漢陽地區五個湖泊沉水植物分布及富營養化現狀

劉紅艷，熊 飛，宋麗香，楊 毅

(江漢大學生命科學學院，武漢 430056)

漢陽地區五個湖泊沉水植物分布及富營養化現狀

劉紅艷，熊 飛，宋麗香，楊 毅

(江漢大學生命科學學院，武漢 430056)

2011年7月—2012年4月對武漢市漢陽地區五個湖泊(后官湖，三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖)的水質及沉水植物進行了季節性調查，以了解湖泊富營養化現狀及其對沉水植物的影響。結果顯示：后官湖為中營養，而三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖為重度富營養，其中龍陽湖污染最重。共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，主要種類為金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、苦草(Vallisneriaspiralis)和菹草(Potamogetoncrispus)。沉水植物主要分布在后官湖沿岸帶，其它四個湖泊中沉水植物已嚴重退化，僅在部分水域偶見。后官湖沉水植物蓋度和生物量最大值出現在10月，分別為67.5%和5.58 kg/m2，1月份較低，分別為29.3%和1.88 kg/m2，優勢種存在明顯的季節更替。結果表明，漢陽地區湖泊沉水植物退化與富營養化引起的水下光照下降和高密度的水產養殖有關。

富營養化；沉水植物；水質；后官湖；城市湖泊

富營養化是當前我國湖泊面臨的主要環境問題之一。湖泊富營養化可引起一系列的連鎖反應，導致湖泊生態系統的惡性發展。沉水植物是湖泊的初級生產者，在湖泊生態系統的生物、物理和化學過程中發揮著重要作用[1]。沉水植物不僅為魚類、附著生物、浮游動物和底棲動物等提供食物或棲息場所，而且還影響著這些生物的相互作用[2]。沉水植物具有促沉、吸收營養鹽、增加溶解氧、克藻等生態功能，從而使水體保持清水狀態[3-4]。隨著人類活動的加劇，入湖污染負荷增加，許多湖泊富營養化趨勢加劇，生態系統退化。許多湖泊已經或正在由“草型”變為“藻型”[5]。沉水植物衰退將影響水體的自凈能力[6]，造成生物多樣性降低和食物網簡化，影響生態系統完整性和穩定性[7]。

沉水植物恢復或重建是當前湖泊富營養化治理和生態修復的重要內容，而明確沉水植物的分布及影響因子是進行沉水植物重建或修復的前提[8]。在一定范圍內，營養鹽水平的提高，有利于沉水植物的發展，但過量的營養鹽會刺激藻類爆發，引起一系列的生態惡化，影響沉水植物生存[9]。高濃度的營養鹽負荷、水下光照下降和魚類牧食等是影響沉水植物衰退的主要因子[9-10]，其中水下光照被認為是影響沉水植物生長和分布的主要限制因子[11-13]。

武漢市漢陽地區東臨長江、北依漢水，湖泊眾多。為改善城市湖泊水環境，武漢市政府從2007年開始實施湖泊連通工程，旨在讓該區域內的龍陽湖、墨水湖、三角湖、南太子湖和后官湖等相互連通起來，并與長江、漢江相通，構建動態水網[14]。隨著城市的快速發展，水體富營養化趨勢仍然嚴峻[15]。劉耀彬等[16]報道了漢陽地區湖泊的營養狀態，董元火等[17]報道了三角湖的沉水植物群落。隨著水環境壓力加劇，這些湖泊水質和沉水植物發展趨勢如何？2011年7月—2012年4月對漢陽地區五個湖泊的水質和沉水植物進行了季節性調查，以了解這些湖泊的富營養化狀態及沉水植物分布，探討影響沉水植物分布和動態變化的影響因子，為城市湖泊富營養化防治和生態修復提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

