乌江上游毕节段溶洞地下水浮游硅藻及水质分析

孙丹　支崇远　李娅

摘要：对乌江上游毕节段层台镇玉龙村溶洞的3个采样点进行野外水样采集，利用硅藻细胞密度、多样性指数、均匀度指数及硅藻商等指标评价溶洞地下水水质现状。结果表明，溶洞地下水中共发现硅藻18 属107 种（含变种），平均细胞密度为1.59×104个/L，硅藻群落结构为物种较丰富、细胞密度较低、多样性较高。洞口1、洞口3共有的硅藻种类较多，可能是洞口1、洞口3的水环境特征相似，洞口2水环境可能受人为干扰影响。溶洞地下水质为贫营养状态，水体清洁。

关键词：浮游硅藻；优势种；物种多样性；溶洞

中图分类号： Q178.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0323-03

收稿日期：2014-10-14

基金项目：国家自然科学基金（编号：41062005、30560011）；贵州省科技基金（编号：黔科合外G字[2012]7023）；贵州省科技厅科技支撑计划（编号：黔科合SY字[2012]3178）。

作者简介：孙丹（1988—），女，吉林松原人，硕士研究生，主要从事湿地生态学研究。E-mail：719479994@qq.com。

通信作者：支崇远，博士，教授，从事硅藻生理生态学研究。E-mail：zhicyy@qq.com。喀斯特溶洞是由溶蚀作用形成的，洞中的水有溶蚀、侵蚀作用[1]。溶洞地下水与河流、湖泊等地表水有一定的区别。硅藻分布非常广泛，在淡水、半咸水、海水、陆地上都能生存。硅藻是一种低等的单细胞藻类植物，个体微小，体长一般在1～200 μm。硅藻种类多、生命周期短、繁殖快、属种丰富，对环境因子变化十分敏感，国内外已将硅藻作为水质监测的重要指标[2-6]。关于应用硅藻对溶洞地下水质进行分析的研究很少[7-8]。本研究以贵州省毕节市七星关区层台镇玉龙村溶洞地下水为对象，分析溶洞地下水中浮游硅藻群落的组成及分布，旨在为浮游硅藻种群多样性研究提供理论基础。1材料与方法

1.1采样地点

玉龙洞位于乌江上游毕节段层台镇玉龙村，分布于整个村。依据玉龙洞在乌江上游毕节段的特点，依次在洞口1（位于村头）、洞口2（位于农户住宅旁）、洞口3（位于山上）（图1）3个采样点采集样品。洞口均较小，洞口的水流速度比较快，洞口1、洞口3周边植物繁茂，洞口2附近有人居住。洞壁潮湿，洞内温度较洞外低。

1.2样品的处理

在洞口1、洞口2、洞口3采样点分别取自然状态水1 000 mL。

1.2.1钙质、泥沙处理加入一定量浓度为12 mol/L的盐酸溶液，利用乙醇灯对试验器皿持续加热至不产生气泡为止。

1.2.2有机质、其他藻类处理加入一定量的浓硫酸溶液，加热至不起泡为止。

1.2.3样品提取向样品中注入蒸馏水，自然冷却；待硅藻沉积在容器底部，使用真空水泵吸除烧杯上清液；多次重复此操作，至溶液最终pH值为7左右。

1.2.4样品存放根据样品硅藻密度，将硅藻溶液定容至50 mL备用。

1.2.5标本制作从制得的硅藻样品中提取500 μL样本置于18 mm×18 mm盖玻片上，使用ZCY胶将样本制成硅藻永久制片，干燥。

1.3硅藻鉴定与统计

使用50iBas尼康生物相差光学显微镜（DIC）对溶洞中的硅藻进行鉴定，统计硅藻的壳面数量。 结合国际权威硅藻图谱、《中国淡水藻类》及《中国淡水藻志》第4卷、第10卷、第12卷鉴定硅藻属种[9-13]。分别计算硅藻的物种数以及每物种个体数，每个样品计数3片，各片之间数值差距小于等于15%，如果误差大于15%，则相应增加计数片数，取其平均值。

1.4方法

硅藻细胞密度（N）计算公式如下：

N=n×V1/V2×V3。（1）

式中：V1为浓缩样体积（mL），V2为计数体积（mL），V3为采样体积（mL），n为个体数[14]。

Berger-Parker 物种优势度指数（I） 计算公式如下：

I=ni/N。（2）

式中：I为物种的优势度，N为样品的个体总数，ni为第i种物种的个体数。当优势度I≥0.1时，该物种即为优势属或优势种。

硅藻生物多样性指数（H）计算公式如下：

H=-∑（ni/N）×ln（ni/N）。（3）

式中：n为样点第i种硅藻个体数，N为样点中的硅藻总个体数[15-16]。H>3代表清洁水质，2

D=（S-1）/lnN。（4）

式中：D代表Margalef 多样性指数，S代表硅藻种类数，N代表硅藻个体总数。D>6代表清洁水，4≤D≤6代表水质轻度污染，3≤D<4代表水质中度污染，D<3代表水质重度污染。

