漢陽地區(qū)五個湖泊沉水植物分布及富營養(yǎng)化現(xiàn)狀

劉紅艷，熊 飛，宋麗香，楊 毅

(江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430056)

漢陽地區(qū)五個湖泊沉水植物分布及富營養(yǎng)化現(xiàn)狀

劉紅艷，熊 飛，宋麗香，楊 毅

(江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430056)

2011年7月—2012年4月對武漢市漢陽地區(qū)五個湖泊(后官湖，三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖)的水質(zhì)及沉水植物進(jìn)行了季節(jié)性調(diào)查，以了解湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及其對沉水植物的影響。結(jié)果顯示：后官湖為中營養(yǎng)，而三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖為重度富營養(yǎng)，其中龍陽湖污染最重。共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，主要種類為金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、苦草(Vallisneriaspiralis)和菹草(Potamogetoncrispus)。沉水植物主要分布在后官湖沿岸帶，其它四個湖泊中沉水植物已嚴(yán)重退化，僅在部分水域偶見。后官湖沉水植物蓋度和生物量最大值出現(xiàn)在10月，分別為67.5%和5.58 kg/m2，1月份較低，分別為29.3%和1.88 kg/m2，優(yōu)勢種存在明顯的季節(jié)更替。結(jié)果表明，漢陽地區(qū)湖泊沉水植物退化與富營養(yǎng)化引起的水下光照下降和高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖有關(guān)。

富營養(yǎng)化；沉水植物；水質(zhì)；后官湖；城市湖泊

富營養(yǎng)化是當(dāng)前我國湖泊面臨的主要環(huán)境問題之一。湖泊富營養(yǎng)化可引起一系列的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的惡性發(fā)展。沉水植物是湖泊的初級生產(chǎn)者，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生物、物理和化學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用[1]。沉水植物不僅為魚類、附著生物、浮游動物和底棲動物等提供食物或棲息場所，而且還影響著這些生物的相互作用[2]。沉水植物具有促沉、吸收營養(yǎng)鹽、增加溶解氧、克藻等生態(tài)功能，從而使水體保持清水狀態(tài)[3-4]。隨著人類活動的加劇，入湖污染負(fù)荷增加，許多湖泊富營養(yǎng)化趨勢加劇，生態(tài)系統(tǒng)退化。許多湖泊已經(jīng)或正在由“草型”變?yōu)椤霸逍汀盵5]。沉水植物衰退將影響水體的自凈能力[6]，造成生物多樣性降低和食物網(wǎng)簡化，影響生態(tài)系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性[7]。

沉水植物恢復(fù)或重建是當(dāng)前湖泊富營養(yǎng)化治理和生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容，而明確沉水植物的分布及影響因子是進(jìn)行沉水植物重建或修復(fù)的前提[8]。在一定范圍內(nèi)，營養(yǎng)鹽水平的提高，有利于沉水植物的發(fā)展，但過量的營養(yǎng)鹽會刺激藻類爆發(fā)，引起一系列的生態(tài)惡化，影響沉水植物生存[9]。高濃度的營養(yǎng)鹽負(fù)荷、水下光照下降和魚類牧食等是影響沉水植物衰退的主要因子[9-10]，其中水下光照被認(rèn)為是影響沉水植物生長和分布的主要限制因子[11-13]。

武漢市漢陽地區(qū)東臨長江、北依漢水，湖泊眾多。為改善城市湖泊水環(huán)境，武漢市政府從2007年開始實施湖泊連通工程，旨在讓該區(qū)域內(nèi)的龍陽湖、墨水湖、三角湖、南太子湖和后官湖等相互連通起來，并與長江、漢江相通，構(gòu)建動態(tài)水網(wǎng)[14]。隨著城市的快速發(fā)展，水體富營養(yǎng)化趨勢仍然嚴(yán)峻[15]。劉耀彬等[16]報道了漢陽地區(qū)湖泊的營養(yǎng)狀態(tài)，董元火等[17]報道了三角湖的沉水植物群落。隨著水環(huán)境壓力加劇，這些湖泊水質(zhì)和沉水植物發(fā)展趨勢如何？2011年7月—2012年4月對漢陽地區(qū)五個湖泊的水質(zhì)和沉水植物進(jìn)行了季節(jié)性調(diào)查，以了解這些湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)及沉水植物分布，探討影響沉水植物分布和動態(tài)變化的影響因子，為城市湖泊富營養(yǎng)化防治和生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

