本研究于2021年4月~2021年12月对磁湖进行现场生态调查，并在春、夏、秋、冬四季进行周年季度性检测采样，共计4次采样，分别设置了10个采样点，采样测站分布详见 图1 。

采用有机玻璃采水器采集湖泊表面以下0.5 m处的水样，同时记录采样时间、采样地理坐标、采样温度等现场理化指标。将采集到的水样迅速转入塑料容器中，并用黑色塑料袋包装，使水样处于避光状态运回实验室。水样采集后应在当天完成过滤。

具体操作流程：将水样在孔径大小为200 um的白筛绢上进行初过滤，过滤水样中的泥土、沙子等大颗粒物质，所取水样体积应略多于目标体积，此操作为粗过滤。分别取相应采样点的300 mL水样，采用200 um和20 um孔径的筛绢(过滤20~200 um的小型浮游植物)、5 um孔径的聚碳酸酯滤膜(过滤5~20 um的微型浮游植物)、0.7 um的WhatmanGF/F滤膜(过滤0.7~5 um的微微型浮游植物)进行差值过滤，得到不同粒径浮游植物样品，将滤膜对叠后用吸水纸吸干水分，并用锡箔纸包裹，标记过滤时间和采样点，将滤膜置于−80℃超低温冰箱冷冻保存，直至后续分析 [14] [15] [16] 。以下为三种不同粒径的膜：

A：0.7 um~200.0 um

B：20.0 um~200.0 um

C：0.7 um~5.0 um

在此项研究中，利用C膜采集超微型浮游生物样本，并通过差减法(具体计算公式为A − B − C)来区分微型浮游生物的粒度。讨论的微型浮游植物主要分为超微型和微型两个粒径范畴。

准备一个黑暗的环境，对样品处理操作需要避光。用注射器抽取乙酸铵，通过针孔滤头打入2 mL EP管中。取出样品膜，用剪刀剪碎放入EP管并直接加入1.5 mLN，N-二甲基甲酰胺溶液，置于−20℃条件下冷藏40分钟后以等比例吸取过滤后的乙酸铵和过滤后的样品溶液，共1 mL，装入色谱瓶中混匀进行HPLC色素分析 [17] 。此色素提取方法可以改善波峰形状，减少样品的拖尾现象。采用外标法进行校准定量，在建立HPLC色素分析方法时，需要考虑多个因素，包括选择适当的色谱柱、色素提取剂和流动相。这种方法结合了光合色素的定性与定量评估，涉及色素浓度的计算，并探讨了这些浓度与浮游植物丰度之间的相关性。通过使用外部标准进行校准和定量分析，采用梯度洗脱技术和相关的数学公式，以提高分析的准确性 [18] ，该色素提取技术有效优化了色谱峰的形状并减少了样品的拖尾现象。通过制定一套详细的光合色素与浮游植物的转换协议，可以精准地确定淡水湖泊中藻类群落的组成结构。

详细的HPLC相关条件如 表1 ，为确保实验结果的准确性，实验中的玻璃器皿在使用前均需使用超纯水润洗，并干燥备用。

采用CHEMTAX软件，依据光合色素浓度计算浮游植物对Chl a的相对贡献值 [19] 。本研究共涉及了8种淡水浮游植物光合色素：岩藻黄素(Fuco)、叶黄素(Lut)、堇菜色素(Viol)、新黄素(Neo)、别藻黄素(Allo)、玉米黄素(Zea)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)，7个浮游植物类群：裸藻(Euglenophytes)、甲藻(Dinoflagellates)、隐藻(Cryptophytes)、金藻(Chysophytes)、绿藻(Chlorophytes)、蓝藻(Cyanobacteria)、硅藻(Diatoms)。

本研究所涉及检测的环境因子共有15项，其中溶解氧(DO)、电导率(SPC)、总溶解性固体(TDS)等采用EXO自动分析仪检测，总磷(TP)、总氮(TN)、磷酸盐(P-PO₄)、高锰酸盐指数(COD_Mn)水化学指标的测定方法主要采用国家标准方法《水和废水监测分析方法(第四版)》 [20] 测定。

磁湖春夏秋冬四季的理化指标变化如 表2 所示，四季中，水温、磷酸盐、溶解氧、高锰酸盐指数、叶绿素a浓度均为夏季最高。磁湖四季pH变化范围在7.53~9.13之间，呈弱碱性。磁湖秋季pH值最高，最大值出现在6号站点，冬季pH最低，出现在1号站点。秋季浊度与氧化还原电位的值最高。

磁湖四季总磷的变化范围在0.04~0.33 mg/L之间。春季TP含量最低，最小值出现在1、2、3、5号点，均为0.04 mg/L，最大值出现在夏季。磁湖春季的TN/TP平均值为8.21，夏季的TN/TP平均值为10.52，秋季的TN/TP平均值为21.33，冬季的TN/TP平均值为11.64。Chl a是水环境浮游植物总生物量的重要指标，与湖泊水环境的营养状态有很强的相关效应。磁湖Chl a的变化范围大致在20.76~153 μg/L之间，除磁湖秋季10号点外，其余各站点Chl a含量均大于30 μg/L。夏季Chl a值最高，但Chl a含量最高值在磁湖秋季6号站点。

