楚雄市地表水中有毒微藻的分布及藻类多样性抽样调查

王天强，章 杨，罗永琴，芶振东，肖雨柔，刘加平

（楚雄师范学院 资源环境与化学学院，云南 楚雄 675000）

随着日益恶化的生态环境，人们的安全观念逐渐加强，对水体质量的要求也越来越高。微藻作为水体中广泛存在的微生物，如栅藻［1］、盘星藻［2］、谷皮菱形藻［3］和螺旋藻［4］等，一定程度上可以反映水体的富营养状况。藻类的生长繁殖受诸多因素的影响，张世仪等人［5］的研究表明，水体不同的pH值会影响藻类的生长速度。鲁祥等人［6］的研究表明微量元素污染对水体微藻的生长、生理甚至种群演替均存在规律性的影响。此外，近年来关于有毒微藻的研究也大量涌现，目前研究主要集中在海洋或近海有毒微藻的分布以及危害评估等方面。如刘仁沿等人［7］分析了近海有毒微藻的毒性，并对贝类食品安全做了相关的风险评估，结果显示我国沿海常见种双壳贝类的麻痹性贝毒食用风险不高，但某些海区的样品评估值全都接近安全限值。梁玉波等人［8］关于近海有毒微藻毒性和产毒微藻的分布及危害的研究表明麻痹性贝类毒素在我国近海污染严重，基本呈现逐年加剧的趋势。但对于中国内陆水体有毒微藻的研究较少，因此本文着眼于我国内陆水体的有毒微藻分布及藻类多样性研究。

本文选取地处云南中部的“老旱区”楚雄市作为研究地点，选取楚雄枯水期秋季为研究时期，采集两批水样，通过观察计数的方法来调查有毒微藻的分布和楚雄市区内地表水中微藻的多样性。选取的采样点为龙江公园、桃源湖、花鸟市场、青龙河、铜鼓寨等水体。这些水体在楚雄市建设中承担了生态走廊、水产养殖、改善城市环境的多种功能，所以本研究主要针对以上的水体进行调查。

楚雄市地处滇中干旱区，位于云贵高原中部，地形复杂，属北亚热带季风气候区，冬干夏湿。楚雄市因降水差异大，资源变化剧烈，枯水期为11月至次年4月［9］，由于降水的减少，河流无法稀释污染物浓度，使得污染物浓度较雨季偏高，为藻类的生长提供了有利的条件。藻类的大量繁殖影响着水体质量，也会破坏水生环境。其中有毒微藻会危害水生动植物的生长繁殖，带来经济损失，以及通过食物链危害人类的安全健康。因此对楚雄市区内地表水有毒微藻分布和微藻多样性的研究是非常必要的。

1 材料与方法

1.1 仪器本实验采用的仪器主要有光学显微镜（宁波舜宇EX20三目数码生物显微镜）、水质采样器、富集培养基、微藻光照培养箱、血球计数板。

1.2 材料本实验采用的材料有SE培养基、采集的水样。

1.3 样品的采集采样的地点包括楚雄市区内的龙江公园、桃源湖、花鸟市场、青龙河、铜鼓寨。遵循随机布点的原则，在秋季分两批采集水样。取水样的同时进行水体温度的测定，对水样进行处理之后，编号带回实验室。

1.4 样品的观察与富集采集水样后分别使用光学显微镜对其进行观察，并用血球计数板计数，记录水样内的微藻种类、数量和形态。第一次富集，在洗净的150 ml锥形瓶中加入约100 ml的液体营养液加入约1 ml水样，24 h光照培养一周，每天摇晃锥形瓶防止微藻覆壁生长。待锥形瓶内长出肉眼可见的绿色，分别使用光学显微镜对其进行观察，并用血球计数板计数，记录水样内的微藻种类、数量和形态。

2 结果与分析

2.1 水样采集记录在秋季分两批对楚雄市区内的地表水进行采样，同时记录样品的采样地点、水样数量、采样点个数以及温度，水样采集记录见表1。

表1 水样采集记录Table 1 Record of water collection

2.2 水样直接镜检结果分析图1结果显示，桃源湖水样中含量最多的是栅藻和盘星藻，两者共占全体微藻的51.8%。栅藻属物种与盘星藻属物种是水中常见的浮游藻类。桃源湖水体中营养物质较为丰富，有利于两种藻类的生长。

