洪湖流域冬季浮游植物多样性调查与评价

doi:10.11720/wtyht.2024.1044

洪湖流域冬季浮游植物多样性调查与评价

郑雄伟^,¹^,², 胡明毅^,¹, 张芷宜³, 徐元璋², 白洋², 刘磊², 王俊锋²

1.长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100

2.湖北省地质局地球物理勘探大队,湖北武汉 430056

3.湖北工业大学经济与管理学院,湖北武汉 430068

Investigation and evaluation of phytoplankton diversity of the Honghu lake basin in winter

ZHENG Xiong-Wei^,¹^,², HU Ming-Yi^,¹, ZHANG Zhi-Yi³, XU Yuan-Zhang², BAI Yang², LIU Lei², WANG Jun-Feng²

1. School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China

2. Geophysical Exploration Brigade, Hubei Geological Bureau, Wuhan 430056,China

3. School of Economics and Management, Hubei University of Technology, Wuhan 430068,China

通讯作者: 胡明毅(1965-),男,教授,博导,主要从事地质学相关教学和研究工作。Email:humingyi65@163.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2023-02-2 修回日期: 2023-05-27

基金资助:

2021年湖北省省级财政科研项目“洪湖市生态地质调查——以洪湖湿地为例”(MSDZ202108)

Received: 2023-02-2 Revised: 2023-05-27

作者简介 About authors

郑雄伟(1986-),男,湖北省黄冈人,在读博士,高级工程师,主要从事生态环境地球化学调查工作。Email:493928635@qq.com

摘要

为了解洪湖水体中浮游植物的群落结构特征,于2021年10月在洪湖布设 10个采样点进行调查,并采用多样性指数对浮游植物群落进行评价。研究结果表明,洪湖水体中共鉴定出浮游植物6门、49属、66种,其中蓝藻门浮游植物种类最多,其次为硅藻门。洪湖冬季浮游植物生物量变化范围为7.85~42.45 mg/L,平均生物量为22.35 mg/L。根据马格勒夫多样性指数 (M)、香农维纳多样性指数 (H)、辛普森多样性指数 (D)、物种均匀度指数 (J)和物种优势度 (Y) 对水体营养状态进行综合评价,结果表明,洪湖水体为中污染—重污染水平。建议从3个方面改善洪湖水质:①加大洪湖水体保护力度,严格控制下游和周边地区各类水污染物入湖量,对湖区内农村水污染开展及时、高效防治,合理组织水生浮游植物平衡收割;②加强水环境治理,逐渐恢复水体自净能力;③加强宣传力度,定期开展水污染防治教育进农村、进社区、进校园。

关键词： 洪湖流域; 浮游植物; 多样性指数; 调查与评价

Abstract

To discern the community structure of phytoplankton in the water of Honghu Lake Basin, this study deployed 10 sampling sites in Honghu Lake in October 2021, and evaluated the phytoplankton community using the diversity indices. The results show that there were 66 species of phytoplankton belonging to 49 genera in six phyla, of which the cyanophyta was the most species, followed by bacillariophyta. The phytoplankton biomass of the Honghu Lake Basin in winter ranged from 7.85~42.45 mg/L, averaging 22.35 mg/L. A comprehensive evaluation of the nutrient status of the lake water was conducted based on Margalef's richness index (M), Shannon-Weiner's diversity index (H), Simpson's diversity index (D), Pielou's evenness index (J), and the species dominance index (Y), suggesting that the Honghu Lake Basin water was moderately to severely polluted. This study holds that the water quality of the Honghu Lake Basin can be improved from the following aspects: ① The water protection of the Honghu Lake Basin should be enhanced by strictly controlling the inflow of various water pollutants from downstream and surrounding areas, implementing timely and efficient prevention and control of rural water pollution in the lake area, and properly organizing the balanced harvesting of aquatic phytoplankton; ② The water environment treatment should be strengthened to gradually restore the self-purification capacity of the lake water; ③ The publicity efforts should be intensified by regularly conducting educational activities on water pollution prevention and control in rural areas, residential communities, and schools.