注：CHspr表示磁湖春季站点，CHsum表示磁湖夏季站点，CHaut表示磁湖秋季站点，CHwin表示磁湖冬季站点。

如 图2 所示，磁湖春季整体为轻度富营养化水质，其中9号、10号站点TLI指数最高为60.93和64.75，处于中度富营养化状态。磁湖夏、秋、冬季整体皆为中度富营养化水质，其中夏季8号站点TLI达到70.57，10号站点达到71.95，为重度富营养化状态。磁湖秋季富营养化程度比夏季略低，1、2、3、10号站点为轻度富营养化状态。

采用HPLC技术对磁湖浮游植物的光合色素组成、含量和时空变化规律进行检测，结果分析，主要有代表性的特征光合色素有八种，分别为Fuco、Neo、Viola、Allo、Zea、Lut、Chl a和Chl b。各种色素对应的中文名称如 表3 所示。

磁湖全年浮游植物特征光合色素分布如 图2 所示。八种特征型光合色素中，Fuco、Zea、Chl a、Chl b在不同季节的时空分布上有很大差异，为磁湖最主要的特征型色素。对磁湖四季各粒级浮游植物的光合色素含量进行比较发现，在几种色素含量中，夏季Chl a含量普遍偏高，表明磁湖夏季浮游植物总生物量丰度较高，其次是秋季和冬季。夏季Zea和Chl b含量明显高于其他季节，春季含量最低。

岩藻黄素含量的时空分布如 图3(a) 所示，其全年的浓度范围大致为：21~993 ng/L，其中冬季微型浮游植物Fuco含量相对较高，春季最低，季度差异明显，在超微型浮游植物中全年含量都较少。紫黄素的含量分布如 图3(c) 所示，全年的浓度范围大致为：6.2~192 ng/L，主要集中在夏秋季微型浮游植物中，在夏季达到顶峰，春季含量最低。玉米黄素的色素分布如 图3(f) 所示，其浓度范围大致为：10~1190 ng/L，夏季微型超微型色素含量远超其他季节，春季含量最少。叶绿素b的色素分布如 图3(g) 所示，其浓度范围大致为：61~1500 ng/L，主要集中在夏季微型浮游植物中，并达到最高值，冬季也略有上升，在超微型浮游植物中主要集中于夏季，但相对含量较少。叶绿素a含量的分布如 图3(h) 所示，其浓度范围大致为：200~12,000 ng/L，叶绿素a含量在全年都保持在较高水平，秋季含量最高。

基于光合色素浓度，通过CHEMTAX软件计算得到的磁湖微型及超微型浮游植物藻类组成如 图4 、 图5 所示。总体上，磁湖春季微型浮游植物的绝对优势物种为裸藻，相对丰度占比达到62.26%，其中在7号、8号站点相对丰度皆达到88.59%，隐藻和硅藻也占据一定比例，分别综合占比20%和13.5%。超微型浮游植物的绝对优势物种也是裸藻，达到62.6%，隐藻和硅藻所占比例分别为19.3%和13.2%。夏季磁湖微型和超微型浮游植物优势物种由裸藻变为隐藻，占比达到80%以上，其中3号站点相对丰富度达到97.7%，蓝藻所占比例相对较少，为1%。秋季磁湖微型浮游植物优势物种再次变为裸藻，平均占比达到55.2%，其中5号站点相对丰富度高达97%，隐藻平均占比为18.6%，金藻占比4%，绿藻占比8.6%，蓝藻占比5.1%，硅藻占比8.1%。超微型浮游植物优势物种也变成裸藻，占比53%，隐藻占比19.3%。冬季磁湖微型浮游植物优势种群为裸藻和隐藻，分别占比34.7%和29.8%。金藻占比4%，绿藻占比6.4%，蓝藻占比8.1%，硅藻占比17%。超微型浮游植物优势种群也为裸藻和隐藻，分别为35.1%和30.6%，硅藻占比16.4%。

在湖泊中浮游植物的总生物量一般与Chl a成正比，但是环境因子错综复杂，会对浮游植物的生长繁殖产生一定影响。为探究影响城中湖浮游生物群落结构组成的相关环境因素，运用Canoco5软件分别对磁湖不同粒级浮游植物的群落组成与环境理化因子：溶解氧(DO)、电导率(SPC)、总溶解性固体(TDS)、磷酸盐(P-PO₄)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、酸碱度(pH)等进行去趋势对应分析(DCA)。在微型粒级浮游植物与环境因子的分析中，根据轴长的最大值为1.77，小于3.0，选用RDA进行后续分析，通过Canoco5软件对这几种理化环境因子进行前向选择，根据显著性p < 0.05进一步筛选出：COD_Mn(p = 0.002)，Turb (p = 0.01)，TP (p = 0.022)。将筛选后的环境因子继续与微型浮游植物物种组成进行RDA分析。如 图6 所示，第一轴解释率为23.5%，第二轴解释率为5.8%。

