磁湖春季浮游植物群落結構調查及水質評價

李 今，吉芬芬，華江環

(1.食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室; 2.湖北師范學院 生命科學學院，湖北 黃石 435002；3.中國科學院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)

磁湖春季浮游植物群落結構調查及水質評價

李 今1,2，吉芬芬2，華江環3

(1.食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室; 2.湖北師范學院 生命科學學院，湖北 黃石 435002；3.中國科學院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)

為了明確黃石磁湖富營養化水平現狀，2013年4月對其浮游植物群落結構及水質狀況進行了調查。調查結果顯示，浮游植物共111種，隸屬7門54屬，其中以綠藻門種類最多，占總種類數的47.76%；藍藻門種類數次之，占總種類數的20.72%；浮游植物平均密度約為31.530×106個/L，其中以硅藻門和隱藻門數量最多，各占水體中浮游植物整體平均密度的32.50%和31.10%。基于浮游植物密度、優勢種、污染指示種、Margalef多樣性指數和國家地表水環境質量標準(GB 3832-2002) 綜合評價，磁湖水體污染較嚴重，屬于中至富營養狀態，達到國家水環境質量Ⅲ～Ⅳ類水質標準。通過分析磁湖春季浮游植物群落結構特征，并探討其與環境因子的關系，旨在為磁湖的水生態環境管理與水生生物資源保護措施的制定提供參考依據。

磁湖；浮游植物；群落結構；水質狀況

浮游植物作為水生生態系統的重要組成部分，通過參與湖泊物質循環和能量流動，共同維持生態系統的結構功能，并且對湖泊污染及凈化起著指示作用[1～3]。浮游植物群落的種類數量、優勢種、多樣性指數等在不同營養水平的水環境中變化很大，是水質污染及營養水平的重要標志[4]。近年來，在湖泊水質監測中以浮游植物作為生物監測結合水質化學檢測、評價水質污染和營養水平，在國內外得到了廣泛應用[2]。

磁湖是黃石最大的城中湖，水域面積約為1.0×107m2，匯水面積為6.28×107m2，平均水深為1.75m.本研究通過對磁湖春季浮游植物群落研究，在揭示湖泊浮游植物群落結構特征的同時，結合水質的理化指標對磁湖水環境健康狀況進行綜合評價，以期為磁湖生態系統評價及富營養化治理提供科學依據。

1 實驗材料與方法

1.1采樣點設置

根據磁湖的自然地理情況，分別在上、中、下游設5個代表性采樣點(圖1).

1.2浮游植物定性、定量樣品的采集與分析

2013年4月對磁湖浮游植物群落進行調查。定性標本采樣用25號浮游網采集，對水樣進行2000 r、15 min離心，沉淀下來的浮游植物在40倍物鏡光學顯微鏡下進行拍照鑒定，種類鑒別主要參照中國淡水藻類-系統、分類及生態。定量樣品用2 L采水器于水下0.5 m處采集2L表層水，現場加入20 mL魯哥氏試劑固定，經18 h沉淀濃縮至30～50 mL，用浮游植物計數框在40倍物鏡光學顯微鏡下進行定量計數。

圖1 磁湖采樣點分布

1.3水樣理化指標的測定

采集水樣的同時，現場測定采樣點水體的水溫、pH值和SD.在實驗室按照《水和廢水監測分析方法(第四版)》[4]測定水樣的TN、TP、氨氮、BOD5、COD和Chl.a.

1.4Margalef多樣性指數、優勢度和浮游植物密度的計算

1.4.1 多樣性指數 運用Margalef物種豐富度指數(D)對浮游植物群落結構特征和水體營養狀態進行評價。

計算公式為：D= (S-1) /lnN

式中：S為種類數；N為個體數。D值越大，水質越清潔( 0～1為重度污染；1～2為嚴重污染；2～4為中度污染；4～6為輕度污染；大于6為清潔水)[5]。

1.4.2 優勢度 優勢度計算公式[6]：Y=fiPi，式中：Y是優勢度，fi是第i物種的出現頻率，Pi是第i物種個體數占總個體數量的比例，當Y≥0.02時，確定為優勢種。

1.4.3 密度計算 浮游植物密度N計算公式為：N=(Vs·n)/(V·Va)，式中N為水中浮游植物密度(個/L)；Vs為濃縮定量體積；n為計數體積觀察的個數；V為采樣體積；Va為計數體積。

1.5數據處理

數據用SPSS 11.0進行數據處理和統計分析，數據顯示為平均值±標準誤差(mean±SD).

