舞陽河硅藻生物的多樣性

孫翠翠等

摘要：通過對舞陽河底棲硅藻的采樣調查，分析了舞陽河流域底棲硅藻的多樣性和空間分布特征，并探討了硅藻優勢種與環境因子的關系。結果表明，本次采樣共檢出底棲硅藻27 屬528 種（包括亞種和變種）。藻類分布從下游到上游呈現出一定的規律，舞陽河以曲殼藻屬（Achnanthes）為主且其所占比例較大。通過相關性分析結果可知，曲殼藻屬的相對豐度與水體的總磷含量、電導率有很強的相關性。作為優勢屬，曲殼藻屬可進一步發展為舞陽河水質狀況進行監測的指標。

關鍵詞：曲殼藻屬；底棲硅藻；舞陽河；多樣性

中圖分類號：Q948.1 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）03-0319-04

硅藻是一類分布廣、種類多、數量大的藻類植物，尤其是河流生態系統中藻類植物的重要優勢類群[1]。硅藻類群組合對水環境中物理與化學參數的微小變化反應敏感且迅速，可用于監測水體酸堿度和富營養化程度，在湖沼學和生態學中應用廣泛[2-3]。在河流中，底棲硅藻生物多樣性遠遠超過其他藻類[4]，底棲硅藻是河流水質監測的重要生物指標[5]，幾乎所有的硅藻指數方法都集中在底棲硅藻群落指數的建立上[6]。底棲硅藻生長環境（湖泊、河流、海洋及土壤）廣泛（從原始水體至極端環境、極其多變的環境狀況），對許多環境變量（pH值、光、鹽度、溫度、無機營養含量等）十分敏感。硅藻對不同的環境條件所產生的適應機制不同，主要表現在硅藻豐度與其群體結構的差異上，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。除此之外，硅藻對環境的適應在于其能產生一種胞外聚合物（EPS），EPS的產生與硅藻細胞的附著與滑動是相關的[7-8]，而且因為有殼縫硅藻類能作出響應生長環境變化的運動，因此使其具有較好的生態優勢[9]。

硅藻多樣性的研究現在是世界的熱門，美國、加拿大、英國、俄羅斯、丹麥、挪威等國的學者近年正加緊對硅藻多樣性及其應用進行研究，美國和歐盟投入巨資開展了多個單位聯合的硅藻多樣性項目研究[10]，而目前國內對硅藻多樣性及其應用的研究卻相對較少，偏重于對海洋硅藻的研究，對淡水硅藻的研究不多。貴州省施秉縣舞陽河屬典型喀斯特地貌，山石裸露，其中以硅石和白云巖居多，這樣的地理環境為硅藻的生長提供了良好的環境。同時，施秉作為喀斯特國家自然遺產預選地，已經發現有高等植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物多種植物分布，且種類繁多。然而硅藻的系統研究則鮮有報道，所以研究施秉河流硅藻的分布及生物多樣性，對舞陽河河流的保護與合理開發利用、水環境的檢測及其生態平衡具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

舞陽河屬長江流域洞庭湖水系沅江支流，發源于貴州省甕安縣境內，經黔東南州黃平、施秉、鎮遠、岑鞏和銅仁地區玉屏縣出湖南新晃、黔陽等地匯入洞庭湖，全長超過400 km，流域面積11 030 km2，總落差490 m。舞陽河既是流域內工農業生產生活的重要水源，也是重要水源的涵養地。近年來，隨著城市人口及旅游人口的增加，大量未經處理的生活用水及旅游垃圾排入河中，嚴重影響了舞陽河水體生態環境及生物多樣性[11]。舞陽河水域現生硅藻類群分析對監測水質變化、維護生態平衡具有重要的作用。

1.2 采樣點設置及樣品采集

本研究采樣依照文獻[12-13]中的水樣采集方法，結合舞陽河自身的環境特征設置30個采樣點。當場測定水溫、pH值、電導率等，樣品于4 ℃下低溫保存，且對每個采樣點進行底棲硅藻采樣，詳細位置見圖1。

1.3 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。對于激流河段，為了便于樣本的采集和處理，至少采集5塊5～15 cm的石塊、水生植物、柔軟的底泥等自然基質。采集好的石塊樣品處理過程如下：（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、毛刷上的硅藻都被沖進燒杯中。（2）去鈣質與泥沙。加入適量的12 mol/L濃鹽酸處理，靜置 24 h，或通過加熱方法除去溶解性碳酸鹽，至樣品不起泡為止。（3）去有機質。加入適量的98%濃硫酸（18.6 mol/L），靜置 24 h，或加熱至樣品不起泡為止。（4）去酸。加入蒸餾水靜置 24 h，待硅藻沉積在燒杯底部后，用真空水泵吸除燒杯上清液；重復操作，至溶液最終pH值為7左右。（5）硅藻溶液定容。根據硅藻密度將硅藻溶液定容至100 mL。

