汤逊湖浮游生物群落结构变化的现状调查及分析

曹鹏阳，李丽雪，郭彪辉，镇鸿燕，张 艳，韩晓芳

（江汉大学，a.环境与健康学院；b.医学院，武汉 430056）

浮游植物个体小、生活周期短、对环境因子的变化响应敏感，因此浮游植物被当作水体生态环境的合适指示者。对驱动浮游植物群落结构的变化研究有很多，其中非生物因素如营养物质、光和水温都是影响浮游植物生长、分布和演替的重要环境因子［1］。生物因素也是影响浮游植物群落组成变化的一个重要因素，浮游动物对于浮游植物来说是位于食物链前端的消费者，可直接影响浮游植物的群落结构和生物量。影响浮游植物群落结构的生物因素有许多，从食物链考虑，浮游动物、鱼类和其他水生动物的群落结构都会影响浮游植物的生物量和分布［2］。

目前，浮游植物群落结构、多样性、生长分布及其与影响因子的关系是国内外研究的热点［3-7］，但是，对汤逊湖浮游生物与环境因子的关系研究甚少；近10 年来，汤逊湖水质均未达到III 类水的标准，目前水质劣V 类，尤其在2017、2018 年的夏季时汤逊湖的局部水域暴发蓝藻水华，对周边人群生活生产带来严重影响。为了进一步掌握汤逊湖水体生态现状，本项目于2019 年在汤逊湖布设多个采样点，进行水质和水生生物现状调查，分析浮游生物密度和鉴定浮游生物的种群结构，并由此反映出汤逊湖水体环境质量现状，为湖泊治理提供一定的参考依据。

1 研究区域

1.1 研究区域概况

汤逊湖位于武汉市东南部，以江夏大道为界限，分为东侧的内汤逊湖和西侧的外汤逊湖2 个部分，两者之间有涵洞相通。其中，内汤逊湖水域面积约占1/3；外汤逊湖水域面积约占2/3，汤逊湖流域面积约为248.85 km2，属于亚热带湿润季风气候，雨量充沛。汤逊湖由于长期纳入污水处理厂尾水和部分混流污水，水质污染严重，加上江湖隔绝造成的水生生物补充量减少，水生生物栖息环境日益恶化；此外，由于之前汤逊湖部分区域用于水产养殖，水域内水生植物被鱼类破坏，几乎无沉水植物群落分布，仅见沿岸少量挺水植物斑块分布。随着汤逊湖周边城市化发展，汤逊湖水质呈显著的恶化趋势，近几年水质均出现超标情况，汤逊湖污染防治工作的开展迫在眉睫［8］。

1.2 采样点设置

根据汤逊湖湖区分区面积、地形轮廓、养殖分布以及主要出入湖河流等情况，在汤逊湖设置9 个采样点，分布于湖泊的排放口附近，在外汤逊湖设采样点4 个（1 号至4 号点位），在内汤逊湖设采样点5 个（5 号至9 号点位）（图1）。

图1 汤逊湖采样点位分布

2 研究方法

2.1 监测指标

除了浮游植物和浮游动物以外，水样中其他分析指标包括透明度、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD），共5 个指标。

2.2 监测方法

进行水样分析，透明度采用塞氏圆盘法测定；化学需氧量采用酸性滴定法（GB/T 11892—1989）测定；氨氮采用纳式试剂分光光度法（HJ535）测定；总氮采用过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636）测定；总磷采用过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB/T 11893—1989）［9］测定。

3 结果与分析

3.1 浮游植物种类组成及优势种

浮游植物可以作为生物指标来指示水质，因为浮游植物的种群结构变化是水环境演变的直接后果之一。由于能迅速响应水体环境变化，且不同浮游植物对有机质和其他污染物敏感性不同，因而可以用藻类群落组成来判断不同水域水质状况。本研究中共鉴定出5 门34 种（表1），其中硅藻门8 种、蓝藻门7 种、绿藻门14 种、隐藻门2 种、裸藻门3 种，尽管绿藻门种类数量最多，但汤逊湖浮游植物以蓝藻门的伪鱼腥藻属、螺旋浮丝藻和平裂藻属为绝对优势种，其平均密度均达106个细胞/L。总体来说，全湖浮游植物细胞密度较高，达107个细胞/L，内汤逊湖和外汤逊湖藻类群落组成无明显差异。

表1 汤逊湖浮游植物名录（2019 年）

由图2 可以看出，硅藻门、蓝藻门、绿藻门和隐藻门在汤逊湖水体中占总种群的90%以上。蓝藻为绝对优势种，占总比例的33%，其次是硅藻（26%），绿藻（22%）和隐藻（18%）。浮游植物群落具有明显的季节演替规律，蓝藻门、绿藻门、硅藻门始终是浮游植物的优势类群，春季低，夏季高。浮游植物的种群多样性主要受到优势种的物种数量和细胞密度的影响。优势种越多，优势度越少，群落结构越稳定。

图2 汤逊湖浮游植物种群构成

3.2 影响汤逊湖浮游植物群落结构变化的环境因子

建立浮游植物和水环境的相关性对评估浮游植物的变化过程很重要。2019 年2—6 月，对汤逊湖水环境物理化学指标及浮游植物进行调查，研究了汤逊湖浮游植物分布特征、季节演替规律及影响群落结构变化的主要环境因子。

