舞陽河硅藻生物的多樣性

孫翠翠等

摘要：通過對舞陽河底棲硅藻的采樣調(diào)查，分析了舞陽河流域底棲硅藻的多樣性和空間分布特征，并探討了硅藻優(yōu)勢種與環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果表明，本次采樣共檢出底棲硅藻27 屬528 種（包括亞種和變種）。藻類分布從下游到上游呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，舞陽河以曲殼藻屬（Achnanthes）為主且其所占比例較大。通過相關(guān)性分析結(jié)果可知，曲殼藻屬的相對豐度與水體的總磷含量、電導(dǎo)率有很強(qiáng)的相關(guān)性。作為優(yōu)勢屬，曲殼藻屬可進(jìn)一步發(fā)展為舞陽河水質(zhì)狀況進(jìn)行監(jiān)測的指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：曲殼藻屬；底棲硅藻；舞陽河；多樣性

中圖分類號：Q948.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）03-0319-04

硅藻是一類分布廣、種類多、數(shù)量大的藻類植物，尤其是河流生態(tài)系統(tǒng)中藻類植物的重要優(yōu)勢類群[1]。硅藻類群組合對水環(huán)境中物理與化學(xué)參數(shù)的微小變化反應(yīng)敏感且迅速，可用于監(jiān)測水體酸堿度和富營養(yǎng)化程度，在湖沼學(xué)和生態(tài)學(xué)中應(yīng)用廣泛[2-3]。在河流中，底棲硅藻生物多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他藻類[4]，底棲硅藻是河流水質(zhì)監(jiān)測的重要生物指標(biāo)[5]，幾乎所有的硅藻指數(shù)方法都集中在底棲硅藻群落指數(shù)的建立上[6]。底棲硅藻生長環(huán)境（湖泊、河流、海洋及土壤）廣泛（從原始水體至極端環(huán)境、極其多變的環(huán)境狀況），對許多環(huán)境變量（pH值、光、鹽度、溫度、無機(jī)營養(yǎng)含量等）十分敏感。硅藻對不同的環(huán)境條件所產(chǎn)生的適應(yīng)機(jī)制不同，主要表現(xiàn)在硅藻豐度與其群體結(jié)構(gòu)的差異上，因此硅藻生物量與硅藻群落組成的巨大差異是底棲硅藻最顯著的特征之一。除此之外，硅藻對環(huán)境的適應(yīng)在于其能產(chǎn)生一種胞外聚合物（EPS），EPS的產(chǎn)生與硅藻細(xì)胞的附著與滑動是相關(guān)的[7-8]，而且因為有殼縫硅藻類能作出響應(yīng)生長環(huán)境變化的運(yùn)動，因此使其具有較好的生態(tài)優(yōu)勢[9]。

硅藻多樣性的研究現(xiàn)在是世界的熱門，美國、加拿大、英國、俄羅斯、丹麥、挪威等國的學(xué)者近年正加緊對硅藻多樣性及其應(yīng)用進(jìn)行研究，美國和歐盟投入巨資開展了多個單位聯(lián)合的硅藻多樣性項目研究[10]，而目前國內(nèi)對硅藻多樣性及其應(yīng)用的研究卻相對較少，偏重于對海洋硅藻的研究，對淡水硅藻的研究不多。貴州省施秉縣舞陽河屬典型喀斯特地貌，山石裸露，其中以硅石和白云巖居多，這樣的地理環(huán)境為硅藻的生長提供了良好的環(huán)境。同時，施秉作為喀斯特國家自然遺產(chǎn)預(yù)選地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有高等植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物多種植物分布，且種類繁多。然而硅藻的系統(tǒng)研究則鮮有報道，所以研究施秉河流硅藻的分布及生物多樣性，對舞陽河河流的保護(hù)與合理開發(fā)利用、水環(huán)境的檢測及其生態(tài)平衡具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

