小車河底棲硅藻生物的多樣性

唐水民，支崇遠(yuǎn)

(貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550001)

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小車河底棲硅藻生物的多樣性

唐水民，支崇遠(yuǎn)*

(貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550001)

[目的]探究小車河底棲硅藻的多樣性和空間分布特征，以及硅藻優(yōu)勢種與環(huán)境因子的關(guān)系。[方法] 2015年6月對貴陽市小車河(阿哈水庫到南明河段)10個樣點(diǎn)采集的30個水樣進(jìn)行底棲硅藻調(diào)查。[結(jié)果]鑒定小車河底棲硅藻為2綱6目9科22屬131種(包括亞種和變種)，從硅藻分布的規(guī)律來看，小車河底棲硅藻的絕對豐度在各個采樣點(diǎn)都存在差異，且以小環(huán)藻屬為優(yōu)勢種。通過回歸分析，小車河硅藻細(xì)胞密度與水體總磷含量呈明顯正相關(guān)，與水溫?zé)o明顯線性關(guān)系。[結(jié)論]調(diào)查結(jié)果為小車河水環(huán)境監(jiān)測、河流的保護(hù)與利用，以及維護(hù)生態(tài)平衡提供了理論依據(jù)。

底棲硅藻；多樣性；小環(huán)藻；小車河

底棲藻類附著在河床、湖泊與水庫沿岸的石頭、大型植物或者苔蘚等基質(zhì)上，包括硅藻、綠藻、藍(lán)藻、金藻等種類[1]。在河流中，底棲硅藻生物多樣性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他藻類[2]，底棲硅藻是河流水質(zhì)監(jiān)測的重要生物指標(biāo)[3]，在判別水體污染程度、評價水體富營養(yǎng)狀態(tài)等方面具有廣泛的應(yīng)用價值[4]。大多數(shù)的硅藻指數(shù)方法都集中在底棲硅藻群落指數(shù)的建立上。底棲硅藻作為指示種，一方面是因?yàn)槠鋵Νh(huán)境因子(如光、溫度、無機(jī)鹽、氧濃度、pH、鹽度)的變化十分敏感[5-6]，另一方面與其他生物類群相比，硅藻為初級生產(chǎn)者，生活周期短，能夠準(zhǔn)確和靈敏地反映水體的環(huán)境與生態(tài)狀況的變化[7]。硅藻對不同的環(huán)境條件所產(chǎn)生的適應(yīng)機(jī)制不同，主要表現(xiàn)在硅藻豐度與其群體結(jié)構(gòu)的差異上，因此，硅藻生物量與硅藻群落組成的巨大差異是底棲硅藻最顯著的特征之一[8]。水環(huán)境化學(xué)狀態(tài)的變化會使一些種類的增長受到限制甚至消亡，一些種類的生長增殖得以加速，成為優(yōu)勢種[9]。

目前，硅藻多樣性的研究是熱點(diǎn)，美國、加拿大、英國、俄羅斯、丹麥、挪威等國學(xué)者近年正加強(qiáng)對硅藻多樣性及其應(yīng)用的研究，美國和歐盟投入巨資開展了多個單位聯(lián)合的硅藻多樣性研究[10]。我國對硅藻多樣性的研究不多，且側(cè)重于海洋硅藻，對淡水硅藻的研究更少。中國科學(xué)院海洋研究所開展了硅藻培養(yǎng)研究，貴州師范大學(xué)支崇遠(yuǎn)教授多年來一直致力于硅藻生物多樣性及硅藻對重金屬污染的治理研究。河流生態(tài)系統(tǒng)是生物圈物質(zhì)循環(huán)的重要通道，具有調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境以及維護(hù)生物多樣性等眾多功能[11]。貴陽市小車河流域?qū)儆诘湫偷目λ固氐孛玻怨枋桶自茙r為主的山石裸露，給硅藻的生長提供了良好的環(huán)境。鑒于此，筆者研究了小車河底棲硅藻多樣性及其分布特征，旨在為小車河水環(huán)境監(jiān)測、河流的保護(hù)與利用，以及維護(hù)生態(tài)平衡提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

