大明湖浮游生物群落结构调查

贾丽，黄雪梅，张秋英，陈琪，刘佳欣，白海锋

（1.济南市水文中心，山东 济南 250013；2.济南天下第一泉风景区服务中心，山东 济南 250000；3.大连海洋大学水产与生命学院，辽宁大连 116023；4.陕西省黄河研究院，陕西 西安 710127）

大明湖（36°40'N，117°01'E）位于山东省济南市历下区北部，是由济南众多泉水汇流而成，湖水经泺水河注入小清河，面积46.0 hm2，平均水深2~3 m[1]。大明湖属暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季雨量集中，秋季温和凉爽，冬季雪少寒冷。湖区年平均气温14.2 ℃，极端最高气温42.5 ℃（7 月份），极端最低气温-18.9 ℃（1 月份）。年平均日照时数为2 444 h，年平均无霜期251 d，年平均降水量为685 mm，年最大降水量822 mm，年平均相对湿度65.4% ，年平均风速2.7 m/s[2]。

浮游生物是水生态系统中重要的组成部分，对环境变化敏感。通过“上行效应”调节生态系统平衡，是评价水环境质量变化与水生态系统健康的重要指示生物[3]。近年来，随着大明湖周边城市化进度的加快，人类频繁的社会活动、过度的养殖捕捞、水体污染和大气污染等，对湖区生态环境造成了严重影响，导致浮游生物的生存环境发生了变化，群落结构出现了演替[4]。现对大明湖浮游生物群落和多样性进行调查，拟为济南地区水生生物资源的保护和水生态健康评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 调查时间及点位

2021 年9—10 月份。设置4 个调查点位（D1—D4）（图1）。其中，D1 位于湖的西部敞水区，D2 位于湖的中部敞水区，D3 位于湖的东部敞水区，D4 位于小东湖区。在每个调查点位设置3 个平行采样点，共12 个。

图1 大明湖调查点位

1.2 浮游生物采集与种类鉴定

根据大明湖水流及水深的具体情况，以及《内陆水域渔业自然资源调查手册》，对浮游动、植物进行定性和定量采样。

浮游植物定性采样：用25 #浮游生物网采集，在水面下0.5 m 处呈“∞”形拖拽；定量采样：用5 L有机玻璃采水器，在水面下0.5 m 处采集水样1 L。现场在定性、定量样品中加入1.5%（体积比）鲁哥试剂固定，带回实验室，静置沉淀24 h 后浓缩至30 mL待检。浮游植物的细胞计数用400 倍生物显微镜，种类鉴定参照文献[5]。

浮游动物的定性采样方法同浮游植物。定量采样：使用5 L 有机玻璃采水器，采集上、中、下3 层水样并均匀混合；轮虫和原生动物定量采样方法：从混合水样中取1 L，加入1.0%（体积比）鲁哥试剂固定，带回实验室，沉淀24 h 后，浓缩并定容至30 mL。枝角类与桡足类定量采样方法：采水器取均匀混合水样50 L，用25# 浮游生物网过滤浓缩，用4%的甲醛溶液现场固定后，带回实验室镜检、分类与计数，种类鉴定参照文献[6]。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 浮游生物群落多样性

采用Shannon-Wiener 多样性指数（H′）对浮游生物物种进行分析。计算公式为：H′=-∑Pilog2Pi。式中：Pi——第i种的个体数与总个体数的比值。生物多样性指数水质评价标准见表1。

表1 生物多样性分级及水质评价标准[7]

1.3.2 浮游生物群落优势种优势种的确定采用优势度（Y），计算公式为：

式中：Ni——第i种生物的个体数，个；N——所有种类的总个体数，个；fi——某种浮游生物出现的频率，%。Y≥0.02 的物种确定为优势种[8]。

2 结果与分析

2.1 浮游生物群落组成

大明湖共鉴定出浮游植物5 门49 种，绿藻门（24 种）最为丰富，其次是硅藻门（15 种）、蓝藻门（6种）、隐藻门（3 种）和裸藻门（1 种）（图2）。各调查点位浮游植物的门类组成和物种数存在差异，其中种类数最多的调查点位是D2（25 种）。

图2 浮游植物种类组成

浮游动物共鉴定出4 类10 种，其中原生动有4 种，占比为40.00%；轮虫3 种，占总种类30.00%；枝角类和桡足类共占30.00%（图3）。浮游动物种类组成在不同调查点位上存在差异，其中种类数最多的调查点位是D1（6 种）。

