长湖圆心湖区高等水生植物群落调查

2016-06-13郭坤罗静波黄俊李学山柴毅谭凤霞

长江大学学报(自科版) 2016年3期

关键词：生物多样性

郭坤，罗静波，黄俊,李学山，柴毅，谭凤霞

(江大学动物科学学院，湖北荆州434025)

何勇凤，杨德国

(中国水产科学研究院长江水产研究所，农业部淡水生物多样性保护重点实验室，湖北武汉430223)

长湖圆心湖区高等水生植物群落调查

郭坤，罗静波，黄俊,李学山，柴毅，谭凤霞

(江大学动物科学学院，湖北荆州434025)

何勇凤，杨德国

(中国水产科学研究院长江水产研究所，农业部淡水生物多样性保护重点实验室，湖北武汉430223)

[摘要]于2015年7月对湖北长湖圆心湖区域的水生植物进行了调查，结果显示，该区域现有水生植物18种；生物量变化范围为124.17～1250.35g/m2，Shannon-Wiener指数(H′)变化范围为0.56～1.98，Simpson指数(D)变化范围为0.17～0.67，其中菹草的生物量、H′、D均为最大值；群丛以菹草形成的单一优势种群丛为主，其他若干种类与菹草形成的群丛仅零星分布。对比该区域以往的数据发现：湖区内的水生植物种类及群丛的多样性正在逐渐消失。建议大力减少围网养殖面积，减少工业及生活废水的排放并使用生态修复的手段减缓该区域高等水生植物多样性的消失。

[关键词]圆心湖；高等水生植物；生物多样性；人为干扰

水生植物群落是不同类群植物由于对水环境的长期适应而形成的形态趋同适应类型[1]，是生态学类群界定范畴，而非分类学概念。水生植物可以为鱼类提供栖息场所和繁殖基质，为浮游动物提供避难所，对进入水体的径流进行过滤和吸附，某些种类对金属元素还有净化作用[2]。同时，其进行光合作用可为湖泊水生态系统提供氧气，还可以通过化感作用抑制藻类的生长[3]，因此水生植物被认为是维持湖泊生态系统生物多样性和稳定性的重要因子之一[4]。依据水生植物的生活类型和生长环境可将其分为4大类：挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物[5]。

长湖是湖北省第三大湖泊，位于江汉湖群，属于浅水草型湖泊，担负着养殖、蓄水、饮水、航运等功能，有着重要的生态效益与经济效益[6]。圆心湖是长湖的一片开阔水域，近年来，由于过度养殖、生活及工业污水的排放等，圆心湖生态环境已大大改变，现有相关研究主要集中在浮游植物与水质因子相关性分析等方面[7～9]。笔者于2015年夏季对圆心湖区域的水生植物进行了调查，获得其定性与定量分布数据，现与以往对该区域水生植物的研究数据进行对比，以期能够科学、客观地反映圆心湖水生植物分布与演替，并为水生态学评价和水环境监测提供依据，从而更好地利用和保护圆心湖湖区的资源。

1材料与方法

1.1采样点布设

由于该湖区存在大面积的围网养殖，生态环境已受到养殖活动的严重破坏，其中水生植物的种类和分布已不能代表自然生态环境中的种类和分布。因此参考《湖泊富营养化调查规范》[10]中的规定，并结合圆心湖的实际情况仅对围网外的水生植物群落进行调查。每个水生植物群落用GPS定位，共设立9个站点：Y1～Y9，详见图1，各采样点的经纬度详见表1。

表1　各采样点经纬度

图1　采样站点示意图

1.2采样时间与方法

2015年7月进行采样。

定性样品的采集方法为：挺水植物直接徒手采集；浮叶植物和沉水植物用水草采集耙采集；漂浮植物直接徒手或带柄手抄网采集。采集的样品尽量保持完整，在采集到的定性样品中，选择一些较完整的植物体保持自然形态夹入压榨纸(可用吸水纸或草纸替代)中压干，用于后期实验室观察鉴定。

定量样品的采集方法为：挺水植物、沉水植物使用抓斗式采草器。浮叶植物和漂浮植物，一般用水草定量夹采集。当植物密度过大，可用0.25m2采样方框数株采集。每个采样点采集2个平行样品，采集的样品除去污泥等杂质，装入样品袋内。

1.3指标计算与处理

生物量以每个样点采集样品的鲜重平均值为准，同时均换算成每平方米的鲜重。依据植物的分布面积和结构划分群丛，使用GIS结合GPS数据计算群丛面积。植物种类的鉴定参考《中国水生植物》[11]、《水生植物图鉴》[12]，所有的种类鉴定到种。使用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Simpson指数(D)对群落多样性进行评价，其计算公式如下：

式中，Pi为第i种的相对重要值，数据的录入和计算均在Excel 2013中完成。

2结果与分析

2.1现有水生植物种类

本调查共鉴定出圆心湖现有水生植物18种，其中漂浮植物6种、沉水植物6种、浮叶植物1种、挺水植物5种，详见表2。菹草是整个区域的常见种，其他种类少数与菹草形成群丛，多数种类仅零星分布。