Keywords： Honghu Lake Basin; phytoplankton; diversity index; investigation and evaluation

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本文引用格式

郑雄伟, 胡明毅, 张芷宜, 徐元璋, 白洋, 刘磊, 王俊锋. 洪湖流域冬季浮游植物多样性调查与评价[J]. 物探与化探, 2024, 48(2): 555-564 doi:10.11720/wtyht.2024.1044

ZHENG Xiong-Wei, HU Ming-Yi, ZHANG Zhi-Yi, XU Yuan-Zhang, BAI Yang, LIU Lei, WANG Jun-Feng. Investigation and evaluation of phytoplankton diversity of the Honghu lake basin in winter[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(2): 555-564 doi:10.11720/wtyht.2024.1044

0 引言

浮游植物通常指浮游藻类,是湖泊水体生态系统食物链的重要组成部分。藻类的群落结构、种群数量等藻相变化与水环境相适应,随水环境的变化而改变,其组成及其季节变化是反映水体的富营养化程度、水质好坏的重要指标^[1]。目前,浮游植物的调查与研究多以单一水体为主,如水库、湖泊、湿地及河流等,而在同一地区的不同水体之间进行浮游植物多样性调查与评价的研究报道较少^{[2⇓⇓⇓-6]}。

洪湖湿地是长江和汉水支流河之间的洼地区域,作为湖北省第一、全国第七大的淡水湖泊,洪湖湿地既是国家级自然保护区,又是国际重要湿地,发挥着重要的生态功能,在调节区域气候、生态环境和维系生物多样性等重要生态功能中发挥着十分重要的作用。本文通过调查洪湖冬季浮游植物的种类组成及分布情况,全面掌握浮游植物多样性现状,从而进一步深入了解洪湖生态健康现状及富营养化状况,以期为洪湖的保护与管理提供背景数据和参考依据^[7⇓⇓-10]。

1 研究区基本概况

1.1 研究区域概况

研究区位于湖北省东南部,地跨洪湖、监利两市(县)的11个乡镇,涉及洪湖市螺山、滨湖、新堤、沙口、汊河、瞿家湾6个乡(镇、办事处、管理区),监利县福田寺、汴河、棋盘、桥市、白螺5个乡(镇、办事处、管理区),共计 32 个村庄,区内以渔业生产为主,总面积为414.12 km²,见图1。区内四季分明,冬季寒冷干燥,盛行东北季风;夏季气候炎热多雨,多受东南季风或西南季风控制;而春、秋两季为过渡季节,两种季风交替出现。

图1

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图1 研究区地理位置

Fig.1 Geographical location map of the study area

1.2 水文条件

1.2.1 水源及水资源利用

洪湖位于长江中游江汉湖群四湖流域下游,是流域内主要调蓄型湖泊,也是四湖流域中下区洪水的主要承泄区,水源主要来自四湖总干渠。此外,洪湖还承接来自沿湖各乡镇场垸内的渍水。洪湖是江汉平原粮仓重要的灌溉调蓄区,取水原因多样,周边社区的农业灌溉、饮用水源、养殖用水是最主要的取水目的。

1.2.2 水位

洪湖水位变化除与区域内降水丰缺有关外,还与四湖流域降雨、客水直泻、江河水位涨落等有关。自20世纪80年代兴建众多排灌设施以来,洪湖水位开始在人为控制下调节,多年来,已形成了一定规律,大体是每年自4月中下旬起,水位开始上涨,7~8月出现最高水位,9~10月为常年平均水位,10月以后,长江水位下降明显,湖水通过涵闸自流外排,水位下降迅速,直到次年3月,进入洪湖最低水位季节。洪湖多年平均水位24.31 m,历史上最高水位32.15 m,历年最低水位22.30 m。

1.2.3 水量

洪湖的汇水区域为12 000 km²。汇水区多年平均降雨量1 000~1 300 mm,地表水年均径流量1.91×10¹² L,过境客水年均径流量7.8×10¹¹ L,多年平均入湖水量1.96×10¹² L,年均入湖流量5.13×10⁵ L/s,年最大流量7.27×10⁵ L/s。洪湖市流域地势低洼,三面临水,分别由长江、汉水和东荆河环绕,经若干涵闸通过长江对湖内水量进行排蓄和调节。