后官湖、三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖位于武漢市漢陽地區，均為城市小型淺水湖泊。目前這些湖泊均承包給個人或集體進行水產養殖活動，特別是三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖等4個湖泊在進行高密度的魚類養殖。后官湖部分湖區在進行中華絨螯蟹圍網養殖。后官湖面積11.33 km2，最大水深3.0 m，其它湖泊面積<3 km2，水深<2 m[18]。于2011年 7月和10月，2012年1月和4月對這些湖泊水質和沉水植物進行調查。根據各湖泊形態特點，在沿岸帶和湖心區設置采樣點，共計50個，其中沿岸帶25個，湖心區25個(圖1)。后官湖樣點16個，三角湖10個，南太子湖8個、墨水湖8個，龍陽湖8個。每個樣點用GPS(GARMIN60CSx)定位。對各樣點水深、透明度、水溫和pH值等理化參數進行現場測定。水深用便攜式聲納儀測量，透明度用賽氏盤測量，水溫和pH值用SX751型多參數水質儀測量。用2.5 L柱狀采水器采集水樣，水深<1 m時，取距表層0.5 m水樣，水深>1 m時，取距表層0.5 m和距底層0.5 m水等體積混合，取1 L帶回實驗室分析水質。沉水植物用0.5 m×0.5 m帶網采草夾采集，每個樣點采集2～3次。將采集的沉水植物洗凈，去除雜物和附著生物，按種類分別稱取濕重，計算生物量。每個樣點用目測估測沉水植物蓋度[19]。

圖1 研究湖泊位置及樣點設置

1.2 分析測試

水質分析包括總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a)和化學需氧量(CODcr)等指標?？偟脡A性過硫酸鉀法測定，總磷含量用過硫酸鉀消解鉬銻抗比色法測量，葉綠素a用丙酮提取法，化學需氧量用重鉻酸鉀法[20]。

1.3 數據分析

用綜合營養狀態指數(TLI(∑))評價湖泊營養狀態，該方法綜合考慮了總氮、總磷、透明度、葉綠素a和高錳酸鹽指數(CODMn)五個水質參數，評價標準為：TLI(∑)<30，為貧營養；30≤TLI(∑)≤50，為中營養；5070，為重度富營養[21]。由于水質分析測試時沒有測定高錳酸鹽指數，參考化學需氧量和高錳酸鹽指數的定量關系，將化學需氧量值轉化為高錳酸鹽指數[22]。

沿岸帶和湖心區沉水植物生物量、蓋度和環境參數的均值比較采用獨立樣本t檢驗，使用SPSS軟件。

2 結果與分析

2.1 湖泊水質

漢陽地區五個湖泊的水體理化指標見表1。水體總氮、總磷含量趨勢為龍陽湖>墨水湖>南太子湖>三角湖>后官湖。后官湖污染最輕，總氮為(1.62±0.70) mg/L，總磷為(0.05±0.01) mg/L，龍陽湖污染最嚴重，總氮高達(17.52±2.89) mg/L，總磷高達(0.94±0.33) mg/L。葉綠素a含量反映了湖中藻類生長狀況，后官湖僅為6.66 μg/L，其它湖泊為50 μg/L以上，特別是龍陽湖高達 95.85 μg/L。后官湖水體透明度最高，平均透明度高于1 m，而其它湖泊透明度在0.5 m以內。透明度與水深的比值后官湖大于0.5，而其它湖泊均小于0.5，龍陽湖最低，僅為0.20，表明后官湖水下光照較好，而其它湖泊水下光照較差。

表1 漢陽五個湖泊水體理化指標

Tab.1 Water physical-chemical parameters of five lakes in Hanyan region

指標后官湖三角湖南太子湖墨水湖龍陽湖水深/m1.51±0.140.88±0.101.02±0.151.92±0.051.57±0.07透明度/m1.15±0.070.41±0.050.33±0.030.44±0.030.31±0.04透明度/水深0.760.460.320.230.20水溫/℃21.53±4.8321.48±4.5020.60±4.1721.42±4.4621.14±4.64pH值7.76±0.428.45±0.018.07±0.337.30±0.337.56±0.46總氮/(mg/L)1.62±0.414.20±0.604.83±0.766.55±0.9817.52±1.62總磷/(mg/L)0.05±0.010.23±0.050.26±0.050.33±0.070.94±0.19葉綠素a/(μg/L)6.66±1.9553.68±21.5078.15±28.1261.29±30.1295.85±47.09化學需氧量/(mg/L)15.05±5.4536.51±7.4434.58±4.4243.65±6.7163.99±13.65