小車河發(fā)源于貴陽市花溪區(qū)麥坪鄉(xiāng)的紅巖，全長26.8 km，與金鐘河在阿哈水庫匯合后，流經(jīng)南郊公園，最后從太慈橋匯入南明河。小車河多年平均流量為3.49 m3/s，是南明河上游的一條主要支流，也是貴陽市重要的水源保護(hù)地。該研究河段是阿哈水庫到南明河段，流經(jīng)農(nóng)田、小車河濕地公園、居民區(qū)醫(yī)院和工廠。近年來隨著城市人口和旅游人數(shù)的增加，大量未經(jīng)處理的生活、醫(yī)療用水及生活垃圾排入河中，對小車河水體生態(tài)環(huán)境以及生物多樣性造成很大的影響。

1.2 方法

1.2.1 采樣點(diǎn)設(shè)置。 于2015年6月，依照小車河的環(huán)境特征，嚴(yán)格按照文獻(xiàn)[12-13]中的水樣采集方法，在小車河水域設(shè)置10個采樣點(diǎn)(圖1)。對每個采樣點(diǎn)底棲硅藻采樣，并現(xiàn)場測定水溫等，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定水體總磷(TP)含量。

注：采樣地點(diǎn)1.106°39′35″ E，26°32′18″ N；2.106°39′46″ E，26°32′26″ N；3.106°40′04″ E，26°32′26″ N；4.106°40′23″ E，26°32′31″ N；5.106°40′42″ E，26°32′27″ N；6.106°40′53″ E，26°32′24″ N；7.106°40′55″ E，26°32′31″ N；8.106°41′07″ E，26°32′58″ N；9.106°41′14″ E，26°33′11″ N；10.106°41′29″ E，26°33′23″ N。Note： Sampling sites： 1.106°39′35″ E，26°32′18″ N；2.106°39′46″ E，26°32′26″ N；3.106°40′04″ E，26°32′26″ N；4.106°40′23″ E，26°32′31″ N；5.106°40′42″ E，26°32′27″ N；6.106°40′53″ E，26°32′24″ N；7.106°40′55″ E，26°32′31″ N；8.106°41′07″ E，26°32′58″ N；9.106°41′14″ E，26°33′11″ N；10.106°41′29″ E，26°33′23″ N.圖1 小車河浮游硅藻采樣地示意Fig.1 Schematic diagram of the sampling sites of diatom in Xiaoche River

1.2.2 底棲硅藻的采集和處理。采集在正常水動力條件下不能被移動的石塊，用小刀刮取表面的硅藻。將采集好的石塊樣品進(jìn)行如下處理：①刮取硅藻。用硬毛牙刷或小刀刮取一定面積石塊表面上的硅藻，在刮取過程中，用蒸餾水沖刷，以確保石塊、牙刷上的硅藻全都被沖進(jìn)燒杯。②去鈣質(zhì)與泥沙。加入適量12 mol/L濃鹽酸處理，靜置24 h，或通過加熱方法去除溶解性碳酸鹽，直至樣品不起泡。③去有機(jī)質(zhì)。加入適量98%濃硫酸(18.6 mol/L)，靜置24 h，或加熱至樣品不起泡。④去酸。加入蒸餾水靜置24 h，待硅藻沉積在燒杯底部后，用真空水泵吸取燒杯上層清液；重復(fù)操作，直至溶液pH約為7。⑤硅藻溶液定容。根據(jù)硅藻密度將硅藻溶液定容至100 mL。

