舞阳河硅藻生物的多样性

孙翠翠等

摘要：通过对舞阳河底栖硅藻的采样调查，分析了舞阳河流域底栖硅藻的多样性和空间分布特征，并探讨了硅藻优势种与环境因子的关系。结果表明，本次采样共检出底栖硅藻27 属528 种（包括亚种和变种）。藻类分布从下游到上游呈现出一定的规律，舞阳河以曲壳藻属（Achnanthes）为主且其所占比例较大。通过相关性分析结果可知，曲壳藻属的相对丰度与水体的总磷含量、电导率有很强的相关性。作为优势属，曲壳藻属可进一步发展为舞阳河水质状况进行监测的指标。

关键词：曲壳藻属；底栖硅藻；舞阳河；多样性

中图分类号：Q948.1 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）03-0319-04

硅藻是一类分布广、种类多、数量大的藻类植物，尤其是河流生态系统中藻类植物的重要优势类群[1]。硅藻类群组合对水环境中物理与化学参数的微小变化反应敏感且迅速，可用于监测水体酸碱度和富营养化程度，在湖沼学和生态学中应用广泛[2-3]。在河流中，底栖硅藻生物多样性远远超过其他藻类[4]，底栖硅藻是河流水质监测的重要生物指标[5]，几乎所有的硅藻指数方法都集中在底栖硅藻群落指数的建立上[6]。底栖硅藻生长环境（湖泊、河流、海洋及土壤）广泛（从原始水体至极端环境、极其多变的环境状况），对许多环境变量（pH值、光、盐度、温度、无机营养含量等）十分敏感。硅藻对不同的环境条件所产生的适应机制不同，主要表现在硅藻丰度与其群体结构的差异上，因此硅藻生物量与硅藻群落组成的巨大差异是底栖硅藻最显著的特征之一。除此之外，硅藻对环境的适应在于其能产生一种胞外聚合物（EPS），EPS的产生与硅藻细胞的附着与滑动是相关的[7-8]，而且因为有壳缝硅藻类能作出响应生长环境变化的运动，因此使其具有较好的生态优势[9]。

硅藻多样性的研究现在是世界的热门，美国、加拿大、英国、俄罗斯、丹麦、挪威等国的学者近年正加紧对硅藻多样性及其应用进行研究，美国和欧盟投入巨资开展了多个单位联合的硅藻多样性项目研究[10]，而目前国内对硅藻多样性及其应用的研究却相对较少，偏重于对海洋硅藻的研究，对淡水硅藻的研究不多。贵州省施秉县舞阳河属典型喀斯特地貌，山石裸露，其中以硅石和白云岩居多，这样的地理环境为硅藻的生长提供了良好的环境。同时，施秉作为喀斯特国家自然遗产预选地，已经发现有高等植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物多种植物分布，且种类繁多。然而硅藻的系统研究则鲜有报道，所以研究施秉河流硅藻的分布及生物多样性，对舞阳河河流的保护与合理开发利用、水环境的检测及其生态平衡具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

舞阳河属长江流域洞庭湖水系沅江支流，发源于贵州省瓮安县境内，经黔东南州黄平、施秉、镇远、岑巩和铜仁地区玉屏县出湖南新晃、黔阳等地汇入洞庭湖，全长超过400 km，流域面积11 030 km2，总落差490 m。舞阳河既是流域内工农业生产生活的重要水源，也是重要水源的涵养地。近年来，随着城市人口及旅游人口的增加，大量未经处理的生活用水及旅游垃圾排入河中，严重影响了舞阳河水体生态环境及生物多样性[11]。舞阳河水域现生硅藻类群分析对监测水质变化、维护生态平衡具有重要的作用。

1.2 采样点设置及样品采集

本研究采样依照文献[12-13]中的水样采集方法，结合舞阳河自身的环境特征设置30个采样点。当场测定水温、pH值、电导率等，样品于4 ℃下低温保存，且对每个采样点进行底栖硅藻采样，详细位置见图1。

1.3 底栖硅藻的采集和处理

采集在正常水动力条件下不能被移动的石块，用小刀刮取表面的硅藻。对于激流河段，为了便于样本的采集和处理，至少采集5块5～15 cm的石块、水生植物、柔软的底泥等自然基质。采集好的石块样品处理过程如下：（1）刮取硅藻。用硬毛牙刷或小刀刮取一定面积石块表面上的硅藻，在刮取过程中，用蒸馏水冲刷，以确保石块、毛刷上的硅藻都被冲进烧杯中。（2）去钙质与泥沙。加入适量的12 mol/L浓盐酸处理，静置 24 h，或通过加热方法除去溶解性碳酸盐，至样品不起泡为止。（3）去有机质。加入适量的98%浓硫酸（18.6 mol/L），静置 24 h，或加热至样品不起泡为止。（4）去酸。加入蒸馏水静置 24 h，待硅藻沉积在烧杯底部后，用真空水泵吸除烧杯上清液；重复操作，至溶液最终pH值为7左右。（5）硅藻溶液定容。根据硅藻密度将硅藻溶液定容至100 mL。