各湖泊綜合營養狀態指數季節變化不明顯(P>0.05)(圖2)。后官湖綜合營養狀態指數最低，為48±2，龍陽湖最高，為84±4，三角湖、南太子湖和墨水湖相近，在71～74之間。綜合營養狀態指數表明，后官湖為中營養，其它湖泊均為重度富營養，其中龍陽湖富營養化程度最重。

圖2 漢陽五個湖泊綜合營養狀態指數

2.2 沉水植物種類組成

在漢陽湖泊共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，其中眼子菜屬種類最多，共3種。主要種類為金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、苦草(Vallisneriaspiralis)和菹草(Potamogetoncrispus)。沉水植物主要分布在后官湖，而三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖等湖泊沉水植物已嚴重退化，僅在部分水域偶見(表2)。

表2 漢陽五個湖泊沉水植物種類(2011～2012)

Tab.2 Species list of submerged macrophytes of five lakes in Hanyang region (2011～2012)

科名種類后官湖三角湖南太子湖墨水湖龍陽湖金魚藻科Ceratophyllaceae金魚藻Ceratophyllumdemersum++±小二仙草科Haloragidaceae穗狀狐尾藻Myriophyllumspicatum+水鱉科Hydrocharitaceae苦草Vallisneriaspiralis++眼子菜科Potamogetonaceae菹草Potamogetoncrispus++±±±馬來眼子菜P.malainus±篦齒眼子菜P.pectinatus±茨藻科Najadaceae大茨藻Najasmarina+

注：“±”表示偶見，“+”表示少，“++”表示多。

2.3 沉水植物時空分布

后官湖沿岸帶沉水植物蓋度和生物量最大值出現在10月，分別為67.5%和5.58 kg/m2，1月較低，分別為29.3%和1.88 kg/m2；優勢種也存在明顯的季節更替，7月優勢種為金魚藻，10月為苦草，1月為金魚藻和苦草，4月為菹草(圖3)。

圖3 后官湖沿岸帶沉水植物蓋度和生物量季節變化

沉水植物主要分布在沿岸帶，湖心區沉水植物僅2011年10月在部分水域采集到苦草。環境因子對比分析表明，沿岸帶總氮、總磷和葉綠素a與湖心區差異不顯著(P>0.05)，而沿岸帶水深、透明度/水深與湖心區差異顯著(P<0.05)。沿岸帶水深較淺，透明度/水深比值較高，平均值0.92±0.07，而湖心區較深，透明度/水深比值較低，平均值0.62±0.18，表明沿岸帶水下光照條件好于湖心區。2011年10月在北部湖心區部分水域采集到苦草，可能與當年10月份后官湖水位較低，湖心區透明度/水深比值增大，水下光照條件較好有關(圖4)。

圖4 后官湖水深、透明度/水深比值的季節變化

3 討論

3.1 湖泊富營養化趨勢

湖泊富營養化是我國當前面臨的主要環境問題之一，特別是隨著城市建設的大規模發展，城市湖泊富營養趨勢嚴重[23]。2001—2003年后官湖為中營養，三角湖為輕度富營養，南太子湖、墨水湖和龍陽湖為重度富營養[16,24]。本研究顯示，南太子湖、墨水湖和龍陽湖污染仍然非常嚴重，為重度富營養；后官湖和三角湖的污染加劇，特別是三角湖已變為重度富營養。這與兩個湖泊所在的經濟技術開發區城市的快速發展有關，后官湖和三角湖已逐漸由城郊湖變成了城中湖，人類活動加劇引起的入湖污染物增加加劇了這些湖泊的富營養化過程[25]。