后官湖、三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖位于武漢市漢陽地區(qū)，均為城市小型淺水湖泊。目前這些湖泊均承包給個人或集體進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖活動，特別是三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖等4個湖泊在進(jìn)行高密度的魚類養(yǎng)殖。后官湖部分湖區(qū)在進(jìn)行中華絨螯蟹圍網(wǎng)養(yǎng)殖。后官湖面積11.33 km2，最大水深3.0 m，其它湖泊面積<3 km2，水深<2 m[18]。于2011年 7月和10月，2012年1月和4月對這些湖泊水質(zhì)和沉水植物進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)各湖泊形態(tài)特點，在沿岸帶和湖心區(qū)設(shè)置采樣點，共計50個，其中沿岸帶25個，湖心區(qū)25個(圖1)。后官湖樣點16個，三角湖10個，南太子湖8個、墨水湖8個，龍陽湖8個。每個樣點用GPS(GARMIN60CSx)定位。對各樣點水深、透明度、水溫和pH值等理化參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場測定。水深用便攜式聲納儀測量，透明度用賽氏盤測量，水溫和pH值用SX751型多參數(shù)水質(zhì)儀測量。用2.5 L柱狀采水器采集水樣，水深<1 m時，取距表層0.5 m水樣，水深>1 m時，取距表層0.5 m和距底層0.5 m水等體積混合，取1 L帶回實驗室分析水質(zhì)。沉水植物用0.5 m×0.5 m帶網(wǎng)采草夾采集，每個樣點采集2～3次。將采集的沉水植物洗凈，去除雜物和附著生物，按種類分別稱取濕重，計算生物量。每個樣點用目測估測沉水植物蓋度[19]。

圖1 研究湖泊位置及樣點設(shè)置

1.2 分析測試

水質(zhì)分析包括總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a)和化學(xué)需氧量(CODcr)等指標(biāo)?？偟脡A性過硫酸鉀法測定，總磷含量用過硫酸鉀消解鉬銻抗比色法測量，葉綠素a用丙酮提取法，化學(xué)需氧量用重鉻酸鉀法[20]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(∑))評價湖泊營養(yǎng)狀態(tài)，該方法綜合考慮了總氮、總磷、透明度、葉綠素a和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)五個水質(zhì)參數(shù)，評價標(biāo)準(zhǔn)為：TLI(∑)<30，為貧營養(yǎng)；30≤TLI(∑)≤50，為中營養(yǎng)；5070，為重度富營養(yǎng)[21]。由于水質(zhì)分析測試時沒有測定高錳酸鹽指數(shù)，參考化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)的定量關(guān)系，將化學(xué)需氧量值轉(zhuǎn)化為高錳酸鹽指數(shù)[22]。

沿岸帶和湖心區(qū)沉水植物生物量、蓋度和環(huán)境參數(shù)的均值比較采用獨立樣本t檢驗，使用SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖泊水質(zhì)

漢陽地區(qū)五個湖泊的水體理化指標(biāo)見表1。水體總氮、總磷含量趨勢為龍陽湖>墨水湖>南太子湖>三角湖>后官湖。后官湖污染最輕，總氮為(1.62±0.70) mg/L，總磷為(0.05±0.01) mg/L，龍陽湖污染最嚴(yán)重，總氮高達(dá)(17.52±2.89) mg/L，總磷高達(dá)(0.94±0.33) mg/L。葉綠素a含量反映了湖中藻類生長狀況，后官湖僅為6.66 μg/L，其它湖泊為50 μg/L以上，特別是龍陽湖高達(dá) 95.85 μg/L。后官湖水體透明度最高，平均透明度高于1 m，而其它湖泊透明度在0.5 m以內(nèi)。透明度與水深的比值后官湖大于0.5，而其它湖泊均小于0.5，龍陽湖最低，僅為0.20，表明后官湖水下光照較好，而其它湖泊水下光照較差。

表1 漢陽五個湖泊水體理化指標(biāo)