舞陽河屬長江流域洞庭湖水系沅江支流，發(fā)源于貴州省甕安縣境內(nèi)，經(jīng)黔東南州黃平、施秉、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、岑鞏和銅仁地區(qū)玉屏縣出湖南新晃、黔陽等地匯入洞庭湖，全長超過400 km，流域面積11 030 km2，總落差490 m。舞陽河既是流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活的重要水源，也是重要水源的涵養(yǎng)地。近年來，隨著城市人口及旅游人口的增加，大量未經(jīng)處理的生活用水及旅游垃圾排入河中，嚴(yán)重影響了舞陽河水體生態(tài)環(huán)境及生物多樣性[11]。舞陽河水域現(xiàn)生硅藻類群分析對監(jiān)測水質(zhì)變化、維護(hù)生態(tài)平衡具有重要的作用。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置及樣品采集

本研究采樣依照文獻(xiàn)[12-13]中的水樣采集方法，結(jié)合舞陽河自身的環(huán)境特征設(shè)置30個采樣點(diǎn)。當(dāng)場測定水溫、pH值、電導(dǎo)率等，樣品于4 ℃下低溫保存，且對每個采樣點(diǎn)進(jìn)行底棲硅藻采樣，詳細(xì)位置見圖1。

1.3 底棲硅藻的采集和處理

采集在正常水動力條件下不能被移動的石塊，用小刀刮取表面的硅藻。對于激流河段，為了便于樣本的采集和處理，至少采集5塊5～15 cm的石塊、水生植物、柔軟的底泥等自然基質(zhì)。采集好的石塊樣品處理過程如下：（1）刮取硅藻。用硬毛牙刷或小刀刮取一定面積石塊表面上的硅藻，在刮取過程中，用蒸餾水沖刷，以確保石塊、毛刷上的硅藻都被沖進(jìn)燒杯中。（2）去鈣質(zhì)與泥沙。加入適量的12 mol/L濃鹽酸處理，靜置 24 h，或通過加熱方法除去溶解性碳酸鹽，至樣品不起泡為止。（3）去有機(jī)質(zhì)。加入適量的98%濃硫酸（18.6 mol/L），靜置 24 h，或加熱至樣品不起泡為止。（4）去酸。加入蒸餾水靜置 24 h，待硅藻沉積在燒杯底部后，用真空水泵吸除燒杯上清液；重復(fù)操作，至溶液最終pH值為7左右。（5）硅藻溶液定容。根據(jù)硅藻密度將硅藻溶液定容至100 mL。

1.4 永久制片和硅藻鑒定及定量

用移液槍吸取已定容后的底棲硅藻樣品溶液500 μL，緩慢以“之”字形移動滴于20 mm×20 mm的2個蓋玻片上，使其均勻分布于蓋玻片上，放置24 h，使硅藻自然沉積于蓋玻片上風(fēng)干。使用E-44環(huán)氧樹脂與SK-8固化劑，按照 100 ∶ 15 的配置比例（ZCY epoxy）進(jìn)行膠的配置。將配置好的膠取少量滴于載玻片上，加熱至融化，將放置24 h后的有硅藻樣一面的蓋玻片蓋在有膠的載玻片上，放置等膠體風(fēng)干后即可編號，進(jìn)行硅藻的觀察與鑒定。

1.5 儀器與設(shè)備

樣品處理及其指標(biāo)測定應(yīng)用的儀器設(shè)備有尼康顯微鏡、滅菌鍋、電子天平、便攜式電導(dǎo)儀等。

2 結(jié)果與分析

2.1 舞陽河中底棲硅藻屬種組成

對舞陽河所采集的樣品底棲硅藻進(jìn)行處理，定量統(tǒng)計分析，共鑒定出硅藻530種（包括變種）3 975個，隸屬于2綱6目11科28屬。從底棲硅藻各個屬的種數(shù)組成（表1）來看，其中中心綱（Centricae）鑒定出1屬5種：小環(huán)藻屬（Cyclotella）5種5個。羽紋綱（Pennatae）鑒定出27屬525種：舟形藻屬（Navicula）79種545個，羽紋藻屬（Pinnularia）9種36個，輻節(jié)藻屬（Stauroneis）8種27個，布紋藻屬（Gryosigma）6種10個，雙壁藻屬（Diploneis）1種2個，美壁藻屬（Caloneis）2種4個，異菱藻屬（Anomoeoneis）1種25個，肋縫藻屬（Frustulia）1種1個，脆桿藻屬（Fragilaria）25種120個，針桿藻屬（Synedra）1種3個，等片藻屬（Diatoma）2種7個，具隙藻屬（Opephora）1種6個，曲殼藻屬116種850個，卵形藻屬（Cocconeis）10種289個，變楔藻屬（Rhoicosphenia）3種105個，橋彎藻屬（Cymbella）42種312個，雙眉藻屬（Amphora）18種226個，雙菱藻屬（Surirella）2種7個，馬鞍藻屬（Campylodiscus）1種1個，長羽藻屬（Stenopterobia）1種138個，菱形藻屬（Nitzschia）88種400個，菱板藻屬（Hantzschia）11種20個，雙肋藻屬（Adlafia）4種26個，異極藻屬（Gomphonema）69種730個，短縫藻屬（Eunotia）20種66個，窗紋藻屬（Epithemia）2種11個，棒桿藻屬（Rhopalodia）2種3個。

