武汉市后官湖浮游植物群落特征分析

孙 沿，蔡 芸，王亚飞

（武汉市水文水资源勘测局，武汉 430074）

浮游植物是水生生态系统中物质循环和能量流动的基础。浮游植物群落的时空变化通常受到不同环境因子如温度、营养盐、光照等的影响，其生物量、密度、群落结构等会受到这些环境因子的影响而不断变化[1-2]。此外，浮游植物生命周期短、世代更新快，可以对生活区域水质情况的变化做出迅速的反应，因此浮游植物的群落常被用作评价水环境好坏的重要指标[3]。近年来，随着国内河湖水库水体富营养化程度的加剧，一些种类的浮游植物如颤藻（Oscillatoria）、微囊藻（Microcystis）在水体中大量繁殖造成水华的发生，这些浮游植物可以释放藻毒素，严重威胁饮用水安全和水生生态环境的稳定，因此对浮游植物的监测具有极为重要的现实意义。

后官湖（113°58′～114°05′E，30°30′～30°34′N），位于武汉市蔡甸区中北部，由高湖、白莲湖、知音湖和天鹅湖4个子湖组成，地势较低，湖水经打鼓渡河排入三角湖，最后汇入长江。后官湖属于典型性北温带浅水型淡水湖泊，水域总面积约34 km2，岸线约178 km，容积约1.077亿m3。近年来，随着武汉市经济建设的不断发展，后官湖流域逐渐由湿地向城镇转化，出现富营养化日益严重、水质持续恶化的问题[4-5]。黄宇等对后官湖水体中氨氮、化学需氧量、总氮、总磷等的调查研究发现，后官湖2007-2013年的水质状况呈现逐年下降的趋势[4]。刘红艳等通过对后官湖的沉水植物群落调查发现，后官湖所在水系出现富营养化严重、沉水植物群落受浮游植物群落爆发的影响日益退化的问题[5]。本研究通过对后官湖四个子湖及出湖口的浮游植物进行周年调查，采用国内外通用的浮游植物评价方法对后官湖水生生态系统的健康进行评价，以期弥补近年来后官湖浮游植物群落研究的缺失和对后官湖综合环境评价的不足。

1 试验材料与方法

本次调查于2017年2月至2018年1月进行，每月一次，共计12次。根据后官湖形态，在后官湖四个子湖即高湖、知音湖、白莲湖、天鹅湖和排水口打鼓渡河各设置一个采样点。浮游植物样品在采集后加入1%鲁哥试剂，48 h浓缩至30 mL后，用0.1 mL浮游植物计数框在10×40倍Nikon E100显微镜下进行。每次观察100个视野，每个样品计数2片，取其平均值作为该样品的最终结果（若2片计数结果相差15%以上，则进行第3片计数，取其中个数相近的2片的平均值）。浮游植物鉴定参照《中国淡水藻类：系统、分类及生态》[6]。

浮游植物多样性评价使用Shannon–Weaver指数（H′）[7]：

浮游植物物种均匀度使用Pielou指数（J′）[8]：

式中，Pi是第i个物种的丰度与样品总丰度的比值；S为样品中的种类总数。

本研究数据计算使用R 3.2.2软件，图表绘制使用Excel2003.

2 结果与讨论

由图1可知，后官湖每月浮游植物密度在（798～11 843）万个/L。其中，最高浮游植物密度出现在10月，最低浮游植物密度出现在2月。时间分布上，后官湖浮游植物群落呈现冬季（12-次年2月）浮游植物密度低，春季（3-5月）逐步升高，夏秋季（6-11月）稳定的规律。温度和营养盐被认为是影响浮游植物密度的最主要因素[2]。在冬季，后官湖区域温度低，流域内渔业、农业活动程度较低，因此营养盐浓度也较低，低温低营养盐的综合影响使得浮游植物生长繁殖速度低，最终导致浮游植物密度小。入春以后，随着温度的升高，来自生活污水以及农业渔业活动的营养盐的增加促进了浮游植物的生长，使得浮游植物密度逐渐攀升，最终达到最大值。就空间分布而言，天鹅湖和打鼓渡河的平均年浮游植物密度较低，这可能是因为天鹅湖靠近出湖口打鼓渡河，后官湖的湖水汇集后均在此处流出，水流流速较大，对浮游植物的增长产生了抑制作用[3]。

