浮游植物作为湖泊水体中主要的初级生产者，是食物链的基础环节，其具有个体小、细胞结构简单、对栖息环境变化敏感等特点，易受环境中各种因素的影响而在较短的时间内发生变化，相对于其他生物类群更能及时反映水域生态系统的情况^[1-2]，因此可以通过研究浮游植物的种类、生物量和群落结构等特征，分析和评价水质状况^[3-4]，在湖泊治理工作中具有重要的理论和实际意义.

滆湖(31°35′N，119°48′E)为太湖上游水系，1998年以前全湖有90%以上覆盖着良好的水生植被，湖泊具有较强的水体自净能力.近十多年以来，随着滆湖周围地区工农业生产的迅速发展和城市化进程的加快，进入滆湖的工业废水和生活污水不断增加，兼之湖内人工围网养殖面积逐年扩大，养殖投饵带入湖体内的氮、磷等营养物质逐年增多，致使湖区水体富营养化程度日益加重，湖泊生态系统日趋脆弱.1999年夏季持续时间较长的洪水高水位导致滆湖水生植被大面积消失，至2009年5月调查为止全湖沉水植被已基本消亡，北部湖区尤为严重，水质为劣Ⅴ类，生态系统已退化到十分严峻的程度.

2010年有关部门针对滆湖生态系统退化和水质富营养化问题在北部湖区开展了大规模的整治工作，整治措施主要包括：前置库入湖污染负荷控制^[5]、底泥疏浚、大型仿生式机械捞藻和水生植被重建等.水生植被重建作为生态修复的主要手段已经被用于国内外各大湖泊的治理^[6]，吴晓东等^[7]已经对滆湖东岸生态修复取得的水质净化效果作了相关研究，而本研究则从水生植被重建后浮游植物群落时空分布规律出发，利用水质理化参数和浮游植物多样性分析为工具，评价治理效果，为目前国内的浅水湖泊生态修复工作提供参考.

1 研究方法 1.1 样点的布设

水生植被重建的分布见图 1，本研究在滆湖北部敞水区域共设置6个采样点，在水生植被覆盖区设置3个采样点(荷花、芦苇、菱角覆盖区域各设置1个采样点).采样时间为2013年1 12月，每月1次.

1.2 样品采集与分析

浮游植物鉴定方法：在水下0.5m处取1L水样，立刻加入15ml鲁哥试剂固定浮游植物，带回实验室静置48h后浓缩至30ml.镜检时随机取0.1ml浓缩样品加到40mm×40mm计数框内进行浮游植物种类和密度的鉴定，每个样品计数2次取平均值.鉴定参照《中国淡水藻志》^[8]、《淡水浮游生物图谱》^[9]和《中国淡水生物图谱》^[10].

水温、透明度、pH、溶解氧用仪器现场测定，总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)、溶解性总磷(TDP)和高锰酸盐指数等理化因子的测定参照《水和废水监测分析方法》^[11].

1.3 数据处理

运用Margalef丰富度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)描述浮游植物群落特征^[12-13]，计算公式分别为：

$ D = (S - 1)/{\rm{ln}}N $

(1)

$ H' = - \sum\limits_{i = 1}^s {{p_i}\ln {p_i}} $

(2)

$ J = H'/\ln S $

(3)

$ Y = \frac{{{n_i}}}{N}f $

(4)

式中，p_i=n_i/N；p_i为第i种藻类的个数与样品中所有藻类个数的比值；n_i为第i种藻类的个数；N为所有藻类总个数；S为样品中藻类种类数；f_i为第i种藻类在各站位出现的频率；Y为优势度，并将Y＞0.02作为优势种.

数据分析采用Excel 2003和SPSS 17.0软件，作图采用Excel 2003和Origin 7.5软件.

2 结果与分析 2.1 浮游植物群落组成

2013年1-12月滆湖北部共鉴定出浮游植物7门43属69种，各门类种数和密度见表 1.其中，绿藻门最多，占43.5%，其次是硅藻门和蓝藻门，分别占21.7%和20.3%.