從底棲硅藻各個屬的種數(shù)組成（圖2）來看，曲殼藻屬116種，占總種數(shù)的22.0%；菱形藻屬88種，占總種數(shù)的167%；舟形藻屬79種，占總種數(shù)的15.0%；異極藻屬69種，占總種數(shù)的13.1%；橋彎藻屬42種，占總種數(shù)的8%；脆桿藻屬25種，占總種數(shù)的4.7%；短縫藻屬20種，占總種數(shù)的38%；雙眉藻屬18種，占總種數(shù)的3.4%；菱板藻屬11種，占總種數(shù)的2.1%；卵形藻屬10種，占總種數(shù)的1.9%；其他硅藻屬種共50種，占總種數(shù)的9.5%。顯然，曲殼藻屬是舞陽河流域底棲硅藻的優(yōu)勢種群。

從底棲硅藻各個屬鑒定到的數(shù)量組成（圖3）來看，曲殼藻屬850個，占總個數(shù)的21.4%；異極藻屬730個，占總個數(shù)的18.4%；舟形藻屬545個，占總個數(shù)的13.7%；菱形藻屬400個，占總個數(shù)的10.1%；橋彎藻屬312個，占總個數(shù)的78%；卵形藻屬289個，占總個數(shù)的7.2%；雙眉藻屬226個，占總個數(shù)的5.7%；長羽藻屬138個，占總個數(shù)的3.4%；脆桿藻屬120個，占總個數(shù)的3.0%；變楔藻屬105個，占總個數(shù)的26%；其他硅藻屬種共260個，占總個數(shù)的6.5%。顯然曲殼藻屬是舞陽河流域底棲硅藻數(shù)量最多的屬。

2.2 舞陽河中底棲硅藻種類組成與相對豐度

由表2可以看出，30個采樣點(diǎn)舞陽河底棲硅藻群落豐富，在不同環(huán)境的樣點(diǎn)，其優(yōu)勢種有所不同，這可能是受到水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量和水文動力條件發(fā)生改變的影響。其中采樣點(diǎn)2、3、4、9、11、17、25、27是以曲殼藻屬為主，主要有A.minutissima var. jackii、A. bioretii Germain、極細(xì)曲殼藻（A. minutissima Kutzing）、A. suchlandtii Hustedt、A. saccula Carter、A. biasolettiana var. subatomus，然而各樣點(diǎn)的優(yōu)勢種都不太相同；采樣點(diǎn)8、14、20、24、26以舟形藻屬為主，分別為N. gibbula Cleve、N. dolomitica Bock、N. wiesneri Lange-Bertalot、N. subhamulata Grunow in van Heurck；采樣點(diǎn)5、6、13、15、16、21以橋彎藻屬為主，分別為邊緣橋彎藻（C. affinis Kützing）、C. laeris Naegeli、C. turgidula Grunow、C. silesiaca Bleisch；采樣點(diǎn)1、7、12、18、22、23、28、29以卵形藻屬為主，分別為C. placentula var. pseudolineata Geitler、C. placentula var. euglypta、C. neothumensis、C. neodiminuta Krammer；采樣點(diǎn)10、19、30以異極藻屬為主，分別為G. micropus Kutzing、G. subtile Ehr。

