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红枫湖浮游植物群落结构季节性变化特征及水质生物学评价*

更新时间:2009-03-28

浮游植物(通常指藻类)由于其个体小,生活周期短,繁殖速度快,易受环境中各种因素的影响而在较短周期内发生改变成为水环境质量变化的良好指示生物[1]。在不同营养状态的水体中,存在不同群落结构的浮游植物,水质的改变也影响着浮游植物的个体、种群和群落[2]。与鱼类和无脊椎动物相比,浮游植物能够更敏感的相应水环境质量的变化。因此,浮游植物群落结构特征是评价水环境质量及其变化趋势的重要指标,已被广泛应用于监测和评价人为活动干扰对水生生态系统所造成的影响[3]

红枫湖是喀斯特人工深水水库,是贵阳市重要的生活饮用水源地,已列入全国重要饮用水水源地名录,现在每天向周边地区供应28万吨左右饮用水[4]。其水环境质量对当地经济、社会和农业发展具有发挥着巨大作用。自20世纪90年代以来,受工业、城镇生活、农业农村面源等方面污染加剧的影响,红枫湖水质逐步恶化,局部曾一度爆发蓝藻“水华”,严重危及贵阳市民的饮水安全[5]。从2008年开始进行综合治理,2009年水质恶化得到初步遏制,2010年有了明显改善,2011年起进入治理成效阶段。为了解治理成效期红枫湖水体浮游植物群落结构季节性特征及其演变动态,我们对红枫湖不同季节水体中浮游植物种类、丰度、优势种进行了研究,同时利用藻类生物学法对水体质量状况进行了综合生物学评价,为红枫湖生态学评价和水环境监测提供理论依据,有助于建立红枫湖健康安全的生态环境管理机制,对红枫湖水生生物资源的可持续发展与利用提供重要的参考。

1 材料和方法

1.1 采样点位及采样时间

按照《湖库水生态环境质量监测技术指南》(试行)要求的浮游植物一般是每个季节采集一次样品的规定,分别于1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)四个季节对红枫湖进行采样。结合红枫湖水域特点及近几年的浮游植物演变情况,设置了6个采样点(图1),分别是花鱼洞(南湖和北湖的交界处)、西郊水厂(饮用水源取水口)、后午(原网箱养鱼区域)、偏山寨(北湖的主要入湖口)、大坝(唯一出湖口)、腰洞(原化肥厂区域)。在每个采样点水面下0.5 m处采集浮游植物样品和水样进行藻种鉴定和其它理化指标检测。

  

图1 采样点位置示意图Fig.1 The sampling sites

1.2 浮游植物采集及鉴定

定性样品:将25号浮游生物网完全放置于水面下0.5 m处作“∞”字型拖曳一定时间后,将水样保存于标本瓶中,现场加入固定剂后带回实验室镜检。

定量样品:采集水面下0.5 m处藻样1000 mL,现场加入15 mL鲁哥试液,带回实验室静置48 h后,用虹吸管将上清液吸去,仅收集沉淀下来的浓缩藻液。根据红枫湖藻类密度,除7月藻样浓缩至100 mL外,其他季节均浓缩至30~50 mL。依据《中国淡水藻类—系统、分类及生态》、《中国淡水藻志》等藻类分类工具书,对所采集的浮游植物进行镜检,鉴定其属种[6]

1.3 评价方法

采用Shannon-Winner(H′,)多样性指数和Margale指数(d)对水体进行生物学评价,计算公式如下[7]

H′=-SUM(ni/N)·log2 (ni/N)

d=(S-1)/lnN

利用浮游植物Shannon-Winner多样性指数H′,和Margale指数d对红枫湖水质情况进行生物评价,结果表明红枫湖浮游植物生物多样性下降、群落结构不复杂,丰富度较低、个体分布相对均匀,水体整体处于中等污染的程度。时间上,夏季浮游植物种类不丰富,群落结构的稳定性相对较差,水体污染相对严重。空间上,腰洞是重度污染,其它五个采样点均是中度污染,大坝污染最轻。这可能是因为腰洞这个区域以前有个化肥厂,残留的大量污染物经人工治理或水体自净还未完全消失,对该区域干扰比较大。而大坝是处于下游的红枫湖的唯一出口,大量污染物经过上中游的稀释后浓度逐渐降低,干扰变小而使水质相对较好。指数的评价结果与浮游植物丰度、优势种污染指示特性评价的稍有不同,主要是由于不同的评价指标评价方式方法不同,故评价结果稍有差异。