2 實驗結果與討論

2.1磁湖浮游植物物種組成

調查鑒定磁湖春季浮游植物共7個門，54屬，111種，其中綠藻門(Chlorophyta) 22 屬 53種，占浮游植物種類總數的47.76%；藍藻門(Cyanophyta) 14屬23種，占浮游植物種類總數的20.72% ；硅藻門(Bacillariophyta) 9屬16種，占浮游植物種類總數的14.41%；裸藻門(Cryptophyta) 2屬7 種，占浮游植物種類總數的6.31% ；甲藻門4屬5種，占浮游植物種類總數的 4.50%；隱藻門(Euglenophyta) 2屬4種，占浮游植物種類總數的 3.60%；黃藻門1屬3種，占浮游植物種類總數的2.70%(圖2)。磁湖浮游植物種類較豐富，以綠藻門為主，其次是藍藻門與硅藻門，甲、隱、裸藻門及黃藻門種類比較少。

2.2浮游植物數量

磁湖春季浮游植物平均密度為31.530×106個/L， 其中硅藻的平均密度為10.236×106個/L，占水體中浮游植物整體密度的32.50%；隱藻的平均密度9.805×106個/L，占水體中浮游植物整體密度的31.10%；綠藻和藍藻的平均密度分布為6.287×106個/L和4.314×106個/L，分別占水體中浮游植物整體密度的19.90%和13.70% ；其余各門總計密度為0.888×106個/L，僅占水體中浮游植物整體密度的2.80%。5個采樣點浮游植物數量變化趨勢基本一致(圖3)，且硅藻門和隱藻門在每個采樣點均占絕對數量優勢。這與姜作發等[7]對興凱福浮游植物種類數量變動的研究中，綠藻與硅藻浮游種類占62.70%，而硅藻與隱藻在數量上占有絕對優勢的相關結果相似。

圖2 磁湖春季浮游植物種類組成

基于浮游植物豐度對水質的評價，按照國內湖泊富營養化評價標準[8]：浮游植物數量小于3×105個/L為貧營養型，數量3×105～10×105個/L 為中營養型，數量大于10×105個/L為富營養型。磁湖春季浮游植物數量達到31.530×106個/L，指示為富營養型水體。

圖3 磁湖春季浮游植物數量變化

2.3浮游植物優勢種

磁湖春季浮游植物優勢種共出現27種(表1)，其中硅藻門11種，綠藻門7種，隱藻門4種，藍藻門4種，甲藻門1種。基于優勢種群的評價：優勢種群與營養狀態的對應關系一般為：金藻門的大量出現往往表示所在水體為貧營養；隱藻門代表貧、中營養水體；甲藻門代表中營養水體；硅藻門代表中富營養水體；硅藻門和綠藻門代表富營養水體；藍藻門和綠藻門代表重富營養水體[9]。由表1中優勢種結合優勢度可以推斷綠藻門、硅藻門和隱藻門為主要優勢類群，可以反映出磁湖的營養狀況為中-富營養狀態。

2.4污染指示種

在磁湖浮游植物調查基礎上，參照福迪 B[10]藻類學中有關指示性藻類的觀點，確定磁湖各個站點污染指示種46種，指示清水生物帶的種類的有1種；指示os～寡污水生帶的種類有3種；介于os～寡污與β～中污水生物帶的指示種有1種；指示α～β中污水生物帶的種類有2種；指示β～型中污水生物帶的種類27種，占所有污染指示種的58.60%；指示α～中污水生物帶的有9種，占所有污染指示種的19.57%；指示重污及α～中污水生物帶的種類數為1種；指示重污水生物帶的種類數為2種(表3)。結果顯示指示β～中污水生物帶和α～中污水生物帶的污染指示種占總污染指示種的78.17%，各個采樣點的污染指示種均以指示β～型中污水生物帶和α～中污水生物帶的較多，可以判斷磁湖水體營養狀態處于中-富營養型狀態。