1.2.4 流域河湖水质污染现状

洪湖流域水系复杂,河网纵横交错,主要有四湖总干渠、螺山干渠、西干渠、排涝河、鼓湖渠等大小河渠100多条。其中,洪湖水面北与四湖总干渠贯通,西与螺山干渠毗邻,南抵么河口闸,东与老内荆河相连。流域水系以四湖总干渠、西干渠、东干渠、田关河、螺山干渠和排涝河为输水骨干,以友谊河、蔡家河、排涝河、子贝渊河、鼓湖渠、太湖港渠、荆州护城河、东荆河、监新河为输水支流。

流域中各支流设置断面点位如下:四湖总干渠包括新滩、瞿家湾、福田泵站3个点位,螺山干渠包括桐梓湖和张家湖2个点位,东荆河包括新河村、新刘家台和汉洪大桥3个点位,鼓湖渠何桥1个点位,西干渠滩河口1个点位,排涝河平桥1个点位,朱家河朱河1个点位,监新河火把提1个点位。主要河流和近年来水质评价结果见图2、表1。

图2

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图2 洪湖流域地理位置示意

Fig.2 Geographical location of Honghu lake basin

表1 洪湖流域内河水质现状

Table 1 Current situation of river water quality in Honghu lake basin

序号	水系	断面所在地	监测断面	规划类别	2013年	2014年	2015年	2016年
1	西干渠	监利	滩河口	Ⅲ	IV	V	V	V
2	四湖总干渠	洪湖	新滩	Ⅲ	Ⅲ	Ⅲ	IV	IV
3		洪湖	瞿家湾	Ⅲ	Ⅲ	Ⅲ	IV	IV
4		监利	福田泵站	Ⅲ	劣V	V	V	V
5	东荆河	荆州	新河村	Ⅲ	V	劣V	劣V	V
6		荆州	新刘家台	Ⅱ	IV	IV	劣V	Ⅲ
7		洪湖	汉洪大桥	Ⅱ		Ⅲ	IV	IV
8	监新河	监利	火把提	Ⅲ	劣V	劣V	劣V	V
9	排涝河	监利	平桥	Ⅲ	劣V	劣V	劣V	V
10	朱家河	监利	朱河	IV	IV	V	V	IV
11	螺山	监利	桐梓湖	Ⅲ	IV	IV	IV	IV
12	干渠	监利	张家湖	Ⅲ	Ⅲ	IV	IV	IV
13	鼓湖渠	荆州	何桥	V	劣V	劣V	劣V	劣V

注:资料来源于荆州市环保局《荆州市地表水环境质量月报》。

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长湖是四湖总干渠的源头,不属于洪湖流域,但其水体好坏直接影响四湖总干渠水质,进而影响洪湖水质。根据2012~2016年荆州市环保局公布的《荆州市地表水环境质量月报》,长湖2012年基本可以达到水质管理目标(Ⅲ类),2013~2015年主要为Ⅴ—劣Ⅴ类,2016年主要为Ⅳ—Ⅴ类。长湖最主要的超标指标为总磷,其次为五日生化需氧量,偶尔伴有石油类和阴离子表面活性剂污染。

2 样品采集与鉴定

2.1 样品采集及处理

根据洪湖的水系特征,在2021 年10月23 日~11 月8日期间,参考洪湖国控和省控监测点,共设置了10个采样点,布点具体详见表2、图3。

表2 采样点位置信息

Table 2 Position information of sampling point

监测点	类别	坐标
W1	国控点	113°24'45.50″,29°56'46.55″
W2	省控点	113°27'15.48″,29°53'45.51″
W3	省控点	113°24'13.34″,29°54'26.72″
W4	省控点	113°23'8.55″,29°51'53.16″
W5	国控点	113°19'20.56″,29°51'34.33″
W6	省控点	113°23'14.22″,29°49'6.45″
W7	国控点	113°15'55.56″,29°53'11.82″
W8	省控点	113°16'0.46″,29°50'23.96″
W9	国控点	113°18'53.58″,29°49'2.91″
W10	省控点	113°20'29.15″,29°46'43.40″

