烏江上游畢節(jié)段溶洞地下水浮游硅藻及水質(zhì)分析

孫丹　支崇遠(yuǎn)　李婭

摘要：對烏江上游畢節(jié)段層臺鎮(zhèn)玉龍村溶洞的3個采樣點(diǎn)進(jìn)行野外水樣采集，利用硅藻細(xì)胞密度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)及硅藻商等指標(biāo)評價溶洞地下水水質(zhì)現(xiàn)狀。結(jié)果表明，溶洞地下水中共發(fā)現(xiàn)硅藻18 屬107 種（含變種），平均細(xì)胞密度為1.59×104個/L，硅藻群落結(jié)構(gòu)為物種較豐富、細(xì)胞密度較低、多樣性較高。洞口1、洞口3共有的硅藻種類較多，可能是洞口1、洞口3的水環(huán)境特征相似，洞口2水環(huán)境可能受人為干擾影響。溶洞地下水質(zhì)為貧營養(yǎng)狀態(tài)，水體清潔。

關(guān)鍵詞：浮游硅藻；優(yōu)勢種；物種多樣性；溶洞

中圖分類號： Q178.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0323-03

收稿日期：2014-10-14

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：41062005、30560011）；貴州省科技基金（編號：黔科合外G字[2012]7023）；貴州省科技廳科技支撐計(jì)劃（編號：黔科合SY字[2012]3178）。

作者簡介：孫丹（1988—），女，吉林松原人，碩士研究生，主要從事濕地生態(tài)學(xué)研究。E-mail：719479994@qq.com。

通信作者：支崇遠(yuǎn)，博士，教授，從事硅藻生理生態(tài)學(xué)研究。E-mail：zhicyy@qq.com?？λ固厝芏词怯扇芪g作用形成的，洞中的水有溶蝕、侵蝕作用[1]。溶洞地下水與河流、湖泊等地表水有一定的區(qū)別。硅藻分布非常廣泛，在淡水、半咸水、海水、陸地上都能生存。硅藻是一種低等的單細(xì)胞藻類植物，個體微小，體長一般在1～200 μm。硅藻種類多、生命周期短、繁殖快、屬種豐富，對環(huán)境因子變化十分敏感，國內(nèi)外已將硅藻作為水質(zhì)監(jiān)測的重要指標(biāo)[2-6]。關(guān)于應(yīng)用硅藻對溶洞地下水質(zhì)進(jìn)行分析的研究很少[7-8]。本研究以貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)層臺鎮(zhèn)玉龍村溶洞地下水為對象，分析溶洞地下水中浮游硅藻群落的組成及分布，旨在為浮游硅藻種群多樣性研究提供理論基礎(chǔ)。1材料與方法

1.1采樣地點(diǎn)

玉龍洞位于烏江上游畢節(jié)段層臺鎮(zhèn)玉龍村，分布于整個村。依據(jù)玉龍洞在烏江上游畢節(jié)段的特點(diǎn)，依次在洞口1（位于村頭）、洞口2（位于農(nóng)戶住宅旁）、洞口3（位于山上）（圖1）3個采樣點(diǎn)采集樣品。洞口均較小，洞口的水流速度比較快，洞口1、洞口3周邊植物繁茂，洞口2附近有人居住。洞壁潮濕，洞內(nèi)溫度較洞外低。

1.2樣品的處理

在洞口1、洞口2、洞口3采樣點(diǎn)分別取自然狀態(tài)水1 000 mL。

1.2.1鈣質(zhì)、泥沙處理加入一定量濃度為12 mol/L的鹽酸溶液，利用乙醇燈對試驗(yàn)器皿持續(xù)加熱至不產(chǎn)生氣泡為止。

1.2.2有機(jī)質(zhì)、其他藻類處理加入一定量的濃硫酸溶液，加熱至不起泡為止。

1.2.3樣品提取向樣品中注入蒸餾水，自然冷卻；待硅藻沉積在容器底部，使用真空水泵吸除燒杯上清液；多次重復(fù)此操作，至溶液最終pH值為7左右。

1.2.4樣品存放根據(jù)樣品硅藻密度，將硅藻溶液定容至50 mL備用。

1.2.5標(biāo)本制作從制得的硅藻樣品中提取500 μL樣本置于18 mm×18 mm蓋玻片上，使用ZCY膠將樣本制成硅藻永久制片，干燥。

1.3硅藻鑒定與統(tǒng)計(jì)

