不同水文期大型通江湖泊洞庭湖浮游植物時空分布規(guī)律

王勇

摘要 以通江湖泊洞庭湖浮游植物為研究對象，明確通江湖泊洞庭湖在不同水文期藻類群落結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化特征，并根據(jù)Shannon-Wienner多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)對湖區(qū)水質(zhì)進行評價。結(jié)果表明，2018年對洞庭湖流域進行了浮游植物生物調(diào)查，共檢出6門51屬，其中綠藻門19屬，占37.26%;硅藻門最多，為21屬，占41.18%;裸藻門4屬，占7.84%;藍藻門和甲藻門各3屬，各占5.88%;隱藻門最少，僅有1屬，占1.96%。優(yōu)勢種全湖以硅藻門和綠藻門為主，主要優(yōu)勢種為直鏈藻、針桿藻、舟形藻、柵藻、小球藻、席藻和隱藻。全湖浮游植物細胞密度在7.2×10 4～300.6×10 4 cells/L，均值為27.2×10 4 cells/L。從時間分布看，浮游植物細胞密度均值從大到小依次為豐水期>漲水期>枯水期>退水期，漲水期—豐水期和枯水期—退水期的藻類分布存在差異明顯;從空間分布看，東洞庭湖的大小西湖斷面藻類密度最大，均值達220.9×10 4 cells/L，最低值在入湖口，均值為10.2×10 4 cells/L，東洞庭湖與其他湖區(qū)存在差異明顯，大小西湖與東洞庭湖內(nèi)其他斷面也存在差異明顯。根據(jù)多樣性指數(shù)來看，洞庭湖水質(zhì)總體上呈現(xiàn)為中度污染。

關(guān)鍵詞 通江湖泊;洞庭湖;浮游植物;時空分布;多樣性指數(shù)

中圖分類號 Q 948.8? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）08-0061-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.08.017

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Temporal and Spatial Distribution of Phytoplankton in Large Tongjiang Lake Dongting Lake in Different Hydrological Periods

WANG Yong

（College of Civil Engineering and Environment，Hubei University of Technology，Wuhan，Hubei 430068）

Abstract Taking the phytoplankton in Dongting Lake of Tongjiang Lake as the research object， the community structure and dynamic change characteristics of phytoplankton in different hydrological periods were clarified. The water quality of the lake was evaluated according to Shannon-Wiener diversity index， Margalef richness index and Pielou evenness index.The results showed that phytoplankton survey was conducted in the Dongting Lake Basin in 2018， and a total of 6 phyla and 51 genera were detected， including 19 genera of Chlorophyta， accounting for 37.26%;Bacillariophyta was the most， 21 genera， accounting for 41.18%;there were 4 genera of Gymnophyta， accounting for 7.84%;Cyanophyta and Dinoflagellates belonged to 3 genera respectively， accounting for 5.88%;Cryptophylum was the least， only one genus， accounting for 1.96%. The dominant species were Bacillariophyta and Chlorophyta， and the main dominant species were Melosira granulata， Synedra radians， Navicula tenera， Scenedesmus， Chlorella vulgaris，Phormidium and Cryptophyta.The cell density of phytoplankton in the whole lake ranged from 7.2×10 4 to 300.6×10 4 cells/L， with an average value of 27.2×10 4 cells/L.From the perspective of time distribution， the mean value of phytoplankton cell density from large to small is in the order of wet season>flood period>dry season>retrograde period，there were obvious differences in the distribution of algae in the flood period-water season and the dry season-recession period.From the perspective of spatial distribution，the algae density of East Dongting Lake was the largest in the West Lake section， with an average value of 220.9×10 4 cells/L， and the lowest value was at the entrance of the lake， with an average value of 10.2×10 4 cells/L.There were obvious differences between the East Dongting Lake and other lake areas， and there were also obvious differences between the large and small West Lake and other sections in the East Dongting Lake.According to the diversity index， the water quality of Dongting Lake was moderate pollution.