多样性指数数值与对应的水质评价标准见表1[8]

第一,阿姨群体的年龄基本是35岁~50岁,一般都有过生育和养育孩子的经历,有家务劳动的实践,有照顾老人的经历,她们对自己将要进入的行业或者职业,有着一些自己的经历和体验,但是这个经历和体验与真正的专业服务相比是有距离的。

 

1 多样性指数数值与水质评价标准

 

Tab.1 Diversity indexes and assessment standard of water quality

  

H'd水质评价->5清洁>33-4寡污染2-32-3β-中度污染1-21-2α-中度污染0-10-1重度污染

利用藻类丰度对湖泊富营养化进行直观生物评价,藻类丰度(D)大于108个cells/L时为重富营养状态,80×106个cells/L<D≤108个cells/L时为富营养状态,40×106个cells/L<D≤80×106个cells/L时为中富营养状态,10×106个cells/L<D≤40×106个cells/L时为中营养状态,小于106个cells/L为贫营养状态[7]

“有效”一词,最早出自于《汉书·元帝纪》中的“娄敕公卿,日望有效。”后演变至今,指能实现预期目的,有效果。今主要是对“期望产生预期结果的一种主观愿望的表达。”[7]在思想政治理论课互动式教学真实的场域中,互动的有效性表现为双主体、教学内容和教学形式三方面的规定性。

2 结果与分析

2.1 红枫湖浮游植物群落结构特征

2.1.1 种类组成

次日,百里香在闹春楼设宴,一为琵琶仙压惊,二为答谢坤二少爷的大义之举。席间,百里香端出了藏在心里的一个疑问。他问:“坤哥,您是什么知道庄府人丁不旺的呢?”

在2015年四个季节红枫湖共鉴定浮游植物7门97种,其中绿藻门的种类数最多,53种,占总种数的54.6%;硅藻门次之,20种,占20.6%;蓝藻门15种,占15.5%;甲藻门6种,占6.2%;隐藻门和裸藻门各4种,占4.1%;金藻门只有1种,占1.0%。金藻仅在冬季出现,裸藻仅在夏季和秋季出现,其它季节这两种藻均未监测出。

2.1.2 丰度的动态变化

在空间上,各个采样点在4个不同季节浮游植物的丰度变化差异较大(图2)。冬季,后午(6.88×107个cells/L)>花鱼洞(3.81×107个cells/L)>腰洞(3.67×107个cells/L)>西郊水厂(3.60×107个cells/L)>偏山寨(3.38×107个cells/L)>大坝(2.88×107个cells/L);春季,西郊水厂(6.14×107个cells/L)>偏山寨(5.51×107个cells/L)>腰洞(5.14×107个cells/L)>后午(4.40×107个cells/L)>花鱼洞(3.99×107个cells/L)>大坝(3.08×107个cells/L);夏季,大坝(12.1×107个cells/L)>西郊水厂(11.9×107个cells/L)>后午(10.9×107个cells/L)>偏山寨(10.7×107个cells/L)>腰洞(10.2×107个cells/L)>花鱼洞(8.89×107个cells/L);秋季,花鱼洞(6.89×107个cells/L)>偏山寨(6.48×107个cells/L)>西郊水厂(4.91×107个cells/L)>后午(4.55×107个cells/L)>腰洞(4.28×107个cells/L)>大坝(3.02×107个cells/L)。其中,大坝在冬季、春季和秋季三个季节的浮游植物数量都是最低,其它采样点浮游植物数量在不同时期数量均有所变化。6个采样点的浮游植物在4个监测时间在丰度种类组成上的变化趋势基本是一致的,均是蓝藻门数量最多,其次是硅藻门,再次是绿藻门。大坝、腰洞和偏山寨浮游植物丰度种类组成在秋季有点差异,是绿藻门数量稍高于硅藻门。

  

图2 不同采样点位浮游植物丰度变化Fig.2 Variation of phytoplankton abundance in different sampling sites

