黄石市磁湖北湖浮游植物群落结构及其对水环境的指示作用

邱昌恩，王卫东，张　琪

(1.湖北师范大学 生命科学学院，湖北 黄石　435002;2.中国科学院水生生物研究所，湖北 武汉　430072)



黄石市磁湖北湖浮游植物群落结构及其对水环境的指示作用

邱昌恩1，王卫东1，张琪2

(1.湖北师范大学 生命科学学院，湖北 黄石435002;2.中国科学院水生生物研究所，湖北 武汉430072)

于2008年和2009年对黄石市磁湖北湖8个采样点分季节进行浮游植物定性、定量的调查研究。采用生物指示法：Shannon-wiener多样性指数法和Margalef多样性指数法对水质进行了评价。Shannom-wiener多样性指数指示磁湖北湖已处于中度富营养化水平，Margalef指数显示磁湖北湖大多数采样点环境相对稳定。研究结果还显示磁湖北湖浮游植物共有88种，52属，隶属6个门，优势种群主要是：硅藻门的直链藻(Melosirasp.)，隐藻门的啮蚀隐藻(Chroomonaserosa)，绿藻门的四尾栅藻(Scenedesmusquadricauda)；二年中浮游植物细胞总数都超过106个/L，表明磁湖北湖水体已处于富营养化水平。优势种群和多样性指数指示磁湖北湖水体营养化状态处于β-中污。

浮游植物;群落结构;环境指示;黄石市磁湖北湖

湖北省黄石市磁湖面积有8.12km2，是黄石市区内最大的城中湖。磁湖还是我省三个重点保护湖泊之一，沿湖周围群山环绕、山水相连、自然景色得天独厚，秀丽壮观，成为全市人民和外地游客的休闲游览场所。改革开放以来，黄石市市政府加大了对磁湖的开发和建设，使湖面不断缩小，湖水面积由二十世纪八十年代初的10.73km2缩小到目前的8km2左右[1]，比1984年缩小25%.同时，由于工业、农业、生活等的污染不断，磁湖的水质依然不容乐观。磁湖周边有27个排污口，每天有1.2×105kg工业污水、生活污水倾入。因此，磁湖的水环境状况受到了广泛的关注和治理投入。采用浮游植物对外界环境有敏感的反应，浮游植物的性质和数量随着水的化学成分而改变[2]。本文通过对黄石市磁湖北湖八个采样点的浮游植物种类和数量组成及季节变化的研究，从而对磁湖水质的污染性质和污染程度进行测定和评价，为黄石市政府在磁湖的综合治理在科学决策方面提供基本数据支持和理论参考，以提高磁湖在养殖、旅游观光和生活用水等方面的利用价值。

1　研究方法

1.1采样点的设置

根据磁湖北湖的地理位置与周边环境以及采样点布设的原理，共设置了8个采样点(见图1)，分别为：牛尾巴，、广播电视大学(下面简称电大)，黄石理工学院(下面简称理工)，市政府，白房子，湖中心，团城山公园(下面简称团城山)，儿童公园。每年按季度采样，分别于2008年3月、6月、9月、12月和2009年3月、6月、9月、12月分两年进行了八次采样。

图1　黄石市磁湖北湖采样点设置

1. 牛尾巴 2. 广播电视大学(简称电大)3. 黄石理工学院(简称理工)

4. 市政府 5. 白房子 6. 湖中心 7. 团城山公园(简称团城山) 8. 儿童公园

1.2浮游植物的采集与处理

浮游植物主要分为定性和定量标本的采集。定性采样是用25号浮游植物网用“8”字型方法在水中游动5min左右，吸取网底约30mL左右水样，然后放入样品瓶中，加甲醛1mL固定。定量采样是用采水器采水1000mL分两个大于500mL矿泉水瓶装水，每瓶加鲁哥氏液至水样颜色变成棕色即可。采水回实验室后，两瓶水样摇匀放入沉淀器中，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，每个样品定容在30mL，如不能及时看此样品，可加30%甲醛1mL固定[3～5]。

1.3多样性指数评价方法

Shannom-wiener 多样性指数公式为：

H=-∑(ni/N)*log2(ni/N)

式中，ni为第i种的浮游植物个体数，N为浮游植物个体总数。评价标准，H值：0～1为重污染，1～3为中污染，其中1～2为α-中污，2～3为β-中污，大于3为清洁。Margalef多样性指数的测定公式为：

