黃石市磁湖北湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其對水環(huán)境的指示作用

邱昌恩，王衛(wèi)東，張　琪

(1.湖北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石　435002;2.中國科學(xué)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(jié)構(gòu)及其對水環(huán)境的指示作用

邱昌恩1，王衛(wèi)東1，張琪2

(1.湖北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石435002;2.中國科學(xué)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(gè)采樣點(diǎn)分季節(jié)進(jìn)行浮游植物定性、定量的調(diào)查研究。采用生物指示法：Shannon-wiener多樣性指數(shù)法和Margalef多樣性指數(shù)法對水質(zhì)進(jìn)行了評價(jià)。Shannom-wiener多樣性指數(shù)指示磁湖北湖已處于中度富營養(yǎng)化水平，Margalef指數(shù)顯示磁湖北湖大多數(shù)采樣點(diǎn)環(huán)境相對穩(wěn)定。研究結(jié)果還顯示磁湖北湖浮游植物共有88種，52屬，隸屬6個(gè)門，優(yōu)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(xì)胞總數(shù)都超過106個(gè)/L，表明磁湖北湖水體已處于富營養(yǎng)化水平。優(yōu)勢種群和多樣性指數(shù)指示磁湖北湖水體營養(yǎng)化狀態(tài)處于β-中污。

浮游植物;群落結(jié)構(gòu);環(huán)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(qū)內(nèi)最大的城中湖。磁湖還是我省三個(gè)重點(diǎn)保護(hù)湖泊之一，沿湖周圍群山環(huán)繞、山水相連、自然景色得天獨(dú)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(fā)和建設(shè)，使湖面不斷縮小，湖水面積由二十世紀(jì)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(shí)，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等的污染不斷，磁湖的水質(zhì)依然不容樂觀。磁湖周邊有27個(gè)排污口，每天有1.2×105kg工業(yè)污水、生活污水傾入。因此，磁湖的水環(huán)境狀況受到了廣泛的關(guān)注和治理投入。采用浮游植物對外界環(huán)境有敏感的反應(yīng)，浮游植物的性質(zhì)和數(shù)量隨著水的化學(xué)成分而改變[2]。本文通過對黃石市磁湖北湖八個(gè)采樣點(diǎn)的浮游植物種類和數(shù)量組成及季節(jié)變化的研究，從而對磁湖水質(zhì)的污染性質(zhì)和污染程度進(jìn)行測定和評價(jià)，為黃石市政府在磁湖的綜合治理在科學(xué)決策方面提供基本數(shù)據(jù)支持和理論參考，以提高磁湖在養(yǎng)殖、旅游觀光和生活用水等方面的利用價(jià)值。

1　研究方法

1.1采樣點(diǎn)的設(shè)置

根據(jù)磁湖北湖的地理位置與周邊環(huán)境以及采樣點(diǎn)布設(shè)的原理，共設(shè)置了8個(gè)采樣點(diǎn)(見圖1)，分別為：牛尾巴，、廣播電視大學(xué)(下面簡稱電大)，黃石理工學(xué)院(下面簡稱理工)，市政府，白房子，湖中心，團(tuán)城山公園(下面簡稱團(tuán)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(jìn)行了八次采樣。

圖1　黃石市磁湖北湖采樣點(diǎn)設(shè)置

1. 牛尾巴 2. 廣播電視大學(xué)(簡稱電大)3. 黃石理工學(xué)院(簡稱理工)

4. 市政府 5. 白房子 6. 湖中心 7. 團(tuán)城山公園(簡稱團(tuán)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(biāo)本的采集。定性采樣是用25號浮游植物網(wǎng)用“8”字型方法在水中游動(dòng)5min左右，吸取網(wǎng)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)樣品定容在30mL，如不能及時(shí)看此樣品，可加30%甲醛1mL固定[3～5]。

1.3多樣性指數(shù)評價(jià)方法

Shannom-wiener 多樣性指數(shù)公式為：

H=-∑(ni/N)*log2(ni/N)

式中，ni為第i種的浮游植物個(gè)體數(shù)，N為浮游植物個(gè)體總數(shù)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)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(shù)，N′為浮游植物總頻數(shù)。一般而言，在健康的環(huán)境下，種類豐富度高；在污染的環(huán)境下，種類豐度低[6]。

2　結(jié)果與分析

2.1磁湖北湖浮游植物組成及季節(jié)演替

磁湖北湖2008-2009年浮游植物的定性鑒定結(jié)果，反映其浮游植物種屬的季節(jié)演替情況。浮游植物共有88種，52屬，隸屬6個(gè)門。其中綠藻門共有27屬，占浮游植物種類總數(shù)的51.92%；藍(lán)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(jié)果見圖2。每個(gè)季節(jié)均以綠藻門占優(yōu)勢，其次是藍(lán)藻門和硅藻門。春冬季浮游植物種屬數(shù)相對較多，夏季相對較低。