Key words Tongjiang Lake;Dongting Lake;Phytoplankton;Spatial and temporal distribution;Diversity index

洞庭湖是我國大型淡水湖泊之一，具有多種生態(tài)功能，包括調(diào)蓄洪水、保護生物多樣性和消納污染物等。洞庭湖作為長江中下游第一個通江湖泊，江-湖之間相互作用、相互制約，長期演變形成了錯綜復雜的江湖關(guān)系。國外鮮見江湖關(guān)系的研究，少數(shù)研究也只是涉及河-湖水量交換變化特征 [1-2]。近年來，隨著上游三峽水利樞紐的興建運行與荊江裁彎的完成，引起了洞庭湖水文變異 [3]。通江湖泊以水位為代表的水文要素呈現(xiàn)出新的變化規(guī)律，并呈現(xiàn)出蓄水量減少、水位降低、流速減慢、湖泊換水周期延長等特點。浮游植物的重要功能是能夠敏感準確地反饋生態(tài)系統(tǒng)演變過程，21世紀以來，洞庭湖湖區(qū)多數(shù)水域已受到氮、磷等污染，水質(zhì)逐漸趨向于惡化狀態(tài)，水位變化和泥沙淤積趨緩協(xié)同改變了洞庭湖濕地原有植被演替方式。正是因為這些變化導致了洞庭湖水生植被減少、浮游植物大量增加、水華暴發(fā)等水環(huán)境問題 [4]，并對當?shù)鼐用窭盟Y源存在著潛在威脅 [5]。

目前關(guān)于浮游植物的分布規(guī)律多為現(xiàn)象描述及基于

簡單的數(shù)理統(tǒng)計分析所得出的結(jié)果，水生態(tài)系統(tǒng)研究多集中在水動力、水質(zhì)等方面，而圍繞浮游植物所開展的分布規(guī)律的研究較少。筆者根據(jù)水文節(jié)律，可以劃分為枯水期（1—3月）、漲水期（4—6月）、豐水期（7—9月）和退水期（10—12月）4個水文期，在4個水文期的變化過程中，湖區(qū)分別呈現(xiàn)出河流型—過渡型—湖泊型3種生態(tài)系統(tǒng)類型?；诂F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，運用相關(guān)生態(tài)學理論和數(shù)理統(tǒng)計分析結(jié)果，分析洞庭湖這一典型通江湖泊的浮游植物分布規(guī)律，揭示洞庭湖水體的水質(zhì)污染狀況，為洞庭湖流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和修復提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與采樣點設置

洞庭湖位于湖南省北部（111°40′～113°40′E、28°30′～30°20′N）、長江中游荊江南岸，北接長江“三口”（松滋、太平、藕池），南納“四水”（湘江、資水、沅江、澧水），由東北面的岳陽城陵磯匯入長江，湖體呈近似“U”字型。受泥沙淤積、筑堤建垸等自然和人類活動的影響，洞庭湖被分割為西洞庭湖、南洞庭湖和東洞庭湖。洞庭湖為典型的過水性洪道型湖泊，兼具河流與湖泊雙重屬性 [6]，調(diào)查時間為2018年3、6、9、12月份對應下的4個水文期，洞庭湖監(jiān)測斷面共設置13個（圖1），各采樣斷面經(jīng)緯度見表1。

1.2 樣品采集與分析

浮游植物定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)在表層水面采用“∞”拖曳，收集采集的樣品，定量樣品采集1 000 mL水樣于塑料瓶中，現(xiàn)場加入1.0%～1.5%體積的魯哥試劑進行固定，帶回實驗室自然沉淀48 h后，用虹吸管吸取上清液，將樣品濃縮至50 mL，保存供鏡檢。參照《中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》 [7]和《淡水浮游生物研究方法》 [8]進行鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 17.0和Origin 2020軟件進行數(shù)據(jù)分析和繪圖。當某種藻類優(yōu)勢度（Y）>0.02時，該物種即為優(yōu)勢種 [9]。浮游植物的多樣性分析采用Shannon-Wienner多樣性指數(shù)（H′） [10]、Margalef豐富度指數(shù)（D） [11]、Pielou均勻度指數(shù)（J） [9]進行計算，具體計算方法如下：

H′=-Si=1[（Ni/N）log2（Ni/N）]（1）

D=（S-1）/lnN（2）

J=H′/log2S（3）

式中，N為浮游藻類總個體數(shù);S為浮游藻類種類數(shù);Ni為第i種浮游藻類個體數(shù)。根據(jù)多樣性指數(shù)評價標準（表2），評價湖區(qū)水質(zhì)狀態(tài) [12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落組成及優(yōu)勢種