在时间上,浮游植物丰度变化趋势是夏季(9.31×107个cell/L)>秋季(5.01×107个cell/L)>春季(4.71×107个cell/L)>冬季(4.07×107个cell/L)(见图3)。数量是夏季最高,冬季最低。红枫湖2015年浮游植物丰度年均值为5.78×107个cells/L。

会议要求,整县提升合作社发展质量要以贯彻落实农民专业合作社法为主线,坚持规范与创新并举,强化指导扶持服务,树立合作社高质量发展的县域样板。一要增强单体合作社自身能力,强化规范建设,拓展业务范围,丰富出资方式,增强服务功能。二要培育发展农民合作社联合社,推进区域性联合、行业性联合、产业链联合、多主体融合。三要提升县域指导服务能力,健全规章制度,构建扶持政策体系,加强示范引领,探索准入和退出机制,搭建合作社服务平台。

  

图3 红枫湖浮游植物丰度的季节变化Fig.3 Seasonal variation of phytoplankton abundance in Hongfeng Lake

从全年各门浮游植物数量组成来看,蓝藻门的数量最多,在整个群落中占绝对优势,对群落结构影响的贡献率最大。其中,蓝藻门(19.5×107个cell/L)>硅藻门(1.70×107个cell/L)>绿藻门(1.06×107个cell/L)>隐藻门(0.69×107个cell/L)>甲藻门+裸藻门+金藻门(0.26×107个cell/L)。浮游植物数量组合年百分比同样显示蓝藻占绝对优势,蓝藻占总藻数量的84.0%,硅藻门和绿藻门分别占7.3%和4.6%,隐藻门占3.0%,其他三门总共才占1.1%(图4),蓝藻数量远高于其它各门。对四个季节的浮游植物组成数量百分比进行分析,每个季节蓝藻所占的百分比也是最高,春季占本月总藻数的88.2%,冬季占87.9%,夏季占86.7%,秋季占73.5%,说明四个季节蓝藻的数量都是最多。其次,其余各门在冬、春、夏三季均是硅藻门>绿藻门>隐藻门,在秋季这三门所占的比例差不多,均是8%左右(图5)。

多项研究表明:早期血糖控制达标可使心肌梗死相关危险降低15%,强化治疗可使糖尿病相关死亡率降低42%,心肌梗死风险降低39%,全因死亡率降低35%[17]。

  

图4 2015年红枫湖浮游藻类种类组成/(×107个cells/L)Fig.4 Constitution of phytoplankton species in Hongfeng Lake in 2015

  

图5 浮游植物种类组成百分比的季节变化Fig.5 Seasonal variation of the proportion of phytoplankton species

各个采样点、全年和每个季节浮游植物数量及百分比组成充分显示,红枫湖水体中浮游植物丰度较高,始终保持在107个cells/L,且群落结构简单,季节性变化不明显,四个季节均呈现以蓝藻为主的单一植物群落。

在丰度动态变化上,2015年红枫湖6个采样点浮游植物数量在四个不同季节有明显差异,这主要和不同采样点在不同时间所处的水体环境及浮游植物获得的营养物质有关。其中,大坝在冬季、春季和秋季三个季节中浮游植物数量都是最低,可能是由于大坝是红枫湖的唯一出口,从上游而来的充足的营养物质经过逐级稀释和沉淀后变少了,使其数量降低。全湖浮游植物数量呈现春季开始升高,夏季达到最高值,秋季开始下降,至冬季处于最低这一变化趋势。这主要是和气温水温有很大关系,从春季开始,水温随着气温的逐渐升高,浮游植物光合作用、呼吸作用所需的酶活性会增强,新陈代谢速率也会加快。在适合的营养物质条件下,藻类繁殖迅速,数量逐渐剧增。冬季水温最低,导致浮游植物生长繁殖速率非常缓慢,数量较少。

