黃石市磁湖北湖浮游植物群落結構及其對水環境的指示作用

邱昌恩，王衛東，張　琪

(1.湖北師范大學 生命科學學院，湖北 黃石　435002;2.中國科學院水生生物研究所，湖北 武漢　430072)

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黃石市磁湖北湖浮游植物群落結構及其對水環境的指示作用

邱昌恩1，王衛東1，張琪2

(1.湖北師范大學 生命科學學院，湖北 黃石435002;2.中國科學院水生生物研究所，湖北 武漢430072)

于2008年和2009年對黃石市磁湖北湖8個采樣點分季節進行浮游植物定性、定量的調查研究。采用生物指示法：Shannon-wiener多樣性指數法和Margalef多樣性指數法對水質進行了評價。Shannom-wiener多樣性指數指示磁湖北湖已處于中度富營養化水平，Margalef指數顯示磁湖北湖大多數采樣點環境相對穩定。研究結果還顯示磁湖北湖浮游植物共有88種，52屬，隸屬6個門，優勢種群主要是：硅藻門的直鏈藻(Melosirasp.)，隱藻門的嚙蝕隱藻(Chroomonaserosa)，綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)；二年中浮游植物細胞總數都超過106個/L，表明磁湖北湖水體已處于富營養化水平。優勢種群和多樣性指數指示磁湖北湖水體營養化狀態處于β-中污。

浮游植物;群落結構;環境指示;黃石市磁湖北湖

湖北省黃石市磁湖面積有8.12km2，是黃石市區內最大的城中湖。磁湖還是我省三個重點保護湖泊之一，沿湖周圍群山環繞、山水相連、自然景色得天獨厚，秀麗壯觀，成為全市人民和外地游客的休閑游覽場所。改革開放以來，黃石市市政府加大了對磁湖的開發和建設，使湖面不斷縮小，湖水面積由二十世紀八十年代初的10.73km2縮小到目前的8km2左右[1]，比1984年縮小25%.同時，由于工業、農業、生活等的污染不斷，磁湖的水質依然不容樂觀。磁湖周邊有27個排污口，每天有1.2×105kg工業污水、生活污水傾入。因此，磁湖的水環境狀況受到了廣泛的關注和治理投入。采用浮游植物對外界環境有敏感的反應，浮游植物的性質和數量隨著水的化學成分而改變[2]。本文通過對黃石市磁湖北湖八個采樣點的浮游植物種類和數量組成及季節變化的研究，從而對磁湖水質的污染性質和污染程度進行測定和評價，為黃石市政府在磁湖的綜合治理在科學決策方面提供基本數據支持和理論參考，以提高磁湖在養殖、旅游觀光和生活用水等方面的利用價值。

1　研究方法

1.1采樣點的設置

根據磁湖北湖的地理位置與周邊環境以及采樣點布設的原理，共設置了8個采樣點(見圖1)，分別為：牛尾巴，、廣播電視大學(下面簡稱電大)，黃石理工學院(下面簡稱理工)，市政府，白房子，湖中心，團城山公園(下面簡稱團城山)，兒童公園。每年按季度采樣，分別于2008年3月、6月、9月、12月和2009年3月、6月、9月、12月分兩年進行了八次采樣。

圖1　黃石市磁湖北湖采樣點設置

1. 牛尾巴 2. 廣播電視大學(簡稱電大)3. 黃石理工學院(簡稱理工)

4. 市政府 5. 白房子 6. 湖中心 7. 團城山公園(簡稱團城山) 8. 兒童公園

1.2浮游植物的采集與處理

浮游植物主要分為定性和定量標本的采集。定性采樣是用25號浮游植物網用“8”字型方法在水中游動5min左右，吸取網底約30mL左右水樣，然后放入樣品瓶中，加甲醛1mL固定。定量采樣是用采水器采水1000mL分兩個大于500mL礦泉水瓶裝水，每瓶加魯哥氏液至水樣顏色變成棕色即可。采水回實驗室后，兩瓶水樣搖勻放入沉淀器中，定量到1000mL，沉淀24h，吸去上清液，留100mL左右沉淀液，然后再沉淀12h，去除上清液，每個樣品定容在30mL，如不能及時看此樣品，可加30%甲醛1mL固定[3～5]。