2018年對洞庭湖流域進行浮游植物生物調(diào)查，共檢出6門51屬，其中綠藻門19屬，占37.26%;硅藻門最多，為21屬，占41.18%;裸藻門4屬，占7.84%;藍藻門和甲藻門各3屬，各占5.88%;隱藻門最少，僅有1屬，占1.96%。全湖浮游植物群落組成在不同水文期存在明顯差異（表3）;全湖以硅藻和綠藻門為主，枯水期藻類種屬數(shù)最少，檢測到了36屬;漲水期和豐水期藻類種屬數(shù)有所上升，分別達40和42屬;退水期其種屬數(shù)下降至38屬。分湖區(qū)來看（表4），東洞庭湖種屬數(shù)最大，其次為西洞庭湖，隨后是南洞庭湖、出湖口和入湖口?？傮w來看，漲水期和豐水期洞庭湖藻類較為豐富，而退水期和枯水期藻類種屬數(shù)偏少，東洞庭湖種屬最大，其他水域偏少，表明在漲水期和豐水期的東洞庭湖有適宜的溫度、光照和水動力等條件，藻類種屬數(shù)逐漸增長，細胞密度迅速累積，另外藻類的生長需要一個過程，因此到退水期其種屬數(shù)依然保持較高水平，隨后進入枯水期其種屬數(shù)進一步縮減。

優(yōu)勢種全湖以硅藻門和綠藻門為主，在不同水文期優(yōu)勢種存在明顯差異（表5）?？菟诘脑孱悆?yōu)勢種為硅藻門、隱藻門，優(yōu)勢度（Y）指數(shù)按照降序排列依次為舟形藻和隱藻;漲水期其優(yōu)勢種為綠藻門、硅藻門，Y值按照降序排列依次為小球藻、直鏈藻、舟形藻和針桿藻;豐水期其優(yōu)勢種為硅藻門、藍藻門、綠藻門，Y值按照降序排列依次為舟形藻、席藻、小球藻、針桿藻和柵藻;退水期其優(yōu)勢種為硅藻門、綠藻門、隱藻門，Y值按照降序排列依次為舟形藻、小球藻和隱藻。綜合洞庭湖浮游植物種屬數(shù)來看，與優(yōu)勢度分布情況存在相似的特征。

2.2 浮游植物細胞密度時空分布

全湖浮游植物細胞密度在7.2×10 4～300.6×10 4 cells/L，均值為27.2×10 4 cells/L，從時間分布（表6）看，浮游植物細胞密度均值從大到小依次為豐水期（35.0×10 4 cells/L）、漲水期（29.7×10 4 cells/L）、枯水期（25.1×10 4 cells/L）、退水期（19.3×10 4 cells/L），漲水期、豐水期與枯水期、退水期的藻類分布存在明顯差異;從空間分布看，東洞庭湖藻類密度均值達53.8×10 4 cells/L，為全湖最大值水域。除了東洞庭湖外，其他水域的藻類細胞密度均在11.0×10 4 cells/L左右浮動，最低值在入湖口，均值為10.2×10 4 cells/L，而出湖口浮游植物密度均值略大于入湖口，可能受到東洞庭湖藻類群落漂移的影響，西洞庭湖藻類細胞密度均值大于南洞庭湖，可能是西洞庭湖有半阻隔連通的特征，在這個區(qū)域水動力較低且穩(wěn)定，易于浮游植物的積累，而南洞庭湖屬于自由連通區(qū)，其水動力較快，不利于藻類的生長和聚集，與種屬數(shù)的分布有相似特征，因此湖區(qū)浮游植物細胞密度總體呈現(xiàn)出東洞庭湖大于其他湖區(qū)，與其他湖區(qū)存在明顯差異（表6）。

從表7可以看出，無論是就洞庭湖藻類嚴重的東洞庭湖，還是全湖而言，藻類密度主要貢獻者都是大小西湖，其藻類密度均值為220.9×10 4 cells/L。在東洞庭湖水域，漲水期和豐水期大小西湖藻類貢獻率較大，分別達86.25%和83.99%;在枯水期和退水期貢獻率偏低，但也分別達79.19%和74.91%。對于全湖而言，大小西湖在漲水期和豐水期的貢獻量依然較大，分別達67.24%和66.14%;而在枯水期和退水期的貢獻率較低，分別達59.58%和51.50%。原因可能在于大小西湖連通度較差，水體交換不暢，水深較淺，加之適宜的溫度、光照和水體擾動（風浪）等因素作用，導致該區(qū)域的藻類大量生長。

