源污染和净化水质中的潜在机理，并就如何进一步维护农田生态拦截沟中水生态系统的稳态提供建议。二、研究内容三、研究方法3.1生态拦截沟的建立：在巢湖市烔炀镇西宋村农田生态示范基地中建成两条长达263米的生态拦截沟，沟上口宽：1.8m，沟底宽：1.2m，沟高：0.6m。沟顶种植三种冠幅60cm灌木:红花檵木;红叶石楠和冬青卫矛。株距1.5m，间隔种植，红绿相间；两侧为50cm宽黑麦草草坪。沟内两侧壁种植二种小型藤本植物：常春藤和络石。株距30cm，五株间种。沟底种植茭白、石菖蒲、水芹、刺苦草等水生植物来消减农田中氮磷营养物质的排放，来控制农田生态示范基地的农业面源污染。三、研究方法分四段生态拦截区来拦截农业面源污染，每段生态拦截区分别种植挺水植物茭白、石菖蒲、水芹、浮叶植物菱角和沉水植物刺苦草。每月采样两次，采样点分别为D2-1,D2-2,D2-3,D3-1,D3-2,D4-2,D6和D7八个采样点。其中,D6和D7两采样点作为生态拦截沟的进水口和出水口采样点,其余采样点设置在不同的水生植物培植区中。三、研究方法3.2水体营养盐分析：实验室内，总磷（TP）浓度由未过滤的水样经K2S2O8(过硫酸钾)+NaOH消化成磷酸盐之后用钼锑抗比色法(Ebina等,1983)测定。在消化总磷的同时，总氮（TN）被消化成硝酸盐后在220nm处测定吸光值，NO3–N通过自动化的Korolev/Cadmium还原法测定。氨氮（NH4-N）用纳氏试剂分光光度法测定,总溶解磷(TSP)用0.45μm孔径的GF/C膜过滤后的水样经钼锑抗比色法测定。三、研究方法3.3浮游甲壳动物分析定性水样用13号浮游生物网在水中作“∞”字型拖10min,4％福尔马林保存。定量水样用采水器在采水点上、中、下水层采集混合样，大型浮游甲壳动物(枝角类、桡足类)定量水样取10L，后用25号生物网进行过滤，加入4％福尔马林保存于50ml塑料方瓶中。用生物显微镜进行检测，种类鉴定方法参照蒋燮治和堵南山（1979）。三、研究方法3.4浮游甲壳动物的生物多样性分析利用水生生物群落结构的变化来评价农田生态拦截沟在降低农业面源污染和净化水质中的作用，生物多样性指数便属于这种方法。浮游生物多样性研究方法，参照吴朝和张庆国（2009）的辛普森多样性指数(Simpson’sdiversityindex):在公式中，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例；S为物种数目。Simpson指数(D)又称为优势度指数，是对多样性的反面即集中性的度量。是基于在一个无限大小的群落中，随机抽取2个个体，它们属于同一物种的概率是多少这样的假设而推导出来的。Simpson指数(D)值越大，则多样性越高。四、结果分析4.1生态拦截沟中氮磷营养盐的消减试验期间生态拦截沟渠中的总氮含量在1.022-2.650mg/L之间波动,硝态氮浓度在0.153-1.484mg/L之间波动,铵态氮在0.052-0.936mg/L之间波动,总磷浓度在0.048-0.309mg/L之间波动,总溶解磷浓度在0.004-0.148mg/L之间波动。其中进水口D6总氮含量为1.615mg/L,出水口D7总氮含量为1.392mg/L，消减率为13.79%。进水口D6总磷含量为0.155mg/L,出水口D7总磷含量为0.137mg/L，消减率为11.43%。进水口D6硝态氮含量为0.836mg/L,出水口D7硝态氮含量为1.392mg/L，消减率为17.95%。进水口D6铵态氮含量为0.197mg/L,出水口D7铵态氮含量为0.217mg/L,铵态氮含量略有上升。进水口D6总溶解磷含量为0.083mg/L,出水口D7总溶解磷含量为0.042mg/L，消减率为49.71%。