磁湖北湖浮游植物種屬數(shù)合計(jì)春季最多，夏季最少。這是因?yàn)榇杭舅疁厣仙∮沃参锓敝乘俣却蟠蠹涌?，種屬增加；而在夏季，由于磁湖北湖各項(xiàng)理化指標(biāo)都處于較高值，抑制了浮游植物的生長，從而降低了種屬數(shù)量。從各個(gè)采樣點(diǎn)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(shù)介于這兩點(diǎn)之間，含量相差不明顯。這是因?yàn)榘追孔硬蓸狱c(diǎn)靠近團(tuán)城山公園內(nèi)的山林，離市區(qū)及工業(yè)廠礦較遠(yuǎn)，工廠廢水及生活污水對該處的污染較小。同時(shí)，山林的地表徑流帶入湖中的氮、磷等營養(yǎng)鹽也促進(jìn)了該處藻類的大量生長和繁殖。理工大位于黃石理工學(xué)院學(xué)生生活區(qū)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(jié)果

從圖3可以看出，磁湖北湖各樣點(diǎn)浮游植物數(shù)量存在一定差異，但是總體上差異不大；從不同季節(jié)來看，2008年夏季浮游植物細(xì)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(xué)指標(biāo)有關(guān)；2009年春季浮游植物細(xì)胞密度低于其它3個(gè)季節(jié)。各樣點(diǎn)各時(shí)段均以藍(lán)藻或綠藻居多，硅藻在春季各采樣點(diǎn)中較多，隱藻在冬季各采樣點(diǎn)中較為普遍。二年中不同季節(jié)各采樣點(diǎn)浮游植物細(xì)胞總數(shù)都已超過106個(gè)/L，說明磁湖北湖水體已處于富營養(yǎng)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(shù)量季節(jié)變化(106個(gè)/L)

2.3磁湖北湖浮游植物的優(yōu)勢種群

參照磁湖北湖的浮游植物定性定量檢測結(jié)果，磁湖北湖的優(yōu)勢種主要有硅藻門的直鏈藻(Melosirasp.)，隱藻門的尖尾藍(lán)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(lán)藻門色球藻(Chroococcussp.)。

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

2.4生物多樣性指數(shù)評價(jià)

通過Shannon-Wiener多樣性指數(shù)來表示生物群落結(jié)構(gòu)，反應(yīng)環(huán)境變化的影響。水體所受的污染越嚴(yán)重，水體中生物種類相對減少，而個(gè)別耐污種類數(shù)量增多，多樣性指數(shù)就會(huì)下降。

各采樣點(diǎn)在2008和2009兩年的浮游植物Shannon Wiener生物多樣性指數(shù)的季節(jié)變化見圖4.根據(jù)圖4，磁湖水質(zhì)總體在冬季比其他季節(jié)差，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)總體水平較低。2008年12月市政府，理工，團(tuán)城山等處的Shannon Wiener多樣性指數(shù)在3.0以下，屬于β-中污，因?yàn)閳F(tuán)城山是對外開放的公園，平常游玩的人較多，所以水質(zhì)較差，理工是一個(gè)排污口因此多樣性指數(shù)最低，而在其他季節(jié)除湖中心在2008年3月份的Shannon Wiener指數(shù)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(zhì)相對較好，只有幾個(gè)點(diǎn)處于β-中污。2009年秋季水質(zhì)情況較差，有6個(gè)點(diǎn)處于β-中污；春季和夏季有少些采樣點(diǎn)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(diǎn)水體都處于清潔狀態(tài)，比2008年有明顯的改善。據(jù)調(diào)查分析可知，2009年黃石市政府實(shí)施了對磁湖的治理工程，實(shí)現(xiàn)了磁湖水體與長江的相通，使得磁湖水質(zhì)有了較大的改善。

表1　磁湖北湖各采樣點(diǎn)優(yōu)勢種群的季節(jié)變化

A.直鏈藻-β-中污；B.針桿藻-β-中污；C.尖尾藍(lán)隱藻-β-中污；D.四尾柵藻-β-中污；E.小環(huán)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(yōu)美平裂藻；S藍(lán)隱藻；T尖頭藻；U優(yōu)美平裂藻。

圖4　磁湖北湖浮游植物Shannon Wiener多樣性指數(shù)

注：評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)反映的是植物群落與環(huán)境之間的關(guān)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(shù)就愈大，指示環(huán)境愈穩(wěn)定。磁湖北湖浮游植物Margalef多樣性指數(shù)見圖5.由圖5可以看出，2008年磁湖北湖整體水環(huán)境的穩(wěn)定性較好。除牛尾巴外其他采樣點(diǎn)的Margalef多樣性指數(shù)都維持在一個(gè)較高的水平，說明牛尾巴樣點(diǎn)的水環(huán)境穩(wěn)定性相對較差，水質(zhì)的清潔度也較差。通過2008年與2009年的數(shù)據(jù)對比可知，湖中心與白房子的Margalef多樣性指數(shù)從2008年到2009年一直維持在一個(gè)比較高的水平，說明這兩個(gè)采樣點(diǎn)的水環(huán)境相對穩(wěn)定，水質(zhì)較好。主要是因?yàn)檫@兩個(gè)采樣點(diǎn)人類活動(dòng)相對較少，對水質(zhì)的影響較小。通過比較2009年3月和2009年其他幾個(gè)季度的數(shù)據(jù)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(diǎn)之間的比較可得出，理工和牛尾巴兩點(diǎn)的Margalef多樣性指數(shù)明顯要比其他幾個(gè)點(diǎn)的數(shù)值要低，說明這兩點(diǎn)水質(zhì)穩(wěn)定性較差。