图1 桃源湖水样微藻种类百分比Fig.1 Percentage of microalgae in Taoyuan Lake

图2结果显示，花鸟市场水样中小球藻数量最多，占全体微藻的58.5%。小球藻广泛分布于自然界的水体中，是一种无毒的微藻。

图2 花鸟市场水样微藻种类百分比Fig.2 Percentage of microalgae in Flower and Bird Market

图3结果显示，青龙河水样中微藻种类较少，其中梭形藻占据优势地位。

图3 青龙河水样微藻种类百分比Fig.3 Percentage of microalgae in Qinglong River

由于龙江公园和铜鼓寨的水体质量较好，利于微藻生长，营养物质较少，因此富集前并未观察到微藻。桃源湖、花鸟市场属于城市流动性较差的景观水体，受人类活动影响较大，如人们投喂的鱼饲料进入水体，分解后带来了大量的营养物质。青龙河由于排污口污水流到水体中，河流表面生成一层油污，使得河流污染加剧，部分藻类滋生。

2.3 水样富集后微藻的观察分析图4、图5结果显示，龙江公园水样富集后，其中小球藻占71.8%，其他7类微藻共占28.2%，其中有毒微藻鱼腥藻占6.9%；铜鼓寨水样富集后其中的营养物质增多，微藻数量也随之生长和增多，富集前因数量较少而没有被观察到的微藻种类也就更容易观察到，因此藻的种类达到13种，其中盘星藻、多芒藻共占49%，有毒微藻微囊藻占2.1%。

图4 龙江公园水样富集后微藻种类百分比Fig.4 Percentage of microalgae after enrichment in Longjiang Park

图5 铜鼓寨水样富集后微藻种类百分比Fig.5 Percentage of microalgae after enrichment in Tongguzhai

图6结果显示，富集后由于培养基的筛选作用，花鸟市场水样中藻的种类由9种缩减为5种，其中栅藻取代小球藻成为优势种，另外富集后的水样还观察到各占到8.3%的微囊藻和鱼腥藻。

图6 花鸟市场水样富集后微藻种类百分比Fig.6 Percentage of microalgae after enrichment Flower and Bird Market

图7结果显示，富集后桃源湖水样中藻的种类达到10种，相较于富集前的水样，原本的优势种盘星藻和鱼腥藻在富集后被筛选掉，谷皮菱形藻大量繁殖，原因是采用的培养基更适合于谷皮菱形藻的生长。

图7 桃源湖水集后微藻种类百分比Fig.7 Percentage of microalgae after enrichment in Taoyuan Lake

图8结果显示，富集后青龙河水样中的微藻种类显著增多，由原来的4类增长到10类。优势种由梭形藻变为小球藻，占比高达57.4%。富集后的水样中并未观测到梭形藻，原因是采用的培养基不利于梭形藻生长。此外，富集后的水样中观察到占比1.0%的微囊藻。

图8 青龙河水样富集后微藻种类百分比Fig.8 Percentage of microalgae after enrichment in Qinglong River

富集实验的目的是通过微藻数量的增加，将没有观察到的藻类通过富集后可以被观察到。筛选掉的藻类对结果没有影响，因为研究关注的是微藻的种类。一些藻类在富集前已经观察到了，就可以证明水体中存在这一藻类。富集后藻类的增多，说明某些藻类在水体中是存在的，只是数量不多。明晰水体中的藻类构成，对使用原位微藻处理污水有一定帮助。

总的来说，本文富集培养基适合于小球藻、栅藻等，对微藻的抑制效果较弱，在城市水体微藻方面适应性强。

2.4 有毒微藻分析通过实验研究数据，楚雄市区内地表水中的有毒微藻有鱼腥藻、微囊藻。有毒微藻在楚雄市区地表水水体中的分布状况见表2。

表2显示，龙江公园发现个数较多的鱼腥藻，是由于富集之后微藻的基数较大，相较于桃源湖和花鸟市场水样，鱼腥藻占比偏低。原因是采用的培养基更适合于龙江公园水样，使得藻类数量增加大于其他水样。这三类水体属于景观水体，受人为影响较大，导致水体有机物含量增高，鱼腥藻数量较其他水体偏多。

表2 楚雄市区内地表水有毒微藻分布状况Table 2 Distribution of toxic microalgae in surface water in Chuxiong City