进水口氮磷比值为11.22，出口处氮磷比值为12.84，生态拦截后水体的氮磷比上升了14.46%。四、结果分析4.2浮游甲壳动物群落结构分析农田生态拦截沟共检测到浮游甲壳动物21属27种，其中以桡足类为主，共计10属14种，占种类组成的51.85%；枝角类11属13种，占48.15%。水体中的枝角类优势种主要有微型裸腹溞Moinamicrura、角突网纹溞Ceriodaphnicornuta和矩形尖额溞Alonarectangula，桡足类优势种主要有台湾温剑水蚤Thermocyclopstaihokuensis、中华窄腹水蚤Limnoithonasinensis、绿色近邻水蚤Tropocyclopsprasinus和汤匙华哲水蚤Sinocalanusdorrii。各站点中台湾温剑水蚤均占优势地位，其中进水口D6以台湾温剑水蚤Thermocyclopstaihokuensis、中华窄腹水蚤Limnoithonasinensis占优势地位，分别占总量的45%和27%，而出水口D7以角突网纹溞Ceriodaphnicornuta、隆线溞Daphniacarinata和台湾温剑水蚤Thermocyclopstaihokuensis占优势地位，分别占总量的45%、16%和22%。经生态拦截后，溞属种类（包括隆线溞和透明溞）也从占总量的0%上升到占总量的22%。四、结果分析22%16%6%5%6%45%角突网纹溞台湾温剑水蚤隆线溞透明溞中华窄腹水蚤其它45%27%11%5%5%4%3%台湾温剑水蚤中华窄腹水蚤球状许水蚤矩形尖额蚤汤匙华哲水蚤角突网纹溞其它图1生态拦截沟进水口（左）和出水口（右）中浮游甲壳动物群落结构对比四、结果分析4.3浮游甲壳动物生物多样性变化从浮游甲壳动物的生物多样性来看，农田生态拦截沟中浮游甲壳动物的辛普森多样性指数(Simpson’sdiversityindex)平均值为0.6225，其中上游进水口的Simpson指数为0.6974，下游出水口的Simpson指数为0.6565，生态拦截前后的Simpson指数相差不大。Simpson指数最高值出现在农田生态拦截沟中水生植物生物量最高的生态拦截沟中段D3-2处，最高值为0.7581。浮游甲壳动物的生物多样性与水体中的氮磷营养盐浓度、水生植物的种类关系不大，可能只是与水生植物的生物量及对其庇护作用有关。如茭白、苦草、水芹和石菖蒲种植区中浮游甲壳动物的Simpson指数分别为0.6974,0.5704,0.7007和0.5944(图2)。四、结果分析图2农田生态拦截沟中各采样点的浮游甲壳动物生物多样性指数五、结论与总结结论：农田生态拦截沟中的水生植被不仅具有与水体中的浮游植物直接竞争氮磷营养盐的能力,还可以通过对浮游甲壳动物的庇护作用造成浮游甲壳动物群落结构的改变，增强其对浮游植物的摄食能力。同时，浮游甲壳动物对水体中磷的吸收和储藏作用又会造成水体中生物有效利用磷含量的下降和氮磷比的上升,进而达到藻类控制和水质净化的目的。五、结论与总结拦截前(左图)后(右图)水质对比五、结论与总结生态拦截作用一方面通过水生植物既达到控制养分流失，又实现养分循环再利用，另一方面水生植物又通过对浮游动物的保护作用增强其对浮游植物的摄食量，双重效果从而减少水体污染物的目的。五、结论总结总结与推广运用.生态拦截措施有多种,包括生态沟渠、植草带、湿地、缓冲带、芦苇地、植物篱等；针对流域范围内农田径流和草地污染,生态拦截是有效措施之一,对江河湖泊以及地下水保护有积极意义。以生态拦截技术做为农业生态补偿抓手来控制农业面源污染非常必要。五、结论总结拦截后水质有所改观请各位专家老师批评指正！