武漢市后官湖浮游植物群落特征分析

孫 沿，蔡 蕓，王亞飛

（武漢市水文水資源勘測局，武漢 430074）

浮游植物是水生生態系統中物質循環和能量流動的基礎。浮游植物群落的時空變化通常受到不同環境因子如溫度、營養鹽、光照等的影響，其生物量、密度、群落結構等會受到這些環境因子的影響而不斷變化[1-2]。此外，浮游植物生命周期短、世代更新快，可以對生活區域水質情況的變化做出迅速的反應，因此浮游植物的群落常被用作評價水環境好壞的重要指標[3]。近年來，隨著國內河湖水庫水體富營養化程度的加劇，一些種類的浮游植物如顫藻（Oscillatoria）、微囊藻（Microcystis）在水體中大量繁殖造成水華的發生，這些浮游植物可以釋放藻毒素，嚴重威脅飲用水安全和水生生態環境的穩定，因此對浮游植物的監測具有極為重要的現實意義。

后官湖（113°58′～114°05′E，30°30′～30°34′N），位于武漢市蔡甸區中北部，由高湖、白蓮湖、知音湖和天鵝湖4個子湖組成，地勢較低，湖水經打鼓渡河排入三角湖，最后匯入長江。后官湖屬于典型性北溫帶淺水型淡水湖泊，水域總面積約34 km2，岸線約178 km，容積約1.077億m3。近年來，隨著武漢市經濟建設的不斷發展，后官湖流域逐漸由濕地向城鎮轉化，出現富營養化日益嚴重、水質持續惡化的問題[4-5]。黃宇等對后官湖水體中氨氮、化學需氧量、總氮、總磷等的調查研究發現，后官湖2007-2013年的水質狀況呈現逐年下降的趨勢[4]。劉紅艷等通過對后官湖的沉水植物群落調查發現，后官湖所在水系出現富營養化嚴重、沉水植物群落受浮游植物群落爆發的影響日益退化的問題[5]。本研究通過對后官湖四個子湖及出湖口的浮游植物進行周年調查，采用國內外通用的浮游植物評價方法對后官湖水生生態系統的健康進行評價，以期彌補近年來后官湖浮游植物群落研究的缺失和對后官湖綜合環境評價的不足。

1 試驗材料與方法

本次調查于2017年2月至2018年1月進行，每月一次，共計12次。根據后官湖形態，在后官湖四個子湖即高湖、知音湖、白蓮湖、天鵝湖和排水口打鼓渡河各設置一個采樣點。浮游植物樣品在采集后加入1%魯哥試劑，48 h濃縮至30 mL后，用0.1 mL浮游植物計數框在10×40倍Nikon E100顯微鏡下進行。每次觀察100個視野，每個樣品計數2片，取其平均值作為該樣品的最終結果（若2片計數結果相差15%以上，則進行第3片計數，取其中個數相近的2片的平均值）。浮游植物鑒定參照《中國淡水藻類：系統、分類及生態》[6]。

浮游植物多樣性評價使用Shannon–Weaver指數（H′）[7]：

浮游植物物種均勻度使用Pielou指數（J′）[8]：

式中，Pi是第i個物種的豐度與樣品總豐度的比值；S為樣品中的種類總數。

本研究數據計算使用R 3.2.2軟件，圖表繪制使用Excel2003.

2 結果與討論

由圖1可知，后官湖每月浮游植物密度在（798～11 843）萬個/L。其中，最高浮游植物密度出現在10月，最低浮游植物密度出現在2月。時間分布上，后官湖浮游植物群落呈現冬季（12-次年2月）浮游植物密度低，春季（3-5月）逐步升高，夏秋季（6-11月）穩定的規律。溫度和營養鹽被認為是影響浮游植物密度的最主要因素[2]。在冬季，后官湖區域溫度低，流域內漁業、農業活動程度較低，因此營養鹽濃度也較低，低溫低營養鹽的綜合影響使得浮游植物生長繁殖速度低，最終導致浮游植物密度小。入春以后，隨著溫度的升高，來自生活污水以及農業漁業活動的營養鹽的增加促進了浮游植物的生長，使得浮游植物密度逐漸攀升，最終達到最大值。就空間分布而言，天鵝湖和打鼓渡河的平均年浮游植物密度較低，這可能是因為天鵝湖靠近出湖口打鼓渡河，后官湖的湖水匯集后均在此處流出，水流流速較大，對浮游植物的增長產生了抑制作用[3]。

