貴州云臺山喀斯特水體浮游藻類調查及水質評價

任啟飛 晏妮 房小晶 路黔

摘要：于2013年調查了貴州省云臺山4種喀斯特水體浮游藻類群落結構，分別為景觀河道（S1）、淺泉池（S2）、深泉池（S3）、茶店河河流匯水處（S4），同步測定了水體理化指標并進行了水質評價，分析了浮游藻類群落與水體理化參數(shù)的關系。結果表明共檢測到浮游藻類8門30科64屬142種，其中綠藻門種類最多，有25屬60種，占總數(shù)的42.25%；其次為硅藻門18屬42種，藍藻門11屬17種，裸藻門3屬10種，甲藻門3屬5種，隱藻門2屬4種，金藻門1屬3種，黃藻門1屬1種。不同水體浮游藻類群落結構存在一定的差異，S1和S2群落相似度最高。浮游藻類細胞密度為7.900×105～7.999×107個/L。Marglef指數(shù)d值為3.02～4.62，Shannon-Wiener指數(shù)H值為2.21～3.43，Evenness指數(shù)e值為0.50～0.88。水質評價結果顯示，S1為Ⅲ-Ⅳ類水，S2為Ⅱ-Ⅲ類水，S3及S4為Ⅰ類水體。總體上總磷、總氮含量及化學耗氧量是影響貴州云臺山喀斯特水體浮游藻類群落結構的主要因素。

關鍵詞：貴州云臺山；喀斯特水體；浮游藻類；水質評價

中圖分類號：S932.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）13-3123-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.013

Phytoplankton Survey and Water Quality Evaluation in Karst Water of

Yuntai Mountain in Guizhou

REN Qi-fei1，YAN Ni2，F(xiàn)ANG Xiao-jing1，LU Qian1

（1.Guizhou Botanical Garden，Guiyang 550004，China； 2.College of Life Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）

Abstract： Community structure of phytoplankton was studied on four kinds of karst water from Yuntai Mountain in Guizhou in 2013， and the four kinds of karst water were landscape river（S1）， shallow pool（S2）， deep spring pool（S3）， and Chadian River catchment（S4）， separately. The water quality was evaluated， and the relationship between phytoplankton community and water physical and chemical index was also analyzed. 142 taxa of phytoplankton belonging to 64 genera，30 families of 8 phyla had been identified， of which the most abundant was Chlorophyta，with 60 species of 25 genera， taking up 42.25% of the total， followed successively by Bacillariophyta，with 42 species of 18 genera； Cyanophyta， with 17 species of 11 genera； Euglenophyta， with 10 species of 3 genera； Dnophyta ，with 5 species of 3 genera； Cryptophyta， with 4 species of 2 genera； Chrysophyta， with 3 species of 1 genera； Xanthophyta， with 1 species of 1 genera. There were some differences between phytoplankton community structure in different water， but S1 and S2 had the highest community similarity. The cell density of phytoplankton ranged from 7.900×105 cells/L to 7.999×107 cells/L. The values of Marglef index ranged from 3.02 to 4.62， the values of Shannon-Wiener index ranged from 2.21 to 3.43 and the values of Evenness Index ranged from 0.50 to 0.88. The water quality evaluation results showed that the water quality of S1 was between Ⅲ and Ⅳclasses， S2 was between Ⅱ and Ⅲ classes， S3 and S4 were bothⅠclass. The values of total phosphorus， total nitrogen and chemical oxygen demand were the main factors that influenced the community structure of phytoplankton in Karst water of Yuntai Mountain.