H′=(S-1)/lnN′

式中，H′为丰度，S为浮游植物各类种类数，N′为浮游植物总频数。一般而言，在健康的环境下，种类丰富度高；在污染的环境下，种类丰度低[6]。

2　结果与分析

2.1磁湖北湖浮游植物组成及季节演替

磁湖北湖2008-2009年浮游植物的定性鉴定结果，反映其浮游植物种属的季节演替情况。浮游植物共有88种，52属，隶属6个门。其中绿藻门共有27属，占浮游植物种类总数的51.92%；蓝藻门10属，占19.23%；硅藻门6属，占11.54%；隐藻门4属，占7.69%；裸藻门3属，占5.77%；甲藻门2属，占1.92%.结果见图2。每个季节均以绿藻门占优势，其次是蓝藻门和硅藻门。春冬季浮游植物种属数相对较多，夏季相对较低。

磁湖北湖浮游植物种属数合计春季最多，夏季最少。这是因为春季水温上升，浮游植物繁殖速度大大加快，种属增加；而在夏季，由于磁湖北湖各项理化指标都处于较高值，抑制了浮游植物的生长，从而降低了种属数量。从各个采样点总体来看，在磁湖北湖的白房子处，浮游植物种类最多；理工大浮游植物最少；其他六处浮游植物种属数介于这两点之间，含量相差不明显。这是因为白房子采样点靠近团城山公园内的山林，离市区及工业厂矿较远，工厂废水及生活污水对该处的污染较小。同时，山林的地表径流带入湖中的氮、磷等营养盐也促进了该处藻类的大量生长和繁殖。理工大位于黄石理工学院学生生活区旁边，生活垃圾及污水的大量排放，抑制了浮游植物的生长。

2.2磁湖北湖浮游植物定量测定结果

从图3可以看出，磁湖北湖各样点浮游植物数量存在一定差异，但是总体上差异不大；从不同季节来看，2008年夏季浮游植物细胞密度较低，春秋冬季较高，可能的原因与水温或其它水化学指标有关；2009年春季浮游植物细胞密度低于其它3个季节。各样点各时段均以蓝藻或绿藻居多，硅藻在春季各采样点中较多，隐藻在冬季各采样点中较为普遍。二年中不同季节各采样点浮游植物细胞总数都已超过106个/L，说明磁湖北湖水体已处于富营养化水平。

图2　磁湖北湖浮游植物种类组成

图3　磁湖北湖浮游植物数量季节变化(106个/L)

2.3磁湖北湖浮游植物的优势种群

参照磁湖北湖的浮游植物定性定量检测结果，磁湖北湖的优势种主要有硅藻门的直链藻(Melosirasp.)，隐藻门的尖尾蓝隐藻(Chroomonasacuta)，绿藻门的四尾栅藻(Scenedesmusquadricauda)，硅藻门针杆藻(Synedrasp.)，隐藻门的隐藻(Cryptomonassp.)，蓝藻门色球藻(Chroococcussp.)。

从表1可以看出，各优势种在全年分布较不太均匀，差异性较大，二年中各采样点优势种共有21种，不同采样点不同季节优势种群不一样。其中几乎所有优势种都是水质污染中β-中污的指示种，因此从浮游植物优势种角度来看，磁湖北湖水质属于β-中污。

2.4生物多样性指数评价

通过Shannon-Wiener多样性指数来表示生物群落结构，反应环境变化的影响。水体所受的污染越严重，水体中生物种类相对减少，而个别耐污种类数量增多，多样性指数就会下降。

各采样点在2008和2009两年的浮游植物Shannon Wiener生物多样性指数的季节变化见图4.根据图4，磁湖水质总体在冬季比其他季节差，Shannon-Wiener 多样性指数总体水平较低。2008年12月市政府，理工，团城山等处的Shannon Wiener多样性指数在3.0以下，属于β-中污，因为团城山是对外开放的公园，平常游玩的人较多，所以水质较差，理工是一个排污口因此多样性指数最低，而在其他季节除湖中心在2008年3月份的Shannon Wiener指数为2.99外，其他都大于3.0，水体基本清洁。2008年磁湖北湖基本上处于β-中污；而2008年秋季水质相对较好，只有几个点处于β-中污。2009年秋季水质情况较差，有6个点处于β-中污；春季和夏季有少些采样点水体处于β-中污，但是相对2008年有所改善；2009年冬季各采样点水体都处于清洁状态，比2008年有明显的改善。据调查分析可知，2009年黄石市政府实施了对磁湖的治理工程，实现了磁湖水体与长江的相通，使得磁湖水质有了较大的改善。

表1　磁湖北湖各采样点优势种群的季节变化

A.直链藻-β-中污；B.针杆藻-β-中污；C.尖尾蓝隐藻-β-中污；D.四尾栅藻-β-中污；E.小环藻-β-中污；F.卵囊藻-β-中污；G.二形栅藻-β-中污；H.银灰平裂藻-β-中污；I.色球藻-β-中污；J.颤藻-β-中污；K.月牙藻-β-中污；L.小球藻-β-中污；M.尾丝藻-β-中污；N. 啮蚀隐藻-β-中污;O.隐藻β-中污;P.颗粒沟链藻最窄变种；Q. 颗粒沟链藻；R.优美平裂藻；S蓝隐藻；T尖头藻；U优美平裂藻。