2.2 优势种

滆湖北部2013年1 12月浮游植物优势种见表 2，春、冬季节硅藻占绝对优势，主要优势种为小环藻和针杆藻(Synedra sp.)，出现频率接近100%，夏季微囊藻占绝对优势，各点位出现的频率均为100%，最高密度出现在8月份的1^#采样点，为91425×10⁴cells/L.颗粒直链藻(多为变种)在夏季也有出现，但密度和出现频率低于微囊藻.冬季平裂藻(Merismopediasp.)、四角藻(Tetraedron sp.)占一定优势，平均密度分别为127.4×10⁴cells/L和376.2×10⁴cells/L，小环藻在各样点均有出现，但密度低于上述2种优势种.

2.3 不同湖区生物量周年变化

生物量在滆湖北部不同湖区和不同月份之间均有显著差异(图 2)，敞水区域生物量平均值普遍高于芦苇和菱角种植区域，夏季水华暴发时生物量突增达到全年的最高值(90.6mg/L)，此后生物量迅速回落.芦苇和菱角种植区生物量走势较为平缓，虽然在夏季有小规模暴发的趋势，但在全年始终低于敞水区.

2.4 不同湖区TN、TP浓度周年变化

2013年1-12月滆湖北部区不同区域TN浓度变化范围为0.07~5.96mg/L，平均值为2.21mg/L；TP浓度变化范围为0.03~0.38mg/L，平均值为0.09mg/L，两者浓度变化趋势类似(TN、TP浓度为原水测定数据)(图 3).原因为在冬季水生植物枯萎无法对水体中的氮、磷起吸收作用，同时浮游植物受到温度的限制生物量低，对氮、磷的消耗少，经过整个冬季入湖污染物的积累到4月份左右氮、磷浓度达到最高值.而随着春、夏季节的来临，水生植物和浮游植物的复苏导致吸收作用和消耗作用增强，水体中氮、磷浓度迅速下降，TN浓度在8月达到最低值，菱角区TP浓度在9月达到最低.根据国家地表水等级的划分标准，TN浓度处于劣Ⅴ类水标准(菱角区处于Ⅴ类水标准)，TP浓度基本处于Ⅲ类水标准，北部区水质富营养化情况仍然十分严重但治理效果已逐步显现.

2.5 浮游植物多样性指数全年变化

滆湖北部湖区多样性指数具有明显的季节性变化(图 4)，春季适当的气温和丰富的营养盐适宜多数藻类的生长，因此多样性指数较高.随着气温的变化以及夏季入湖污染物的增加，一些藻类在竞争中逐渐成为优势种，如铜绿微囊藻(8月份气温平均值在35℃以上，恰处在铜绿微囊藻生长的最适宜温度范围内).铜绿微囊藻在生长中与其他藻类共同竞争营养源并且释放化学物质抑制其他藻类的生长^[14]，导致整体湖区多样性指数下降，在8月份水华暴发最严重时多样性指数降至最低，而到了秋季气温回落，微囊藻失去最适宜的生长条件，绿藻硅藻失去微囊藻的抑制作用从而生物量增加，多样性指数开始缓慢上升，藻类生态系统慢慢恢复.

在湖区内部的Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Margalef丰富度指数(D)值存在明显差异(表 3)，H′在有水生植被种植的区域要明显高于其他敞水区域，同时水体中浮游植物生物量较低，藻种以硅藻为主，表明这些区域水体较为清洁，生态系统优于敞水区.Pielou均匀度指数(J)变化趋势较为平缓，各月份之间差异不明显.一般说来，H′值越大，水质越好.H′处于0~1时，表示重度污染；H′值为1~3时，表示中度污染；而H′值大于3时，表示无污染.从多样性指数分析来看，滆湖北部区夏季为重度污染，春、秋、冬季为中度污染.J在0~0.3之间为重度污染，在0.3~0.5之间为中度污染，而在0.5~0.8之间为轻度污染，由此可见北部区夏季为中度污染，春、秋、冬季为轻度污染.