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图3

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图3 采样点位分布

Fig.3 Sampling point distribution

用浮游生物定性网在选定的采样点于水面和0.5 m深处以20~30 cm/s的速度作“∞”形循回缓慢拖动,时间为5~10 min。水样采好后,将网从水中提出,待水滤去,轻轻打开集中杯的活栓,放入贴有标签的标本瓶中,以备室内分类鉴定之用。采集定量样用采水器,采集水样1 L,以备室内分类鉴定之用。

水样采集之后,马上加入10~15 mL鲁哥试剂固定。定量样品经固定后,还要进行浓缩。将已固定的水样放入1 000 mL沉淀器中,静置24~48 h,使其充分沉淀。然后用虹吸管小心缓慢地抽掉上层清液。余下的沉淀物摇动均匀转入30 mL容量瓶或量筒中。

2.2 样品种类鉴定

检测采用光学显微镜,放大倍数10×40,视野直径0.5 mm,用浮游植物框计数,每瓶水样计数100个视野。每瓶样品计数2次,取平均数,每次结果与平均数之差不大于±15%,否则需第三次计数。定量计数以浮游植物属种为计数单元,并按下列公式换算成每升水中浮游植物的数量:

N = \frac{A}{A_{C}} \times \frac{V_{W}}{V} \times n

式中: $N$ 为每升水中浮游植物的数量; $A$ 为计数框面积(mm²); $A_{C}$ 为计数面积(mm²),即视野面积 $\times$ 视野数; $V_{W}$ 为1 L水样经沉淀浓缩后的样品体积(mL); $V$ 为计数框的体积(mL); $n$ 为计数所得的浮游植物的个体数或细胞数。

浮游植物的现存量指的是某一时间内,单位体积水中所存在的浮游植物量,用数目单位表示称为数量,用质量单位表示称为生物量,本次用单位体积水中浮游植物的重量作为定量单位,即生物量(湿质量)。浮游植物的种类鉴定参考《中国淡水藻类: 系统、分类及生态》和《中国常见淡水浮游藻类图谱》^[11-12]。

2.3 生物学评价

生物多样性指数是用于表示多种生物所组成的混合生物群落的数量和种类之间关系的一种指数,是评价水质的重要指标之一。指数值越高,该群落结构越复杂,稳定性越大,水质越好^[13⇓-15]。

为评价洪湖水体的水质情况,采用马格勒夫多样性指数M值、香农维纳多样性指数H值、辛普森指数D值、物种均匀度指数J值和物种优势度Y值对水体营养状态进行综合评价(表3)^{[16⇓⇓⇓-20]},其中马格勒夫多样性指数M值用于评价群落或生态系统的稳定性,计算公式为:M=(S-1)/lnN,式中, S为种类数;N为总个体数。香农维纳多样性指数H值用于评价植物群落局域生境内多样性,计算公式为:H=-∑(n_i/N)·ln(n_i /N),式中: n_i为i种的个体数;N为总个体数。辛普森多样性指数D值用于评价植物群落组织水平,计算公式为:D=N(N-1)/∑n_i (n_i -1),式中: n_i为i种的个体数;N为总个体数。物种均匀度指数J值用于评价植物群落均匀度,计算公式为:J= H /lnS,式中: H为香农维纳多样性指数; S为种类数。物种优势度Y值用于评价某一物种在植物群落中所占优势的程度,计算公式为:Y=(n_i/N) ×f_i, 式中:f_i为第i个物种在采样点的出现频率;n_i为i种的个体数,以 Y>0.02 的种类为优势种,当优势度 Y>0.3 时,认为物种多样性较好。

表3 浮游植物水体营养状态评价的指标及标准

Table 3 Indicators and criteria for evaluation of phytoplankton status in water

评价指数	清洁	轻度污染	中度污染	重污染
马格勒夫多样性指数M	>5	4~5	3~4	0~3
香农维纳多样性指数H	>3	2~3	1~2	0~1
辛普森多样性指数D	>6	3~6	2~3	0~2
物种均匀度指数J	>0.8	0.5~0.8	0.3~0.5	0~0.3