Key words： Yuntai Mountain in Guizhou； karst water； phytoplankton； water quality evaluation

藻類植物是地球上發(fā)現(xiàn)最早的自養(yǎng)生物，是生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級生產(chǎn)者[1]。浮游藻類是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在水域生態(tài)系統(tǒng)的平衡中起著非常重要的作用[2]，其群落結構的變化是水環(huán)境演變的表征之一[3，4]。貴州省是典型的喀斯特地貌發(fā)育區(qū)，喀斯特地貌分布約占全省面積的73%[5，6]。因長期人為干擾，大部分原始喀斯特生態(tài)系統(tǒng)已被破壞。貴州云臺山具有獨特的白云巖喀斯特地貌景觀，保留完整的原始喀斯特生態(tài)系統(tǒng)，形成了以自然生態(tài)、奇峰麗水為特色的旅游景區(qū)，為中國南方喀斯特—施秉喀斯特世界自然遺產(chǎn)的重要組成部分。云臺山景區(qū)西部有杉木河，東部有黃洲河環(huán)繞，景區(qū)內(nèi)亦具有景觀河道、泉池、河流等典型的喀斯特水體，是云臺山喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，同時也是杉木河—潕陽河的重要水源水體。

目前，對貴州云臺山的藻類植物研究僅見于羅祖奎等[7]和陳椽等[8]的藍藻及氣生藍藻的調查，對該區(qū)水環(huán)境內(nèi)的浮游藻類研究鮮見報道。因此，本研究以貴州云臺山喀斯特水體為主要研究范圍，調查了貴州云臺山不同水體浮游藻類的群落特征，同步進行水體水質評價，分析浮游藻類群落結構與水質的關系，為該區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和景區(qū)規(guī)劃發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況與采樣點設置

貴州云臺山位于貴州省施秉縣城北約13 km處，地處東經(jīng)108°11′-108°15′，北緯27°13′-27°17′，屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年均光照時間為1 561.3 h，年均氣溫為14～16 ℃，年均降水量1 200 mm，年均濕度80%[9]。通過實地考察，貴州云臺山景區(qū)主要有景觀河道、淺泉池、深泉池、河流4種主要水生生境，其中茶店河為杉木河的上游支流，整個云臺山水系處于杉木河—潕陽河流域的上游。本研究亦根據(jù)生境類型設置了景觀河道（S1）、淺泉池（S2）、深泉池（S3）、茶店河河流匯水處（S4）4個代表樣點進行采樣分析，具體點位分布見圖1。其中景觀河道水體較淺，流速慢，受人為干擾大；淺泉池水體幾乎不流動，受人為干擾較大；深泉池位于櫻桃灣，水體流動較快，受人為干擾較小；茶店河河流匯水處為茶店河代表點，是2條河流匯水處，水較深，流速快，受人為干擾少。

1.2 浮游藻類的采樣及處理

2013年6-8月每月中旬定期定點采樣，在采樣現(xiàn)場觀察、記錄水體和水環(huán)境狀況，進行浮游植物的定性、定量采樣并固定。浮游藻類植物定性及定量樣品的采集參照《淡水浮游生物研究方法》[10]進行，浮游藻類定性分析依據(jù)相關藻類分類工具書[11-15]進行。浮游藻類定量分析運用沉淀傾斜法，棄去上層澄清液，留取30 mL濃縮液作定量計數(shù)，依目鏡視野法求出每升水體中所含的浮游植物細胞數(shù)[11]。

1.3 水體理化指標的監(jiān)測

2013年6-8月，在研究區(qū)同步進行水體理化指標監(jiān)測，水體理化指標監(jiān)測按照《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范》（第2版）[16]現(xiàn)場測定水溫（WT）、溶解氧（DO），總磷（TP）、總氮（TN）、化學耗氧量（COD）、pH于24 h內(nèi)在實驗室按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）[17]進行分析。

1.4 指數(shù)計算方法與數(shù)據(jù)處理

1.4.1 群落相似性研究 由于4種水體生境的不同，不同水體浮游藻類種類組成具有一定差異，通過整理統(tǒng)計鑒定的藻類植物名錄，分析不同水體浮游藻類群落相似性，采用S？覬rensen相似性系數(shù)[18]：ISs=[2C/（A+B）]×100%。

