磁湖初期雨水污染影响下的附生藻群落结构

李 今，吴真真，华江环，吉芬芬，张 勇，吕爱斌

(1.湖北师范大学 生命科学学院，湖北 黄石 435002；2.湖北中医药大学 基础医学院，湖北 武汉 430065；3.黄石市水文水资源勘测局，湖北 黄石 430072)

磁湖初期雨水污染影响下的附生藻群落结构

李 今1，吴真真1，华江环2，吉芬芬1，张 勇3，吕爱斌3

(1.湖北师范大学 生命科学学院，湖北 黄石 435002；2.湖北中医药大学 基础医学院，湖北 武汉 430065；3.黄石市水文水资源勘测局，湖北 黄石 430072)

对黄石市磁湖地表雨水径流污染进行了调查，研究了受纳水体中沉水植物菹草表面的附生藻的群落结构特征。结果显示，磁湖地表雨水径流中氨氮(NH3-N)和总磷(TP)的浓度远高于雨水；生活区地表雨水径流中氨氮(NH3-N)和化学需氧量(COD)的浓度大于绿地区域。与此同时，菹草表面附生藻共有60种，隶属于7门，34属。附生藻的平均生物量、附生密度分别为1.28 × 102mg/cm2、12.12×103cells/cm2。藻类Shannon-Wiener 多样性指数值在2～3之间。

雨水径流；附生藻；群落结构；水环境

附生藻是水生生态系统的重要组成部分。殷旭旺等[1]指出，附生藻类是指示水环境健康状况极佳的类群。

磁湖为黄石市最大的城中湖，水域面积约1.0×106m2，平均水深1.75m. 地表雨水径流污染是导致水环境质量恶化的主要原因之一[2]。刘婷等[3]和李今等[4]对磁湖的浮游植物群落结构特征做出了分析。本文对磁湖地表雨水径流污染进行了调查，研究了磁湖沉水植物菹草表面附生藻类的群落结构，为磁湖水环境污染状况和质量评价提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 磁湖雨水径流污染初步调查

2017年3月，监测一场大雨，收集直接降水；并选择代表性绿地区和生活区采集地面径流(图1)。雨水径流产生时即开始采样,根据情况，主要收集前20min的径流水样。采集的雨水及雨水径流水样运回实验室，按照已有标准方法[5]对NH3-N、TP、COD等水质指标进行分析。

1.2 附生藻群落结构研究

1.2.1 实验采样点设置

在菹草生长旺盛期开展实验，根据菹草在磁湖的生长情况与分布特征，选择3个采样点(图1)。

表1 采样点地理坐标

图1 采样点分布图

图2 采样点附着藻类群落组成

1.2.2 样品的采集与处理

2017年3月，采集长势均匀的菹草，剪取30cm的菹草(除根、含叶)，用蒸馏水轻轻洗去浮游藻类，称取35g(湿重)菹草，用2L的无菌水和软毛笔对每个样点的菹草表面的附生藻类进行洗脱处理，洗脱后用鲁格试剂固定(100∶1)藻类。将藻液静置18～24 h后，通过虹吸法去除上清液，使样品浓缩至30～50mL.

1.2.3 附生藻的鉴定及群落结构特征分析

藻类鉴定参考胡鸿钧等[6]分类鉴定到种或属，并按种类计数。最后计算出附生藻附生密度(cells/cm2)、优势种类、Shannon-Wiener 多样性指数等。具体计算方法如下：

1) 藻类的附生密度(cells/cm2)=附生藻数/附着载体表面积。

2) 藻类优势度计算公式：Y=fi×pi

式中：Y为藻类优势度，fi是第i个藻种的出现频率，pi表示第i种藻类占藻类总数的个体比例。当Y≥0.02时，确定为优势种[7]。

3)用Biodiversity Professional 2.0 计算藻类Shannon-Wiener 多样性指数，其的计算公式如下[8]：

2 实验结果与分析

2.1 磁湖地表雨水径流污染

由表2可以看出，除化学需氧量外，雨水中NH3-N和TP的平均浓度分别为0.10mg/L和0.02mg/L，均远小于绿地(0.98mg/L和0.15 mg/L)和生活区(1.22mg/L和0.05 mg/L)地表雨水径流中的浓度，说明地表雨水径流中氮、磷污染主要由地表冲刷引起。此外，生活区地表雨水径流中NH3-N和COD的浓度大于绿地。根据地表水环境质量标准，绿地和生活区地表雨水径流分别属于地表Ⅳ类和Ⅴ类，说明人类活动可能影响雨水径流污染。

表2 磁湖雨水及雨水径流污染各指浓度(mg/L)

2.2 附生藻类群落组成及优势种分析

3个样点的附生藻群落组成共有7门，包括34属、60种。磁湖春季菹草的附生藻1#样点4门24种；2#共6门27种；3#共5门28种。

菹草的附生藻的优势种如表3所示。附着藻类主要优势种为篦形短缝藻、双头辐节藻，短小曲壳藻，小球藻、小席藻等。曲壳藻属的藻类易于腐植型营养湖泊中生存，而小球藻、尖针杆藻和旋转囊裸藻等藻类易于在中污水质中生存[8]。

表3 磁湖菹草附生藻优势种

注：“-”为未检测到物种

2.3 附生藻类的生物量

附生藻平均生物量为1.28×102mg/cm2，3个样点中，1#为1.55×102 mg/cm2；2#为0.87×102 mg/cm2；3#为1.41×102 mg/cm2；生物量大小为3#>1#>2#.