表2　圆心湖水生植物种类

2.2水生植物群落生物量及其分布

群丛的命名采用优势种原则，即以各群丛优势种名称作为该群丛的名称。经调查，圆心湖现有水生植物群丛类型5个，全部为沉水植物群丛类型，分别为菹草群丛(PotamogetoncrispusAss.)、微齿眼子菜+篦齿眼子菜群丛(PmaackianusA.Benn.+PotamogetonpectinatusL.)、菹草+狐尾藻群丛(PotamogetoncrispusAss.+Myriophyllum)、菹草+荇菜群丛(Potamogetoncrispus+Nymphoidespeltataum)、菹草+轮叶黑藻群丛(Potamogetoncrispus+Hydrillaverticillata)。分布面积最大的是菹草群丛，且面积远大于其他群丛；微齿+篦齿眼子菜群丛、菹草+狐尾藻群丛、菹草+荇菜群丛分布面积基本相同，菹草+轮叶黑藻群丛仅是菹草群丛的九分之一。本调查中无论是生物量、Shannon-Wiener指数还是Simpson指数，均以菹草群丛最高，其他群丛基本处于同一水平。

表3　圆心湖水生植物群落多样性和生物量

3讨论

3.1圆心湖水生植物群落演替

本调查中发现圆心湖水生植物种类和群落类型的多样性都不高，群落结构单一，菹草是整个区域的优势种，同时菹草在该区域有着较大的分布面积。冯灿等[13]、彭映辉等[14]、吴翠等[15]、郝梦曦等[16]分别于1989年、2003年、2007年、2011年对长湖全湖的水生植物进行了调查，笔者从中提取圆心湖区域水生植物群落分布的数据，并结合本调查的数据将圆心湖出现的水生植物群丛类型变化进行汇总，详见表4。

表4　圆心湖水生植物群落分布演替

1989年的数据显示，圆心湖分布着10个水生植物群丛，且有6个群丛是以单一优势种组成的；2003年的数据显示，水生植物群丛的个数减少至9个，变化不大，但群丛的类型已发生巨大变化，轮叶黑藻、穗花狐尾藻等组成的群丛已取代菱、菰、荇菜、狐尾藻组成的群丛；2007年，水生植物群丛已减至6个，以眼子菜科的种类、轮叶黑藻等组成的群丛为主，菹草已成为单一种组成的群丛。2011年，水生植物群丛保持为6个，但群丛组成与2007年的数据相比则完全不同。本调查的数据则显示，菹草群丛已经成为优势群丛分布在圆心湖。以上数据综合表明，圆心湖的水生植物多样性正在逐渐消失，个别种类已成为该区域的主要优势种。

3.2影响圆心湖水生植物多样性的因子

圆心湖区域存在大面积的围网养殖导致圆心湖水生植物种类分布区缩小，群落结构简化，生物量降低，同时近几年的水质调查数据[17～20]表明，圆心湖水质处于地表水Ⅳ类～劣Ⅴ类水标准，总磷、氨氮均超标。因此，造成多样性丧失的原因主要是大面积的围网养殖及污水的排放。

圆心湖存在大面积的围网养殖，圈养区内均属于高密度养殖，需要投喂大量的饵食，饵料残余会直接恶化水质，进而影响水生植物的生长和繁殖；放养的草食性鱼类对水生植物的过度啃食，以及鱼类强烈机械活动将水生植物的地下茎掘出水面，使水生植物无法繁衍，最终圈养区的水生植物被破坏殆尽。此外，因养殖需要，甚至还会人工从围网外围打捞水草投入圈养区，这进一步破坏了该区域水生植物的生长和分布。圆心湖周围的后港镇有一玻璃厂和混合污水泵站，产生的工业废水和生活废水被直接排放到圆心湖，直接导致该区域水质恶化。

为了更好地保护和利用圆心湖的渔业资源，建议大力削减围网养殖面积，同时考虑结合水生植物栽种等生态修复措施减缓水体富营养化的进程，并逐步改善圆心湖的水质现状。

[参考文献]

[1]吴振斌.水生植物和水体生态修复[M].北京：科学出版社,2011.

[2]刘伟龙,邓伟,王根绪,等.洪泽湖水生植被现状及过去50多年的变化特征研究[J].水生态学杂志,2009,2(6):1～8.

[3]雷泽湘,徐德兰,顾继光,等.太湖大型水生植物分布特征及其对湖泊营养盐的影响[J].农业环境科学学报,2008,27(2):698～704.

[4]高林,王松.沱湖湿地水生维管植物[J].中国林副特产,2007，(2):61～64.

[5]赵晓峰.太湖湖滨带水生植物时空分布特征及其与水质因子的相互关系研究[D].北京：中国环境科学研究院,2012.

[6]余明勇,张海林,余向京.长湖水环境需水量与引清济湖研究[J].中国农村水利水电,2013，(6):21～25.

[7]柴毅,彭婷,李昊成,等.长湖海子湖夏季浮游植物群落结构及环境影响因子[J].湖北农业科学,2014,53(19):4568～4573.

[8]柴毅,彭婷,郭坤,等.海子湖春季浮游植物群落结构与环境因子相关性分析[J].水生态学杂志,2014,(2)：56～62.

[9]刘建峰,张翔,谢平,等.长湖水质演变特征及水环境现状评价[J].水资源保护,2014,30(4):18～22.

[10]金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].北京：中国环境科学出版社,1990.