后官湖、三角湖和龍陽湖的水質功能保護目標定位為III類，南太子湖和墨水湖為IV類[26]。本研究顯示，按《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)[27]，從總氮指標看，后官湖為V類，其它湖泊均為劣V類；從總磷指標看，后官湖為III類，其它均為劣V類。除后官湖外，其它湖泊污染嚴重。如在龍陽湖的南部湖區，受工業廢水排入的影響，水體黑臭，沒有底棲動物生存[15,18]。

3.2 沉水植物衰退影響因子

由于水體富營養化加劇，沉水植物衰退甚至消失的現象在世界范圍內普遍出現[8,28]。我國許多湖泊都出現了由“草型”向“藻型”轉換的現象[29]。本研究表明，除后官湖外，其它4個湖泊均為藻型湖泊，葉綠素a含量高到50 μg/L以上，而沉水植物已嚴重退化。2007年的調查顯示[17]，三角湖曾分布有沉水植物7種：輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草、穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、日本茨藻(Najasgracillima)、大茨藻(N.marina)、眼子菜(Potamogetondistinctus)和金魚藻。而在本調查中，僅2012年1月在湖區北部偶見少量新生菹草。大尺度的調查表明，沉水植物主要分布在中營養和輕度富營養水體中，在重度富營養水體中少見[24]；當水體總磷含量超過0.1 mg/L，總氮含量超過2 mg/L時，沉水植物趨于消亡[30]。目前，三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖均已嚴重富營養化，水體總磷含量達到了0.2 mg/L以上，總氮含量達到了4 mg/L以上，沉水植物在如此高的營養負荷下難以生存。后官湖水體總磷含量為0.05 mg/L，總氮含量為1.62 mg/L，營養負荷尚在沉水植物分布的臨界值以下。沉水植物在高營養負荷水體中生長將受到抑制,生長的下降和組織中氮、磷的富集有關[27]。高營養鹽負荷將刺激附著生物的生長，對沉水植物的光合作用產生抑制[31]。

水下光照被認為是沉水植物分布的主要限制因子[32]。水下光照受水深、透明度、懸浮物等諸多因素的影響[12,33]。本研究表明，漢陽地區大部分湖泊污染嚴重，其中龍陽湖污染最為嚴重，總氮高達(17.52±1.62) mg/L，總磷為(0.94±0.19) mg/L，大量氮、磷營養元素進入水體，刺激了藻類的生長，從而降低了水體透明度。在調查的5個湖泊中，除后官湖外，其它湖泊透明度/水深比值均小于0.5，特別是龍陽湖最低，僅0.20，這些湖泊水下光照條件差，不利于沉水植物的生存。低光脅迫會影響沉水植物體內碳、氮、磷的生理代謝機理[10]。

高密度的水產養殖也會對沉水植物產生負面影響。一些草食性魚類，如草魚會直接攝食沉水植物，直接導致沉水植物的消亡[34]。另一方面，在這些淺水湖泊中，魚類養殖密度過大，對底泥的擾動將導致水體渾濁，透明度降低，影響沉水植物生長[35]。三角湖、南太子湖、墨水湖和龍陽湖均為小型湖泊，都在進行高密度的水產養殖活動。近年來，后官湖水產養殖規模正在擴大，如開展中華絨螯蟹養殖。中華絨螯蟹直接攝食沉水植物，將會加速沉水植物的退化。