设定相对丰度(某种藻细胞数量占细胞总数量的比例)大于10%为优势种[9]。调查期间,红枫湖共有优势种7种(表2)。其中,蓝藻门中假鱼腥藻(Pseudanabaen limnetica Lauterborn)在四个监测季节均为绝对优势种,细胞数量始终保持在107个cells/L以上,在1.70×107~7.39×107个cells/L间变化,占浮游植物总丰度的49.1%~79.4%。次优势种具有明显的季节变化,冬季是蓝藻门的中华小尖头藻(Raphidiopsis sinensia Jao)和硅藻门的尖针杆藻(Synedra acus Kützing),春季是蓝藻门的广州平裂藻(Merismopedia cantonensis W.J.Chu.)和绿藻门的二形栅藻(Scenedesmus dimorphus (Turp.) Kutzing),夏季是蓝藻门的断裂颤藻(Oscillatoria fracta Carlson),秋季是硅藻门的星肋小环藻(Cyclotella asterocostata Xie)。从相对丰度来看,次优势种数量远低于第一优势种,说明和红枫湖水环境相互作用的主要是假鱼腥藻。假鱼腥藻在红枫湖浮游植物群落中占绝对优势,这是2015年红枫湖浮游植物群落结构的最显著特点。假鱼腥藻丰度在季节上的变化特点和蓝藻、总藻丰度的变化趋势是一致的,都是夏季最高,冬季最低,假鱼腥藻数量的变化直接引起浮游植物总量的变化。

 

2 浮游植物优势种

 

Tab.2 The dominant plytoplankton species

  

时间浮游植物优势种(相对丰度/%)(丰度/×107个cells/L)冬季假鱼腥藻(49.1)(1.70)、中华小尖头藻(19.4)(0.79)、尖针杆藻(10.5)(0.43)春季假鱼腥藻(56.3)(2.65)、广州平裂藻(12.3)(0.58)、二形栅藻(10.5)(0.49)夏季假鱼腥藻(79.4)(7.39)、断裂颤藻(11.7)(1.09)秋季假鱼腥藻(63.6)(3.85)、星肋小环藻(17.8)(0.89)

2.2 生物多样性指数动态变化

多样性指数作为衡量一定区域内生物资源丰富程度的客观指标,用于评价群落中种类组成的稳定程度和群落组织结构特征,对浮游植物群落多样性有较好的解释。其值越大,表明其群落结构越复杂,稳定性越大,生态环境状况越好;其值越小,表明水体受到了污染,某些物种会消失,群落结构趋于简单,指示水质下降。2015年红枫湖水库浮游植物Shannon-Winner多样性指数H′,在0.62~1.46之间,均值是1.05,Margale指数d在2.05~2.93之间,均值是2.44,表明红枫湖整体处于中度污染状态。其中夏季H′,值最低,仅为0.70,d值为2.26,说明这个季节水质相对而言较差,处于中度污染—重度污染状态。此季节浮游植物物种种类贫乏、不丰富,个体分布不均匀。其它三个季节水体均属于中度污染状态,浮游植物物种属于一般丰富级别,个体分布相对均匀(见图6)。各个采样点的H′年均值在1附近上下浮动,d年均值在2.34~2.60间波动。除了腰洞属于重度污染外,其它各点均属于中度污染。其中,大坝的H′和d值最高,分别是1.11和2.60,此采样点水质相对较好(图7)。

  

图6 多样性指数的季节变化Fig.6 Seasonal variation of the diversity indexes

  

图7 不同采样点的多样性指数Fig.7 Diversity indexes at different sampling sites

3 讨论

3.1 2015年红枫湖浮游植物群落结构季节性特征分析

在群落种类构成上,2015年红枫湖浮游植物群落结构在春季、夏季、秋季和冬季都是以蓝藻单一群落为主,蓝藻处于绝对优势地位。在四个监测时期,优势种是以蓝藻中的假鱼腥藻为主,在全湖大量出现,不随季节发生改变。Perkins曾指出,低水平的氮磷比是使浮游植物群落结构常发生改变的重要因素[10]。而作者研究发现2015年间红枫湖水体中的氮磷比的结果在33.7~70.0之间,均值为50.1,说明水体中的氮磷营养盐已达到一个相对稳定的极限值,适合蓝藻的大量生长繁殖而使其群落结构未发生明显改变。此研究结果和2008—2010年的研究结果不同,2008年和2009年,红枫湖浮游植物主要以蓝藻门的微囊藻属和束丝藻属(Aphanizomenon Morr.),绿藻门的卵囊藻属(Oocystis Nägeli)、盘星藻属(Pediastrum Meyen)、空球藻属(Eudorina Ehr.)及硅藻门的脆杆藻属(Fragilaria Lyngbye)、直链藻属(Melosira Ag.)的物种为主[11-12],2010年秋季红枫湖浮游植物以绿藻门的小球藻属和蓝藻门的色球藻属为主[13],呈现以蓝藻-绿藻或蓝藻-绿藻-硅藻为主的混合植物群落。而龙胜兴对2011年[14]和2013年[15]及黄伟嘉对2012年[16]红枫湖浮游植物进行了研究,发现那三年浮游植物群落整体上都是以蓝藻中的假鱼腥藻为主,数量也高达107个cells/L,也是基本不受时间变化的影响。可见,2010年是红枫湖浮游植物群落结构变化的一个转折点,2011—2015年红枫湖浮游植物群落结构较单一,始终以蓝藻群落为主。