Tab.1 Water physical-chemical parameters of five lakes in Hanyan region

指標(biāo)后官湖三角湖南太子湖墨水湖龍陽湖水深/m1.51±0.140.88±0.101.02±0.151.92±0.051.57±0.07透明度/m1.15±0.070.41±0.050.33±0.030.44±0.030.31±0.04透明度/水深0.760.460.320.230.20水溫/℃21.53±4.8321.48±4.5020.60±4.1721.42±4.4621.14±4.64pH值7.76±0.428.45±0.018.07±0.337.30±0.337.56±0.46總氮/(mg/L)1.62±0.414.20±0.604.83±0.766.55±0.9817.52±1.62總磷/(mg/L)0.05±0.010.23±0.050.26±0.050.33±0.070.94±0.19葉綠素a/(μg/L)6.66±1.9553.68±21.5078.15±28.1261.29±30.1295.85±47.09化學(xué)需氧量/(mg/L)15.05±5.4536.51±7.4434.58±4.4243.65±6.7163.99±13.65

各湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)季節(jié)變化不明顯(P>0.05)(圖2)。后官湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最低，為48±2，龍陽湖最高，為84±4，三角湖、南太子湖和墨水湖相近，在71～74之間。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表明，后官湖為中營養(yǎng)，其它湖泊均為重度富營養(yǎng)，其中龍陽湖富營養(yǎng)化程度最重。

圖2 漢陽五個湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.2 沉水植物種類組成

在漢陽湖泊共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，其中眼子菜屬種類最多，共3種。主要種類為金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、苦草(Vallisneriaspiralis)和菹草(Potamogetoncrispus)。沉水植物主要分布在后官湖，而三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖等湖泊沉水植物已嚴(yán)重退化，僅在部分水域偶見(表2)。

表2 漢陽五個湖泊沉水植物種類(2011～2012)

Tab.2 Species list of submerged macrophytes of five lakes in Hanyang region (2011～2012)

科名種類后官湖三角湖南太子湖墨水湖龍陽湖金魚藻科Ceratophyllaceae金魚藻Ceratophyllumdemersum++±小二仙草科Haloragidaceae穗狀狐尾藻Myriophyllumspicatum+水鱉科Hydrocharitaceae苦草Vallisneriaspiralis++眼子菜科Potamogetonaceae菹草Potamogetoncrispus++±±±馬來眼子菜P.malainus±篦齒眼子菜P.pectinatus±茨藻科Najadaceae大茨藻Najasmarina+

注：“±”表示偶見，“+”表示少，“++”表示多。

2.3 沉水植物時空分布

后官湖沿岸帶沉水植物蓋度和生物量最大值出現(xiàn)在10月，分別為67.5%和5.58 kg/m2，1月較低，分別為29.3%和1.88 kg/m2；優(yōu)勢種也存在明顯的季節(jié)更替，7月優(yōu)勢種為金魚藻，10月為苦草，1月為金魚藻和苦草，4月為菹草(圖3)。

圖3 后官湖沿岸帶沉水植物蓋度和生物量季節(jié)變化

沉水植物主要分布在沿岸帶，湖心區(qū)沉水植物僅2011年10月在部分水域采集到苦草。環(huán)境因子對比分析表明，沿岸帶總氮、總磷和葉綠素a與湖心區(qū)差異不顯著(P>0.05)，而沿岸帶水深、透明度/水深與湖心區(qū)差異顯著(P<0.05)。沿岸帶水深較淺，透明度/水深比值較高，平均值0.92±0.07，而湖心區(qū)較深，透明度/水深比值較低，平均值0.62±0.18，表明沿岸帶水下光照條件好于湖心區(qū)。2011年10月在北部湖心區(qū)部分水域采集到苦草，可能與當(dāng)年10月份后官湖水位較低，湖心區(qū)透明度/水深比值增大，水下光照條件較好有關(guān)(圖4)。

圖4 后官湖水深、透明度/水深比值的季節(jié)變化

3 討論

3.1 湖泊富營養(yǎng)化趨勢

湖泊富營養(yǎng)化是我國當(dāng)前面臨的主要環(huán)境問題之一，特別是隨著城市建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，城市湖泊富營養(yǎng)趨勢嚴(yán)重[23]。2001—2003年后官湖為中營養(yǎng)，三角湖為輕度富營養(yǎng)，南太子湖、墨水湖和龍陽湖為重度富營養(yǎng)[16,24]。本研究顯示，南太子湖、墨水湖和龍陽湖污染仍然非常嚴(yán)重，為重度富營養(yǎng)；后官湖和三角湖的污染加劇，特別是三角湖已變?yōu)橹囟雀粻I養(yǎng)。這與兩個湖泊所在的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)城市的快速發(fā)展有關(guān)，后官湖和三角湖已逐漸由城郊湖變成了城中湖，人類活動加劇引起的入湖污染物增加加劇了這些湖泊的富營養(yǎng)化過程[25]。