1.4 永久制片和硅藻鉴定及定量

用移液枪吸取已定容后的底栖硅藻样品溶液500 μL，缓慢以“之”字形移动滴于20 mm×20 mm的2个盖玻片上，使其均匀分布于盖玻片上，放置24 h，使硅藻自然沉积于盖玻片上风干。使用E-44环氧树脂与SK-8固化剂，按照 100 ∶ 15 的配置比例（ZCY epoxy）进行胶的配置。将配置好的胶取少量滴于载玻片上，加热至融化，将放置24 h后的有硅藻样一面的盖玻片盖在有胶的载玻片上，放置等胶体风干后即可编号，进行硅藻的观察与鉴定。

1.5 仪器与设备

样品处理及其指标测定应用的仪器设备有尼康显微镜、灭菌锅、电子天平、便携式电导仪等。

2 结果与分析

2.1 舞阳河中底栖硅藻属种组成

对舞阳河所采集的样品底栖硅藻进行处理，定量统计分析，共鉴定出硅藻530种（包括变种）3 975个，隶属于2纲6目11科28属。从底栖硅藻各个属的种数组成（表1）来看，其中中心纲（Centricae）鉴定出1属5种：小环藻属（Cyclotella）5种5个。羽纹纲（Pennatae）鉴定出27属525种：舟形藻属（Navicula）79种545个，羽纹藻属（Pinnularia）9种36个，辐节藻属（Stauroneis）8种27个，布纹藻属（Gryosigma）6种10个，双壁藻属（Diploneis）1种2个，美壁藻属（Caloneis）2种4个，异菱藻属（Anomoeoneis）1种25个，肋缝藻属（Frustulia）1种1个，脆杆藻属（Fragilaria）25种120个，针杆藻属（Synedra）1种3个，等片藻属（Diatoma）2种7个，具隙藻属（Opephora）1种6个，曲壳藻属116种850个，卵形藻属（Cocconeis）10种289个，变楔藻属（Rhoicosphenia）3种105个，桥弯藻属（Cymbella）42种312个，双眉藻属（Amphora）18种226个，双菱藻属（Surirella）2种7个，马鞍藻属（Campylodiscus）1种1个，长羽藻属（Stenopterobia）1种138个，菱形藻属（Nitzschia）88种400个，菱板藻属（Hantzschia）11种20个，双肋藻属（Adlafia）4种26个，异极藻属（Gomphonema）69种730个，短缝藻属（Eunotia）20种66个，窗纹藻属（Epithemia）2种11个，棒杆藻属（Rhopalodia）2种3个。

从底栖硅藻各个属的种数组成（图2）来看，曲壳藻属116种，占总种数的22.0%；菱形藻属88种，占总种数的167%；舟形藻属79种，占总种数的15.0%；异极藻属69种，占总种数的13.1%；桥弯藻属42种，占总种数的8%；脆杆藻属25种，占总种数的4.7%；短缝藻属20种，占总种数的38%；双眉藻属18种，占总种数的3.4%；菱板藻属11种，占总种数的2.1%；卵形藻属10种，占总种数的1.9%；其他硅藻属种共50种，占总种数的9.5%。显然，曲壳藻属是舞阳河流域底栖硅藻的优势种群。

从底栖硅藻各个属鉴定到的数量组成（图3）来看，曲壳藻属850个，占总个数的21.4%；异极藻属730个，占总个数的18.4%；舟形藻属545个，占总个数的13.7%；菱形藻属400个，占总个数的10.1%；桥弯藻属312个，占总个数的78%；卵形藻属289个，占总个数的7.2%；双眉藻属226个，占总个数的5.7%；长羽藻属138个，占总个数的3.4%；脆杆藻属120个，占总个数的3.0%；变楔藻属105个，占总个数的26%；其他硅藻属种共260个，占总个数的6.5%。显然曲壳藻属是舞阳河流域底栖硅藻数量最多的属。

