贵州云台山喀斯特水体浮游藻类调查及水质评价

任启飞 晏妮 房小晶 路黔

摘要：于2013年调查了贵州省云台山4种喀斯特水体浮游藻类群落结构，分别为景观河道（S1）、浅泉池（S2）、深泉池（S3）、茶店河河流汇水处（S4），同步测定了水体理化指标并进行了水质评价，分析了浮游藻类群落与水体理化参数的关系。结果表明共检测到浮游藻类8门30科64属142种，其中绿藻门种类最多，有25属60种，占总数的42.25%；其次为硅藻门18属42种，蓝藻门11属17种，裸藻门3属10种，甲藻门3属5种，隐藻门2属4种，金藻门1属3种，黄藻门1属1种。不同水体浮游藻类群落结构存在一定的差异，S1和S2群落相似度最高。浮游藻类细胞密度为7.900×105～7.999×107个/L。Marglef指数d值为3.02～4.62，Shannon-Wiener指数H值为2.21～3.43，Evenness指数e值为0.50～0.88。水质评价结果显示，S1为Ⅲ-Ⅳ类水，S2为Ⅱ-Ⅲ类水，S3及S4为Ⅰ类水体。总体上总磷、总氮含量及化学耗氧量是影响贵州云台山喀斯特水体浮游藻类群落结构的主要因素。

关键词：贵州云台山；喀斯特水体；浮游藻类；水质评价

中图分类号：S932.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）13-3123-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.013

Phytoplankton Survey and Water Quality Evaluation in Karst Water of

Yuntai Mountain in Guizhou

REN Qi-fei1，YAN Ni2，FANG Xiao-jing1，LU Qian1

（1.Guizhou Botanical Garden，Guiyang 550004，China； 2.College of Life Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）

Abstract： Community structure of phytoplankton was studied on four kinds of karst water from Yuntai Mountain in Guizhou in 2013， and the four kinds of karst water were landscape river（S1）， shallow pool（S2）， deep spring pool（S3）， and Chadian River catchment（S4）， separately. The water quality was evaluated， and the relationship between phytoplankton community and water physical and chemical index was also analyzed. 142 taxa of phytoplankton belonging to 64 genera，30 families of 8 phyla had been identified， of which the most abundant was Chlorophyta，with 60 species of 25 genera， taking up 42.25% of the total， followed successively by Bacillariophyta，with 42 species of 18 genera； Cyanophyta， with 17 species of 11 genera； Euglenophyta， with 10 species of 3 genera； Dnophyta ，with 5 species of 3 genera； Cryptophyta， with 4 species of 2 genera； Chrysophyta， with 3 species of 1 genera； Xanthophyta， with 1 species of 1 genera. There were some differences between phytoplankton community structure in different water， but S1 and S2 had the highest community similarity. The cell density of phytoplankton ranged from 7.900×105 cells/L to 7.999×107 cells/L. The values of Marglef index ranged from 3.02 to 4.62， the values of Shannon-Wiener index ranged from 2.21 to 3.43 and the values of Evenness Index ranged from 0.50 to 0.88. The water quality evaluation results showed that the water quality of S1 was between Ⅲ and Ⅳclasses， S2 was between Ⅱ and Ⅲ classes， S3 and S4 were bothⅠclass. The values of total phosphorus， total nitrogen and chemical oxygen demand were the main factors that influenced the community structure of phytoplankton in Karst water of Yuntai Mountain.

Key words： Yuntai Mountain in Guizhou； karst water； phytoplankton； water quality evaluation

藻类植物是地球上发现最早的自养生物，是生态系统中的主要初级生产者[1]。浮游藻类是水域生态系统的重要组成部分，在水域生态系统的平衡中起着非常重要的作用[2]，其群落结构的变化是水环境演变的表征之一[3，4]。贵州省是典型的喀斯特地貌发育区，喀斯特地貌分布约占全省面积的73%[5，6]。因长期人为干扰，大部分原始喀斯特生态系统已被破坏。贵州云台山具有独特的白云岩喀斯特地貌景观，保留完整的原始喀斯特生态系统，形成了以自然生态、奇峰丽水为特色的旅游景区，为中国南方喀斯特—施秉喀斯特世界自然遗产的重要组成部分。云台山景区西部有杉木河，东部有黄洲河环绕，景区内亦具有景观河道、泉池、河流等典型的喀斯特水体，是云台山喀斯特生态系统的重要组成部分，同时也是杉木河—潕阳河的重要水源水体。