图4　磁湖北湖浮游植物Shannon Wiener多样性指数

注：评价标准0-1为重污染；1-3为中污染，其中1-2为α-中污，2-3为β-中污，大于3为清洁。

Margalef多样性指数反映的是植物群落与环境之间的关系，理论上，浮游植物种类愈多，种类分布愈均匀，所得的Margalef多样性指数就愈大，指示环境愈稳定。磁湖北湖浮游植物Margalef多样性指数见图5.由图5可以看出，2008年磁湖北湖整体水环境的稳定性较好。除牛尾巴外其他采样点的Margalef多样性指数都维持在一个较高的水平，说明牛尾巴样点的水环境稳定性相对较差，水质的清洁度也较差。通过2008年与2009年的数据对比可知，湖中心与白房子的Margalef多样性指数从2008年到2009年一直维持在一个比较高的水平，说明这两个采样点的水环境相对稳定，水质较好。主要是因为这两个采样点人类活动相对较少，对水质的影响较小。通过比较2009年3月和2009年其他几个季度的数据可知，2009年春季的生物多样性明显下降。通过二年中各采样点之间的比较可得出，理工和牛尾巴两点的Margalef多样性指数明显要比其他几个点的数值要低，说明这两点水质稳定性较差。

图5　磁湖北湖浮游植物Margalef多样性指数

3　讨论

3.1浮游植物与磁湖水质状况的关系

我国幅员辽阔，境内分布着无数大小湖泊，由于人们环保意识薄弱，许多湖泊均不同程度受到了污染，水质恶化，而地处人口稠密的城市地区湖泊的污染和富营养化问题尤为严重，南京玄武湖[6]、杭州西湖[7～8]、武汉东湖[9～10]、北京四海[11]等城市湖泊的水质均已达到富营养化和重富营养化程度。迄今，人们对湖泊富营养化的发生机理，环境条件和控制对策进行了许多卓有成效的研究，对湖泊富营养化问题的严重性以及解决问题的迫切性也已有了充分的认识[12～13]。按国内有关评价湖泊富营养化标准，水中藻类数量大于106个∕L就可以认为是富营养型，因此从浮游植物数量的角度上看，磁湖处于富营养化阶段。磁湖富营养化生物学评价结果与2004年磁湖水质评价结果[14]一致，表明磁湖水质富营养化状态仍没有改变。在冬季时污染达到最严重的时期，夏季水体有机污染程度为全年最好的时期。

黄石市政府在对磁湖经过一系列的整治之后，特别是将磁湖与长江两个水体之间相通后，磁湖的水变成了流动型，磁湖的水质也得到了明显的改善，其周边的生态环境也得到了恢复。浮游植物种类数达到将近50种 ，较为丰富，内环境相对稳定。而通过2008和2009两年所获得的数据也可显示，磁湖的水质得到改善，有了较大的好转。但是从浮游植物优势种和水体藻类数量的角度来看，磁湖水质仍然处于富营养化的程度，且属于β-中污。

3.2磁湖水质综合评价

从Shannon Wiener生物多样性指数上看，在2008年除了儿童公园，牛尾巴和理工在冬季水质为β-中污，其他的采样点的水质在全年都较为清洁。从Margalef多样性指数上看，磁湖的水质在近两年中变化都不大，环境相对稳定。综合以上的数据和评价可知，磁湖水质开始有了好转。

但是，在分析09年各季度的数据时发现，在2009年的秋季，也就是10月在分析各采样点的浮游植物种类和数量时发现，其浮游植物的数量和种类大大高出其他各个季度的数值，出现了十分异常的情况，特别是蓝藻门的颤藻和银灰平裂藻的数量大量增加。而通过查阅有关资料得知，在一般的情况下湖泊在春秋季时发生水华的机会较其他几个季度的概率要大，而在2009年10月出现的这种情况，表明在该年的秋季发生了水华。

综合上述条件可以得出结论：磁湖所受的污染较轻，生物多样性指数较高，内环境较为稳定，水质也得到了明显的改善。而如果再通过进一步的加强磁湖水环境的综合整治，采取更加积极的措施，其水质将会得到更进一步的改善，富营养化程度也会得到更好的减轻。这对于磁湖在养殖，旅游观光，饮用等其他综合功能的提高，以实现磁湖在环境与工业、养殖业、旅游业的和谐发展、可持续发展有更大的帮助。

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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

湖北省教育厅重点(D20092202);淡水生态与生物技术国家重点实验室开放基金(2009FB10);国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题973项目(2009ZX07104-005-02)

邱昌恩(1966—)，男，湖北鄂州市人，博士，教授，研究方向为藻类生物技术和环境科学.

Q948.881

A

1009-2714(2016)02- 0007- 06

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.002