由圖1可知，后官湖各采樣點浮游植物類5-12月藍藻在浮游植物群落中占優勢，其余月份浮游植物群落多樣性較高，綠藻、硅藻、隱藻也在浮游植物群落中均占優勢。就空間而言，藍藻門在全年的各采樣點均占優勢，如圖2所示。魚腥藻和平裂藻在本次調查中是優勢種。藍藻門浮游植物繁殖迅速，可以通過細胞內氣泡調節自身浮力競爭光照，在高溫及高營養鹽濃度的水體中對其他種類的浮游植物具有競爭優勢，因此藍藻門在浮游植物群落里占優勢是水體富營養化的一種顯著特征[9]。

圖1 后官湖浮游植物時間分布

圖2 后官湖浮游植物空間分布

物種多樣性是衡量一定區域內生物資源豐富程度的一個客觀指標，用于評價群落中物種組成的穩定程度及其數量分布的均勻程度和群落的組織結構特征，并常作為描述群落演替方向、速度和穩定程度的指標。作為水生生態系統的初級生產者，浮游植物與環境因子間的緊密聯系變化最為迅速，反應最為直接，因此浮游植物多樣性是反映水生生態系統健康與否的良好指標。目前，國內外經常使用多樣性指數Shannon–Weaver指數（H′）來評價水體的營養狀態。一般來說，H′＞3時為清潔，3＞H′＞2時輕污染，2＞H′＞1時中等污染，1＞H′＞0時為重污染。

由圖3可知，后官湖每月浮游植物Shannon–Weaver指數在1.538～2.002浮動。因此，浮游植物多樣性評價指出后官湖主要為中等污染。其中10月份的H′最低，只有1.284，這說明10月份后官湖的污染最為嚴重。空間上，后官湖各個子湖及出湖口H′指數相差不大，在1.682～1.799，反映出后官湖各部分浮游植物多樣性差別小，污染程度空間異質性小于時間異質性。

除Shannon–Weaver指數外，均勻度Pielou指數J′也可以用于判斷水體的營養狀態，目前國內常認定J′＜0.3為重污染，0.3＜J′＜0.5為中污染，J′＞0.5為輕污染或無污染。由圖3可知，后官湖均勻度指數在0.410～0.692浮動，說明后官湖在中污染和輕污染之間浮動。其中，10月份均勻度指數最低，說明10月份后官湖污染最為嚴重，這一結果與多樣性指數（見圖3）以及浮游植物密度變化（見圖1）相吻合。就空間而言，后官湖各個子湖及出湖口均勻度指數在0.564～0.615浮動，這反映出與多樣性指數相似，后官湖浮游植物物種空間均勻度相差不大，如圖4所示。

圖3 后官湖浮游植物多樣性和均勻度時間分布圖

圖4 后官湖浮游植物多樣性和均勻度空間分布圖

3 結論

后官湖浮游植物密度呈現明顯季節特征，即冬季密度較低，春季持續升高，夏秋季穩定高密度。空間上，子湖天鵝湖及出湖口打鼓渡河的浮游植物密度要低于后官湖其他子湖的浮游植物密度。除冬季以外，后官湖浮游植物群落藍藻為優勢種群，其次為綠藻、硅藻和隱藻。浮游植物群落多樣性和均勻度分析也表明，后官湖污染程度主要為中等污染，其中10月份的污染程度最重，就空間而言，各個子湖及出湖口多樣性和均勻度差別不大。以上表明后官湖富營養化程度嚴重，空間變化不明顯，具有明顯的時間變化性。