式中，A為樣地A中種的總數(shù)，B為樣地B中種的總數(shù)，C為樣地A和B中共有種的總數(shù)。

1.4.2 多樣性指數(shù)計算 浮游藻類多樣性指數(shù)可反映群落結構的內(nèi)涵[19]，對藻類植物的群落結構進行分析的多樣性指數(shù)有很多，關于不同多樣性指數(shù)的適用范圍及優(yōu)缺點的評價，國內(nèi)外許多學者作了大量的工作。本研究根據(jù)貴州云臺山水體的具體情況，采用Marglef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Evenness指數(shù)反映浮游藻類群落的特征，其計算公式詳見文獻[20]和文獻[21]。

Marglef指數(shù)評價水體污染程度的標準為：0～1為重度污染，1～2為嚴重污染，2～4為中度污染，4～6為輕度污染，大于6為清潔水；Shannon-Wiener指數(shù)評價水體污染程度的標準為：0～1為重度污染，1～3為中度污染，大于3為輕度污染或無污染；Evenness指數(shù)評價水體污染程度的標準為：0～0.3為重度污染，0.3～0.5為中度污染，0.5～0.8為輕度污染或無污染[22]。

1.4.3 水質評價方法 選擇pH、溶解氧（DO）、化學耗氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）等幾項作為水質理化評價指標評價云臺山各水體水質，評價標準參照《地表水環(huán)境質量標準（GB3838-2002）》，標準閾值見表1。

2 結果與分析

2.1 云臺山喀斯特水體浮游藻類群落結構特征

2.1.1 種類組成 共檢測到浮游藻類8門30科64屬142種。其中綠藻門種類最多，有25屬60種，占總種數(shù)的42.25%。其次依次為硅藻門18屬42種，占總種數(shù)的29.58%；藍藻門11屬17種，占總種數(shù)的11.97%；裸藻門3屬10種，占總種數(shù)的7.04%；甲藻門3屬5種，占總種數(shù)的3.52%；隱藻門2屬4種，占總種數(shù)的2.82%；金藻門1屬3種，占總種數(shù)的2.11%；黃藻門1屬1種，占總種數(shù)的0.70%。各樣點的種類分布如圖2所示，S1的種類數(shù)最多，達85種；其次為S2，種類數(shù)為72種；S3種類數(shù)為57種；S4種類數(shù)最少，僅有38種。其中S1、S2和S3這3個樣點均以綠藻門種類數(shù)最多，其次為硅藻門種類數(shù)；S4以硅藻門種類數(shù)最多，所占比例達到了52.63%，其次為綠藻門種類數(shù)，所占比例為31.58%。

2.1.2 不同水體浮游藻類群落相似性研究 貴州云臺山不同水體藻類植物的種類組成存在一定的差異，4個樣點均有分布的種類僅有7種，分別為星肋小環(huán)藻（Cyclotella asterocostata）、尖針桿藻（Synedra acus）、新月橋彎藻（Cymbella cymbiformis）、膨脹橋彎藻（Cymbella tumida）、球衣藻（Chlamydomonas globosa）、阿庫柵藻（Scenedesmus acunae）、二形柵藻（Scenedesmus dimorphus）。

各點的優(yōu)勢種類分布也存在不同，其中樣點S1的主要優(yōu)勢種為網(wǎng)球藻（Dictyosphaeria cavernosa）、美麗網(wǎng)球藻（Dictyosphaerium pulchellum）、微小四角藻（Tetraedron minimum）、單生卵囊藻（Oocystis solitaria）。樣點S2的主要優(yōu)勢種與S1較為相似，有網(wǎng)球藻、美麗網(wǎng)球藻、微小多甲藻（Peridinium pusillum）、尖尾扁裸藻（Phacus acuminatus）。樣點S3的主要優(yōu)勢種為尖針桿藻、微小四角藻、尖尾藍隱藻（Chroomonas acuta）。樣點S4的主要優(yōu)勢種以硅藻門植物為主，有短小曲殼藻（Achnanthes exigua）、纖細橋彎藻（Cymbella gracilis）、簡單舟形藻（Navicula simples）、纖細異極藻（Gomphonema gracile）。

通過群落S？覬rensen相似性系數(shù)研究不同水體浮游藻類的群落相似度，如表2所示，樣點S1和S2浮游藻類群落相似度最高達到42.7%， 說明該2點群落相似性最高；S1與S3的相似度其次，為39.8%；S2與S3的相似度為34.7%；另外S4與其他3個樣點群落相似度值相對較低，說明樣點S4與其他3個點群落相似性均較低。