1.2.3 永久制片和硅藻鑒定。用移液槍吸取定容的硅藻樣品溶液，從硅藻樣中提取500 μL樣本放于20 mm×20 mm蓋玻片上，使其均勻分布于蓋玻片上，自然風(fēng)干或微火烘干。按照E-44環(huán)氧樹脂與SK-8固化劑為100∶15的配制比例(ZCYePoxy)進(jìn)行膠的配制。將配制好的膠滴1滴于載玻片上，將干燥后的有硅藻樣一面的蓋玻片蓋在有膠的載玻片上，待干燥后進(jìn)行編號，使用ECLIPSE E200尼康生物相差光學(xué)顯微鏡在1 000倍下鑒定并統(tǒng)計硅藻的殼面數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 小車河底棲硅藻屬的組成及數(shù)量 共鑒定出硅藻131種(包括變種)，隸屬于2綱6目9科22屬。從底棲硅藻各個屬的種數(shù)組成來看(表1)，中心綱包括浮游直鏈藻屬7種、小環(huán)藻屬31種、冠盤藻6種。羽紋綱包括21屬87種：舟型藻屬18種，羽紋藻屬3種，布紋藻屬2種，輻節(jié)藻屬1種，異菱藻屬1種，肋縫藻屬1種，菱形藻屬5種，菱板藻屬7種，曲殼藻屬3種，卵形藻屬1種，橋彎藻屬5種，雙眉藻屬2種，雙菱藻屬3種，長羽藻屬1種，馬鞍藻屬1種，脆桿藻屬11種，等片藻屬1種，異極藻屬13種，短縫藻屬5種，雙肋藻屬2種，窗紋藻屬1種。由圖2可知，小環(huán)藻屬31種，占總種數(shù)的24%；舟型藻屬18種，占總種數(shù)的14%；異極藻屬13種，占總種數(shù)的10%。可見，小環(huán)藻屬種是小車河流域底棲硅藻的優(yōu)勢種。

表1 小車河底棲硅藻鑒定數(shù)據(jù)

圖2 小車河底棲硅藻各屬種數(shù)百分比Fig.2 Species and genus percentages of benthic diatom in Xiaoche River

2.2 小車河底棲硅藻種類組成與相對豐度 由表2可知，小車河10個采樣點(diǎn)底棲硅藻群落結(jié)構(gòu)較豐富，在不同點(diǎn)、不同的生態(tài)環(huán)境中，其優(yōu)勢種屬不同，這可能取決于流速和營養(yǎng)鹽的含量。采樣點(diǎn)1以橋彎藻屬C.MesianaCholnoky為主；采樣點(diǎn)2以扁圓卵形藻橢圓變種為主；采樣點(diǎn)3、5以小環(huán)藻屬為主，分別是C.planctonicaBrunnthaler、C.bodanicaGrunow var. bodanica；采樣點(diǎn)6、7以舟型藻屬為主，分別是N.concentricaCarter、N.ripariaHustedt；采樣點(diǎn)8、9以菱形藻屬為主，分別是N.hungaricaGrunow、N.prolongataHustedt var.prolongata；采樣點(diǎn)10以異極藻G.herculeana(Ehrenberg) Cleve為主。

從所采30個樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，小環(huán)藻屬數(shù)量最多，為小車河硅藻優(yōu)勢屬，舟型藻屬和異極藻屬數(shù)量也較多。小環(huán)藻屬、舟型藻屬和異極藻屬種都喜好生活在營養(yǎng)物質(zhì)豐富的水體中；橋彎藻屬是水體富營養(yǎng)化的典型代表屬，而曲殼藻屬和卵形藻屬對污染較敏感，是清潔水或寡污水體的指示屬[14-17]。這指示小車河水體整體水質(zhì)較差，受污染程度較嚴(yán)重。

表2 小車河底棲硅藻優(yōu)勢種與相對豐度

Table 2 Dominant species and relative abundance of benthic diatom in Xiaoche River

采樣點(diǎn)Samplingsite屬Genus優(yōu)勢種Dominantspecies相對豐度Relativeabundance%1橋彎藻C.MesianaCholnoky28.42卵形藻扁圓卵形藻橢圓變種19.63小環(huán)藻C.planctonicaBrunnthaler42.14浮游直鏈藻A.granulata(Ehrenberg)Simons-en38.55小環(huán)藻C.bodanicaGrunowvar.bodanica40.46舟型藻N.concentricaCarter26.37舟型藻N.ripariaHustedt19.58菱形藻N.hungaricaGrunow20.99菱形藻N.prolongataHustedtvar.prolon-gata25.510異極藻G.herculeana(Ehrenberg)Cleve26.7