1.3多樣性指數評價方法

Shannom-wiener 多樣性指數公式為：

H=-∑(ni/N)*log2(ni/N)

式中，ni為第i種的浮游植物個體數，N為浮游植物個體總數。評價標準，H值：0～1為重污染，1～3為中污染，其中1～2為α-中污，2～3為β-中污，大于3為清潔。Margalef多樣性指數的測定公式為：

H′=(S-1)/lnN′

式中，H′為豐度，S為浮游植物各類種類數，N′為浮游植物總頻數。一般而言，在健康的環境下，種類豐富度高；在污染的環境下，種類豐度低[6]。

2　結果與分析

2.1磁湖北湖浮游植物組成及季節演替

磁湖北湖2008-2009年浮游植物的定性鑒定結果，反映其浮游植物種屬的季節演替情況。浮游植物共有88種，52屬，隸屬6個門。其中綠藻門共有27屬，占浮游植物種類總數的51.92%；藍藻門10屬，占19.23%；硅藻門6屬，占11.54%；隱藻門4屬，占7.69%；裸藻門3屬，占5.77%；甲藻門2屬，占1.92%.結果見圖2。每個季節均以綠藻門占優勢，其次是藍藻門和硅藻門。春冬季浮游植物種屬數相對較多，夏季相對較低。

磁湖北湖浮游植物種屬數合計春季最多，夏季最少。這是因為春季水溫上升，浮游植物繁殖速度大大加快，種屬增加；而在夏季，由于磁湖北湖各項理化指標都處于較高值，抑制了浮游植物的生長，從而降低了種屬數量。從各個采樣點總體來看，在磁湖北湖的白房子處，浮游植物種類最多；理工大浮游植物最少；其他六處浮游植物種屬數介于這兩點之間，含量相差不明顯。這是因為白房子采樣點靠近團城山公園內的山林，離市區及工業廠礦較遠，工廠廢水及生活污水對該處的污染較小。同時，山林的地表徑流帶入湖中的氮、磷等營養鹽也促進了該處藻類的大量生長和繁殖。理工大位于黃石理工學院學生生活區旁邊，生活垃圾及污水的大量排放，抑制了浮游植物的生長。

2.2磁湖北湖浮游植物定量測定結果

從圖3可以看出，磁湖北湖各樣點浮游植物數量存在一定差異，但是總體上差異不大；從不同季節來看，2008年夏季浮游植物細胞密度較低，春秋冬季較高，可能的原因與水溫或其它水化學指標有關；2009年春季浮游植物細胞密度低于其它3個季節。各樣點各時段均以藍藻或綠藻居多，硅藻在春季各采樣點中較多，隱藻在冬季各采樣點中較為普遍。二年中不同季節各采樣點浮游植物細胞總數都已超過106個/L，說明磁湖北湖水體已處于富營養化水平。

圖2　磁湖北湖浮游植物種類組成

圖3　磁湖北湖浮游植物數量季節變化(106個/L)

2.3磁湖北湖浮游植物的優勢種群

參照磁湖北湖的浮游植物定性定量檢測結果，磁湖北湖的優勢種主要有硅藻門的直鏈藻(Melosirasp.)，隱藻門的尖尾藍隱藻(Chroomonasacuta)，綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)，硅藻門針桿藻(Synedrasp.)，隱藻門的隱藻(Cryptomonassp.)，藍藻門色球藻(Chroococcussp.)。

從表1可以看出，各優勢種在全年分布較不太均勻，差異性較大，二年中各采樣點優勢種共有21種，不同采樣點不同季節優勢種群不一樣。其中幾乎所有優勢種都是水質污染中β-中污的指示種，因此從浮游植物優勢種角度來看，磁湖北湖水質屬于β-中污。

2.4生物多樣性指數評價

通過Shannon-Wiener多樣性指數來表示生物群落結構，反應環境變化的影響。水體所受的污染越嚴重，水體中生物種類相對減少，而個別耐污種類數量增多，多樣性指數就會下降。