2.5生物多樣性及其水質評價

磁湖5個采樣點浮游植物Margalef多樣性指數D值為在1.647至2.573之間(表2)，且除5號采樣點外D值均大于2，根據Margalef生物多樣性判斷標準[11]可以判斷磁湖春季水質處于α～中污染狀態，即富營養狀態。

表1 磁湖春季浮游植物優勢種優勢度分布表

表2 磁湖各采樣點浮游植物多樣性指數

表3 磁湖春季浮游植物污染指示種及污染指示等級

續表3

表4數據顯示，磁湖春季水溫在9℃～10℃；水體透明度在50～75cm，其中3#透明度最低；PH值在7.81～8.19；Chl.a各點分布在18.7～46.4 mg/m3；COD在16.7～25.7mg/L；各樣點總磷在0.040～0.059mg/L之間波動；5#采樣點氨氮超過水質量標準的限制范圍，其余各點在0.180～0.344mg/L之間波動；總氮5#采樣點異常高。其余各點在1.27～1.64mg/L之間波動。

表4 磁湖春季水質理化指標

根據地表水環境質量標準(GB 3832-2002)綜合表4中顯示的調查結果，磁湖春季水質總體處于Ⅲ～ Ⅳ類水，受到中度污染，該結果與浮游植物群落結構評價結果相吻合，表明水質理化指標與浮游植物之間的關系密切，從而體現出生物監測的科學性。其中5#采樣點總氮總磷異常高，嚴重超過水環境質量標準的限制范圍，可能原因是5#采樣點人流動量大生活垃圾及污水導致該點總氮總磷嚴重超標。

3 結語

1) 磁湖水域春季浮游植物共111種，隸屬7門54屬，其中以綠藻門種類最多。浮游植物整體平均密度為31.530×106個/L，硅藻門和隱藻門在數量上占絕對優勢， 共占水體中浮游植物整體密度的63.60%；而2012年磁湖秋季與冬季浮游植物平均密度分別為6.99×106個/L、16.6×106個/L，由此可見，磁湖浮游植物密度在不斷增長，富營養化程度日趨嚴重。浮游植物優勢類群為綠藻、硅藻及隱藻；污染指示種發現35種，遍布寡污到中污帶，β～型中污和α～中污指示種占總污染指示種的78.17%。

2)依據浮游植物密度、優勢種、污染指示種及Margalef物種豐富度指數D值并結合地表水環境質量標準(GB 3832-2002)綜合評價磁湖水質情況，2013年磁湖春季水體屬于中至富營養狀態，達到國家水環境質量Ⅲ～Ⅳ類水質標準。

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CommunitystructureofphytoplanktonandthewaterqualityassessmentinspringinLakeCi

LI Jin, JI Fen-fen, HUA Jiang-huan

(1.Hubei Key Laboratory of Edible Wild Plants Conservation and Utilization,2.College of life science, Hubei Normal University, Huangshi 435000,China;3.Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China)

In order to figure out the current eutrophic state of Lake Ci in Huangshi City, the community structure of phytoplankton and water quality in Lake Ci were investigated. 111 speices of phytoplankton belonging to 54 genera 7 phyla were identified, of which the most abuandant was Chlorophyta, with 53 species of 22 genera, accounting for 47.76% of the total species; followed successively by Cyanophyta, with 23 species of 14 genera, taking up 20.72% of the whole species; The average density of the phytoplankton was about 31.530×106cells/L, among which were the two richest phyla, Bacillariophyta and Cryptophyta, with a density of aproximately 10.236×106and 9.805×106cells/L, accounting for 32.50% and 31.10% of the total density of the phytoplankton, respectively. Based on a comprehensive assessment concerning phytoplankton density, dominant species, pollution indicating species, Margalef diversity index and the Environmental quality standards for surface water (GB 3832-2002), Lake Ci was highly contaminated, belonging to medium or high eutrophic state, with water quality reaching to Gade Ⅲ to Ⅳ by the standards of GB 3832-2002.

Lake Ci; phytoplankton; community structure; water quality

2014—04—28

黃石市科技攻關項目(2013A067-2);食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室;國家“十二五”科技重大專項子課題(2012ZX07101007005).

李今(1968— )，男，湖南衡陽人，副教授，博士，主要研究水體生態恢復方面.

X824

A

1009-2714(2014)03- 0001- 07

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.03.001