圖5　磁湖北湖浮游植物Margalef多樣性指數(shù)

3　討論

3.1浮游植物與磁湖水質(zhì)狀況的關(guān)系

我國幅員遼闊，境內(nèi)分布著無數(shù)大小湖泊，由于人們環(huán)保意識(shí)薄弱，許多湖泊均不同程度受到了污染，水質(zhì)惡化，而地處人口稠密的城市地區(qū)湖泊的污染和富營養(yǎng)化問題尤為嚴(yán)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(zhì)均已達(dá)到富營養(yǎng)化和重富營養(yǎng)化程度。迄今，人們對湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)生機(jī)理，環(huán)境條件和控制對策進(jìn)行了許多卓有成效的研究，對湖泊富營養(yǎng)化問題的嚴(yán)重性以及解決問題的迫切性也已有了充分的認(rèn)識(shí)[12～13]。按國內(nèi)有關(guān)評價(jià)湖泊富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)，水中藻類數(shù)量大于106個(gè)∕L就可以認(rèn)為是富營養(yǎng)型，因此從浮游植物數(shù)量的角度上看，磁湖處于富營養(yǎng)化階段。磁湖富營養(yǎng)化生物學(xué)評價(jià)結(jié)果與2004年磁湖水質(zhì)評價(jià)結(jié)果[14]一致，表明磁湖水質(zhì)富營養(yǎng)化狀態(tài)仍沒有改變。在冬季時(shí)污染達(dá)到最嚴(yán)重的時(shí)期，夏季水體有機(jī)污染程度為全年最好的時(shí)期。

黃石市政府在對磁湖經(jīng)過一系列的整治之后，特別是將磁湖與長江兩個(gè)水體之間相通后，磁湖的水變成了流動(dòng)型，磁湖的水質(zhì)也得到了明顯的改善，其周邊的生態(tài)環(huán)境也得到了恢復(fù)。浮游植物種類數(shù)達(dá)到將近50種 ，較為豐富，內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定。而通過2008和2009兩年所獲得的數(shù)據(jù)也可顯示，磁湖的水質(zhì)得到改善，有了較大的好轉(zhuǎn)。但是從浮游植物優(yōu)勢種和水體藻類數(shù)量的角度來看，磁湖水質(zhì)仍然處于富營養(yǎng)化的程度，且屬于β-中污。

3.2磁湖水質(zhì)綜合評價(jià)

從Shannon Wiener生物多樣性指數(shù)上看，在2008年除了兒童公園，牛尾巴和理工在冬季水質(zhì)為β-中污，其他的采樣點(diǎn)的水質(zhì)在全年都較為清潔。從Margalef多樣性指數(shù)上看，磁湖的水質(zhì)在近兩年中變化都不大，環(huán)境相對穩(wěn)定。綜合以上的數(shù)據(jù)和評價(jià)可知，磁湖水質(zhì)開始有了好轉(zhuǎn)。

但是，在分析09年各季度的數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在2009年的秋季，也就是10月在分析各采樣點(diǎn)的浮游植物種類和數(shù)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，其浮游植物的數(shù)量和種類大大高出其他各個(gè)季度的數(shù)值，出現(xiàn)了十分異常的情況，特別是藍(lán)藻門的顫藻和銀灰平裂藻的數(shù)量大量增加。而通過查閱有關(guān)資料得知，在一般的情況下湖泊在春秋季時(shí)發(fā)生水華的機(jī)會(huì)較其他幾個(gè)季度的概率要大，而在2009年10月出現(xiàn)的這種情況，表明在該年的秋季發(fā)生了水華。

綜合上述條件可以得出結(jié)論：磁湖所受的污染較輕，生物多樣性指數(shù)較高，內(nèi)環(huán)境較為穩(wěn)定，水質(zhì)也得到了明顯的改善。而如果再通過進(jìn)一步的加強(qiáng)磁湖水環(huán)境的綜合整治，采取更加積極的措施，其水質(zhì)將會(huì)得到更進(jìn)一步的改善，富營養(yǎng)化程度也會(huì)得到更好的減輕。這對于磁湖在養(yǎng)殖，旅游觀光，飲用等其他綜合功能的提高，以實(shí)現(xiàn)磁湖在環(huán)境與工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)的和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)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(diǎn)(D20092202);淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(2009FB10);國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)子課題973項(xiàng)目(2009ZX07104-005-02)

邱昌恩(1966—)，男，湖北鄂州市人，博士，教授，研究方向?yàn)樵孱惿锛夹g(shù)和環(huán)境科學(xué).

Q948.881

A

1009-2714(2016)02- 0007- 06

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.002