3.2.1 透明度 透明度可以用来预测水体清澈程度和浅水湖泊生态质量，透明度由水体中的悬浮固体颗粒物决定。浮游植物的大量繁殖和腐烂分解的颗粒会导致悬浮固体颗粒物的增加，进而使水体透明度降低。汤逊湖水体透明度为0.18～0.28 m（图3）。

图3 汤逊湖各点位透明度

3.2.2 总磷 磷是浮游植物生长必需的营养元素，被认为是淡水生态系统中最重要的生长限制性因素，尤其是在高磷氮比的湖泊。水体中高含量的磷会直接引起水体富营养化的发生，从而恶化水体。汤逊湖的磷浓度变化不大，且大部分监测点测量结果处于地表水环境质量Ⅱ类标准（范围为0.025～0.050 mg/L），仅有少数点位处于地表水环境质量Ⅲ类标准（范围为0.05～0.10 mg/L）（图4）。

图4 汤逊湖各点位总磷浓度

3.2.3 总氮 总氮表示水体中各个形态的无机和有机氮的总量，包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，通常被用来表示水体受到营养物质污染的程度。汤逊湖中的平均总氮浓度为3.54 mg/L，其中，5 号点位最高值为6.90 mg/L，均超过地表水环境质量Ⅴ类标准，即总氮浓度超过2 mg/L，因此，根据“一票否决”制度，汤逊湖中的平均总氮处于地表水环境质量劣Ⅴ类标准（图5）。

图5 汤逊湖各点位总氮浓度

3.2.4 化学需氧量 汤逊湖水体COD 浓度为46.65～76.75 mg/L，均超过地表水环境质量Ⅴ类标准，均大于40 mg/L，处于地表水环境质量劣Ⅴ类标准（图6）。

图6 汤逊湖各点位化学需氧量浓度

3.2.5 营养盐 水体中营养物质含量的高低对浮游植物生长、繁殖、分布都有重要影响，营养盐浓度的变化会影响浮游植物群落结构特征，同时还会改变浮游植物生物量的大小。水体中营养物质对浮游植物的影响主要表现在氮或磷限制上［7，8］。而汤逊湖蓝藻密度与总氮、氨氮浓度关系不大，但与氮磷比有较强的关联。这表明氮不是汤逊湖限制蓝藻密度的因素，而磷是浮游植物生长关键的营养元素，是淡水生态系统中一个重要的生长限制性因素。在高氮磷比的情况下，较大地限制了蓝藻细胞的生长。对各测量点总磷含量与浮游植物密度进行相关性分析可以推断，磷是影响汤逊湖浮游植物生长的一个重要因素（图7）。

图7 汤逊湖各测量点总磷含量与浮游植物密度的关系

3.3 浮游动物鉴定

研究期间，共检出浮游动物2 类14 种，其中桡足类8 种，枝角类6 种（表2）。

表2 汤逊湖浮游动物名录

由汤逊湖各测量点的浮游动物密度（图8）和生物量分布（图9）可知，外汤逊湖的浮游动物生物量高于内汤逊湖，但总体数据显示汤逊湖浮游动物的生物量较低，平均浮游动物生物量为2.12 mg/L。由于鱼类结构的变化能够改变浮游动物种类和个体大小的组成，从而进一步影响浮游动物对浮游植物的滤食能力，改变水体中浮游植物结构和生物量，进而影响水体的富营养化过程。这种由食物链上层变化产生的对下层浮游植物的影响称为“下行效应”［10-12］。

图8 汤逊湖各测量点浮游动物密度

图9 汤逊湖各测量点浮游动物生物量

4 小结

根据2019 年对汤逊湖水体浮游生物分布的调查，汤逊湖水体藻类总体构成为5 门34 种，包括硅藻门、蓝藻门、绿藻门和隐藻门等，以蓝藻门的伪鱼腥藻属、螺旋浮丝藻和平裂藻属为绝对优势种，其平均密度均达106个细胞/L，藻类群落还具有明显的季节演替规律。

汤逊湖中影响浮游植物群落结构变化的因素主要有2 个，一个是汤逊湖水体中的营养元素的影响，另一个是浮游动物的下行效应对浮游植物生长的影响。以营养盐角度分析，汤逊湖空间差异下的浮游植物群落受营养元素的影响，具体体现在磷元素时空分布的差异导致浮游植物群落生长产生了较大的差异，汤逊湖中磷含量高的测量点对浮游植物群落的生长起到了较大的促进作用，浮游植物密度的增长明显，因此，磷是汤逊湖中对浮游植物群落影响最大的营养元素。

在浮游动物的研究方面，共检出浮游动物2 类14 种，其中桡足类8 种，枝角类6 种，主要分布在外汤逊湖中，内汤逊湖由于大量的养殖渔业导致浮游动物被滤食性的鳙鱼大量滤食，浮游动物的生物量较外汤逊湖低很多，进而从食物链角度来看，浮游植物生长缺少了上一营养级的限制，因此，内汤逊湖的水体适合浮游植物群落的生长，浮游植物的生物量明显高于外汤逊湖。

内汤逊湖浮游植物群落生长的主要影响因子是食物网的下行效应，因此需要使汤逊湖中的浮游动物的生物量得到提高，可对渔场渔业进行控制，减少鳙鱼这类滤食性鱼类的养殖，调控鱼类养殖的比例，使内汤逊湖的水生态系统处于一个稳定的状态。恢复浮游动物对浮游植物的限制作用，减少浮游植物群落的种群密度，从而阻止蓝藻水华的发生，与此同时。对水质的治理也要同步进行。