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3 结果与讨论

3.1 物种组成

历史调查数据显示洪湖共有浮游植物7门、77属、280种(包括变种、变形种)。2016年洪湖生态调查共发现浮游植物7门、66属、93种。全湖区域内浮游植物优势种随季节变换而发生显著变化,8月以蓝藻门的微囊藻为优势种;10月以硅藻门的颗粒直链藻为优势种;12月则以金藻门的锥囊藻为主要优势种^[21]。

2019年洪湖生态调查共鉴定到水体有蓝藻门、硅藻门、绿藻门、隐藻门、裸藻门、甲藻门的6门、56属、74种浮游植物,见表4。优势种为颗粒直链藻(melosira granulata)、脆杆藻(fragilaria)、单角盘星藻(pediastrum simplex)、鱼腥藻(anabaena)、双对栅藻(scenedesmus bijuga)及微囊藻(microcystis)等^[21]。

表4 2021年实地调查洪湖流域各采样点冬季浮游植物名录

Table 4 List of winter phytoplankton at sampling sites in Honghu lake basin investigated in 2021

中文名	拉丁名	W1	W2	W3	W4	W5	W6	W7	W8	W9	W10	2019
蓝藻门
鱼腥藻	Anabaena sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
卷曲鱼腥藻	Anabeana circinalis	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
螺旋鱼腥藻	Anabeana spiroides											+
伪鱼腥藻	Pseudoanabaena sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
螺旋藻	spirulina sp.											+
钝顶螺旋藻	spirulina platensis			+				+		+
颤藻	Oscillatoria sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
阿氏颤藻	Oscillatoria agardhii											+
尖头藻	Raphidiopsis sp.		+	+	+	+					+	+
弯形尖头藻	Raphidiopsis curvata											+
中华尖头藻	Raphidiopsis sinensis											+
优美平裂藻	Merismopedia elegans											+
点形平裂藻	Merismopedia punctata			+	+		+		+			+
微小平裂藻	Merismopedia tenuissima											+
细小平裂藻	Merismopedia minima	+		+		+			+
蓝纤维藻	Dactylococcopsis sp.											+
蓝藻门
针晶蓝纤维藻	Dactylococcopsis rhaphidioides											+
色球藻	Chroococcus sp.											+
小型色球藻	Chroococcus minor											+
微囊藻	Microcystis sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
鞘丝藻	Lyngbya sp.											+
细鞘丝藻	Leptolyngbya sp.						+		+		+
棒条藻	Rhabdoderma sp.											+
束丝藻	Aphanizomenon sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
拟柱胞藻	Cylindrospermopsis sp.											+
依沙矛丝藻	Cuspidothrix issatschenkoi	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
硅藻门
小环藻	Cyclotella sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
桥弯藻	Cymbella sp.			+	+						+	+
舟形藻	Navicula sp.			+		+						+
双头辐节藻	Stauroneis anceps											+
针杆藻	Synedra sp.	+	+	+	+		+	+	+	+	+	+
尖针杆藻	Synedra acus											+
放射针杆藻	Synedra actinastroides											+
菱形藻	Nitzschia sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
脆杆藻	Fragilaria sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
颗粒直链藻	Melosira granulata	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
颗粒直链藻极狭变种	Melosira granulata var. angustissima f.spiralis	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
颗粒直链藻极狭变种螺旋变型	Melosira granulata var. angustissima f.spiralis	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
变异直链藻	Melosira varians	+			+	+
模糊直链藻	Melosira Ambigua	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
卵形藻	Cocconeis sp											+
扁圆卵形藻	Cocconeis placentula	+	+			+			+		+
新月拟菱形藻	Nitzschiella closterium											+
扎卡四棘藻	Attheya zachariasi	+	+	+	+					+
异极藻	Gomphonema			+			+
曲壳藻	Achnanthes sp.						+
绿藻门
衣藻	Chlamydomonas sp.	+	+	+	+	+	+	+			+	+
