烏江上游畢節段溶洞地下水浮游硅藻及水質分析
來源：http://www.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-07-16
摘要：對烏江上游畢節段層臺鎮玉龍村溶洞的3個采樣點進行野外水樣采集，利用硅藻細胞密度、多樣性指數、均勻度指數及硅藻商等指標評價溶洞地下水水質現狀。結果表明，溶洞地下水中共發現硅藻18 屬107 種(含變種)，平均細胞密度為1.59×104個/L，硅藻群落結構為物種較豐富、細胞密度較低、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的水環境特征相似，洞口2水環境可能受人為干擾影響。溶洞地下水質為貧營養狀態，水體清潔。
關鍵詞：浮游硅藻;優勢種;物種多樣性;溶洞
喀斯特溶洞是由溶蝕作用形成的，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，對環境因子變化十分敏感，國內外已將硅藻作為水質監測的重要指標[2-6]。關于應用硅藻對溶洞地下水質進行分析的研究很少[7-8]。本研究以貴州省畢節市七星關區層臺鎮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。1材料與方法
1.1采樣地點
玉龍洞位于烏江上游畢節段層臺鎮玉龍村，分布于整個村。依據玉龍洞在烏江上游畢節段的特點，依次在洞口1(位于村頭)、洞口2(位于農戶住宅旁)、洞口3(位于山上)(圖1)3個采樣點采集樣品。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采樣點分別取自然狀態水1 000 mL。
1.2.1鈣質、泥沙處理加入一定量濃度為12 mol/L的鹽酸溶液，利用乙醇燈對試驗器皿持續加熱至不產生氣泡為止。
1.2.2有機質、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;多次重復此操作，至溶液最終pH值為7左右。
1.2.4樣品存放根據樣品硅藻密度，將硅藻溶液定容至50 mL備用。
1.2.5標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硅藻鑒定與統計
使用50iBas尼康生物相差光學顯微鏡(DIC)對溶洞中的硅藻進行鑒定，統計硅藻的殼面數量。 結合國際權威硅藻圖譜、《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]。分別計算硅藻的物種數以及每物種個體數，每個樣品計數3片，各片之間數值差距小于等于15%，如果誤差大于15%，則相應增加計數片數，取其平均值。
1.4方法
硅藻細胞密度(N)計算公式如下：
N=n×V1/V2×V3。(1)
式中：V1為濃縮樣體積(mL)，V2為計數體積(mL)，V3為采樣體積(mL)，n為個體數[14]。
Berger-Parker 物種優勢度指數(I) 計算公式如下：
I=ni/N。(2)
式中：I為物種的優勢度，N為樣品的個體總數，ni為第i種物種的個體數。當優勢度I≥0.1時，該物種即為優勢屬或優勢種。
硅藻生物多樣性指數(H)計算公式如下：
H=-∑(ni/N)×ln(ni/N)。(3)
式中：n為樣點第i種硅藻個體數，N為樣點中的硅藻總個體數[15-16]。H>3代表清潔水質，2 D=(S-1)/lnN。(4)
式中：D代表Margalef 多樣性指數，S代表硅藻種類數，N代表硅藻個體總數。D>6代表清潔水，4≤D≤6代表水質輕度污染，3≤D<4代表水質中度污染，D<3代表水質重度污染。
E=H/log2S。(5)
式中：H為Shannon-Weaver多樣性指數，S為種類數。當 00.8代表無污染。
硅藻商(Q)=中心綱硅藻種數/羽紋綱硅藻種數。(6)
當Q≥1 時代表水體富營養化; Q<1 時代表水體貧營養。
2結果與分析
2.1水質理化指標
由表1可知，各采樣點氧化還原電位由高到低依次為洞口2>洞口3>洞口1;無機磷、無機氮含量最大值均出現在洞口2，說明洞口2水質較洞口1、洞口3差，這主要是因為該采樣點位于村內，容易被生活污水等污染。
2.2硅藻的組成及分布
本研究共計發現硅藻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，占總種數的97.20%;中心綱1科1屬3種，占總種數的 2.3不同采樣點硅藻的優勢種
浮游硅藻優勢種在水生態系統中有重要作用，不同優勢種的組成、變化、優勢度可以很好地反映水質。3個洞口的優勢屬種分布特征不同(表3)，洞口1的優勢屬為曲殼藻屬(Achnanthes)、舟形藻屬(Navicula);洞口2的優勢屬為橋彎藻屬(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)、小環藻屬( Cyclotella )、Achnanthes minutissima是水質清潔的指示屬種[17]。研究區域主要優勢種為Achnanthes minutissima var.jackii和Navicula parablis，硅藻在各采樣點的優勢屬、優勢種多數為清潔指示種，由此可見，各采樣點水質良好。
2.4硅藻細胞密度
溶洞地下水硅藻細胞密度為1.08×104～1.95×104個/L，平均值為1.59×104個/L。洞口1硅藻細胞密度最大值為 1.95×104個/L，洞口2的細胞密度最小值為1.08×104個/L，洞口3的細胞密度1.73×104個/L。水體中浮游硅藻密度<30×104個/L為貧營養，30×104～100×104個/L為中營養，>100×104個/L為富營養[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。
2.5硅藻多樣性指數及硅藻商
由表4可見，采樣點硅藻多樣性指數H為2.733 7～4228 5，其中最高值出現在洞口1，最低值出現在洞口2;豐富度指數D為5.849 2～14.919 5，其中最高值出現在洞口1，最低值出現在洞口2;均勻度指數E為0.604 3～0.699 6，其中最高值出現在洞口1，最低值出現在洞口2;硅藻商Q值為0.022 2～0.087 0，其中最高值出現在洞口2，最低值出現在洞口3。H>3為清潔水質，D>6為清潔水質，0.5 3結論與討論
3.1溶洞地下水硅藻群落結構特征
本調查表明，溶洞地下水中共發現硅藻18 屬107 種(含變種)，平均細胞密度為1.59×104個/L，硅藻群落結構為物種較豐富、細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個屬為優勢屬，曲殼藻Achnanthes minutissima var. jackii (Rabenhorst) Lange-Bertalot、舟形藻Navicula parablis Hohn & Hellerman為優勢種。不同采樣點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。各采樣點均出現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的水環境特征相似，洞口2水環境可能受人為干擾影響。
3.2喀斯特溶洞水質現狀
3個采樣點中，洞口2的水質較其他2個采樣點差，這可能與村民日常生活有關。我國喀斯特溶洞繁多，具有很大的開發價值和研究價值。因此，應對溶洞水質進行長期連續監測，建立合理的保護方案，避免溶洞生態系統受到破壞。本研究中喀斯特溶洞平均硅藻商為0.046 5，均勻度指數等于0.643 6。溶洞地下水水質為貧營養狀態，水質清潔。但是多樣性指數僅定量考慮了群落的物種數及其個體數，未涉及物種與生態因子之間的關系，因此不能揭示水體的具體水污染類型。 在評價水體水質時，還應結合其他生物學及理化指標。
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