各采樣點在2008和2009兩年的浮游植物Shannon Wiener生物多樣性指數的季節變化見圖4.根據圖4，磁湖水質總體在冬季比其他季節差，Shannon-Wiener 多樣性指數總體水平較低。2008年12月市政府，理工，團城山等處的Shannon Wiener多樣性指數在3.0以下，屬于β-中污，因為團城山是對外開放的公園，平常游玩的人較多，所以水質較差，理工是一個排污口因此多樣性指數最低，而在其他季節除湖中心在2008年3月份的Shannon Wiener指數為2.99外，其他都大于3.0，水體基本清潔。2008年磁湖北湖基本上處于β-中污；而2008年秋季水質相對較好，只有幾個點處于β-中污。2009年秋季水質情況較差，有6個點處于β-中污；春季和夏季有少些采樣點水體處于β-中污，但是相對2008年有所改善；2009年冬季各采樣點水體都處于清潔狀態，比2008年有明顯的改善。據調查分析可知，2009年黃石市政府實施了對磁湖的治理工程，實現了磁湖水體與長江的相通，使得磁湖水質有了較大的改善。

表1　磁湖北湖各采樣點優勢種群的季節變化

A.直鏈藻-β-中污；B.針桿藻-β-中污；C.尖尾藍隱藻-β-中污；D.四尾柵藻-β-中污；E.小環藻-β-中污；F.卵囊藻-β-中污；G.二形柵藻-β-中污；H.銀灰平裂藻-β-中污；I.色球藻-β-中污；J.顫藻-β-中污；K.月牙藻-β-中污；L.小球藻-β-中污；M.尾絲藻-β-中污；N. 嚙蝕隱藻-β-中污;O.隱藻β-中污;P.顆粒溝鏈藻最窄變種；Q. 顆粒溝鏈藻；R.優美平裂藻；S藍隱藻；T尖頭藻；U優美平裂藻。

圖4　磁湖北湖浮游植物Shannon Wiener多樣性指數

注：評價標準0-1為重污染；1-3為中污染，其中1-2為α-中污，2-3為β-中污，大于3為清潔。

Margalef多樣性指數反映的是植物群落與環境之間的關系，理論上，浮游植物種類愈多，種類分布愈均勻，所得的Margalef多樣性指數就愈大，指示環境愈穩定。磁湖北湖浮游植物Margalef多樣性指數見圖5.由圖5可以看出，2008年磁湖北湖整體水環境的穩定性較好。除牛尾巴外其他采樣點的Margalef多樣性指數都維持在一個較高的水平，說明牛尾巴樣點的水環境穩定性相對較差，水質的清潔度也較差。通過2008年與2009年的數據對比可知，湖中心與白房子的Margalef多樣性指數從2008年到2009年一直維持在一個比較高的水平，說明這兩個采樣點的水環境相對穩定，水質較好。主要是因為這兩個采樣點人類活動相對較少，對水質的影響較小。通過比較2009年3月和2009年其他幾個季度的數據可知，2009年春季的生物多樣性明顯下降。通過二年中各采樣點之間的比較可得出，理工和牛尾巴兩點的Margalef多樣性指數明顯要比其他幾個點的數值要低，說明這兩點水質穩定性較差。

圖5　磁湖北湖浮游植物Margalef多樣性指數

3　討論

3.1浮游植物與磁湖水質狀況的關系

我國幅員遼闊，境內分布著無數大小湖泊，由于人們環保意識薄弱，許多湖泊均不同程度受到了污染，水質惡化，而地處人口稠密的城市地區湖泊的污染和富營養化問題尤為嚴重，南京玄武湖[6]、杭州西湖[7～8]、武漢東湖[9～10]、北京四海[11]等城市湖泊的水質均已達到富營養化和重富營養化程度。迄今，人們對湖泊富營養化的發生機理，環境條件和控制對策進行了許多卓有成效的研究，對湖泊富營養化問題的嚴重性以及解決問題的迫切性也已有了充分的認識[12～13]。按國內有關評價湖泊富營養化標準，水中藻類數量大于106個∕L就可以認為是富營養型，因此從浮游植物數量的角度上看，磁湖處于富營養化階段。磁湖富營養化生物學評價結果與2004年磁湖水質評價結果[14]一致，表明磁湖水質富營養化狀態仍沒有改變。在冬季時污染達到最嚴重的時期，夏季水體有機污染程度為全年最好的時期。