2.3 小車河底棲硅藻的細(xì)胞密度 由表3可知，小車河底棲硅藻細(xì)胞密度在各個采樣點(diǎn)都存在差異，為6 835～8 406個/cm2，其中10號采樣點(diǎn)是最高值，3號采樣點(diǎn)是最低值，平均值為7 470個/cm2。河流上游底棲硅藻的細(xì)胞密度波動較大，最高值和最低值都出現(xiàn)在上游；中游相對平穩(wěn)，波動幅度不大；下游略有變化。

表3 小車河底棲硅藻細(xì)胞密度

小車河底棲硅藻種群較豐富，一些種類在該河段的幾個樣點(diǎn)均有分布，且數(shù)量較多，是這一流域底棲硅藻的主要種類，并成為這個流域的普生種。小車河底棲硅藻的普生種共有10個種及變種。其中，C.meneghinianaKutz分布在樣點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；C.bodanicaGrunow var. bodanica分布在樣點(diǎn)2、3、5、6、7、8、9、10；C.planctonicaBrunnthaler分布在樣點(diǎn)1、3、4、7、10；N.ripariaHustedt分布在樣點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；N.concentricaCarter分布在樣點(diǎn)5、6、7、9、10；C.placentula(Ehr.)Hust分布在樣點(diǎn)3、5、6、9、10；扁圓卵形藻橢圓變種分布在樣點(diǎn)2、3、4、7、9、10；N.prolongataHustedt var.prolongata分布在樣點(diǎn)3、6、8、9、10；N.hungaricaGrunow分布在樣點(diǎn)5、7、8、9；N.minimaGrun分布在樣點(diǎn)3、6、7、9、10。

2.4 硅藻細(xì)胞密度與TP含量及水溫、pH 的相關(guān)性 由圖3和圖4可知，小車河流域各樣點(diǎn)的TP平均值為0.299 mg/L，10個采樣點(diǎn)的TP含量為0.101～0.504 mg/L，水溫為21.9～24.3 ℃，河流TP含量從上游到下游呈上升趨勢，水溫呈下降趨勢。小車河流域中磷的來源可能有2個方面：一方面是農(nóng)業(yè)磷肥的使用，不能被農(nóng)作物吸收的部分可隨農(nóng)田排水流進(jìn)河中；另一方面是城市污水的排放，包括合成洗滌劑、食品污物和糞便等。小環(huán)藻屬作為最多種類的硅藻屬，其種類、數(shù)量與相對豐度均有較大的變化，在TP含量較高的水體中，小環(huán)藻屬的相對豐度也較高。這說明它與小車河TP含量呈明顯正相關(guān)(r=0.902，P=0.001<0.005)，秩相關(guān)系數(shù)差異極顯著(圖5)；與水溫?zé)o線性關(guān)系(r=0.091，P=0.398>0.05)，相關(guān)系數(shù)差異不顯著(圖6)。

圖3 小車河TP含量情況Fig.3 Situation of TP content in Xiaoche River

圖4 小車河采樣點(diǎn)水溫情況Fig.4 Water temperature situation of sampling sites in Xiaoche River

圖5 小車河硅藻細(xì)胞密度與TP的關(guān)系Fig.5 Relationship between diatom cell abundance and TP(total phosphorus)in Xiaoche River

圖6 小車河硅藻細(xì)胞密度與水溫的關(guān)系Fig.6 Relationship between diatom cell abundance and water temperature in Xiaoche River

3 結(jié)論

小車河共鑒定出底棲硅藻2綱9科22屬131種(包括亞種和變種)。從上游到下游，各采樣點(diǎn)之間底棲硅藻的主要屬差別不大，但優(yōu)勢種差別較大，且相對豐度也不相同。從種類組成及優(yōu)勢種來看，上游水質(zhì)好，中、下游受人類活動影響較大，水質(zhì)較差。小環(huán)藻和舟型藻是種類較多的屬，硅藻的細(xì)胞密度受總磷含量的影響明顯。為了更好地保護(hù)小車河和南明河，政府與環(huán)保部門應(yīng)對該河段加強(qiáng)監(jiān)測和治理力度。

[2] STEVENSON R J，PAN Y,DAM H V,et al.Assessing ecological conditions in rivers and streams with diatoms[M].London：Cambridge University，1999：11-20.