后官湖、三角湖和龍陽湖的水質(zhì)功能保護(hù)目標(biāo)定位為III類，南太子湖和墨水湖為IV類[26]。本研究顯示，按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[27]，從總氮指標(biāo)看，后官湖為V類，其它湖泊均為劣V類；從總磷指標(biāo)看，后官湖為III類，其它均為劣V類。除后官湖外，其它湖泊污染嚴(yán)重。如在龍陽湖的南部湖區(qū)，受工業(yè)廢水排入的影響，水體黑臭，沒有底棲動物生存[15,18]。

3.2 沉水植物衰退影響因子

由于水體富營養(yǎng)化加劇，沉水植物衰退甚至消失的現(xiàn)象在世界范圍內(nèi)普遍出現(xiàn)[8,28]。我國許多湖泊都出現(xiàn)了由“草型”向“藻型”轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象[29]。本研究表明，除后官湖外，其它4個湖泊均為藻型湖泊，葉綠素a含量高到50 μg/L以上，而沉水植物已嚴(yán)重退化。2007年的調(diào)查顯示[17]，三角湖曾分布有沉水植物7種：輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草、穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、日本茨藻(Najasgracillima)、大茨藻(N.marina)、眼子菜(Potamogetondistinctus)和金魚藻。而在本調(diào)查中，僅2012年1月在湖區(qū)北部偶見少量新生菹草。大尺度的調(diào)查表明，沉水植物主要分布在中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)水體中，在重度富營養(yǎng)水體中少見[24]；當(dāng)水體總磷含量超過0.1 mg/L，總氮含量超過2 mg/L時，沉水植物趨于消亡[30]。目前，三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖均已嚴(yán)重富營養(yǎng)化，水體總磷含量達(dá)到了0.2 mg/L以上，總氮含量達(dá)到了4 mg/L以上，沉水植物在如此高的營養(yǎng)負(fù)荷下難以生存。后官湖水體總磷含量為0.05 mg/L，總氮含量為1.62 mg/L，營養(yǎng)負(fù)荷尚在沉水植物分布的臨界值以下。沉水植物在高營養(yǎng)負(fù)荷水體中生長將受到抑制,生長的下降和組織中氮、磷的富集有關(guān)[27]。高營養(yǎng)鹽負(fù)荷將刺激附著生物的生長，對沉水植物的光合作用產(chǎn)生抑制[31]。

水下光照被認(rèn)為是沉水植物分布的主要限制因子[32]。水下光照受水深、透明度、懸浮物等諸多因素的影響[12,33]。本研究表明，漢陽地區(qū)大部分湖泊污染嚴(yán)重，其中龍陽湖污染最為嚴(yán)重，總氮高達(dá)(17.52±1.62) mg/L，總磷為(0.94±0.19) mg/L，大量氮、磷營養(yǎng)元素進(jìn)入水體，刺激了藻類的生長，從而降低了水體透明度。在調(diào)查的5個湖泊中，除后官湖外，其它湖泊透明度/水深比值均小于0.5，特別是龍陽湖最低，僅0.20，這些湖泊水下光照條件差，不利于沉水植物的生存。低光脅迫會影響沉水植物體內(nèi)碳、氮、磷的生理代謝機(jī)理[10]。

高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖也會對沉水植物產(chǎn)生負(fù)面影響。一些草食性魚類，如草魚會直接攝食沉水植物，直接導(dǎo)致沉水植物的消亡[34]。另一方面，在這些淺水湖泊中，魚類養(yǎng)殖密度過大，對底泥的擾動將導(dǎo)致水體渾濁，透明度降低，影響沉水植物生長[35]。三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖均為小型湖泊，都在進(jìn)行高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖活動。近年來，后官湖水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模正在擴(kuò)大，如開展中華絨螯蟹養(yǎng)殖。中華絨螯蟹直接攝食沉水植物，將會加速沉水植物的退化。

3.3 富營養(yǎng)化防治與生態(tài)修復(fù)