2.1.3 云臺山喀斯特水體浮游藻類的細胞密度 由表3可知，樣點S1的細胞密度最大，達到7.999×107個/L；其次為S2，細胞密度為4.096×107個/L；S3的細胞密度為6.25×106個/L；S4的細胞密度最小，僅有7.900×105個/L，與S1相差2個數(shù)量級。從細胞密度組成上來看，點位S1的綠藻門相對多度達73.26%，硅藻門相對多度僅為14.63%；樣點S2的綠藻門相對多度達63.48%，硅藻門相對多度僅為16.89%；S1和S2的相對多度均表現(xiàn)為綠藻門>硅藻門>藍藻門>其余門。樣點S3的硅藻門相對多度達61.76%，綠藻門相對多度僅13.28%，與藍藻門相對多度相當，S3的相對多度表現(xiàn)為硅藻門>綠藻門=藍藻門>其余門。樣點S4的硅藻門相對多度達78.48%，綠藻門相對多度僅11.39%，藍藻門相對多度為8.86%，其他門藻類細胞密度幾乎不占比例，表現(xiàn)為硅藻門>綠藻門>藍藻門>其余門。由此可見，貴州省云臺山喀斯特水體中，S1和S2細胞密度較大，表現(xiàn)為綠藻型水體；S3和S4細胞密度相對較小，表現(xiàn)為硅藻型水體。

2.1.4 云臺山浮游藻類多樣性指數(shù) 云臺山喀斯特水體浮游藻類多樣性指數(shù)見圖3，Marglef指數(shù)d值為3.02～4.62，其中S1與S2兩點d值均超過4；Shannon-Wiener指數(shù)H值為2.21～3.43，各點間H值差異較小，其中S3、S4兩點的H值大于3；Evenness指數(shù)e值為0.50～0.88。通過多樣性指數(shù)評價各水體污染情況：d值指示S1、S2為輕度污染，S3、S4為中度污染，但是由于S3、S4水流較快，浮游藻類細胞極易被流水沖刷帶走，不適宜浮游藻類的生長[23，24]，造成藻類種類數(shù)偏少，d值相對較低，因此用d值評價該區(qū)域污染情況尚需要進一步研究；H值指示S1、S2為中度污染，S3、S4為無污染；e值指示各點均為無污染或者輕度污染。

2.2 云臺山喀斯特水體理化指標及水質評價

本研究選擇 pH、溶解氧（DO）、化學耗氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）評價云臺山喀斯特水體水質情況，各點水體理化指標的平均值見表4。云臺山水體pH為7.130～8.271，水體呈弱堿性；各點水體溫度相差不大，以S1與S2略高；DO為5.032～8.052 mg/L，TP為0.002～0.186 mg/L，TN為0.132～1.318 mg/L，COD為0.34～17.74 mg/L。

根據(jù)《地表水環(huán)境質量標準（GB3838-2002）》評價各水體水質情況。評價結果見表5所示，由DO、COD、TP評價S1均為Ⅲ類水，TN評價S1為Ⅳ類水；由DO評價S2為Ⅱ類水，COD評價S2為Ⅰ～Ⅱ類水，TP、TN評價S2為Ⅲ類水；DO評價S3為Ⅱ類水，COD、TP、TN評價S3為Ⅰ類水；DO、COD、TP及TN評價S4均為Ⅰ類水。總體來說，景觀河道S1水體為Ⅲ～Ⅳ類水，淺泉池S2水體為Ⅱ～Ⅲ類水，而深泉池S3及茶店河S4總體為Ⅰ類水體，這與生物多樣性評價的結果較為一致。

