磁湖初期雨水污染影響下的附生藻群落結構

李 今，吳真真，華江環，吉芬芬，張 勇，呂愛斌

(1.湖北師范大學 生命科學學院，湖北 黃石 435002；2.湖北中醫藥大學 基礎醫學院，湖北 武漢 430065；3.黃石市水文水資源勘測局，湖北 黃石 430072)

磁湖初期雨水污染影響下的附生藻群落結構

李 今1，吳真真1，華江環2，吉芬芬1，張 勇3，呂愛斌3

(1.湖北師范大學 生命科學學院，湖北 黃石 435002；2.湖北中醫藥大學 基礎醫學院，湖北 武漢 430065；3.黃石市水文水資源勘測局，湖北 黃石 430072)

對黃石市磁湖地表雨水徑流污染進行了調查，研究了受納水體中沉水植物菹草表面的附生藻的群落結構特征。結果顯示，磁湖地表雨水徑流中氨氮(NH3-N)和總磷(TP)的濃度遠高于雨水；生活區地表雨水徑流中氨氮(NH3-N)和化學需氧量(COD)的濃度大于綠地區域。與此同時，菹草表面附生藻共有60種，隸屬于7門，34屬。附生藻的平均生物量、附生密度分別為1.28 × 102mg/cm2、12.12×103cells/cm2。藻類Shannon-Wiener 多樣性指數值在2～3之間。

雨水徑流；附生藻；群落結構；水環境

附生藻是水生生態系統的重要組成部分。殷旭旺等[1]指出，附生藻類是指示水環境健康狀況極佳的類群。

磁湖為黃石市最大的城中湖，水域面積約1.0×106m2，平均水深1.75m. 地表雨水徑流污染是導致水環境質量惡化的主要原因之一[2]。劉婷等[3]和李今等[4]對磁湖的浮游植物群落結構特征做出了分析。本文對磁湖地表雨水徑流污染進行了調查，研究了磁湖沉水植物菹草表面附生藻類的群落結構，為磁湖水環境污染狀況和質量評價提供重要依據。

1 材料與方法

1.1 磁湖雨水徑流污染初步調查

2017年3月，監測一場大雨，收集直接降水；并選擇代表性綠地區和生活區采集地面徑流(圖1)。雨水徑流產生時即開始采樣,根據情況，主要收集前20min的徑流水樣。采集的雨水及雨水徑流水樣運回實驗室，按照已有標準方法[5]對NH3-N、TP、COD等水質指標進行分析。

1.2 附生藻群落結構研究

1.2.1 實驗采樣點設置

在菹草生長旺盛期開展實驗，根據菹草在磁湖的生長情況與分布特征，選擇3個采樣點(圖1)。

表1 采樣點地理坐標

圖1 采樣點分布圖

圖2 采樣點附著藻類群落組成

1.2.2 樣品的采集與處理

2017年3月，采集長勢均勻的菹草，剪取30cm的菹草(除根、含葉)，用蒸餾水輕輕洗去浮游藻類，稱取35g(濕重)菹草，用2L的無菌水和軟毛筆對每個樣點的菹草表面的附生藻類進行洗脫處理，洗脫后用魯格試劑固定(100∶1)藻類。將藻液靜置18～24 h后，通過虹吸法去除上清液，使樣品濃縮至30～50mL.

1.2.3 附生藻的鑒定及群落結構特征分析

藻類鑒定參考胡鴻鈞等[6]分類鑒定到種或屬，并按種類計數。最后計算出附生藻附生密度(cells/cm2)、優勢種類、Shannon-Wiener 多樣性指數等。具體計算方法如下：

1) 藻類的附生密度(cells/cm2)=附生藻數/附著載體表面積。

2) 藻類優勢度計算公式：Y=fi×pi

式中：Y為藻類優勢度，fi是第i個藻種的出現頻率，pi表示第i種藻類占藻類總數的個體比例。當Y≥0.02時，確定為優勢種[7]。

3)用Biodiversity Professional 2.0 計算藻類Shannon-Wiener 多樣性指數，其的計算公式如下[8]：

2 實驗結果與分析

2.1 磁湖地表雨水徑流污染

由表2可以看出，除化學需氧量外，雨水中NH3-N和TP的平均濃度分別為0.10mg/L和0.02mg/L，均遠小于綠地(0.98mg/L和0.15 mg/L)和生活區(1.22mg/L和0.05 mg/L)地表雨水徑流中的濃度，說明地表雨水徑流中氮、磷污染主要由地表沖刷引起。此外，生活區地表雨水徑流中NH3-N和COD的濃度大于綠地。根據地表水環境質量標準，綠地和生活區地表雨水徑流分別屬于地表Ⅳ類和Ⅴ類，說明人類活動可能影響雨水徑流污染。

表2 磁湖雨水及雨水徑流污染各指濃度(mg/L)

2.2 附生藻類群落組成及優勢種分析

3個樣點的附生藻群落組成共有7門，包括34屬、60種。磁湖春季菹草的附生藻1#樣點4門24種；2#共6門27種；3#共5門28種。

菹草的附生藻的優勢種如表3所示。附著藻類主要優勢種為篦形短縫藻、雙頭輻節藻，短小曲殼藻，小球藻、小席藻等。曲殼藻屬的藻類易于腐植型營養湖泊中生存，而小球藻、尖針桿藻和旋轉囊裸藻等藻類易于在中污水質中生存[8]。

表3 磁湖菹草附生藻優勢種

注：“-”為未檢測到物種

2.3 附生藻類的生物量

附生藻平均生物量為1.28×102mg/cm2，3個樣點中，1#為1.55×102 mg/cm2；2#為0.87×102 mg/cm2；3#為1.41×102 mg/cm2；生物量大小為3#>1#>2#.