目前，对贵州云台山的藻类植物研究仅见于罗祖奎等[7]和陈椽等[8]的蓝藻及气生蓝藻的调查，对该区水环境内的浮游藻类研究鲜见报道。因此，本研究以贵州云台山喀斯特水体为主要研究范围，调查了贵州云台山不同水体浮游藻类的群落特征，同步进行水体水质评价，分析浮游藻类群落结构与水质的关系，为该区生态环境保护和景区规划发展提供一定的理论依据。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况与采样点设置

贵州云台山位于贵州省施秉县城北约13 km处，地处东经108°11′-108°15′，北纬27°13′-27°17′，属亚热带季风湿润气候区，年均光照时间为1 561.3 h，年均气温为14～16 ℃，年均降水量1 200 mm，年均湿度80%[9]。通过实地考察，贵州云台山景区主要有景观河道、浅泉池、深泉池、河流4种主要水生生境，其中茶店河为杉木河的上游支流，整个云台山水系处于杉木河—潕阳河流域的上游。本研究亦根据生境类型设置了景观河道（S1）、浅泉池（S2）、深泉池（S3）、茶店河河流汇水处（S4）4个代表样点进行采样分析，具体点位分布见图1。其中景观河道水体较浅，流速慢，受人为干扰大；浅泉池水体几乎不流动，受人为干扰较大；深泉池位于樱桃湾，水体流动较快，受人为干扰较小；茶店河河流汇水处为茶店河代表点，是2条河流汇水处，水较深，流速快，受人为干扰少。

1.2 浮游藻类的采样及处理

2013年6-8月每月中旬定期定点采样，在采样现场观察、记录水体和水环境状况，进行浮游植物的定性、定量采样并固定。浮游藻类植物定性及定量样品的采集参照《淡水浮游生物研究方法》[10]进行，浮游藻类定性分析依据相关藻类分类工具书[11-15]进行。浮游藻类定量分析运用沉淀倾斜法，弃去上层澄清液，留取30 mL浓缩液作定量计数，依目镜视野法求出每升水体中所含的浮游植物细胞数[11]。

1.3 水体理化指标的监测

2013年6-8月，在研究区同步进行水体理化指标监测，水体理化指标监测按照《湖泊富营养化调查规范》（第2版）[16]现场测定水温（WT）、溶解氧（DO），总磷（TP）、总氮（TN）、化学耗氧量（COD）、pH于24 h内在实验室按照《水和废水监测分析方法》（第4版）[17]进行分析。

1.4 指数计算方法与数据处理

1.4.1 群落相似性研究 由于4种水体生境的不同，不同水体浮游藻类种类组成具有一定差异，通过整理统计鉴定的藻类植物名录，分析不同水体浮游藻类群落相似性，采用S？覬rensen相似性系数[18]：ISs=[2C/（A+B）]×100%。

式中，A为样地A中种的总数，B为样地B中种的总数，C为样地A和B中共有种的总数。

1.4.2 多样性指数计算 浮游藻类多样性指数可反映群落结构的内涵[19]，对藻类植物的群落结构进行分析的多样性指数有很多，关于不同多样性指数的适用范围及优缺点的评价，国内外许多学者作了大量的工作。本研究根据贵州云台山水体的具体情况，采用Marglef指数、Shannon-Wiener指数、Evenness指数反映浮游藻类群落的特征，其计算公式详见文献[20]和文献[21]。

Marglef指数评价水体污染程度的标准为：0～1为重度污染，1～2为严重污染，2～4为中度污染，4～6为轻度污染，大于6为清洁水；Shannon-Wiener指数评价水体污染程度的标准为：0～1为重度污染，1～3为中度污染，大于3为轻度污染或无污染；Evenness指数评价水体污染程度的标准为：0～0.3为重度污染，0.3～0.5为中度污染，0.5～0.8为轻度污染或无污染[22]。

1.4.3 水质评价方法 选择pH、溶解氧（DO）、化学耗氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）等几项作为水质理化评价指标评价云台山各水体水质，评价标准参照《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》，标准阈值见表1。