E=H/log2S。（5）

式中：H为Shannon-Weaver多样性指数，S为种类数。当 00.8代表无污染。

硅藻商（Q）=中心纲硅藻种数/羽纹纲硅藻种数。（6）

当Q≥1 时代表水体富营养化； Q<1 时代表水体贫营养。

2结果与分析

2.1水质理化指标

由表1可知，各采样点氧化还原电位由高到低依次为洞口2>洞口3>洞口1；无机磷、无机氮含量最大值均出现在洞口2，说明洞口2水质较洞口1、洞口3差，这主要是因为该采样点位于村内，容易被生活污水等污染。

2.2硅藻的组成及分布

本研究共计发现硅藻107种（含变种、变型），隶属2纲9科18属（表2）。其中，羽纹纲物种较丰富，共8科17属104种，占总种数的97.20%；中心纲1科1属3种，占总种数的

2.3不同采样点硅藻的优势种

浮游硅藻优势种在水生态系统中有重要作用，不同优势种的组成、变化、优势度可以很好地反映水质。3个洞口的优势属种分布特征不同（表3），洞口1的优势属为曲壳藻属（Achnanthes）、舟形藻属（Navicula）；洞口2的优势属为桥弯藻属（Cymbella）、曲壳藻属（Achnanthes）、卵形藻属（Cocconeis）、舟形藻属（Navicula）；洞口3的优势属为菱形藻属（Nitzschia）、桥弯藻属（Cymbella）、曲壳藻属（Achnanthes）、舟形藻属（Navicula）。研究表明，桥弯藻属（Cymbella）、曲壳藻属（Achnanthes）、卵形藻属（Cocconeis）、小环藻属（ Cyclotella ）、Achnanthes minutissima是水质清洁的指示属种[17]。研究区域主要优势种为Achnanthes minutissima var.jackii和Navicula parablis，硅藻在各采样点的优势属、优势种多数为清洁指示种，由此可见，各采样点水质良好。

2.4硅藻细胞密度

溶洞地下水硅藻细胞密度为1.08×104～1.95×104个/L，平均值为1.59×104个/L。洞口1硅藻细胞密度最大值为 1.95×104个/L，洞口2的细胞密度最小值为1.08×104个/L，洞口3的细胞密度1.73×104个/L。水体中浮游硅藻密度<30×104个/L为贫营养，30×104～100×104个/L为中营养，>100×104个/L为富营养[18]。溶洞地下水浮游硅藻的密度小于30×104个/L，故溶洞地下水为贫营养。

2.5硅藻多样性指数及硅藻商

由表4可见，采样点硅藻多样性指数H为2.733 7～4228 5，其中最高值出现在洞口1，最低值出现在洞口2；丰富度指数D为5.849 2～14.919 5，其中最高值出现在洞口1，最低值出现在洞口2；均匀度指数E为0.604 3～0.699 6，其中最高值出现在洞口1，最低值出现在洞口2；硅藻商Q值为0.022 2～0.087 0，其中最高值出现在洞口2，最低值出现在洞口3。H>3为清洁水质，D>6为清洁水质，0.5

3结论与讨论

3.1溶洞地下水硅藻群落结构特征

本调查表明，溶洞地下水中共发现硅藻18 属107 种（含变种），平均细胞密度为1.59×104个/L，硅藻群落结构为物种较丰富、细胞密度较低和多样性较高[19-23]。溶洞地下水中硅藻以曲壳藻属（Achnanthes）和舟形藻属（Navicula）2个属为优势属，曲壳藻Achnanthes minutissima var. jackii （Rabenhorst） Lange-Bertalot、舟形藻Navicula parablis Hohn & Hellerman为优势种。不同采样点溶洞地下水中硅藻分布特征不同，洞口1硅藻为67种，洞口2为22种，洞口3为46种。各采样点均出现的硅藻种类有曲壳藻属（Achnanthes）、舟形藻属（Navicula）、脆杆藻属（Fragilaria）、卵形藻属（Cocconeis）、桥弯藻属（Cymbella），其中，洞口1、洞口3共有的硅藻种类较多，可能是洞口1、洞口3的水环境特征相似，洞口2水环境可能受人为干扰影响。

3.2喀斯特溶洞水质现状

3个采样点中，洞口2的水质较其他2个采样点差，这可能与村民日常生活有关。我国喀斯特溶洞繁多，具有很大的开发价值和研究价值。因此，应对溶洞水质进行长期连续监测，建立合理的保护方案，避免溶洞生态系统受到破坏。本研究中喀斯特溶洞平均硅藻商为0.046 5，均匀度指数等于0.643 6。溶洞地下水水质为贫营养状态，水质清洁。但是多样性指数仅定量考虑了群落的物种数及其个体数，未涉及物种与生态因子之间的关系，因此不能揭示水体的具体水污染类型。 在评价水体水质时，还应结合其他生物学及理化指标。

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