翼膜藻	Pteromonas sp.											+
四鞭藻	Carteria sp.											+
小球藻	Chlorella sp.											+
绿球藻	Chlorococcum sp.											+
空球藻	Eudorina sp.											+
栅藻	Scenedesmus sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
双对栅藻	Scenedesmus bijuga											+
四尾栅藻	Scenedesmus quadricauda	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
斜生栅藻	Scenedesmus obliquus											+
双尾栅藻	Scenedesmus bicaudatus	+	+	+		+	+	+	+	+	+
齿牙栅藻	Scenedesmus denticulatus					+
二形栅藻	Scenedesmus dimorphus	+	+	+	+	+	+	+	+	+
扁盘栅藻	Scenedesmus platydiscus	+	+						+
四角藻	Tetraedron sp.	+	+	+		+	+		+	+	+
三角四角藻	Tetraedron trigonum	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
具尾四角藻	Tetraedron caudatum											+
四星藻	Tetrastrum sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
异刺四星藻	Tetrastrum heterocanthum											+
单角盘星藻	Pediastrum simplex			+		+		+	+		+	+
二角盘星藻	Pediastrum duplex	+				+					+
绿藻门
双射盘星藻	Pediastrum biradiatu m											+
四角盘星藻	Pediastrum tetras	+	+	+	+	+	+	+	+		+	+
十字藻	Crucigenia sp.											+
顶锥十字藻	Crucigenia apiculata	+	+			+	+	+	+
直角十字藻	Crucigenia rectangularis							+
四足十字藻	Crucigenia tetrapedi	+			+	+					+
月牙藻	Selenastrum bibraianum	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
顶棘藻	Chodatella sp.											+
四刺顶棘藻	Chodatella quadriseta								+
粗刺四棘藻	Treubaria crassispina											+
网球藻	Dictyosphaerium sp.	+	+		+	+		+	+		+	+
蹄形藻	Kirchneriella sp.											+
蹄形藻	Kirchneriella lunaris	+	+		+	+
肾形藻	Nephrocytium sp.											+
纤维藻	Ankistrodesmus sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
丛球韦斯藻	Westella botryoides	+	+		+							+
空星藻	Coelastrum sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
小孢空星藻	Coelastrum microporum											+
角星鼓藻	Staurastrum sp.		+								+	+
角丝鼓藻	Desmidium sp.											+
新月藻	Closterium sp.	+		+	+	+	+			+		+
卵囊藻	Oocystis sp.	+	+	+	+	+	+		+		+	+
弓形藻	Schroederia sp.	+	+	+	+	+	+		+	+		+
硬弓形藻	Schroederia robusta											+
鼓藻	Cosmarium sp.	+	+	+		+		+				+
集星藻	Actinastrum sp.											+
并联藻	Quadrigula sp.	+				+
丝状绿藻	Ulothrix sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
游丝藻	Planctonema sp.	+	+	+	+		+			+	+
转板藻	Mougeotia sp.	+	+	+	+	+		+	+
隐藻门
蓝隐藻	Chroomonas sp.											+
尖尾蓝隐藻	Chroomonas acuta	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
隐藻	Cryptomonas sp.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
啮蚀隐藻	Cryptomonas erosa			+	+	+
甲藻门
裸甲藻	Gymnodinium sp.											+
多甲藻	Peridinium sp.											+
薄甲藻	Glendinium sp.	+					+
裸藻门
陀螺藻	Strombomonas sp.											+
裸藻	Euglena sp.	+										+
囊裸藻	Trachelomonas sp.						+					+
扁裸藻	Phacus sp.					+			+

注:“+”表示鉴定到的种类。

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通过本次调查,共发现浮游植物6门、49属、66种,其中蓝藻门10属、12种,占18.18%;硅藻门11属、15种,占22.73%;绿藻门22属、32种,占48.48%;隐藻门2属、3种,占4.55%;甲藻门1属、1种,占1.51%;裸藻门3属、3种,占4.55%。浮游植物种类组成情况见图4。优势物种主要有蓝藻门的微囊藻属一种、鱼腥藻属一种、束丝藻属一种、依沙矛丝藻、颤藻属一种、伪鱼腥藻、硅藻门的小环藻属一种以及颗粒直链藻极狭变种,其中束丝藻属一种优势度最高,物种优势度Y值为0.26,见表5,优势物种显微照片见图5。