微囊藻出现在花鸟市场、青龙河和铜鼓寨水样中。其中花鸟市场水样发现的微囊藻占比为8.3%，明显高于其他水体。花鸟市场水体如上文所述，受人为影响大，适宜微囊藻繁殖的营养物质偏多；青龙河、铜鼓寨属于自然水体，流动性较强，污染相对较小，营养物质不容易堆积。

2.5 Simpeson和Shannon-Wiener指数分析以目前应用较广的α多样性中Simpeson指数和Shannon-Wiener指数对楚雄市区内地表水藻类进行多样性分析，结果见表3。

表3 楚雄市区内地表水Simpeson、Shannon-wiener指数Table 3 Simpeson，Shannon-Wiener index of surface water in Urban Chuxiong

通过Simpeson指数的比较发现，四个水体的Simpeson指数值相近，维持在0.944～0.995之间，但是花鸟市场的指数值为0.944，低于其他水体。说明了花鸟市场水体藻类群落结构单一稳定性差，水质较差［10］。本文采用Shannon指数表示楚雄市区藻类群落的多样性，这与孙军等人用Shannon指数较好的表示以上海区浮游植物群落的多样性采用了相同的方法［11］。通过Shannon-wiener指数的比较分析，铜鼓寨水体河水清澈，透明度大。其多样性指数＞2，明显高于其他水体，水中藻类种数较多，属微污或洁清染水体［12］。其余各采样点藻类种类个体分布均匀，数量差异小。

3 讨论

研究发现楚雄市区内地表水中常见的藻类共有23种，其中有毒微藻有2种，为鱼腥藻和微囊藻，无毒微藻包括小球藻、栅藻、盘星藻等21种，与刘得银等人［13］从白洋淀中发现的藻类地区分布具有一致性，都表现为以绿藻门为优势种；白洋淀3个取样点中仅一个地区有鱼腥藻的分布，而在本研究中5个取样点中则有3个取样点分布有鱼腥藻。通过对比，突出了楚雄市区地表水中鱼腥藻分布较广的特点。这为楚雄市区地表水生态安全的预防研究提供了一定的可行性。

研究中发现楚雄地区水体中小球藻、栅藻、盘星藻的占比较多，以上三类微藻都是绿藻门，其中微囊藻（蓝藻门）所占比例在10%以下。施择等人［14］关于滇池藻类构成的调查显示，微囊藻属在旱季（12月）所占比例高达85.51%。绿藻门占比为12.13%。仅从微囊藻的占比上看，相较于滇池，楚雄市区水体更容易发生蓝藻水华。

微囊藻群体中大多数都含有产毒基因（mcyE）［15］，会影响水生动物生存以及危害人体健康；鱼腥藻属蓝藻属，可以产生毒素和异味，引起鱼类以及其他生物中毒。大量繁殖会释放毒素，从而抑制其他有益藻类的繁殖，死亡的鱼腥藻会引起整个水体和底部发臭，从而滋生大量细菌和病毒。此外，鱼腥藻和微囊藻同属蓝藻门，在富含氮磷、富营养的水体中会大量繁殖，形成水华。针对楚雄市区内地表水有毒微藻的数量和种类，做出相应治理方案，如鱼腥藻可以通过加一定量的除藻剂去除，微囊藻毒素可以采用物理处理方法：混凝沉淀对去除溶解性毒素作用较小［16］，但改进后的絮凝—沉淀法是一种比较有效地去除水体中藻毒素的方法［17］。

4 结论

研究表明楚雄市区内地表水的微藻大多为常见的淡水无毒藻，共21种。发现有毒微藻有2种，为鱼腥藻和微囊藻。龙江公园、桃源湖、铜鼓寨、青龙河水体的微藻多样性指数相近，花鸟市场水体的指数偏低。其中铜鼓寨水体微藻的均匀度最高，各类微藻数量差异最小。研究发现微污染水体利于多种藻类的生长，水体藻类的均匀度高，但重污染水体仅利于个别藻类的生长，抑制其他藻类的生长。打破自然水体的藻类平衡，导致水体藻类的均匀度低，多样性低。基于以上结论，可以针对性地对楚雄市区内地表水中有毒微藻做好防治工作以及充分开发利用楚雄市区内地表水的微藻资源。