1.4 永久制片和硅藻鑒定及定量

用移液槍吸取已定容后的底棲硅藻樣品溶液500 μL，緩慢以“之”字形移動滴于20 mm×20 mm的2個蓋玻片上，使其均勻分布于蓋玻片上，放置24 h，使硅藻自然沉積于蓋玻片上風干。使用E-44環氧樹脂與SK-8固化劑，按照 100 ∶ 15 的配置比例（ZCY epoxy）進行膠的配置。將配置好的膠取少量滴于載玻片上，加熱至融化，將放置24 h后的有硅藻樣一面的蓋玻片蓋在有膠的載玻片上，放置等膠體風干后即可編號，進行硅藻的觀察與鑒定。

1.5 儀器與設備

樣品處理及其指標測定應用的儀器設備有尼康顯微鏡、滅菌鍋、電子天平、便攜式電導儀等。

2 結果與分析

2.1 舞陽河中底棲硅藻屬種組成

對舞陽河所采集的樣品底棲硅藻進行處理，定量統計分析，共鑒定出硅藻530種（包括變種）3 975個，隸屬于2綱6目11科28屬。從底棲硅藻各個屬的種數組成（表1）來看，其中中心綱（Centricae）鑒定出1屬5種：小環藻屬（Cyclotella）5種5個。羽紋綱（Pennatae）鑒定出27屬525種：舟形藻屬（Navicula）79種545個，羽紋藻屬（Pinnularia）9種36個，輻節藻屬（Stauroneis）8種27個，布紋藻屬（Gryosigma）6種10個，雙壁藻屬（Diploneis）1種2個，美壁藻屬（Caloneis）2種4個，異菱藻屬（Anomoeoneis）1種25個，肋縫藻屬（Frustulia）1種1個，脆桿藻屬（Fragilaria）25種120個，針桿藻屬（Synedra）1種3個，等片藻屬（Diatoma）2種7個，具隙藻屬（Opephora）1種6個，曲殼藻屬116種850個，卵形藻屬（Cocconeis）10種289個，變楔藻屬（Rhoicosphenia）3種105個，橋彎藻屬（Cymbella）42種312個，雙眉藻屬（Amphora）18種226個，雙菱藻屬（Surirella）2種7個，馬鞍藻屬（Campylodiscus）1種1個，長羽藻屬（Stenopterobia）1種138個，菱形藻屬（Nitzschia）88種400個，菱板藻屬（Hantzschia）11種20個，雙肋藻屬（Adlafia）4種26個，異極藻屬（Gomphonema）69種730個，短縫藻屬（Eunotia）20種66個，窗紋藻屬（Epithemia）2種11個，棒桿藻屬（Rhopalodia）2種3個。

從底棲硅藻各個屬的種數組成（圖2）來看，曲殼藻屬116種，占總種數的22.0%；菱形藻屬88種，占總種數的167%；舟形藻屬79種，占總種數的15.0%；異極藻屬69種，占總種數的13.1%；橋彎藻屬42種，占總種數的8%；脆桿藻屬25種，占總種數的4.7%；短縫藻屬20種，占總種數的38%；雙眉藻屬18種，占總種數的3.4%；菱板藻屬11種，占總種數的2.1%；卵形藻屬10種，占總種數的1.9%；其他硅藻屬種共50種，占總種數的9.5%。顯然，曲殼藻屬是舞陽河流域底棲硅藻的優勢種群。

從底棲硅藻各個屬鑒定到的數量組成（圖3）來看，曲殼藻屬850個，占總個數的21.4%；異極藻屬730個，占總個數的18.4%；舟形藻屬545個，占總個數的13.7%；菱形藻屬400個，占總個數的10.1%；橋彎藻屬312個，占總個數的78%；卵形藻屬289個，占總個數的7.2%；雙眉藻屬226個，占總個數的5.7%；長羽藻屬138個，占總個數的3.4%；脆桿藻屬120個，占總個數的3.0%；變楔藻屬105個，占總個數的26%；其他硅藻屬種共260個，占總個數的6.5%。顯然曲殼藻屬是舞陽河流域底棲硅藻數量最多的屬。