图4

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图4 洪湖流域浮游植物组成情况

Fig.4 Phytoplankton composition in Honghu lake basin

表5 洪湖流域浮游植物优势种

Table 5 Dominant species of phytoplankton in Honghu lake basin

门	种	拉丁名	优势度
蓝藻门	微囊藻	Microcystis sp.	0.02
	鱼腥藻	Anabaena sp.	0.04
	束丝藻	Aphanizomenon sp.	0.26
	依沙矛丝藻	Cuspidothrix issatschenkoi	0.05
	颤藻	Oscillatoria sp.	0.17
	伪鱼腥藻	Pseudoanabaena sp.	0.23
硅藻门	小环藻	Cyclotella sp.	0.04
硅藻门	颗粒直链藻极狭变种	Melosira granulata var. angustissima f.spiralis	0.02

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图5

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图5 优势物种显微照片

Fig.5 Micrographs of dominant species

3.2 密度和生物量

本次调查各点位藻细胞密度变化范围为(173.05~980.78)×10⁵个/L,平均密度为605.54×10⁵个/L,藻细胞数量蓝藻门占比较高,其次是硅藻门、绿藻门。各点位浮游植物藻细胞密度见图6、表6。

图6

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图6 各点位藻细胞密度组成占比

Fig.6 The density proportion of algal cells at each site

表6 浮游植物藻细胞密度

Table 6 Phytoplankton algal cell density 10⁵个/L

采样点	蓝藻门	硅藻门	绿藻门	隐藻门	甲藻门	裸藻门	合计
W1	130.13	23.13	17.47	2.26	0.04	0.02	173.05
W2	249.18	44.91	32.58	1.94	0	0	328.61
W3	559.42	49.18	29.64	3.12	0	0	641.36
W4	724.49	77.96	56.13	5.38	0	0	863.96
W5	134.85	28.71	22.21	1.71	0	0.02	187.50
W6	813.52	72.43	41.09	3.06	0.09	0.09	930.28
W7	691.57	56.47	61.97	4.28	0	0	814.29
W8	819.55	98.51	59.95	2.46	0	0.31	980.78
W9	472.75	44.82	27.42	3.67	0	0	548.66
W10	418.46	108.49	56.74	3.17	0	0	586.86
平均	501.39	60.46	40.52	3.11	0.01	0.05	605.54

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各点位藻细胞生物量变化范围为7.85~42.45 mg/L,平均生物量为22.35 mg/L,与密度情况类似,藻细胞生物量蓝藻门占比较高,其次是硅藻门。各点位浮游植物生物量见表7、图7。

表7 浮游植物生物量

Table 7 Phytoplankton biomass mg/L

采样点	蓝藻门	硅藻门	绿藻门	隐藻门	甲藻门	裸藻门	合计
W1	6.84	2.15	0.38	0.08	0.02	0.02	9.49
W2	10.68	5.22	0.82	0.05	0	0	16.77
W3	16.64	3.35	0.89	0.14	0	0	21.02
W4	16.93	4.12	1.10	0.19	0	0	22.34
W5	5.41	2.00	0.36	0.06	0	0.02	7.85
W6	27.15	4.77	0.94	0.10	0.05	0.002	33.012
W7	25.53	4.01	1.65	0.13	0	0	31.32
W8	34.67	6.17	1.21	0.09	0	0.31	42.45
W9	14.57	2.92	0.58	0.13	0	0	18.20
W10	11.44	8.19	1.19	0.12	0	0	20.94
平均	16.99	4.29	0.91	0.11	0.01	0.04	22.35

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图7

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图7 浮游植物生物量组成占比

Fig.7 Proportion of phytoplankton biomass composition

3.3 水质营养状态评价

本次调查的10个采样点位马格勒夫多样性指数M值范围为1.80~2.94,平均值为2.35;香农维纳多样性指数H值范围为2.13~2.51,平均值为2.33;辛普森多样性指数D值范围为0.69~0.79,平均值为0.73;均匀度指数J值范围为0.20~0.29,平均值为0.24,见表8。多样性指数变化见图8。