由图1可知，后官湖各采样点浮游植物类5-12月蓝藻在浮游植物群落中占优势，其余月份浮游植物群落多样性较高，绿藻、硅藻、隐藻也在浮游植物群落中均占优势。就空间而言，蓝藻门在全年的各采样点均占优势，如图2所示。鱼腥藻和平裂藻在本次调查中是优势种。蓝藻门浮游植物繁殖迅速，可以通过细胞内气泡调节自身浮力竞争光照，在高温及高营养盐浓度的水体中对其他种类的浮游植物具有竞争优势，因此蓝藻门在浮游植物群落里占优势是水体富营养化的一种显著特征[9]。

图1 后官湖浮游植物时间分布

图2 后官湖浮游植物空间分布

物种多样性是衡量一定区域内生物资源丰富程度的一个客观指标，用于评价群落中物种组成的稳定程度及其数量分布的均匀程度和群落的组织结构特征，并常作为描述群落演替方向、速度和稳定程度的指标。作为水生生态系统的初级生产者，浮游植物与环境因子间的紧密联系变化最为迅速，反应最为直接，因此浮游植物多样性是反映水生生态系统健康与否的良好指标。目前，国内外经常使用多样性指数Shannon–Weaver指数（H′）来评价水体的营养状态。一般来说，H′＞3时为清洁，3＞H′＞2时轻污染，2＞H′＞1时中等污染，1＞H′＞0时为重污染。

由图3可知，后官湖每月浮游植物Shannon–Weaver指数在1.538～2.002浮动。因此，浮游植物多样性评价指出后官湖主要为中等污染。其中10月份的H′最低，只有1.284，这说明10月份后官湖的污染最为严重。空间上，后官湖各个子湖及出湖口H′指数相差不大，在1.682～1.799，反映出后官湖各部分浮游植物多样性差别小，污染程度空间异质性小于时间异质性。

除Shannon–Weaver指数外，均匀度Pielou指数J′也可以用于判断水体的营养状态，目前国内常认定J′＜0.3为重污染，0.3＜J′＜0.5为中污染，J′＞0.5为轻污染或无污染。由图3可知，后官湖均匀度指数在0.410～0.692浮动，说明后官湖在中污染和轻污染之间浮动。其中，10月份均匀度指数最低，说明10月份后官湖污染最为严重，这一结果与多样性指数（见图3）以及浮游植物密度变化（见图1）相吻合。就空间而言，后官湖各个子湖及出湖口均匀度指数在0.564～0.615浮动，这反映出与多样性指数相似，后官湖浮游植物物种空间均匀度相差不大，如图4所示。

图3 后官湖浮游植物多样性和均匀度时间分布图

图4 后官湖浮游植物多样性和均匀度空间分布图

3 结论

后官湖浮游植物密度呈现明显季节特征，即冬季密度较低，春季持续升高，夏秋季稳定高密度。空间上，子湖天鹅湖及出湖口打鼓渡河的浮游植物密度要低于后官湖其他子湖的浮游植物密度。除冬季以外，后官湖浮游植物群落蓝藻为优势种群，其次为绿藻、硅藻和隐藻。浮游植物群落多样性和均匀度分析也表明，后官湖污染程度主要为中等污染，其中10月份的污染程度最重，就空间而言，各个子湖及出湖口多样性和均匀度差别不大。以上表明后官湖富营养化程度严重，空间变化不明显，具有明显的时间变化性。