2.6 浮游植物与环境因子的关系

水体理化因子对浮游植物的生长有着直接或者间接的作用^[15-16].Pearson相关性分析表明(表 4)：浮游植物密度与水温、TDN浓度、pH值等因子存在极显著正相关(P＜0.01)，与TP浓度存在显著正相关(P＜0.05)，水温和TN、TDN浓度之间也存在显著相关性.

3 讨论 3.1 植被修复对浮游植物生态结构的影响

滆湖北部区浮游植物季节变化差异显著，春、冬季优势种以绿藻门和硅藻门为主，夏、秋季以蓝藻门为主，与陈立婧等^[17]的调查结果基本一致.通过与2009-2010年数据^①对比后发现，治理后北部区浮游植物种类总数上升约40%，分布的门类更加广泛，从原来的5门增加到7门.2010年8月优势种有4种，分别为铜绿微囊藻、微小平裂藻、点状平裂藻和小球藻，至2013年8月优势种变为铜绿微囊藻、密集微囊藻、水华微囊藻、颗粒直链藻.研究表明未受污染的水体中浮游植物的种类多，主要是硅藻门，少数为绿藻门和蓝藻门.而当水体受到污染之后，浮游植物群落的种类以硅藻门占优势改变为以蓝藻门、绿藻门占优势^[18].

^①“十一五”国家水体污染与治理科技重大专项湖泊主题太滆项目太滆课题子课题(2008ZX07101-007-05).

滆湖北部区浮游植物生物量总体呈现由西北向东南递减的趋势，与污染物的流向基本一致，结果表明位于滆湖的前置库入湖河口附近的1^#点、2^#点和荷花种植区浮游植物生物量明显高于其他区域，优势种主要为硅藻门(小环藻等)，一些研究表明硅藻由于其自身沉降系数较高的缘故，需要生活在较急的水流中以保持在水体中悬浮的状态从而利用阳光进行光合作用^[19]，而硅藻的大量繁殖会对水体中生物量的增加贡献很大.从水质分析的数据表明这些区域营养盐浓度高，水深较浅有利于藻类的光合作用从而导致生物量增加.而随着污染物进入湖区，水生植物的净化降低了水体的氮、磷等营养物质浓度，通过竞争作用抑制了藻类的生长.研究表明湖区内部生物量平均值约为入湖口处的27%左右，整治区内部浮游植物量得到有效的控制.

比较相同月份湖区内部菱角区、芦苇区和未治理敞水区的生物量均值发现，菱角区生物量较敞水区低约72.7%~91.1%，芦苇区生物量较敞水区低约63.9%~83.7% (图 2).在8、9月湖区内敞水区暴发水华时，菱角和芦苇有效控制区域内浮游植物的生物量，避免水华的发生，菱角区浮游植物生物量仅为敞水区的14.6%，芦苇区为敞水区的30.3%.

通过对全年不同湖区多样性指数的分析发现：不同植被的种植以及处于不同营养盐浓度下多样性指数存在一定的规律性(表 3)：(1)入湖河口内的荷花种植区内H′值最高，此处营养盐浓度为全湖最高、水流湍急，适宜硅藻和绿藻大量繁殖，藻种丰富多样.相比较而言，位于湖区最东端与滆湖南部相连的芦苇菱角混生区，其营养盐经过全湖湖水的稀释之后只有入湖河口的80%左右，水流常年处于静止状态，并且芦苇由于其种植密集及植株较荷花高，对阳光的遮蔽作用更强，限制了浮游植物的光合作用.因此在营养盐浓度低、光合作用受限制和不利的水利条件下只有少数浮游植物能正常生长，导致东部浮游植物多样性常年处于低水平.(2)在水利条件更好、阳光充足、营养盐高的水域有利于更多的浮游植物生长.但是同样处于入湖河口处敞水区的D值高于荷花种植区，研究表明荷花可以通过影响浮游植物对光照和营养盐的利用达到限制其生长的目的^[20].(3) J值在全湖范围内差异不明显，因此可根据其计算公式中与H′呈正比、与浮游植物种类呈反比的特点比较出不同湖区对浮游植物的影响效果，即芦苇区＞菱角区＞荷花区＞敞水区.