2.2 舞陽河中底棲硅藻種類組成與相對豐度

由表2可以看出，30個采樣點舞陽河底棲硅藻群落豐富，在不同環境的樣點，其優勢種有所不同，這可能是受到水體中營養物質含量和水文動力條件發生改變的影響。其中采樣點2、3、4、9、11、17、25、27是以曲殼藻屬為主，主要有A.minutissima var. jackii、A. bioretii Germain、極細曲殼藻（A. minutissima Kutzing）、A. suchlandtii Hustedt、A. saccula Carter、A. biasolettiana var. subatomus，然而各樣點的優勢種都不太相同；采樣點8、14、20、24、26以舟形藻屬為主，分別為N. gibbula Cleve、N. dolomitica Bock、N. wiesneri Lange-Bertalot、N. subhamulata Grunow in van Heurck；采樣點5、6、13、15、16、21以橋彎藻屬為主，分別為邊緣橋彎藻（C. affinis Kützing）、C. laeris Naegeli、C. turgidula Grunow、C. silesiaca Bleisch；采樣點1、7、12、18、22、23、28、29以卵形藻屬為主，分別為C. placentula var. pseudolineata Geitler、C. placentula var. euglypta、C. neothumensis、C. neodiminuta Krammer；采樣點10、19、30以異極藻屬為主，分別為G. micropus Kutzing、G. subtile Ehr。

舞陽河30個底棲硅藻采樣點總體以曲殼藻屬為主，另外，橋彎藻屬與卵形藻屬也較多，曲殼藻屬、卵形藻屬的硅藻是清潔水或寡污水體的指示生物，生長在水質相對較好的環境中，而大多數的橋彎藻屬植物生長在污染比較嚴重的水體中，橋彎藻屬的一些種是水體富營養化的典型代表，說明舞陽河大部分采樣點水質較好，污染嚴重的樣點較少。舞陽河各樣點河水中底棲硅藻優勢種及相對豐度見表2。

這些普生種底棲硅藻雖然對水環境的變化比較敏感，但每種硅藻都有較廣的生態幅和較強的耐受性。舞陽河中底棲硅藻普生種以曲殼藻屬為主，不僅種數最多，分布也較廣，主要在采樣點2～29，但是分布最普遍的種是C. placentula var. lineata。除采樣點4、6、13、15、19、20沒有分布外，其余各點都有分布，而卵形屬大多生長于較清潔的水體中，也說明舞陽河總體水質較好，與優勢種硅藻分析結果一致。

2.3 舞陽河中底棲硅藻豐度

從圖4可以看出，舞陽河河水中底棲硅藻豐度在各個采樣點的分布上都存在差異。結合圖1中的“1”在舞陽河采樣點中位于大塘村到五旗村附近的1～9樣點底棲硅藻的豐度除了最高值外其他各點變化不大，范圍在1.953萬～4.839萬個/cm2之間，一個明顯最高值在采樣點7上，平均為 2.993萬個/cm2，這9個采樣點的底棲硅藻豐度較高；位于施秉縣城南、城北、城東附近的采樣點10～19中底棲硅藻豐度各有差距，范圍在1.025萬～2.976萬個/cm2之間，平均為 1.823萬個/cm2，與前一段底棲硅藻豐度相比略有下降；位于舞陽河干流中游附近的采樣點20～27中底棲硅藻豐度普遍較低，且各樣點間差距較小，范圍在0.432萬～2.253萬個/cm2之間，平均為1.565萬個/cm2，底棲硅藻豐度較小，明顯下降；位于舞陽河干流下游的采樣點28～30中底棲硅藻豐度在 0.289萬～13.32萬個/cm2之間，平均為0.769萬個/cm2，可見這段舞陽河底棲硅藻豐度明顯較前幾個區域小，且各采樣點之間的差距也比較小。

2.4 曲殼藻屬與總磷含量及電導率的相關性

曲殼藻屬是種類最多的屬之一，也是數量最多的屬之一，其種類、數量與個體豐度在空間上均有較大的變化。舞陽河總磷含量為9～178 μg/L，電導率為36.40～129.50 μS/cm，從河流上游到下游電導率逐漸減小，總磷含量也呈下降趨勢。在總磷含量和電導率均比較高的水體中，曲殼藻屬的相對豐度也高。它在樣品中的相對豐度與總磷含量、電導率呈極顯著正相關關系（P<0.01）。

3 結論

通過對舞陽河底棲硅藻的調查共檢測出底棲硅藻有528種。不同采樣點之間雖然主要屬差異不大，但是優勢種差異較大，相對豐度也不同。從種類組成及優勢種來看，下游河段的水質比上游河段好。曲殼藻屬是種類最多的屬之一，也是個體數量最多的屬之一，其種類數量與個體豐度在空間上均有明顯的規律性變化，可以作為重要的指示類群。通過篩選優勢種、普生種說明舞陽河大部分采樣點的總體水質較好。其他水質較差的點有待于環保部門對其實施相關措施加以治理。

參考文獻：

[1]Jüttner I，Sharma S，Dahal B M，et al. Diatoms as indicators of stream quality in the Kathmandu Valley and Middle Hills of Nepal and India[J]. Freshwater Biology，2003，48（11）：2065-2084.

[2]Rott E，Duthie H C，Pipp E. Monitoring organic pollution and eutrophication in the Grand River，Ontario，by means of diatoms[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1998，55（6）：1443-1453.