3.3 富營養化防治與生態修復

沉水植物衰退和消亡將會對湖泊生態系統產生一系列的負面影響，導致湖泊生態系統的惡性循環，建議盡快采取措施，進行湖泊污染控制和生態修復。(1)將城市湖泊功能定位由水產養殖轉變為景觀建設和生態保護。減輕對湖泊資源的過度開發利用，禁止在城市湖泊開展水產養殖活動，加強生物多樣性和水環境保護。(2)有效控制氮、磷等入湖污染負荷。完善城市污水管網建設，嚴禁生活污水、面源污染物等直接排入湖中。后官湖污染相對較輕，但近年來周邊開發力度很大，富營養化趨勢加劇，應禁止周邊開發對湖泊水域的占用，采取有效措施減輕周邊房地產開發對湖泊生態環境的影響。(3)開展湖泊沉水植物恢復與重建。后官湖為中富營養，沉水植物還有分布，應該加強生態保護。后官湖湖心區沉水植物退化嚴重，可通過水位調節，在沉水植物種子萌發期降低水位，提高水下光照條件，保證沉水植物種子順利萌發和生長。對于其它已經嚴重富營養化的湖泊，建議在控制入湖污染，降低營養鹽水平，提高水體透明度的基礎上，開展沉水植物恢復與重建，促進湖泊生態系統的健康發展。

4 小結

2011年7月—2012年4月調查顯示，武漢市漢陽地區五個湖泊(后官湖，三角湖，南太子湖，墨水湖和龍陽湖)中，后官湖為中營養，其它湖泊為重度富營養，其中龍陽湖污染最重。

共采集沉水植物7種，隸屬于5科5屬，主要種類為金魚藻、苦草和菹草。沉水植物主要分布在后官湖沿岸帶，其它湖泊中沉水植物已嚴重退化，僅在部分水域偶見。后官湖沉水植物蓋度和生物量最大值出現在10月份，1月份較低。優勢種存在明顯的季節更替，7月份優勢種為金魚藻，10月份為苦草，1月份為金魚藻和苦草，4月份為菹草。

漢陽地區湖泊沉水植物退化與富營養化引起的水下光照下降和高密度的水產養殖有關。建議將城市湖泊功能定位由水產養殖轉變為景觀建設和生態保護，控制入湖污染負荷，提高水體透明度，開展沉水植物恢復與重建，促進湖泊生態系統健康發展。

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(責任編輯：鄧 薇)

Distribution of submerged macrophytes and eutrophication status of five lakes in Hanyang region of Wuhan,China

LIU Hong-yan,XIONG Fei,SONG Li-xiang,YANG Yi

(SchoolofLifeSciences,JianghanUniversity,Wuhan430056,China)

A seasonal survey was conducted on water quality and distribution of submerged macrophytes in fives lakes (Houguan Lake,Sanjiao Lake,Nantaizi Lake,Moshui Lake and Longyang Lake) in Hanyang region of Wuhan,China in July,2011—April,2012.The objective is to understand the eutrophication status of these lakes and its effects on submerged macrophytes.The results showed that Houguan Lake was mesotrophic,while the other four lakes,especially Longyang Lake,were severely eutrophic.Altogether seven species,five genera and five families of submerged macrophytes were identified.Ceratophyllumdemersum,VallisneriaspiralisandPotamogetonCrispusdominated the community of submerged macrophytes.Submerged macrohphytes were mainly distributed in the lakeshore areas of Houguan Lake.While they were greatly degraded in other four lakes and might be observed occasionally.The maximum cover (67.5%) and biomass (5.58 kg/m2) of submerged macrohphytes were observed in October,and the relative lower cover (29.3%) and biomass (1.88 kg/m2) were observed in January.The dominant species showed a significant seasonal succession.Decreased underwater light climate associated with increased lake eutrophication and intensive aquaculture might be responsible for degradation of submerged macrophytes in the lakes of Hanyang region.

eutrophication;submerged macrophytes;water quality;Houguan Lake;urban lakes

2016-04-00；

2016-00-00

國家自然科學基金項目(40901037)；武漢市市屬高校教研課題(2014007)

劉紅艷(1978- )，副教授，主要從事水生生物學研究。E-mail:lhy9603@126.com

熊 飛。E-mail:xf9603@163.com

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1000-6907-(2017)01-0107-06