杞麓湖畔養(yǎng)殖水域硅藻種群時(shí)空分布研究

張清蘭，劉小煜，倪洪萍，宮 萍，梁肖青，陸 萍

（玉溪師范學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，云南 玉溪 653100）

杞麓湖屬斷層陷落湖，位于云南省玉溪市通?？h境內(nèi)，屬南盤江水系，湖面海拔 1 764 m，湖泊呈北東南西的矩形狀，東西長約 10.4 km，南北平均寬約 3.5 km，湖岸線全長約 45 km，湖水面積達(dá) 36.73 km2，湖水自西向東逐漸加深.長期以來，杞麓湖為當(dāng)?shù)鼐用裰匾墓┧?，湖岸大多為居民的居住房、各種工業(yè)以及農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)，經(jīng)濟(jì)作物以時(shí)鮮蔬菜等為主.由于人類活動(dòng)加劇和全球氣候變暖，導(dǎo)致了全國大量湖泊的生態(tài)系統(tǒng)功能遭遇到極大的威脅[1].同樣杞麓湖也受到人類活動(dòng)（圍湖造田、蔬菜種殖等）的影響，有機(jī)物、氮、磷污染嚴(yán)重.水質(zhì)常年呈劣V 類[2-3].本研究選取杞麓湖畔養(yǎng)殖水域表層和底層水樣中硅藻為研究對象，分析其湖泊表層和底層硅藻多樣性和種群空間分布狀況.

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)介紹及采樣方法

水樣采集點(diǎn)概況：杞麓湖湖周為蔬菜種植基地，采樣處的養(yǎng)殖水域距菜田僅有4～5 m，且常有居民在湖中沖洗蔬菜等人為活動(dòng).

采樣方法：2018 年4～9 月間，每月中旬用取水器采集杞麓湖養(yǎng)殖水域（經(jīng)度：102.77°，緯度：24.14°，海拔：1 766.0 m）采樣點(diǎn)（圖1）的表層、底層水樣各1.5 L，并現(xiàn)場測定水溫和電導(dǎo)率.

圖1 杞麓湖水樣采樣點(diǎn)（如三角形所示）

1.2 硅藻提取和觀察

（1）向水樣中加入100 ml 37～40%的甲醛，并將水樣搖勻，固定硅藻.

（2）2～3 天后，為提高硅藻獲取率，量取水樣 400 ml，搖勻后用 LD-臺(tái)式電動(dòng)離心機(jī)離心兩次進(jìn)行濃縮：第一次轉(zhuǎn)速為 3 000 r/min，定時(shí)6 min，除去上清液至60 ml；第二次轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，定時(shí) 3 min，除去上清液至5 ml.

（3）向濃縮后的水樣中加入2.5 ml 65%～68%的HNO3，除去有機(jī)質(zhì).氧化30 min 后，用蒸餾水清洗并離心4～5 次（每次轉(zhuǎn)速為2000 r/min，定時(shí)3 min）輕輕除去上清液至10 ml.

（4）搖勻后用膠頭滴管取1 滴水樣制片觀察.

1.3 硅藻觀察計(jì)數(shù)與鑒定

在顯微鏡下制片觀察并計(jì)數(shù)超300 粒以上.

硅藻鑒定與命名參考中國淡水藻志（硅藻門）[4～7]，淡水沉積物硅藻圖譜[8]，興凱湖的硅藻[9]，歐洲硅藻鑒定系統(tǒng)[10].

1.4 計(jì)算與測定

物種豐度＝（物種數(shù)量/總物種數(shù)量）×100%.

總氮含量測定：按HJ636-2012 方法進(jìn)行測定.

2 結(jié)果分析

杞麓湖養(yǎng)殖水域的硅藻共有10 屬30 種（表1），其中小環(huán)藻屬最多，具8 種，表層和底層分別具6 種和5 種，且優(yōu)勢種皆為梅尼小環(huán)藻，物種豐度分別達(dá)到了67.20%和78.60%，其次為Cyclotella stelligera，其物種豐度分別為16.36%和5.51%.表層硅藻有6 屬21 種.底層的硅藻有9 屬23 種.表層出現(xiàn)了Cyclotella sp.、Cyclotella ocellata、Cyclotella radiosa、Melasira sp.、Navicula capitatoradiata、Navicula variostriata、Synedra sp.等7 種，而不在底層出現(xiàn)，物種豐度分別占表層硅藻的0.05～1.86%.底層出現(xiàn)Achnanthes sp.、Achnanthidium hungaricum、Cyclotella comta、Cyclotella bodanica var.lemanica、Fragilaria biceps、Fragilaria fasciculata、Orthoseira roeseana、Stephanodiscus lucens 等物種，其物種豐度分別占到了0.02～0.62%.

表1 杞麓湖養(yǎng)殖水域表層和底層硅藻物種豐度

3 討論

3.1 杞麓湖養(yǎng)殖水域中硅藻的空間分布

從表1 看，2018 年4～9 月份杞麓湖畔養(yǎng)殖水域表層有6 屬21 種，其中：小環(huán)藻屬6 種、舟形藻屬6種、直鏈藻屬4 種、脆桿藻屬2 種、菱形藻屬2 種、針桿藻屬1 種；底層有9 屬23 種，其中：小環(huán)藻屬5 種、脆桿藻屬5 種、舟形藻屬4 種、直鏈藻屬3 種、菱形藻屬2 種、曲殼藻屬、彎殼藻屬、Orthoseira、冠盤藻屬各1 種，底層的硅藻屬數(shù)和種數(shù)均多于表層.