[3] LARSEN J.Recent changes in diatom-inferred pH，heavy metals，and spheroidal carbonaceous particles in lake sediments near an oil refinery at Mongstad，Western Norway[J].Journal of paleolimnology，2000，23(4)：343-363.

[4] POTAPOVA M G，CHARLES D F.Benthic diatoms in USA rivers:Distributions along spatial and environmental gradients[J].Journal of biogeography，2002，29(2)：167-187.

[5] ELSTER J，SECKBACH J，VINCENT M F，et al.Algae and extreme environments：Ecology and physiology[M].Berlin：Nova Hedwigia，2002：602-648.

[6] WHITTON B A，ROTT E.Use of algae for monitoring rivers II[M].Innsbruck：University Innsbruck，1996：176-185.

[7] STEINBERG C，SCHIEFELE C.Biological indication of trophy and pollution of running waters[J].Z Wasser-Abwasser Forsch，1988，21(6)：227-234.

[8] 孫翠翠，支崇遠(yuǎn)，張偉，等.舞陽河硅藻生物的多樣性[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(3)：319-323.

[9] TAYLOR J C，VAN VUUREN M S J，PIETERSE A J H.The application and testing of diatom-based indices in the Vaal and Wilge Rivers，South Africa[J].Water SA，2007，33(1)：51-60.

[10] 支崇遠(yuǎn).硅藻與環(huán)境：東海南部陸緣硅藻與古環(huán)境[M].北京： 海洋出版社，2005： 1-8.

[11] 蔡慶華，孫志禹.三峽水庫水環(huán)境與水生態(tài)研究的進(jìn)展與展望[J].湖泊科學(xué)，2012，24(2)：169-177.

[12] 吳組成，沈?qū)W優(yōu)，官寶紅，等.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：33-35.

[13] 孫成.環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：277.

[14] 董旭輝，羊向東，王榮.長江中下游地區(qū)湖泊富營養(yǎng)化的硅藻指示性屬種[J].中國環(huán)境科學(xué)，2006，26(5)：570-574.

[15] BELLINGER B J，COCQUYT C，O’REILLY C M.Benthic diatoms as indicators of eutrophication in tropical streams[J].Hydrobiologia，2006，537(1)：75-87.

[17] 劉世民，劉巖，王長祥.氫化發(fā)生原子吸收法測定海產(chǎn)品中的微量砷[J].食品工業(yè)科技，2005，26(2)：189-190.

Benthic Diatoms Biodiversity of Xiaoche River

TANG Shui-min, ZHI Chong-yuan*

(College of Life Science, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550001)

[Objective] To study the benthic diatoms biodiversity and spatial distribution of Xiaoche River, and to explore the relationship between the dominant species of diatoms and the environmental factors. [Method] 30 water samples from 10 sampling sites in Xiaoche River (from Aha Reservoir to Nanming River) were investigated on June 2015. [Result] Benthic diatoms in Xiaoche River could be divided into 131 species, 22 genera, 9 families, 6 orders, and 2 classes (including subspecies and varieties). According to the law of diatom distribution, there were differences in the absolute abundance of benthic diatoms in the sampling sites of Xiaoche River. AndCyclotellawas the dominant species. Regression analysis showed that diatom cell density was positively correlated to water total phosphorus (TP) content in Xiaoche River, but had no significant linear relationship with temperature. [Conclusion] Research results provide theoretical basis for the water environment monitoring, river protection and utilization, and ecological environment maintenance of Xiaoche River.

Diatoms; Diversity;Cyclotella； Xiaoche River

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41062005)；貴州省科技廳國際科技合作項(xiàng)目[(2012)800107]；貴州省環(huán)保廳項(xiàng)目[黔環(huán)科(2012)1號]。

唐水民(1984- )，男，湖南永州人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境生態(tài)學(xué)。*通訊作者，教授，博士，從事硅藻生理生態(tài)研究。

2016-08-22

S 932.7

A

0517-6611(2016)29-0007-03