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            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.madelainejordan.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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