2 结果与分析

2.1 云台山喀斯特水体浮游藻类群落结构特征

2.1.1 种类组成 共检测到浮游藻类8门30科64属142种。其中绿藻门种类最多，有25属60种，占总种数的42.25%。其次依次为硅藻门18属42种，占总种数的29.58%；蓝藻门11属17种，占总种数的11.97%；裸藻门3属10种，占总种数的7.04%；甲藻门3属5种，占总种数的3.52%；隐藻门2属4种，占总种数的2.82%；金藻门1属3种，占总种数的2.11%；黄藻门1属1种，占总种数的0.70%。各样点的种类分布如图2所示，S1的种类数最多，达85种；其次为S2，种类数为72种；S3种类数为57种；S4种类数最少，仅有38种。其中S1、S2和S3这3个样点均以绿藻门种类数最多，其次为硅藻门种类数；S4以硅藻门种类数最多，所占比例达到了52.63%，其次为绿藻门种类数，所占比例为31.58%。

2.1.2 不同水体浮游藻类群落相似性研究 贵州云台山不同水体藻类植物的种类组成存在一定的差异，4个样点均有分布的种类仅有7种，分别为星肋小环藻（Cyclotella asterocostata）、尖针杆藻（Synedra acus）、新月桥弯藻（Cymbella cymbiformis）、膨胀桥弯藻（Cymbella tumida）、球衣藻（Chlamydomonas globosa）、阿库栅藻（Scenedesmus acunae）、二形栅藻（Scenedesmus dimorphus）。

各点的优势种类分布也存在不同，其中样点S1的主要优势种为网球藻（Dictyosphaeria cavernosa）、美丽网球藻（Dictyosphaerium pulchellum）、微小四角藻（Tetraedron minimum）、单生卵囊藻（Oocystis solitaria）。样点S2的主要优势种与S1较为相似，有网球藻、美丽网球藻、微小多甲藻（Peridinium pusillum）、尖尾扁裸藻（Phacus acuminatus）。样点S3的主要优势种为尖针杆藻、微小四角藻、尖尾蓝隐藻（Chroomonas acuta）。样点S4的主要优势种以硅藻门植物为主，有短小曲壳藻（Achnanthes exigua）、纤细桥弯藻（Cymbella gracilis）、简单舟形藻（Navicula simples）、纤细异极藻（Gomphonema gracile）。

通过群落S？覬rensen相似性系数研究不同水体浮游藻类的群落相似度，如表2所示，样点S1和S2浮游藻类群落相似度最高达到42.7%， 说明该2点群落相似性最高；S1与S3的相似度其次，为39.8%；S2与S3的相似度为34.7%；另外S4与其他3个样点群落相似度值相对较低，说明样点S4与其他3个点群落相似性均较低。

2.1.3 云台山喀斯特水体浮游藻类的细胞密度 由表3可知，样点S1的细胞密度最大，达到7.999×107个/L；其次为S2，细胞密度为4.096×107个/L；S3的细胞密度为6.25×106个/L；S4的细胞密度最小，仅有7.900×105个/L，与S1相差2个数量级。从细胞密度组成上来看，点位S1的绿藻门相对多度达73.26%，硅藻门相对多度仅为14.63%；样点S2的绿藻门相对多度达63.48%，硅藻门相对多度仅为16.89%；S1和S2的相对多度均表现为绿藻门>硅藻门>蓝藻门>其余门。样点S3的硅藻门相对多度达61.76%，绿藻门相对多度仅13.28%，与蓝藻门相对多度相当，S3的相对多度表现为硅藻门>绿藻门=蓝藻门>其余门。样点S4的硅藻门相对多度达78.48%，绿藻门相对多度仅11.39%，蓝藻门相对多度为8.86%，其他门藻类细胞密度几乎不占比例，表现为硅藻门>绿藻门>蓝藻门>其余门。由此可见，贵州省云台山喀斯特水体中，S1和S2细胞密度较大，表现为绿藻型水体；S3和S4细胞密度相对较小，表现为硅藻型水体。

2.1.4 云台山浮游藻类多样性指数 云台山喀斯特水体浮游藻类多样性指数见图3，Marglef指数d值为3.02～4.62，其中S1与S2两点d值均超过4；Shannon-Wiener指数H值为2.21～3.43，各点间H值差异较小，其中S3、S4两点的H值大于3；Evenness指数e值为0.50～0.88。通过多样性指数评价各水体污染情况：d值指示S1、S2为轻度污染，S3、S4为中度污染，但是由于S3、S4水流较快，浮游藻类细胞极易被流水冲刷带走，不适宜浮游藻类的生长[23，24]，造成藻类种类数偏少，d值相对较低，因此用d值评价该区域污染情况尚需要进一步研究；H值指示S1、S2为中度污染，S3、S4为无污染；e值指示各点均为无污染或者轻度污染。