2.1.3 优势种的分布特征

3.2 红枫湖水体中假鱼腥藻成为绝对优势种的原因分析

2015年红枫湖浮游植物绝对优势种是假鱼腥藻,数量高达107个cells/L,在1.70×107~7.39×107个cells/L间变化,占浮游植物总丰度的49.1%~79.4%。这和假鱼腥藻的生活习性及生存的水体环境有密切关系。假鱼腥藻是一种喜温的丝状蓝藻,在水体中可以利用自身藻丝游离漂浮的的悬浮机制,获得更多的营养物质和光照,成为优势种。该藻细胞内有固氮酶,属于对光照要求不高的种类,容易在透明度不高、光限制比较明显的富营养化的浅水水体中成为优势,是热带、亚热带水库常见的浮游植物富营养化代表物种[17]。黄成对处于中营养或富营养化水平,且透明度较低的大镜山水库,横岗水库、水濂山水库、契爷水库和东风水库中的浮游植物的种类进行调查研究,结果显示假鱼腥藻也是这些水库中的主要优势种[18]。红枫湖在2015年水体透明度年均值是2.0 m,透明度不高,光限制较明显,且综合营养状态指数年均值是38.8,水体营养化水平较高,这是假鱼腥藻长期成为优势种的主要原因。但本研究和已有研究不同的是,红枫湖属于深水型湖泊,除偏山寨和西郊水厂两个采样点水深为10 m左右外,其它四个点水深达到30~40 m。这也说明无论是浅水还是深水水体,只要营养物质充分,水体富营养化程度高,透明度较低,假鱼腥藻都有可能成为优势种。

3.3 基于浮游植物为研究对象的红枫湖水质生物学综合评价

浮游植物丰度、优势种污染指示特性是体现水生态系统功能和水质评价的重要参数。2015年红枫湖浮游植物总丰度年均值是5.78×107个cells/L,夏季丰度是9.31×107个cells/L,高于8×107个cells/L,达到富营养状态,其它三个季节丰度在4.07×107个cells/L~5.01×107个cells/L间,属于中富营养级别。第一优势种假鱼腥藻和第二优势种中二形栅藻指示水体的指示等级是a-β-ms,是中富营养型水体指示物种,而数量较少的第二、三优势种广州平裂藻、中华小尖头藻、尖针杆藻的指示等级是β-ms,是中营养型水体指示物种[19]。从浮游植物数量优势种指示特性角度对水质进行评价,2015年红枫湖水体属于中富营养—富营养状态。

从红枫湖浮游植物种类组成来看,在本次的调查结果中,隐藻占总数量的3.0%,且在四个季节都存在,金藻仅在冬季出现,年均数量百分比仅为0.17%。有研究发现,金藻减少乃至消失而隐藻增加即表明水体受到有机污染[20]。这在一定程度上也说明红枫湖可能已受到有机污染。

式中:N为所有物种的总个体数;S为浮游植物的物种数;ni为第i浮游植物的个体数。

4 结论

1)在2015年调查期间,红枫湖浮游植物在种类组成上,绿藻门的种类最多,其次是硅藻门和蓝藻门。但在数量动态变化上,各个采样点、全年和每个季节浮游植物数量及百分比组成均表明,蓝藻门远高于其它各门,且全年蓝藻门中的假鱼腥藻在整个湖里都是绝对优势种。红枫湖浮游植物群落呈现以假鱼腥藻为主要优势种的单一蓝藻植物群落,季节性变化不明显,这是2015年红枫湖浮游植物群落的最显著特征。浮游植物总丰度和假鱼腥藻优势种丰度均较高,达到107个cells/L,且丰度变化存在明显的季节差异性,均是夏季最高,冬季最低,主要和水温有很大关系。