对比2009年^①北部区多样性指数发现(表 5)，治理后湖区内多样性指数均有提升，H′敞水区增加9.4%，植被区增加35.9%；D敞水区增加14.6%，植被区增加40.9%；J敞水区增加19.6%，植被区增加32.6 %.H′和D分析表明湖区水体环境得到改善，能够生长的浮游植物种类增加，分布也更加均匀.

^①“十一五”国家水体污染与治理科技重大专项湖泊主题太滆项目太滆课题子课题(2008ZX07101-007-05).

3.2 植被修复对水体氮、磷的影响

滆湖北部区水体中氮、磷浓度与上游来水中氮、磷浓度和湖区本身的净化效果有密切关系，限于入湖污染物控制能力有限，湖区内部的消耗成为降低水体中氮、磷浓度的主要手段.水生植物对水体中氮、磷等营养盐具有吸收作用，并以此影响浮游植物的群落分布，高吉喜等对滇池的研究表明，菱角等水生植被的种植能有效提高对氮、磷的净化效果^[21].分析表明从敞水区到内部菱角覆盖区氮、磷浓度有递减的趋势，菱角种植区TN浓度比外围敞水区下降68.9%，TP浓度下降49.6%，菱角种植区内氮、磷含量远远低于未种植区，并且种植区域内水体透明度显著提高(P＜0.05)，藻类密度明显下降，多样性指数增大，证实了芦苇、菱角的种植在滆湖水质净化和生态恢复工作中取得很好的效果.但是研究发现种植荷花的区域TN、TP浓度却异常增高，这与以往研究中提到的荷花种植能削减水体中氮、磷营养盐不符^[22]，分析可能的原因为荷花的种植区位于北部区污染物入湖口处，其水体中本底营养盐浓度较高，而水生植物对氮、磷吸收能力有限，所以造成此处浓度较高.

对比2009年北部区全年氮、磷浓度平均值^①发现：敞水区TN浓度下降36.1%，TP浓度下降59.9%；植被覆盖区TN浓度下降68.9%，TP浓度下降71.2% (表 6)，处理效果显著.

^①“十一五”国家水体污染与治理科技重大专项湖泊主题太滆项目太滆课题子课题(2008ZX07101-007-05).

4 结论

1) 通过对滆湖北部区浮游植物组成的分析发现，北部区浮游植物种类繁多，季节性差异明显，种类主要集中在蓝藻门、绿藻门、硅藻门.绿藻门在全年均占有较大比重，出现频率为100 %.2013年生物量小于2009年，有水生植被区小于无植被区，湖区内部小于入湖河口.物种多样性分析表明，水生植被的种植影响水体中营养盐浓度、水力和光合条件，进而改变了原有的浮游植物生态结构，无植被覆盖区浮游植物种类多，容易发生水华.

2) 北部区综合整治改变了湖区内部的环境因子，水体中营养盐浓度由入湖河口处向东南角递减，为不同营养盐需求的植物提供了适宜的生长条件，因此2013年湖区内部多样性指数较2009年有较大提高.前置库入湖污染控制也有利于降低湖区内氮、磷浓度，减轻湖区内部净化措施负荷，是整治工作的重要方面.

3) 纵观3种植被对生态修复的影响：荷花的生长对水位要求高，较深的水位不利于荷花的生长，所以只能种植在北部湖区水位较浅的入湖河口处，而此处污染物负荷较高超出其净化能力，因此荷花无法在修复工作得到有效利用.而芦苇和菱角种植在内湖区域，且湖中的水力适合两者的生长，对水质的净化效果要优与荷花.出于保证植被多样性的考虑建议两者混合种植并增大种植面积.另外，芦苇和菱角是很好的经济作物，适当加以利用可以提高当地居民收入.