在进行超微型浮游生物与环境因子间关系的分析时，DCA分析轴长的最大值为1.43，在3.0以下，选用RDA分析。通过前向选择，根据显著性p < 0.05进一步筛选出：P-PO₄(p = 0.02)、WT (p = 0.02)、SD (p = 0.02)、SPC (p = 0.014)这几种环境因子，并进行RDA分析。结果如 图7 所示，第一轴解释率为78.8%，第二轴解释率为2.9%。

结果显示，针对微型浮游植物，Cyanobacteria、Chysophytes、Cryptophytes与COD_Mn和TP呈显著正相关，Euglenophytes、Dinoflagellates与COD_Mn和TP呈显著负相关。针对超微型浮游生物，WT与Cryptophytes呈显著正相关与Euglenophytes、Chlorophytes、Chysophytes呈显著负相关，Euglenophytes、Chlorophytes、Chysophytes、Dinoflagellates、Diatoms与SD呈显著正相关，Cryptophytes与SD呈显著负相关。

参照国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，磁湖水质类别介于IV类~V类之间，TN、TP、COD_Mn含量超标是磁湖水域重要的生态环境问题。TN虽然不参与地表水断面的考核，但仍影响着水生态环境系统。英美研究者建议静水水体中TP最适浓度分别为0.086 mg/L与0.05 mg/L [22] ，磁湖水体TP浓度均比建议值高，已处于富营养化水平。相关研究表明，当水体营养盐TN浓度大于等于0.2 mg/L的阈值时，就会产生水华 [23] ，而磁湖水体的TN浓度值均超过0.2 mg/L。磁湖春季的COD_Mn值很低，到夏季较高，到秋冬季略有下降，在RDA分析中，COD_Mn与磁湖微型浮游植物物种组成具有很强的相关性和高解释度，由此可知，COD_Mn可能是造成磁湖春季轻度富营养化，到夏秋冬季节中度富营养化程度逐渐由高到低下降的主要原因。

从 表1 可知，TP在春季含量最低，在夏季含量最高。磁湖春季的TN/TP平均值最低，秋季的TN/TP平均值最高。总体上磷含量的季节分布特征由小到大依次为春季，秋、冬季，夏季。同时磁湖整体在夏季呈现中度富营养化，有些位点甚至达到了重度富营养化，整体上富营养化程度较其他季节重，该结论与其他研究结果相一致 [24] 。Chl a可以有效反映水环境浮游藻类污染情况，相关研究表明当Chl a值大于26.2 ug/L时会有水华产生 [25] ，磁湖Chl a含量在2021年全年都保持在较高水平，即磁湖发生了水华。且结果表明Chl a可以有效反映水环境浮游藻类污染情况。磁湖出现中度及重度富营养化与夏季Chl a含量普遍偏高也有一定关系。

研究表明，湖泊浮游植物群落存在明显的季节演替现象 [26] 。磁湖春季优势种群为裸藻，隐藻和硅藻也占据一定比例；夏季优势物种变为隐藻；秋季浮游植物优势物种再次变为裸藻；冬季的浮游植物优势种群为隐藻和裸藻。

磁湖夏季TP含量最高，此时隐藻为湖泊内优势物种，通过RDA分析显示TP与隐藻成显著的正相关性。由于夏季温度升高，蓝藻等喜温藻类含量上升，与TP呈正相关 [27] ，这与本研究结果一致。春、秋两季优势种群是裸藻，但隐藻含量也占据一定比例，此时湖泊内TP含量较夏季低，并且通过RDA分析得知TP与裸藻成负相关性。冬季磁湖优势类群为隐藻和裸藻，两者含量占比相差不大，此时湖泊内TP含量也是较夏季低。同时据冗余分析显示，隐藻和裸藻与COD_Mn同样有很强的相关性：其中裸藻与COD_Mn呈显著负相关，隐藻与COD_Mn呈显著正相关。磁湖湖体内优势物种的更替与COD_Mn也存在着密不可分的关系。

由此可见，浮游植物群落结构组成及分布主要受到水体TP 与COD_Mn的影响 [28] 。

通过冗余分析得到，TP与COD_Mn是影响磁湖微型浮游植物群落变化的关键因素，WT与P-PO₄是影响磁湖超微型浮游植物群落变化的关键因素。其中WT对浮游植物生长的影响最为直接，WT可直接影响水体中有机营养物质的分解和循环速率，能通过控制浮游植物光合作用与呼吸作用直接限制其生长，WT还能控制浮游植物细胞中酶的活性，直接影响其新陈代谢从而影响生长 [29] 。TP、COD_Mn、P-PO₄常被作为地表水体受有机污染物污染程度的综合指标，对微型、超微型浮游植物群落结构也有着显著影响。