烏江上游畢節段溶洞地下水浮游硅藻及水質(zhì)分析

來(lái)源：http://www.thesierramadre.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)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(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)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(jià)溶洞地下水水質(zhì)現狀。結果表明，溶洞地下水中共發(fā)現硅藻18 屬107 種(含變種)，平均細胞密度為1.59×104個(gè)/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(lèi)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(yíng)養狀態(tài)，水體清潔。

　　關(guān)鍵詞：浮游硅藻;優(yōu)勢種;物種多樣性;溶洞

　　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(lèi)植物，個(gè)體微小，體長(cháng)一般在1～200 μm。硅藻種類(lèi)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，國內外已將硅藻作為水質(zhì)監測的重要指標[2-6]。關(guān)于應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市七星關(guān)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(diǎn)

　　玉龍洞位于烏江上游畢節段層臺鎮玉龍村，分布于整個(gè)村。依據玉龍洞在烏江上游畢節段的特點(diǎn)，依次在洞口1(位于村頭)、洞口2(位于農戶(hù)住宅旁)、洞口3(位于山上)(圖1)3個(gè)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，利用乙醇燈對試驗器皿持續加熱至不產(chǎn)生氣泡為止。

　　1.2.2有機質(zhì)、其他藻類(lèi)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(xué)顯微鏡(DIC)對溶洞中的硅藻進(jìn)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(lèi)》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(gè)體數，每個(gè)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(gè)體數[14]。

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

　　I=ni/N。(2)

　　式中：I為物種的優(yōu)勢度，N為樣品的個(gè)體總數，ni為第i種物種的個(gè)體數。當優(yōu)勢度I≥0.1時(shí)，該物種即為優(yōu)勢屬或優(yōu)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(diǎn)第i種硅藻個(gè)體數，N為樣點(diǎn)中的硅藻總個(gè)體數[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，S代表硅藻種類(lèi)數，N代表硅藻個(gè)體總數。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，S為種類(lèi)數。當 00.8代表無(wú)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(shí)代表水體富營(yíng)養化; Q<1 時(shí)代表水體貧營(yíng)養。

　　2結果與分析

　　2.1水質(zhì)理化指標

　　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(wú)機磷、無(wú)機氮含量最大值均出現在洞口2，說(shuō)明洞口2水質(zhì)較洞口1、洞口3差，這主要是因為該采樣點(diǎn)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(fā)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(diǎn)硅藻的優(yōu)勢種

　　浮游硅藻優(yōu)勢種在水生態(tài)系統中有重要作用，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(gè)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)勢種多數為清潔指示種，由此可見(jiàn)，各采樣點(diǎn)水質(zhì)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(gè)/L，平均值為1.59×104個(gè)/L。洞口1硅藻細胞密度最大值為 1.95×104個(gè)/L，洞口2的細胞密度最小值為1.08×104個(gè)/L，洞口3的細胞密度1.73×104個(gè)/L。水體中浮游硅藻密度<30×104個(gè)/L為貧營(yíng)養，30×104～100×104個(gè)/L為中營(yíng)養，>100×104個(gè)/L為富營(yíng)養[18]。溶洞地下水浮游硅藻的密度小于30×104個(gè)/L，故溶洞地下水為貧營(yíng)養。

　　2.5硅藻多樣性指數及硅藻商

　　由表4可見(jiàn)，采樣點(diǎn)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(zhì)，D>6為清潔水質(zhì)，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(fā)現硅藻18 屬107 種(含變種)，平均細胞密度為1.59×104個(gè)/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(gè)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)均出現的硅藻種類(lèi)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(lèi)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)現狀

　　3個(gè)采樣點(diǎn)中，洞口2的水質(zhì)較其他2個(gè)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(kāi)發(fā)價(jià)值和研究?jì)r(jià)值。因此，應對溶洞水質(zhì)進(jìn)行長(cháng)期連續監測，建立合理的保護方案，避免溶洞生態(tài)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(zhì)為貧營(yíng)養狀態(tài)，水質(zhì)清潔。但是多樣性指數僅定量考慮了群落的物種數及其個(gè)體數，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(lèi)型。 在評價(jià)水體水質(zhì)時(shí)，還應結合其他生物學(xué)及理化指標。

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