2.4 附生藻类的密度

附生藻平均密度为12.8×103cells/cm2.1～3号点的附生藻密度分为8.00×103、12.68×103、15.68×103cells/cm2，呈上升趋势。硅藻门和绿藻门密度较大。

2.5 Shannon-Wiener多样性指数分析

磁湖1～3号采样点附着藻类Shannon-Wiener多样性指数分别为2.42、2.55、2.53，指示为轻度污染。从空间分布看, 随着多样性指数的提高，附生藻类的种类增多、密度增大。

3 讨论

磁湖春季菹草表面附生藻的主要优势种为硅藻门的篦形短缝藻、双头辐节藻及短小曲壳藻，绿藻门的小球藻和蓝藻门的小席藻。已有研究[4]表明，磁湖初春季浮游藻群落结构主要以绿藻门的衣藻属和栅藻属，硅藻门的小环藻属和针杆藻属，蓝藻门的席藻属为主，其中硅藻门和绿藻门是主要优势门。这说明，同一季节，磁湖浮游植物和沉水植物表面附生藻类的优势种相似。本结果与淀山湖[11]、太子河[1]及池塘[12]的附生藻类群落结构相似。结果显示磁湖附生藻的多样性和生物量等较浮游藻类低。浮游藻类和附着藻类的群落结构关系受到环境中N/P的影响，可用于水质监测[10]。 调查发现，磁湖地表雨水径流污染主要源于地表冲刷而非雨水，而发现人类活动与地表雨水径流污染密切相关。附生藻类种类数和生物多样性会随着水质的好坏而出现数量的增加或减少[9,13]。在初期雨水污染负荷冲击下，附生藻群落结构的响应，可以为湖泊水质波动的评价提供科学依据。

[1]殷旭旺, 渠晓东, 李庆南. 基于着生藻类的太子河流域水生态系统健康评价[J]. 生态学报, 2012, 32(6): 1677～1691.

[2]夏 昊, 赵梦迪, 张丽莉. 磁湖水质变化情况调查分析[J]. 湖北理工学院学报(自然科学版), 2015, 31(5): 27～29.

[3]刘 婷, 刘元生, 杨雪芬, 等. 黄石市磁湖微型浮游生物监测及分布影响研究[J]. 湖北理工学院学报(自然科学版), 2013, 29(5): 25～28.

[4]李 今, 吉芬芬, 华江环, 等. 磁湖春季浮游植物群落结构调查及水质评价[J]. 湖北师范学院学报(自然科学版), 2014, 34(3): 1～7.

[5]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监测分析方法[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2002.

[6]胡鸿钧, 魏印心. 中国淡水藻类[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

[7]徐兆礼. 东海亚强真哲水骚种群生态特征[J]. 生态学报, 2006, 26(4): 1151～1158.

[8]蔡立哲, 马 丽, 高 阳, 等. 海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标准的分析[J]. 厦门大学学报(自然科学版), 2002, 41(05): 641～646.

[9]冯天翼,宋 超, 陈家长. 水生藻类的环境指示作用[J].中国农学通报, 2011, 27(32): 257～265.

[10]宋玉芝, 秦伯强, 高 光, 等. 氮及氮磷比对附着藻类及浮游藻类的影响[J]. 湖泊科学, 2007, 19(2): 125～130.

[11]由文辉. 淀山湖着生藻类群落结构与数量特征[J]. 环境科学,1999,20(05):62～65.

[12]苏胜齐, 沈盎绿, 姚维志. 菹草着生藻类的群落结构与数量特征初步研究[J]. 西南农业大学学报, 2002, 24(03): 255～258.

[13]王朝晖, 胡 韧, 谷阳光, 等. 珠江广州河段着生藻类的群落结构及其与水质的关系[J]. 环境科学学报, 2009, 29(07): 1510～1516.

CommunitystructureofperiphytonundertheinfluenceofcontaminationsfromsurfacerunoffinCihuLake

LI Jin1, WU Zhen-zhen1, HUA Jiang-huan2, JI Fen-fen1， ZHANG Yong3, LV Ai-bin3

(1.College of life science, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China; 2. College of Basic Medical Science, Hubei Univesity of Chinese Medicine,Wuhan 430065,China; 3. Huangshi hydrology and Water Resources Survey Bureau, Huangshi 435000, China)

Contamination from surface runoff is one of main contributions to decreasing water quality, which usually affects the community of periphyton, while little information is available on periphyton community under the influence of contamination of surface runoff. In the present study, to provide important bases for water contamination status and water quality evaluation, the contamination status of surface runoff in Cihu Lake area was preliminary investigated in Huangshi City, and the community structure of periphyton attached on the surface of Potamogeton cripus, a submerged plant, were then also studied. The results showed that the concentrations of ammonia nitrogen (NH3-N) and total phosphorus (TP) in the surface runoff were far higher than that in the rainfall in Cihu Lake area. Moreover, the concentrations of ammonia nitrogen (NH3-N) and chemical oxygen demand (COD) in the surface runoff of human living areas were higher than that of green lands. At the same time, 60 species of periphyton belong to 34 genera 7 phyla were identified on the surface of Potamogeton cripus. The average biomass and density of periphyton were 1.28×102 mg/cm2and 12.12×103 cells/cm2, respectively. The Shannon-Wiener diversity indices was between 2 and 3.

surface runoff; periphyton; community structure; water environment

Q949.2

A

2096-3149(2017)04- 0011-04

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.04.003

2017—07—11

湖北省水利重点科研项目(HBSLKY201506)

李今(1968— )，男，湖北黄石人，博士，教授，主要从事水环境污染治理研究.

华江环，博士，Email:122689105@qq.com.