RDF即为垃圾衍生燃料,其主要来源为生活垃圾,将其中的高热值提取出来之后便可以作为燃料投入使用。处理的过程包括破碎处理、降低垃圾中的水分,通过热解或堆肥使垃圾产生具有燃烧能力的液体、气体或者是液体。文中所说的RDF通常为固体,其热值较高,一般可达2000~4000kcal/kg,其粒度均匀,加入防腐剂可长期储存,适合垃圾焚烧炉进行焚烧。但是,制RDF也具有制作工艺程序复杂,不能完全处理废弃物等缺点。

(4)强钠长石化伟晶岩(图4):灰白色,细粒花岗伟晶结构,交代结构,块状构造。主要矿物有钠长石、石英、白云母、电气石。其中钠长石约占65%,石英约占25%,白云母占5%~8%,电气石占2%~5%。钠长石、石英呈半自形-他形细粒,粒度小于10mm;白云母呈小片状,片径为10~15mm;电气石呈黑色柱状,大小(2~3)mm×(6~10)mm。岩石风化较强,呈砂糖状。

综上所述,针对作为重要饮用水源地的红枫湖,在下一阶段应加强浮游植物生物指标和理化指标的共同监测和评价。还应对红枫湖中假鱼腥藻的繁殖机制、生态生理机制、影响因素等进行进一步深入研究。

以上研究为基层国家机关“谁执法谁普法”责任制的建立和实施提供了理论依据,对法律在全社会的普及大有裨益。

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2)利用浮游植物总丰度、优势种假鱼腥藻丰度及优势种污染指示特性、群落结构组成及分布特点、多样性指数等浮游植物特征指标对红枫湖水质状况进行综合生物学评价,表明2015年红枫湖水质处于中富营养—富营养状态,受到中等程度的污染,可能还受到有机污染。水库中的浮游植物整体上呈现种类少、生物多样性低、群落结构简单、不稳定而丰度大的分布特点。

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建立了基于MDS跟踪传感器位置的状态方程和测量误差.设系统状态定义为N2×1,xk=vect(Bk)的向量,相应的状态方程可以表示为

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结合表2中数据结果分析,综合组80例接种儿童的依从性评分显著高于参照组,P<0.05;相较于参照组,综合组家长临床护理满意度评分显著更高,P<0.05。详细数据可见下表2。

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省级广播电视大学教师的身份是高校教师,而基层电大教师则属于辅导教师,从身份上看,基层电大教师是被边缘化的,处于高校教师与职校教师的中间地带,缺乏社会认同感。在“互联网+”开放教育新模式下,网络技术及多媒体技术在教学中的广泛应用,对教师教学能力要求更高。然而,基层电大教师对于科研、业务培训及专业进修参与不多,造成课程辅导教师在远程教育理念、理论、媒体特征等知识和网络教学系统设计能力等方面有不同程度的欠缺。

[16] 黄国佳,李秋华,陈椽,等.贵州高原红枫湖水库浮游植物功能分组及其时空分布特征[J].生态学报,2015,35(17):1-14.

[17] MISCHKE U.Cyanobacteria associations in shallow polytrophic lakes:influence of environmental factors[J].Acta Oecol,2003,24:S11-S23.

经历了国庆期间的一波疯涨之后,尿素价格再次回归平稳震荡区间,在2100元/吨左右的价格小幅震荡,跌跌涨涨不断。国庆期间尿素价格大幅上涨的原由已不必再做分析。国庆后,各国招标相继结束,国内尿素价格出现小幅回落,而后在上游厂家的惜售挺价操作下,又有所上调。可以看出,在失去了国际市场的强硬利好支撑之后,国内市场的促涨动力显出了疲态,市场再次进入僵持阶段,且预计将维持一段时间。

[18] 黄成,侯伟,顾继光,等.珠江三角洲城市周边典型中小型水库富营养化与蓝藻种群动态[J].应用与环境生物学报,2011,17(3):295-302.

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[20] 刘建康.东湖生态学研究(二)[M].北京:科学出版社,1995.

 
郭云,谢太岭,赵宇中
《贵州科学》 2018年第02期
《贵州科学》2018年第02期文献

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