沉水植物衰退和消亡將會對湖泊生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的負(fù)面影響，導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的惡性循環(huán)，建議盡快采取措施，進(jìn)行湖泊污染控制和生態(tài)修復(fù)。(1)將城市湖泊功能定位由水產(chǎn)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變?yōu)榫坝^建設(shè)和生態(tài)保護(hù)。減輕對湖泊資源的過度開發(fā)利用，禁止在城市湖泊開展水產(chǎn)養(yǎng)殖活動，加強生物多樣性和水環(huán)境保護(hù)。(2)有效控制氮、磷等入湖污染負(fù)荷。完善城市污水管網(wǎng)建設(shè)，嚴(yán)禁生活污水、面源污染物等直接排入湖中。后官湖污染相對較輕，但近年來周邊開發(fā)力度很大，富營養(yǎng)化趨勢加劇，應(yīng)禁止周邊開發(fā)對湖泊水域的占用，采取有效措施減輕周邊房地產(chǎn)開發(fā)對湖泊生態(tài)環(huán)境的影響。(3)開展湖泊沉水植物恢復(fù)與重建。后官湖為中富營養(yǎng)，沉水植物還有分布，應(yīng)該加強生態(tài)保護(hù)。后官湖湖心區(qū)沉水植物退化嚴(yán)重，可通過水位調(diào)節(jié)，在沉水植物種子萌發(fā)期降低水位，提高水下光照條件，保證沉水植物種子順利萌發(fā)和生長。對于其它已經(jīng)嚴(yán)重富營養(yǎng)化的湖泊，建議在控制入湖污染，降低營養(yǎng)鹽水平，提高水體透明度的基礎(chǔ)上，開展沉水植物恢復(fù)與重建，促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

4 小結(jié)

2011年7月—2012年4月調(diào)查顯示，武漢市漢陽地區(qū)五個湖泊(后官湖，三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖)中，后官湖為中營養(yǎng)，其它湖泊為重度富營養(yǎng)，其中龍陽湖污染最重。

共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，主要種類為金魚藻、苦草和菹草。沉水植物主要分布在后官湖沿岸帶，其它湖泊中沉水植物已嚴(yán)重退化，僅在部分水域偶見。后官湖沉水植物蓋度和生物量最大值出現(xiàn)在10月份，1月份較低。優(yōu)勢種存在明顯的季節(jié)更替，7月份優(yōu)勢種為金魚藻，10月份為苦草，1月份為金魚藻和苦草，4月份為菹草。

漢陽地區(qū)湖泊沉水植物退化與富營養(yǎng)化引起的水下光照下降和高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖有關(guān)。建議將城市湖泊功能定位由水產(chǎn)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變?yōu)榫坝^建設(shè)和生態(tài)保護(hù)，控制入湖污染負(fù)荷，提高水體透明度，開展沉水植物恢復(fù)與重建，促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

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(責(zé)任編輯：鄧 薇)

Distribution of submerged macrophytes and eutrophication status of five lakes in Hanyang region of Wuhan,China

LIU Hong-yan,XIONG Fei,SONG Li-xiang,YANG Yi

(SchoolofLifeSciences,JianghanUniversity,Wuhan430056,China)

A seasonal survey was conducted on water quality and distribution of submerged macrophytes in fives lakes (Houguan Lake,Sanjiao Lake,Nantaizi Lake,Moshui Lake and Longyang Lake) in Hanyang region of Wuhan,China in July,2011—April,2012.The objective is to understand the eutrophication status of these lakes and its effects on submerged macrophytes.The results showed that Houguan Lake was mesotrophic,while the other four lakes,especially Longyang Lake,were severely eutrophic.Altogether seven species,five genera and five families of submerged macrophytes were identified.Ceratophyllumdemersum,VallisneriaspiralisandPotamogetonCrispusdominated the community of submerged macrophytes.Submerged macrohphytes were mainly distributed in the lakeshore areas of Houguan Lake.While they were greatly degraded in other four lakes and might be observed occasionally.The maximum cover (67.5%) and biomass (5.58 kg/m2) of submerged macrohphytes were observed in October,and the relative lower cover (29.3%) and biomass (1.88 kg/m2) were observed in January.The dominant species showed a significant seasonal succession.Decreased underwater light climate associated with increased lake eutrophication and intensive aquaculture might be responsible for degradation of submerged macrophytes in the lakes of Hanyang region.

eutrophication;submerged macrophytes;water quality;Houguan Lake;urban lakes

2016-04-00；

2016-00-00

國家自然科學(xué)基金項目(40901037)；武漢市市屬高校教研課題(2014007)

劉紅艷(1978- )，副教授，主要從事水生生物學(xué)研究。E-mail:lhy9603@126.com

熊 飛。E-mail:xf9603@163.com

X524

A

1000-6907-(2017)01-0107-06