图3 浮游动物种类组成

2.2 浮游生物密度和生物量

浮游植物密度为9.73×106~40.90×106cells/L，平均密度为26.31×106cells/L，其中蓝藻门种类的密度最大，占比52.87%，其次是绿藻门（图4）。生物量为21.561~33.177 mg/L，平均生物量为28.964 mg/L，其中硅藻门种类生物量占62.46%，其次是绿藻门。浮游植物密度和生物量在各调查点位存在差异。

图4 浮游植物密度和生物量占比

浮游动物密度为2.80~6.00 ind./L，平均密度为3.80 ind./L，密度主要取决于轮虫，占比62.79%。生物量为0.011~0.028 mg/L，平均生物量为0.018 mg/L，轮虫占总生物量的45.33%（图5）。浮游动物密度和生物量在各调查点位存在差异。

图5 浮游动物密度和生物量占比

2.3 浮游生物优势种及多样性

浮游植物优势种有8 种。其中绿藻门4 种，双棘栅藻（Scenedesmus bicaudatus）、四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）、二形栅藻（Scenedesmus dimorphus）和直角十字藻（Crucigenia rectangularis）；蓝藻门3 种，微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、点状平裂藻（Dinoflagellates punctate）和中华尖头藻（Raphidiopsis sinensia）；硅藻门1 种，肘状针杆藻丹麦变种（Synedra ulna var. danica）。

浮游动物优势种有8 种。其中原生动物2 种，球形砂壳虫（Difflugia globulosa）和盘状表壳虫（Arcella discoides）；轮虫3 种，萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）、裂足臂尾轮虫（Brachionus diversicornis）和前节晶囊轮虫（Asplachna priodonta）；枝角类1 种，长额象鼻溞（Bosmina Longirostirs）；桡足类2 种，英勇剑水蚤（Cyclops strennus）和无节幼体（Nauplius）。

浮游植物H′为2.123~2.937，平均值为2.554，最高值出现在D1 调查点位，最小值出现在D3 调查点位；浮游动物H′为1.664~2.521，平均值为1.935，最高值出现在D1 调查点位，最小值出现在D2 调查点位（图6）。参照生物多样性指数水质评价标准[7]，依据浮游植物和浮游动物多样性指数，大明湖秋季水质呈现中污染。

图6 浮游生物Shannon-Wiener 多样性指数

3 讨论

浮游生物的生活史与湖泊的自然水文密切相关，其种类、密度和多样性直接影响生态系统的结构和功能。本次调查共鉴定浮游生物59 种，以绿藻和原生动物占主导，优势种主要为中华尖头藻、四尾栅藻、萼花臂尾轮虫和前节晶囊轮虫，其种类组成具有典型的北方湖库浮游生物群落结构特征[9-10]。相比2015 年大明湖调查的36 种浮游植物[11]，本次调查的浮游植物种类数有所增加，而与同一区域的小清河济南段28 种浮游动物[12]相比，本次调查种类数相对较少。种类及优势种间的差异主要与该湖泊所处的地理位置和生态环境有关。

浮游生物多样性指数是表示生物群落内种类多样性的程度的量纲数值，通过结合生物种类、数量等参数，客观地反映生境对生物产生的综合累积效应，多样性指数越高，群落结构越稳定[13]。本次调查中，大明湖浮游生物多样性指数为1.664~2.937，平均值2.245，整体处于较好水平；综合浮游植物和浮游动物水质评价标准，该湖区水质处于中污染状态，与2017 年大明湖（1.144）[14]水质相比，有很大提高，与小清河济南段春季水质（2.740）[15]基本相同。整体看来，与济南其他水域相比，大明湖水质有所提高。

大明湖是由城内泉水和河水汇流而成的天然湖泊，其清洁水源主要来自市区诸泉的汇聚。据分析，大明湖每天需要清洁水源3.83×104m3，经过扩建后，总面积由74.0 hm2扩大到103.4 hm2，新增水面11.7 hm2，湖内环境容量有所提高[16]。近几年，虽然经过底泥疏浚、环湖截污、种植水生植物和控制渔业发展等一系列综合整治措施，湖区透明度提高，水体富营养化得到缓解，但由于湖区内水体流动速度较慢，蕴含丰富营养盐的内源沉积物污染源仍然存在，湖水富营养化反弹频繁。因此，首先应继续加大治污力度，收集和拦截全部排向大明湖的生活污水，实现污水的“零入湖”。同时增加湖区喷水设施，加强水体与空气的交换，提高水体的自净能力。其次，根据湖库水体保护要求，在湖区种植水生植物等，增强水体的生态调节能力，减少内源沉积污染物的潜在污染。此外，在保护水环境质量的同时，通过科学增殖放流，合理利用水体，以渔净水，为济南市水生态保护和区域高质量发展提供有力支撑。