2.4 附生藻類的密度

附生藻平均密度為12.8×103cells/cm2.1～3號點的附生藻密度分為8.00×103、12.68×103、15.68×103cells/cm2，呈上升趨勢。硅藻門和綠藻門密度較大。

2.5 Shannon-Wiener多樣性指數分析

磁湖1～3號采樣點附著藻類Shannon-Wiener多樣性指數分別為2.42、2.55、2.53，指示為輕度污染。從空間分布看, 隨著多樣性指數的提高，附生藻類的種類增多、密度增大。

3 討論

磁湖春季菹草表面附生藻的主要優勢種為硅藻門的篦形短縫藻、雙頭輻節藻及短小曲殼藻，綠藻門的小球藻和藍藻門的小席藻。已有研究[4]表明，磁湖初春季浮游藻群落結構主要以綠藻門的衣藻屬和柵藻屬，硅藻門的小環藻屬和針桿藻屬，藍藻門的席藻屬為主，其中硅藻門和綠藻門是主要優勢門。這說明，同一季節，磁湖浮游植物和沉水植物表面附生藻類的優勢種相似。本結果與淀山湖[11]、太子河[1]及池塘[12]的附生藻類群落結構相似。結果顯示磁湖附生藻的多樣性和生物量等較浮游藻類低。浮游藻類和附著藻類的群落結構關系受到環境中N/P的影響，可用于水質監測[10]。 調查發現，磁湖地表雨水徑流污染主要源于地表沖刷而非雨水，而發現人類活動與地表雨水徑流污染密切相關。附生藻類種類數和生物多樣性會隨著水質的好壞而出現數量的增加或減少[9,13]。在初期雨水污染負荷沖擊下，附生藻群落結構的響應，可以為湖泊水質波動的評價提供科學依據。

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[4]李 今, 吉芬芬, 華江環, 等. 磁湖春季浮游植物群落結構調查及水質評價[J]. 湖北師范學院學報(自然科學版), 2014, 34(3): 1～7.

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[10]宋玉芝, 秦伯強, 高 光, 等. 氮及氮磷比對附著藻類及浮游藻類的影響[J]. 湖泊科學, 2007, 19(2): 125～130.

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[12]蘇勝齊, 沈盎綠, 姚維志. 菹草著生藻類的群落結構與數量特征初步研究[J]. 西南農業大學學報, 2002, 24(03): 255～258.

[13]王朝暉, 胡 韌, 谷陽光, 等. 珠江廣州河段著生藻類的群落結構及其與水質的關系[J]. 環境科學學報, 2009, 29(07): 1510～1516.

CommunitystructureofperiphytonundertheinfluenceofcontaminationsfromsurfacerunoffinCihuLake

LI Jin1, WU Zhen-zhen1, HUA Jiang-huan2, JI Fen-fen1， ZHANG Yong3, LV Ai-bin3

(1.College of life science, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China; 2. College of Basic Medical Science, Hubei Univesity of Chinese Medicine,Wuhan 430065,China; 3. Huangshi hydrology and Water Resources Survey Bureau, Huangshi 435000, China)

Contamination from surface runoff is one of main contributions to decreasing water quality, which usually affects the community of periphyton, while little information is available on periphyton community under the influence of contamination of surface runoff. In the present study, to provide important bases for water contamination status and water quality evaluation, the contamination status of surface runoff in Cihu Lake area was preliminary investigated in Huangshi City, and the community structure of periphyton attached on the surface of Potamogeton cripus, a submerged plant, were then also studied. The results showed that the concentrations of ammonia nitrogen (NH3-N) and total phosphorus (TP) in the surface runoff were far higher than that in the rainfall in Cihu Lake area. Moreover, the concentrations of ammonia nitrogen (NH3-N) and chemical oxygen demand (COD) in the surface runoff of human living areas were higher than that of green lands. At the same time, 60 species of periphyton belong to 34 genera 7 phyla were identified on the surface of Potamogeton cripus. The average biomass and density of periphyton were 1.28×102 mg/cm2and 12.12×103 cells/cm2, respectively. The Shannon-Wiener diversity indices was between 2 and 3.

surface runoff; periphyton; community structure; water environment

Q949.2

A

2096-3149(2017)04- 0011-04

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.04.003

2017—07—11

湖北省水利重點科研項目(HBSLKY201506)

李今(1968— )，男，湖北黃石人，博士，教授，主要從事水環境污染治理研究.

華江環，博士，Email:122689105@qq.com.