乌江上游毕节段溶洞地下水浮游硅藻及水质分析

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-07-16

  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

  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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