2.2 云台山喀斯特水体理化指标及水质评价

本研究选择 pH、溶解氧（DO）、化学耗氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）评价云台山喀斯特水体水质情况，各点水体理化指标的平均值见表4。云台山水体pH为7.130～8.271，水体呈弱碱性；各点水体温度相差不大，以S1与S2略高；DO为5.032～8.052 mg/L，TP为0.002～0.186 mg/L，TN为0.132～1.318 mg/L，COD为0.34～17.74 mg/L。

根据《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》评价各水体水质情况。评价结果见表5所示，由DO、COD、TP评价S1均为Ⅲ类水，TN评价S1为Ⅳ类水；由DO评价S2为Ⅱ类水，COD评价S2为Ⅰ～Ⅱ类水，TP、TN评价S2为Ⅲ类水；DO评价S3为Ⅱ类水，COD、TP、TN评价S3为Ⅰ类水；DO、COD、TP及TN评价S4均为Ⅰ类水。总体来说，景观河道S1水体为Ⅲ～Ⅳ类水，浅泉池S2水体为Ⅱ～Ⅲ类水，而深泉池S3及茶店河S4总体为Ⅰ类水体，这与生物多样性评价的结果较为一致。

2.3 云台山浮游藻类群落指标与水质理化指标的相关性

在贵州省云台山喀斯特水体4个采样点连续采样3个月得到的24个样本，以每个样本的水质理化指标为自变量，样本的浮游植物群落指标为因变量作相关分析。分析结果（表6）显示，贵州云台山浮游藻类种类数与pH呈显著正相关；细胞密度与TP呈极显著正相关，与TN和COD呈显著正相关；Marglef指数与TP、TN及COD呈显著正相关；Shannon-Wiener指数与TP、TN及COD呈显著负相关；Evenness指数与TN呈极显著负相关。总体来看TP、TN及COD是影响贵州云台山喀斯特水体浮游藻类群落结构的主要因素。

3 小结与讨论

3.1 浮游藻类的群落结构特征

本研究共检测到浮游藻类8门30科64属142种，其中绿藻门种类最多，有25属60种，占总数的42.25%。其次依次为硅藻门18属42种，占总数的29.58%；蓝藻门11属17种，占总数的11.97%；其他门植物共24种，占总数的16.8%。不同水体藻类植物的种类组成存在一定的差异，S1的种类数最多，达85种；S4种类数最少，仅有38种。S1、S2和S3 3个样点位均以绿藻门植物种类数最多，S4以硅藻门植物种类最多。群落相似性研究表明，S1和S2浮游藻类相似度最高，达到42.7%；S1与S3的相似度其次，为39.8%；S2与S3的相似度为34.7%；S4与其他3个样点群落相似度值相对较低。浮游藻类的细胞密度为7.900×105～7.999×107个/L，S1和S2浮游藻类细胞密度较大且为绿藻型水体，S3和S4浮游藻类细胞密度小且表现为硅藻型水体。贵州云台山喀斯特水体Marglef指数d值为3.02～4.62，Shannon-Wiener指数H值为2.21～3.43，Evenness指数e值为0.50～0.88。

3.2 喀斯特水体水质评价

运用多样性指数评价云台山喀斯特水体水质情况，d值指示S1、S2为轻度污染，S3、S4为中度污染，但是S3、S4水流较快，不适宜浮游藻类的生长，d值相对较低，因此用d值评价该区域污染情况尚需要进一步研究；H值指示S1、S2点为中度污染，S3、S4为无污染；e值指示各点均为无染或者轻度污染。

通过对喀斯特水体理化指标测定及水质评价，贵州云台山景观河道S1水体为Ⅲ～Ⅳ类水，浅泉池S2水体为Ⅱ～Ⅲ类水，而深泉池S3及茶店河S4总体为Ⅰ类水体，这与生物多样性评价的结果一致，总体表现为深泉池、河流为清洁水体，而景观河道与浅泉池可能存在轻微污染趋势。