2.3 浮游植物的多樣性指數(shù)特征

從洞庭湖浮游藻類多樣性指數(shù)年均值（表8）可以看出，東洞庭湖和大小西湖的Shannon-Wienner指數(shù)（H′）、Margalef指數(shù)（D）和Pielou均勻度指數(shù)（J）均低于其他水域，各水域H′指數(shù)均屬于中度污染;D指數(shù)入湖口、西洞庭湖、南洞庭湖、出湖口屬于中度污染，東洞庭湖、大小西湖屬于重度污染;J指數(shù)入湖口、西洞庭湖、南洞庭湖屬于清潔，東洞庭湖和出湖口屬于中度污染，大小西湖屬于重度污染。因此總體來看，東洞庭湖主要屬于中度污染，而大小西湖可能存在重度污染情況。除了東洞庭湖以外，入湖口、西洞庭湖、南洞庭湖、出湖口的H′指數(shù)、D指數(shù)和J指數(shù)分別在2.43、3.32和0.55左右波動，根據(jù)多樣性指數(shù)評價標準，洞庭湖水質(zhì)大多數(shù)時期屬于中度污染。

3 討論

從洞庭湖藻類群落結(jié)構(gòu)來看，湖區(qū)藻類以硅藻門和綠藻門為主，枯水期的藻類優(yōu)勢種為硅藻門、隱藻門，漲水期其優(yōu)勢種為綠藻門、硅藻門，豐水期其優(yōu)勢種為硅藻門、藍藻門、綠藻門，退水期其優(yōu)勢種為硅藻門、綠藻門、隱藻門，全湖的優(yōu)勢種均以硅藻門、綠藻門為主，這與前人的研究結(jié)果基本一致 [13]。

從藻類細胞密度來看，洞庭湖漲水期和豐水期種屬數(shù)明顯高于枯水期和退水期，其中大小西湖的藻類貢獻量占據(jù)首要地位。一方面，漲水期和豐水期的溫度較高，光照充足，以及上游來水不斷輸送營養(yǎng)鹽等物質(zhì)，為藻類的生長提供了充足的條件。另一方面，由于西洞庭湖半阻隔區(qū)和大小西湖阻隔區(qū)的水域特征 [14]，流速放緩，水動力偏低，導致藻類密度在這些區(qū)域迅速積累，尤其在大小西湖有暴發(fā)水華的風險，與前人的研究結(jié)果相似 [12]。而在其他水域中，洞庭湖漲水期和豐水期流速較快，水動力頻繁，影響了藻類的聚集，甚至抑制了藻類的生長，其藻類密度在這些水域偏低。

從多樣性指數(shù)來看，洞庭湖水質(zhì)屬于中度污染狀態(tài)，而在大小西湖可能存在重度污染，另外在豐水期存在以藍藻門為主的優(yōu)勢種，其毒素嚴重危害水環(huán)境物質(zhì)能量輸移，甚至人類健康 [15]。因此，從洞庭湖水華治理和防控角度來講，大小西湖的藻類是最主要的研究對象。

4 結(jié)論

2018年對洞庭湖流域進行了浮游植物調(diào)查，共檢出6門51屬，其中綠藻門19屬，占37.26%;硅藻門最多，為21屬，占41.18%;裸藻門4屬，占7.84%;藍藻門和甲藻門各3屬，各占5.88%;隱藻門最少，僅有1屬，占1.96%。優(yōu)勢種全湖以硅藻門和綠藻門為主，主要優(yōu)勢種為直鏈藻、針桿藻、舟形藻、柵藻、小球藻、席藻和隱藻。全湖浮游植物細胞密度在7.2×10 4～300.6×10 4 cells/L，均值為27.2×10 4 cells/L。從時間分布看，浮游植物細胞密度均值從大到小依次為豐水期>漲水期>枯水期>退水期，漲水期、豐水期與枯水期、退水期的藻類分布存在明顯差異;從空間分布看，東洞庭湖的大小西湖斷面藻類密度最大，均值達到了220.9×10 4 cells/L，最低值在入湖口，均值為10.2×10 4 cells/L，東洞庭湖與其他湖區(qū)存在明顯差異，大小西湖與東洞庭湖內(nèi)其他斷面也存在明顯差異。就洞庭湖種屬數(shù)和藻類細胞密度而言，漲水期和豐水期明顯高于枯水期和退水期，其中大小西湖的藻類細胞密度貢獻量占據(jù)首要地位。整體上，洞庭湖水質(zhì)狀況屬于中度污染，大小西湖水質(zhì)可能存在重度污染的情況。

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