表8 各采样点浮游植物群落多样性指数

Table 8 Diversity index of phytoplankton communities at different sampling sites

采样点	M值	评价等级	H值	评价等级	D值	评价等级	J值	评价等级	指数综合评价
W1	2.94	重污染	2.45	中污染	0.72	重污染	0.20	重污染	中污染—重污染
W2	2.50	重污染	2.48	中污染	0.73	重污染	0.24	重污染	中污染—重污染
W3	2.50	重污染	2.25	中污染	0.70	重污染	0.23	重污染	中污染—重污染
W4	2.35	重污染	2.24	中污染	0.69	重污染	0.21	重污染	中污染—重污染
W5	2.90	重污染	2.51	中污染	0.79	重污染	0.27	重污染	中污染—重污染
W6	2.25	重污染	2.13	中污染	0.69	重污染	0.26	重污染	中污染—重污染
W7	1.95	重污染	2.30	中污染	0.72	重污染	0.25	重污染	中污染—重污染
W8	2.25	重污染	2.29	中污染	0.73	重污染	0.29	重污染	中污染—重污染
W9	1.80	重污染	2.24	中污染	0.75	重污染	0.22	重污染	中污染—重污染
W10	2.10	重污染	2.49	中污染	0.76	重污染	0.23	重污染	中污染—重污染

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图8

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图8 浮游植物多样性指数

Fig.8 Phytoplankton diversity index

从4种指数的水质生物学评价结果来看,所选采样点的评价结果基本上一致。综合4种指数评价洪湖水质,采样点1~10均为中污染—重污染水平;水质相对最好的是采样点为1和5,采样点2、3、4次之,采样点9最差,基本呈现出从上游到下游水质逐渐变差的趋势,这与不同研究人员通过不同模型对洪湖流域生态环境状况的预测结果较为一致。结合研究区环境概况,推测出现这种趋势的原因为:①洪湖上游少有城镇居民的生活污水等重大污染源是上游水质较好的主要原因。②洪湖下游周边水产养殖业的增加,尤其是密集的投饵网箱养殖,使水体的营养物质进一步增加,加速了营养化的进程。③洪湖下游周边有较多的城镇居民,城镇居民的生活污水可能直接排入下游水域,是导致下游水质相对较差的主要原因^[17]。

4 结论及建议

1)本次共鉴定出洪湖流域有浮游植物6门、49属、66种,其中蓝藻门10属、12种,占18.18%;硅藻门11属、15种,占22.73%;绿藻门22属、32种,占48.48%;隐藻门2属、3种,占4.55%;甲藻门1属、1种,占1.51%;裸藻门3属、3种,占4.55%。

2)各点位藻细胞生物量变化范围为7.85~42.45 mg/L,平均生物量为22.35 mg/L,与密度情况类似,藻细胞生物量蓝藻门占比较高,其次是硅藻门。

3)综合4种指数评价洪湖水质,采样点1~10均为中污染—重污染水平;水质相对较好的是采样点1和5,采样点2、3、4次之,采样点9最差,基本呈现出从上游到下游水质逐渐变差的趋势。

4)针对前述发现的问题,建议从以下几点着手解决:①加大洪湖水体保护力度,严格控制下游和周边地区各类水污染物入湖量,对湖区内农村水污染开展及时、高效防治,合理组织水生浮游植物平衡收割;②加强水环境治理,逐渐恢复水体自净能力;③加强宣传力度,定期开展水污染防治教育进农村、进社区、进校园。

5)此次调查只局限于冬季,仅仅是基于一次采样的数据,调查区域后续仍要进行其他季节以及年度的跟踪监测,更好地为当地管理部门掌握水生态健康及水污染治理提供基础数据。

致谢

对在工区工作的同仁表示由衷的敬意,感谢中国科学院南京地理与湖泊研究所王晓龙研究员对文章的审阅。样品分析由自然资源部武汉岩矿测试中心曾慧美、张响蓉等协助完成,在此一并表示感谢!

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

朱为菊, 庞婉婷.

淮河流域春季浮游植物群落结构特征及其水质评价

[J]. 湖泊科学, 2017, 29(3):637-645.