3.3 云台山喀斯特水体保护措施及建议

贵州云台山水体是杉木河上游水源水体，杉木河漂流素有矿泉水上漂流的美誉，因此保护其上游水体具有非常重要的意义。通过对浮游藻类群落与环境因子的相关性研究表明，总磷、总氮含量及化学耗氧量是影响贵州云台山喀斯特水体浮游藻类群落结构的主要因素。而S1和S2总磷、总氮含量及化学耗氧量相对较高，且这2个采样点所代表的水体经评价已呈现出轻微的污染，因此相关部门在进行云台山旅游规划时应当继续保持对深泉及河流水体等水体的保护，重点加强对景观河道及浅泉池等已轻微污染水体的改造：①加强对景观河道与浅泉池的水体改造，可以在景观河道种植睡莲、黄花鸢尾等高等植物，打造独特的湿地景观，利用高等植物富集水体营养，同时也能增加水体景观效果。另外浅泉池是难得的地下涌泉水体，本属清洁水源，但因为水体不能流出，长期浸染周边泥土导致水体质量偏低，景观性较差，建议修建沟渠引流水体进行合理利用，亦可增加水体景观性。②尽量减少对深泉池及茶店河的人为干扰，提醒游客保护水体，坚决杜绝排污进入水体，为杉木河—潕阳河提供优质的水源。

参考文献：

[1] REYNOLDS C S. The Ecology of Fresh Water Phytoplankton[M].Cambridge：Cambridge University Press，1984.

[2] 李守淳，柴文波，叶付粥，等.南昌市艾溪湖浮游藻类的多样性调查与评价[J].江西师范大学学报（自然科学版），2013，37（3）：316-318.

[3] THORNTON K W， KIMMEL B L， PAYNE F E. Reservoir Limnology：Ecological Perspectives[M]. New York： John Wiley&Sons， 1990. 246.

[4] KIPLAGAT K， LOTHAR K， FRANCIS M M. Temporal changes in phytoplankton structure and composition at the Turkwel Gorge Reservoir[J]. Hydrobiologia， 1998， 368（1）：41-45.

[5] 邓晓红，毕坤.贵州省喀斯特地貌分布面积及分布特征分析[J].贵州地质，2004，21（3）：191-193.

[6] 贵州省区域地理信息项目领导小组.贵州省地理信息数据集[M].贵阳：贵州人民出版社，1996.275-293.

[7] 罗祖奎，刘伦沛，王 云，等.贵州省云台山鸟类群落特征[J].华东师范大学学报（自然科学版），2013（5）：43-52.

[8] 陈 椽，胡晓红.贵州云台山蓝藻植物的生态分布[J].贵州师范大学学报（自然科学版），1996，14（2）：5-18.

[9] 胡晓红，陈 椽，王承录，等.贵州省云台山亚气生蓝藻植物初报[J].贵州师范大学学报（自然科学版），1995，14（2）：50-56.

[10] 贺红早，张珍明，何云松，等.贵州省云台山喀斯特森林土壤性状特征研究[J].湖北农业科学，2013，52（13）：3007-3010.

[11] 章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991.

[12] 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类——系统、分类及生态[M].北京：科学出版社，2006.

[13] 朱浩然.中国淡水藻志（第二卷：色球藻纲）[M].北京：科学出版社，1991.

[14] 李尧英，魏印心，施之新，等.西藏藻类[M].北京：科学出版社，1992.

[15] 齐雨藻，李家英.中国淡水藻志（第十卷：硅藻门羽纹纲）[M].北京：科学出版社，1991.

[16] 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].第二版.北京：中国环境科学出版社，1990.

[17] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[18] 容 丽，熊康宁，李俊良.花江喀斯特峡谷区不同石漠化等级植物群落区系特征及其相似度[J].贵州师范大学学报（自然科学版），2011，29（3）：9-13.

[19] 燕晓雯，张修峰，李金花.星湖浮游植物群落特征及水质评价[J].环境科学与管理，2009，34（4）：65-67.

[20] 孙 军，刘东艳.多样性指数在海洋浮游植物研究中的应用[J].海洋学报，2004，26（1）：62-75.

[21] 孙 军，刘东艳，魏 皓，等.琉球群岛邻近海域浮游植物多样性的模糊综合评判[J].海洋与湖沼，2001，32（4）：445-453.

[22] 谭 香，夏小玲，程晓莉，等.丹江口水库浮游植物群落时空动态及其多样性指数[J].环境科学，2011，32（10）：2875-2882.

[23] 邓洪平，陈 锋，王明书，等.嘉陵江下游硅藻群落结构及物种多样性研究[J].水生生物学报，2010，34（2）：330-335.

[24] 吴乃成，唐 涛，周淑婵，等.香溪河小水电的梯级开发对浮游藻类的影响[J].应用生态学报，2007，18（5）：1091-1096.