黃石市政府在對磁湖經過一系列的整治之后，特別是將磁湖與長江兩個水體之間相通后，磁湖的水變成了流動型，磁湖的水質也得到了明顯的改善，其周邊的生態環境也得到了恢復。浮游植物種類數達到將近50種 ，較為豐富，內環境相對穩定。而通過2008和2009兩年所獲得的數據也可顯示，磁湖的水質得到改善，有了較大的好轉。但是從浮游植物優勢種和水體藻類數量的角度來看，磁湖水質仍然處于富營養化的程度，且屬于β-中污。

3.2磁湖水質綜合評價

從Shannon Wiener生物多樣性指數上看，在2008年除了兒童公園，牛尾巴和理工在冬季水質為β-中污，其他的采樣點的水質在全年都較為清潔。從Margalef多樣性指數上看，磁湖的水質在近兩年中變化都不大，環境相對穩定。綜合以上的數據和評價可知，磁湖水質開始有了好轉。

但是，在分析09年各季度的數據時發現，在2009年的秋季，也就是10月在分析各采樣點的浮游植物種類和數量時發現，其浮游植物的數量和種類大大高出其他各個季度的數值，出現了十分異常的情況，特別是藍藻門的顫藻和銀灰平裂藻的數量大量增加。而通過查閱有關資料得知，在一般的情況下湖泊在春秋季時發生水華的機會較其他幾個季度的概率要大，而在2009年10月出現的這種情況，表明在該年的秋季發生了水華。

綜合上述條件可以得出結論：磁湖所受的污染較輕，生物多樣性指數較高，內環境較為穩定，水質也得到了明顯的改善。而如果再通過進一步的加強磁湖水環境的綜合整治，采取更加積極的措施，其水質將會得到更進一步的改善，富營養化程度也會得到更好的減輕。這對于磁湖在養殖，旅游觀光，飲用等其他綜合功能的提高，以實現磁湖在環境與工業、養殖業、旅游業的和諧發展、可持續發展有更大的幫助。

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Study on the structure of phytoplankton community and water quality monitoring in north of Cihu lake in Huangshi city

QIU Chang-en1,WANG Wei-dong1,ZHANG Qi2

(1.College of Life Science,Hubei Normal University,Huangshi435002,China;2.Institute of Hydrobiology, Chinses Academy of Sciences, Wuhan430072, China)

Determinering the nature and fixing the quantify were studied on phytoplankton community of North of Cihu lake with eight sample points in 2008 and 2009,by counting the cell number and identifying the species composition of phytoplankton flora. The water quality was evaluated with biological indication: Shannom-Wiener and Margalef diversity index. The Shannom-Wiener target indicatesd the water quality of Cihu lake was in the middle entropher condition, and the Margalef target indicated the water condition of most sample points were matually stabilization. The results also illustrated that there were 88 species of phytoplankton, belonging to 52 genera in 6 phyla, and the phytoplankton indicators of this stage wereMelosira，ChroomonaserosaandScenedesmusquadricauda. The total number of phytoplankton cells in two years are more than 106 /L, indicated that water of North of Cihu lake were in the eutrophication. The biological diversity index and the phytoplankton indicators illustrated that the water body of north of Cihu lake was in β-moderate pollution.

phytoplankton; community; environmental indicator; north of Cihu

2016—03—21

湖北省教育廳重點(D20092202);淡水生態與生物技術國家重點實驗室開放基金(2009FB10);國家水體污染控制與治理科技重大專項子課題973項目(2009ZX07104-005-02)

邱昌恩(1966—)，男，湖北鄂州市人，博士，教授，研究方向為藻類生物技術和環境科學.

Q948.881

A

1009-2714(2016)02- 0007- 06

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.002