使用50iBas尼康生物相差光學(xué)顯微鏡（DIC）對溶洞中的硅藻進(jìn)行鑒定，統(tǒng)計(jì)硅藻的殼面數(shù)量。 結(jié)合國際權(quán)威硅藻圖譜、《中國淡水藻類》及《中國淡水藻志》第4卷、第10卷、第12卷鑒定硅藻屬種[9-13]。分別計(jì)算硅藻的物種數(shù)以及每物種個體數(shù)，每個樣品計(jì)數(shù)3片，各片之間數(shù)值差距小于等于15%，如果誤差大于15%，則相應(yīng)增加計(jì)數(shù)片數(shù)，取其平均值。

1.4方法

硅藻細(xì)胞密度（N）計(jì)算公式如下：

N=n×V1/V2×V3。（1）

式中：V1為濃縮樣體積（mL），V2為計(jì)數(shù)體積（mL），V3為采樣體積（mL），n為個體數(shù)[14]。

Berger-Parker 物種優(yōu)勢度指數(shù)（I） 計(jì)算公式如下：

I=ni/N。（2）

式中：I為物種的優(yōu)勢度，N為樣品的個體總數(shù)，ni為第i種物種的個體數(shù)。當(dāng)優(yōu)勢度I≥0.1時，該物種即為優(yōu)勢屬或優(yōu)勢種。

硅藻生物多樣性指數(shù)（H）計(jì)算公式如下：

H=-∑（ni/N）×ln（ni/N）。（3）

式中：n為樣點(diǎn)第i種硅藻個體數(shù)，N為樣點(diǎn)中的硅藻總個體數(shù)[15-16]。H>3代表清潔水質(zhì)，2

D=（S-1）/lnN。（4）

式中：D代表Margalef 多樣性指數(shù)，S代表硅藻種類數(shù)，N代表硅藻個體總數(shù)。D>6代表清潔水，4≤D≤6代表水質(zhì)輕度污染，3≤D<4代表水質(zhì)中度污染，D<3代表水質(zhì)重度污染。

E=H/log2S。（5）

式中：H為Shannon-Weaver多樣性指數(shù)，S為種類數(shù)。當(dāng) 00.8代表無污染。

硅藻商（Q）=中心綱硅藻種數(shù)/羽紋綱硅藻種數(shù)。（6）

當(dāng)Q≥1 時代表水體富營養(yǎng)化； Q<1 時代表水體貧營養(yǎng)。

2結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)理化指標(biāo)

由表1可知，各采樣點(diǎn)氧化還原電位由高到低依次為洞口2>洞口3>洞口1；無機(jī)磷、無機(jī)氮含量最大值均出現(xiàn)在洞口2，說明洞口2水質(zhì)較洞口1、洞口3差，這主要是因?yàn)樵摬蓸狱c(diǎn)位于村內(nèi)，容易被生活污水等污染。

2.2硅藻的組成及分布

本研究共計(jì)發(fā)現(xiàn)硅藻107種（含變種、變型），隸屬2綱9科18屬（表2）。其中，羽紋綱物種較豐富，共8科17屬104種，占總種數(shù)的97.20%；中心綱1科1屬3種，占總種數(shù)的

2.3不同采樣點(diǎn)硅藻的優(yōu)勢種

浮游硅藻優(yōu)勢種在水生態(tài)系統(tǒng)中有重要作用，不同優(yōu)勢種的組成、變化、優(yōu)勢度可以很好地反映水質(zhì)。3個洞口的優(yōu)勢屬種分布特征不同（表3），洞口1的優(yōu)勢屬為曲殼藻屬（Achnanthes）、舟形藻屬（Navicula）；洞口2的優(yōu)勢屬為橋彎藻屬（Cymbella）、曲殼藻屬（Achnanthes）、卵形藻屬（Cocconeis）、舟形藻屬（Navicula）；洞口3的優(yōu)勢屬為菱形藻屬（Nitzschia）、橋彎藻屬（Cymbella）、曲殼藻屬（Achnanthes）、舟形藻屬（Navicula）。研究表明，橋彎藻屬（Cymbella）、曲殼藻屬（Achnanthes）、卵形藻屬（Cocconeis）、小環(huán)藻屬（ Cyclotella ）、Achnanthes minutissima是水質(zhì)清潔的指示屬種[17]。研究區(qū)域主要優(yōu)勢種為Achnanthes minutissima var.jackii和Navicula parablis，硅藻在各采樣點(diǎn)的優(yōu)勢屬、優(yōu)勢種多數(shù)為清潔指示種，由此可見，各采樣點(diǎn)水質(zhì)良好。