2.2 舞阳河中底栖硅藻种类组成与相对丰度

由表2可以看出，30个采样点舞阳河底栖硅藻群落丰富，在不同环境的样点，其优势种有所不同，这可能是受到水体中营养物质含量和水文动力条件发生改变的影响。其中采样点2、3、4、9、11、17、25、27是以曲壳藻属为主，主要有A.minutissima var. jackii、A. bioretii Germain、极细曲壳藻（A. minutissima Kutzing）、A. suchlandtii Hustedt、A. saccula Carter、A. biasolettiana var. subatomus，然而各样点的优势种都不太相同；采样点8、14、20、24、26以舟形藻属为主，分别为N. gibbula Cleve、N. dolomitica Bock、N. wiesneri Lange-Bertalot、N. subhamulata Grunow in van Heurck；采样点5、6、13、15、16、21以桥弯藻属为主，分别为边缘桥弯藻（C. affinis Kützing）、C. laeris Naegeli、C. turgidula Grunow、C. silesiaca Bleisch；采样点1、7、12、18、22、23、28、29以卵形藻属为主，分别为C. placentula var. pseudolineata Geitler、C. placentula var. euglypta、C. neothumensis、C. neodiminuta Krammer；采样点10、19、30以异极藻属为主，分别为G. micropus Kutzing、G. subtile Ehr。

舞阳河30个底栖硅藻采样点总体以曲壳藻属为主，另外，桥弯藻属与卵形藻属也较多，曲壳藻属、卵形藻属的硅藻是清洁水或寡污水体的指示生物，生长在水质相对较好的环境中，而大多数的桥弯藻属植物生长在污染比较严重的水体中，桥弯藻属的一些种是水体富营养化的典型代表，说明舞阳河大部分采样点水质较好，污染严重的样点较少。舞阳河各样点河水中底栖硅藻优势种及相对丰度见表2。

这些普生种底栖硅藻虽然对水环境的变化比较敏感，但每种硅藻都有较广的生态幅和较强的耐受性。舞阳河中底栖硅藻普生种以曲壳藻属为主，不仅种数最多，分布也较广，主要在采样点2～29，但是分布最普遍的种是C. placentula var. lineata。除采样点4、6、13、15、19、20没有分布外，其余各点都有分布，而卵形属大多生长于较清洁的水体中，也说明舞阳河总体水质较好，与优势种硅藻分析结果一致。

2.3 舞阳河中底栖硅藻丰度

从图4可以看出，舞阳河河水中底栖硅藻丰度在各个采样点的分布上都存在差异。结合图1中的“1”在舞阳河采样点中位于大塘村到五旗村附近的1～9样点底栖硅藻的丰度除了最高值外其他各点变化不大，范围在1.953万～4.839万个/cm2之间，一个明显最高值在采样点7上，平均为 2.993万个/cm2，这9个采样点的底栖硅藻丰度较高；位于施秉县城南、城北、城东附近的采样点10～19中底栖硅藻丰度各有差距，范围在1.025万～2.976万个/cm2之间，平均为 1.823万个/cm2，与前一段底栖硅藻丰度相比略有下降；位于舞阳河干流中游附近的采样点20～27中底栖硅藻丰度普遍较低，且各样点间差距较小，范围在0.432万～2.253万个/cm2之间，平均为1.565万个/cm2，底栖硅藻丰度较小，明显下降；位于舞阳河干流下游的采样点28～30中底栖硅藻丰度在 0.289万～13.32万个/cm2之间，平均为0.769万个/cm2，可见这段舞阳河底栖硅藻丰度明显较前几个区域小，且各采样点之间的差距也比较小。

2.4 曲壳藻属与总磷含量及电导率的相关性

曲壳藻属是种类最多的属之一，也是数量最多的属之一，其种类、数量与个体丰度在空间上均有较大的变化。舞阳河总磷含量为9～178 μg/L，电导率为36.40～129.50 μS/cm，从河流上游到下游电导率逐渐减小，总磷含量也呈下降趋势。在总磷含量和电导率均比较高的水体中，曲壳藻属的相对丰度也高。它在样品中的相对丰度与总磷含量、电导率呈极显著正相关关系（P<0.01）。

3 结论

通过对舞阳河底栖硅藻的调查共检测出底栖硅藻有528种。不同采样点之间虽然主要属差异不大，但是优势种差异较大，相对丰度也不同。从种类组成及优势种来看，下游河段的水质比上游河段好。曲壳藻属是种类最多的属之一，也是个体数量最多的属之一，其种类数量与个体丰度在空间上均有明显的规律性变化，可以作为重要的指示类群。通过筛选优势种、普生种说明舞阳河大部分采样点的总体水质较好。其他水质较差的点有待于环保部门对其实施相关措施加以治理。

参考文献：

[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.