表層中，小環(huán)藻屬的物種數(shù)與舟形藻屬的一樣，但前者的豐度為81.26%（其中梅尼小環(huán)藻為67.2%），遠(yuǎn)大于后者（6.08%）；底層中，小環(huán)藻屬的種數(shù)與脆桿藻屬的相同，但其豐度為84.14%（其中梅尼小環(huán)藻為78.6%），是底層中最高的，因此表層和底層的優(yōu)勢種均為梅尼小環(huán)藻.梅尼小環(huán)藻是湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生的指示性物種，在丹麥、瑞典、德國等歐洲地區(qū)的一些富營養(yǎng)或重富營養(yǎng)化的湖泊中就以優(yōu)勢種群大量出現(xiàn)[11]，杞麓湖中梅尼小環(huán)藻成為優(yōu)勢物種而大量出現(xiàn)也表明該湖泊富營養(yǎng)化程度較嚴(yán)重，與杞麓湖水質(zhì)分析研究結(jié)論相同[3].

楊海明等研究表明氮元素促進(jìn)了梅尼小環(huán)藻的生長繁殖，氮含量的增加可促進(jìn)梅尼小環(huán)藻的繁殖[12].經(jīng)測定，杞麓湖養(yǎng)殖水域表層和底層水樣的總氮含量依次分別為3.32 mg/L、3.55 mg/L，底層總氮濃度高于表層，這是底層水體的梅尼小環(huán)藻豐度高于表層的主要原因（見表1）.

3.2 水溫對硅藻時(shí)空分布的影響

水溫是影響硅藻生長的重要環(huán)境因子，在20～30℃范圍內(nèi)適合硅藻生長，水溫過高或過低都會(huì)影響硅藻細(xì)胞的生長，但不同種類的硅藻適宜的溫度不一樣.例如：星肋小環(huán)藻在9.5～15.0℃范圍內(nèi)生長，而在18.0℃時(shí)，藻細(xì)胞會(huì)停止生長[13].

Hausmann S.Pienitz 通過研究加拿大的4 個(gè)湖泊，發(fā)現(xiàn)水溫是影響這些湖區(qū)硅藻種群變化的主要環(huán)境因子[14].Mitrovic 等通過研究河流中梅尼小環(huán)藻水華發(fā)現(xiàn)梅尼小環(huán)藻在溫度大于23℃、流動(dòng)小于400 mL/d的條件下大量繁殖，而在28℃時(shí)生長變得緩慢[15].

本研究中，杞麓湖畔養(yǎng)殖水域4～9 月表層和底層水溫雖然底層稍偏低，但除7 月份較高外均處于23～25℃間，表層和底層的30 種硅藻中有14 種在兩層中均出現(xiàn)，16 種中Cyclotella sp.等7 種僅出現(xiàn)在表層，Achnanthes sp.等9 種僅出現(xiàn)于底層，可能也是不同硅藻對水溫的反應(yīng)不同而造成的結(jié)果.另外，杞麓湖養(yǎng)殖水域中4～9 月份表層和底層硅藻種類的波動(dòng)狀況（圖3）也與人類活動(dòng)有關(guān)，擾亂了硅藻的自然狀態(tài)下的時(shí)空分布狀態(tài).

圖2 4～9 月份硅藻種群與水溫的變化趨勢

3.3 電導(dǎo)率對硅藻種群時(shí)空分布的影響

電導(dǎo)率是水體水質(zhì)分析重要指標(biāo)之一，其大小主要由水體中的可溶性離子的種類、濃度和水溫等決定，可溶性離子越多，其電導(dǎo)率就越大[16].當(dāng)水體的電導(dǎo)率發(fā)生改變時(shí)，硅藻的組成也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，當(dāng)水體的電導(dǎo)率出現(xiàn)較大幅度下降的時(shí)候，硅藻的種類便會(huì)隨之增多.

但是在本研究中，杞麓湖養(yǎng)殖水域2018 年4～9 月間表層和底層電導(dǎo)率均呈逐漸下降趨勢，分別自約928.0 μs/cm、929.0 μs/cm 降至818.0 μs/cm、820.0 μs/cm，但硅藻種類并沒隨之增加，而是處于波動(dòng)狀態(tài)（圖3），這也與人們活動(dòng)（如洗菜等）有關(guān).

圖3 4～9 月份硅藻種群與電導(dǎo)率的變化趨勢

4 結(jié)論

硅藻作為海洋和內(nèi)陸水體中重要的初級生產(chǎn)者,在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位.2018 年4～9 月間杞麓湖養(yǎng)殖水域中硅藻共有10 屬30 種，其中表層有6 屬21 種，底層有9 屬23 種.小環(huán)藻屬為水域中優(yōu)勢屬，有8 種，其中梅尼小環(huán)藻豐度最高，表明杞麓湖養(yǎng)殖水域富營養(yǎng)化程度較高，也與總氮含量偏高有關(guān).該時(shí)間內(nèi)該水域水溫和電導(dǎo)率分別呈現(xiàn)拋物線和下降趨勢，但硅藻時(shí)空分布波動(dòng)較大，反映了不同硅藻物種對水溫和電導(dǎo)率的反應(yīng)不同，同時(shí)受人類活動(dòng)的影響較大.