2.4硅藻細(xì)胞密度

溶洞地下水硅藻細(xì)胞密度為1.08×104～1.95×104個/L，平均值為1.59×104個/L。洞口1硅藻細(xì)胞密度最大值為 1.95×104個/L，洞口2的細(xì)胞密度最小值為1.08×104個/L，洞口3的細(xì)胞密度1.73×104個/L。水體中浮游硅藻密度<30×104個/L為貧營養(yǎng)，30×104～100×104個/L為中營養(yǎng)，>100×104個/L為富營養(yǎng)[18]。溶洞地下水浮游硅藻的密度小于30×104個/L，故溶洞地下水為貧營養(yǎng)。

2.5硅藻多樣性指數(shù)及硅藻商

由表4可見，采樣點(diǎn)硅藻多樣性指數(shù)H為2.733 7～4228 5，其中最高值出現(xiàn)在洞口1，最低值出現(xiàn)在洞口2；豐富度指數(shù)D為5.849 2～14.919 5，其中最高值出現(xiàn)在洞口1，最低值出現(xiàn)在洞口2；均勻度指數(shù)E為0.604 3～0.699 6，其中最高值出現(xiàn)在洞口1，最低值出現(xiàn)在洞口2；硅藻商Q值為0.022 2～0.087 0，其中最高值出現(xiàn)在洞口2，最低值出現(xiàn)在洞口3。H>3為清潔水質(zhì)，D>6為清潔水質(zhì)，0.5

3結(jié)論與討論

3.1溶洞地下水硅藻群落結(jié)構(gòu)特征

本調(diào)查表明，溶洞地下水中共發(fā)現(xiàn)硅藻18 屬107 種（含變種），平均細(xì)胞密度為1.59×104個/L，硅藻群落結(jié)構(gòu)為物種較豐富、細(xì)胞密度較低和多樣性較高[19-23]。溶洞地下水中硅藻以曲殼藻屬（Achnanthes）和舟形藻屬（Navicula）2個屬為優(yōu)勢屬，曲殼藻Achnanthes minutissima var. jackii （Rabenhorst） Lange-Bertalot、舟形藻Navicula parablis Hohn & Hellerman為優(yōu)勢種。不同采樣點(diǎn)溶洞地下水中硅藻分布特征不同，洞口1硅藻為67種，洞口2為22種，洞口3為46種。各采樣點(diǎn)均出現(xiàn)的硅藻種類有曲殼藻屬（Achnanthes）、舟形藻屬（Navicula）、脆桿藻屬（Fragilaria）、卵形藻屬（Cocconeis）、橋彎藻屬（Cymbella），其中，洞口1、洞口3共有的硅藻種類較多，可能是洞口1、洞口3的水環(huán)境特征相似，洞口2水環(huán)境可能受人為干擾影響。

3.2喀斯特溶洞水質(zhì)現(xiàn)狀

3個采樣點(diǎn)中，洞口2的水質(zhì)較其他2個采樣點(diǎn)差，這可能與村民日常生活有關(guān)。我國喀斯特溶洞繁多，具有很大的開發(fā)價值和研究價值。因此，應(yīng)對溶洞水質(zhì)進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測，建立合理的保護(hù)方案，避免溶洞生態(tài)系統(tǒng)受到破壞。本研究中喀斯特溶洞平均硅藻商為0.046 5，均勻度指數(shù)等于0.643 6。溶洞地下水水質(zhì)為貧營養(yǎng)狀態(tài)，水質(zhì)清潔。但是多樣性指數(shù)僅定量考慮了群落的物種數(shù)及其個體數(shù)，未涉及物種與生態(tài)因子之間的關(guān)系，因此不能揭示水體的具體水污染類型。 在評價水體水質(zhì)時，還應(yīng)結(jié)合其他生物學(xué)及理化指標(biāo)。

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