舞陽河30個底棲硅藻采樣點(diǎn)總體以曲殼藻屬為主，另外，橋彎藻屬與卵形藻屬也較多，曲殼藻屬、卵形藻屬的硅藻是清潔水或寡污水體的指示生物，生長在水質(zhì)相對較好的環(huán)境中，而大多數(shù)的橋彎藻屬植物生長在污染比較嚴(yán)重的水體中，橋彎藻屬的一些種是水體富營養(yǎng)化的典型代表，說明舞陽河大部分采樣點(diǎn)水質(zhì)較好，污染嚴(yán)重的樣點(diǎn)較少。舞陽河各樣點(diǎn)河水中底棲硅藻優(yōu)勢種及相對豐度見表2。

這些普生種底棲硅藻雖然對水環(huán)境的變化比較敏感，但每種硅藻都有較廣的生態(tài)幅和較強(qiáng)的耐受性。舞陽河中底棲硅藻普生種以曲殼藻屬為主，不僅種數(shù)最多，分布也較廣，主要在采樣點(diǎn)2～29，但是分布最普遍的種是C. placentula var. lineata。除采樣點(diǎn)4、6、13、15、19、20沒有分布外，其余各點(diǎn)都有分布，而卵形屬大多生長于較清潔的水體中，也說明舞陽河總體水質(zhì)較好，與優(yōu)勢種硅藻分析結(jié)果一致。

2.3 舞陽河中底棲硅藻豐度

從圖4可以看出，舞陽河河水中底棲硅藻豐度在各個采樣點(diǎn)的分布上都存在差異。結(jié)合圖1中的“1”在舞陽河采樣點(diǎn)中位于大塘村到五旗村附近的1～9樣點(diǎn)底棲硅藻的豐度除了最高值外其他各點(diǎn)變化不大，范圍在1.953萬～4.839萬個/cm2之間，一個明顯最高值在采樣點(diǎn)7上，平均為 2.993萬個/cm2，這9個采樣點(diǎn)的底棲硅藻豐度較高；位于施秉縣城南、城北、城東附近的采樣點(diǎn)10～19中底棲硅藻豐度各有差距，范圍在1.025萬～2.976萬個/cm2之間，平均為 1.823萬個/cm2，與前一段底棲硅藻豐度相比略有下降；位于舞陽河干流中游附近的采樣點(diǎn)20～27中底棲硅藻豐度普遍較低，且各樣點(diǎn)間差距較小，范圍在0.432萬～2.253萬個/cm2之間，平均為1.565萬個/cm2，底棲硅藻豐度較小，明顯下降；位于舞陽河干流下游的采樣點(diǎn)28～30中底棲硅藻豐度在 0.289萬～13.32萬個/cm2之間，平均為0.769萬個/cm2，可見這段舞陽河底棲硅藻豐度明顯較前幾個區(qū)域小，且各采樣點(diǎn)之間的差距也比較小。

2.4 曲殼藻屬與總磷含量及電導(dǎo)率的相關(guān)性

曲殼藻屬是種類最多的屬之一，也是數(shù)量最多的屬之一，其種類、數(shù)量與個體豐度在空間上均有較大的變化。舞陽河總磷含量為9～178 μg/L，電導(dǎo)率為36.40～129.50 μS/cm，從河流上游到下游電導(dǎo)率逐漸減小，總磷含量也呈下降趨勢。在總磷含量和電導(dǎo)率均比較高的水體中，曲殼藻屬的相對豐度也高。它在樣品中的相對豐度與總磷含量、電導(dǎo)率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。

3 結(jié)論

通過對舞陽河底棲硅藻的調(diào)查共檢測出底棲硅藻有528種。不同采樣點(diǎn)之間雖然主要屬差異不大，但是優(yōu)勢種差異較大，相對豐度也不同。從種類組成及優(yōu)勢種來看，下游河段的水質(zhì)比上游河段好。曲殼藻屬是種類最多的屬之一，也是個體數(shù)量最多的屬之一，其種類數(shù)量與個體豐度在空間上均有明顯的規(guī)律性變化，可以作為重要的指示類群。通過篩選優(yōu)勢種、普生種說明舞陽河大部分采樣點(diǎn)的總體水質(zhì)較好。其他水質(zhì)較差的點(diǎn)有待于環(huán)保部門對其實施相關(guān)措施加以治理。

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