磁湖春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查及水質(zhì)評價

李 今，吉芬芬，華江環(huán)

(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(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002；3.中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)

磁湖春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查及水質(zhì)評價

李 今1,2，吉芬芬2，華江環(huán)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(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002；3.中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)

為了明確黃石磁湖富營養(yǎng)化水平現(xiàn)狀，2013年4月對其浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查結(jié)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(shù)的47.76%；藍(lán)藻門種類數(shù)次之，占總種類數(shù)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(shù)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(yōu)勢種、污染指示種、Margalef多樣性指數(shù)和國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3832-2002) 綜合評價，磁湖水體污染較嚴(yán)重，屬于中至富營養(yǎng)狀態(tài)，達(dá)到國家水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過分析磁湖春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，并探討其與環(huán)境因子的關(guān)系，旨在為磁湖的水生態(tài)環(huán)境管理與水生生物資源保護(hù)措施的制定提供參考依據(jù)。

磁湖；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)狀況

浮游植物作為水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，通過參與湖泊物質(zhì)循環(huán)和能量流動，共同維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(shù)量、優(yōu)勢種、多樣性指數(shù)等在不同營養(yǎng)水平的水環(huán)境中變化很大，是水質(zhì)污染及營養(yǎng)水平的重要標(biāo)志[4]。近年來，在湖泊水質(zhì)監(jiān)測中以浮游植物作為生物監(jiān)測結(jié)合水質(zhì)化學(xué)檢測、評價水質(zhì)污染和營養(yǎng)水平，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)特征的同時，結(jié)合水質(zhì)的理化指標(biāo)對磁湖水環(huán)境健康狀況進(jìn)行綜合評價，以期為磁湖生態(tài)系統(tǒng)評價及富營養(yǎng)化治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1采樣點設(shè)置

根據(jù)磁湖的自然地理情況，分別在上、中、下游設(shè)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(jìn)行調(diào)查。定性標(biāo)本采樣用25號浮游網(wǎng)采集，對水樣進(jìn)行2000 r、15 min離心，沉淀下來的浮游植物在40倍物鏡光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行拍照鑒定，種類鑒別主要參照中國淡水藻類-系統(tǒng)、分類及生態(tài)。定量樣品用2 L采水器于水下0.5 m處采集2L表層水，現(xiàn)場加入20 mL魯哥氏試劑固定，經(jīng)18 h沉淀濃縮至30～50 mL，用浮游植物計數(shù)框在40倍物鏡光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行定量計數(shù)。

圖1 磁湖采樣點分布

1.3水樣理化指標(biāo)的測定

采集水樣的同時，現(xiàn)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(jiān)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(shù)、優(yōu)勢度和浮游植物密度的計算

1.4.1 多樣性指數(shù) 運用Margalef物種豐富度指數(shù)(D)對浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和水體營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價。

計算公式為：D= (S-1) /lnN

式中：S為種類數(shù)；N為個體數(shù)。D值越大，水質(zhì)越清潔( 0～1為重度污染；1～2為嚴(yán)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(yōu)勢度 優(yōu)勢度計算公式[6]：Y=fiPi，式中：Y是優(yōu)勢度，fi是第i物種的出現(xiàn)頻率，Pi是第i物種個體數(shù)占總個體數(shù)量的比例，當(dāng)Y≥0.02時，確定為優(yōu)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(shù)體積觀察的個數(shù)；V為采樣體積；Va為計數(shù)體積。

1.5數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SPSS 11.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)顯示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(mean±SD).

2 實驗結(jié)果與討論

2.1磁湖浮游植物物種組成

調(diào)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(shù)的47.76%；藍(lán)藻門(Cyanophyta) 14屬23種，占浮游植物種類總數(shù)的20.72% ；硅藻門(Bacillariophyta) 9屬16種，占浮游植物種類總數(shù)的14.41%；裸藻門(Cryptophyta) 2屬7 種，占浮游植物種類總數(shù)的6.31% ；甲藻門4屬5種，占浮游植物種類總數(shù)的 4.50%；隱藻門(Euglenophyta) 2屬4種，占浮游植物種類總數(shù)的 3.60%；黃藻門1屬3種，占浮游植物種類總數(shù)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(lán)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(shù)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(lán)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(shù)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(shù)量優(yōu)勢。這與姜作發(fā)等[7]對興凱福浮游植物種類數(shù)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(shù)量上占有絕對優(yōu)勢的相關(guān)結(jié)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(zhì)的評價，按照國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)[8]：浮游植物數(shù)量小于3×105個/L為貧營養(yǎng)型，數(shù)量3×105～10×105個/L 為中營養(yǎng)型，數(shù)量大于10×105個/L為富營養(yǎng)型。磁湖春季浮游植物數(shù)量達(dá)到31.530×106個/L，指示為富營養(yǎng)型水體。

圖3 磁湖春季浮游植物數(shù)量變化

2.3浮游植物優(yōu)勢種

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

2.4污染指示種

在磁湖浮游植物調(diào)查基礎(chǔ)上，參照福迪 B[10]藻類學(xué)中有關(guān)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(shù)為1種；指示重污水生物帶的種類數(shù)為2種(表3)。結(jié)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(yǎng)狀態(tài)處于中-富營養(yǎng)型狀態(tài)。

2.5生物多樣性及其水質(zhì)評價

磁湖5個采樣點浮游植物Margalef多樣性指數(shù)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(jù)Margalef生物多樣性判斷標(biāo)準(zhǔn)[11]可以判斷磁湖春季水質(zhì)處于α～中污染狀態(tài)，即富營養(yǎng)狀態(tài)。

表1 磁湖春季浮游植物優(yōu)勢種優(yōu)勢度分布表

表2 磁湖各采樣點浮游植物多樣性指數(shù)

表3 磁湖春季浮游植物污染指示種及污染指示等級

續(xù)表3

表4數(shù)據(jù)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)理化指標(biāo)

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3832-2002)綜合表4中顯示的調(diào)查結(jié)果，磁湖春季水質(zhì)總體處于Ⅲ～ Ⅳ類水，受到中度污染，該結(jié)果與浮游植物群落結(jié)構(gòu)評價結(jié)果相吻合，表明水質(zhì)理化指標(biāo)與浮游植物之間的關(guān)系密切，從而體現(xiàn)出生物監(jiān)測的科學(xué)性。其中5#采樣點總氮總磷異常高，嚴(yán)重超過水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致該點總氮總磷嚴(yán)重超標(biāo)。

3 結(jié)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(shù)量上占絕對優(yōu)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(yǎng)化程度日趨嚴(yán)重。浮游植物優(yōu)勢類群為綠藻、硅藻及隱藻；污染指示種發(fā)現(xiàn)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(jù)浮游植物密度、優(yōu)勢種、污染指示種及Margalef物種豐富度指數(shù)D值并結(jié)合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3832-2002)綜合評價磁湖水質(zhì)情況，2013年磁湖春季水體屬于中至富營養(yǎng)狀態(tài)，達(dá)到國家水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

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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(guān)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(tài)恢復(fù)方面.

X824

A

1009-2714(2014)03- 0001- 07

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.03.001