2.3 云臺山浮游藻類群落指標與水質理化指標的相關性

在貴州省云臺山喀斯特水體4個采樣點連續(xù)采樣3個月得到的24個樣本，以每個樣本的水質理化指標為自變量，樣本的浮游植物群落指標為因變量作相關分析。分析結果（表6）顯示，貴州云臺山浮游藻類種類數(shù)與pH呈顯著正相關；細胞密度與TP呈極顯著正相關，與TN和COD呈顯著正相關；Marglef指數(shù)與TP、TN及COD呈顯著正相關；Shannon-Wiener指數(shù)與TP、TN及COD呈顯著負相關；Evenness指數(shù)與TN呈極顯著負相關。總體來看TP、TN及COD是影響貴州云臺山喀斯特水體浮游藻類群落結構的主要因素。

3 小結與討論

3.1 浮游藻類的群落結構特征

本研究共檢測到浮游藻類8門30科64屬142種，其中綠藻門種類最多，有25屬60種，占總數(shù)的42.25%。其次依次為硅藻門18屬42種，占總數(shù)的29.58%；藍藻門11屬17種，占總數(shù)的11.97%；其他門植物共24種，占總數(shù)的16.8%。不同水體藻類植物的種類組成存在一定的差異，S1的種類數(shù)最多，達85種；S4種類數(shù)最少，僅有38種。S1、S2和S3 3個樣點位均以綠藻門植物種類數(shù)最多，S4以硅藻門植物種類最多。群落相似性研究表明，S1和S2浮游藻類相似度最高，達到42.7%；S1與S3的相似度其次，為39.8%；S2與S3的相似度為34.7%；S4與其他3個樣點群落相似度值相對較低。浮游藻類的細胞密度為7.900×105～7.999×107個/L，S1和S2浮游藻類細胞密度較大且為綠藻型水體，S3和S4浮游藻類細胞密度小且表現(xiàn)為硅藻型水體。貴州云臺山喀斯特水體Marglef指數(shù)d值為3.02～4.62，Shannon-Wiener指數(shù)H值為2.21～3.43，Evenness指數(shù)e值為0.50～0.88。

3.2 喀斯特水體水質評價

運用多樣性指數(shù)評價云臺山喀斯特水體水質情況，d值指示S1、S2為輕度污染，S3、S4為中度污染，但是S3、S4水流較快，不適宜浮游藻類的生長，d值相對較低，因此用d值評價該區(qū)域污染情況尚需要進一步研究；H值指示S1、S2點為中度污染，S3、S4為無污染；e值指示各點均為無染或者輕度污染。

通過對喀斯特水體理化指標測定及水質評價，貴州云臺山景觀河道S1水體為Ⅲ～Ⅳ類水，淺泉池S2水體為Ⅱ～Ⅲ類水，而深泉池S3及茶店河S4總體為Ⅰ類水體，這與生物多樣性評價的結果一致，總體表現(xiàn)為深泉池、河流為清潔水體，而景觀河道與淺泉池可能存在輕微污染趨勢。

3.3 云臺山喀斯特水體保護措施及建議

貴州云臺山水體是杉木河上游水源水體，杉木河漂流素有礦泉水上漂流的美譽，因此保護其上游水體具有非常重要的意義。通過對浮游藻類群落與環(huán)境因子的相關性研究表明，總磷、總氮含量及化學耗氧量是影響貴州云臺山喀斯特水體浮游藻類群落結構的主要因素。而S1和S2總磷、總氮含量及化學耗氧量相對較高，且這2個采樣點所代表的水體經(jīng)評價已呈現(xiàn)出輕微的污染，因此相關部門在進行云臺山旅游規(guī)劃時應當繼續(xù)保持對深泉及河流水體等水體的保護，重點加強對景觀河道及淺泉池等已輕微污染水體的改造：①加強對景觀河道與淺泉池的水體改造，可以在景觀河道種植睡蓮、黃花鳶尾等高等植物，打造獨特的濕地景觀，利用高等植物富集水體營養(yǎng)，同時也能增加水體景觀效果。另外淺泉池是難得的地下涌泉水體，本屬清潔水源，但因為水體不能流出，長期浸染周邊泥土導致水體質量偏低，景觀性較差，建議修建溝渠引流水體進行合理利用，亦可增加水體景觀性。②盡量減少對深泉池及茶店河的人為干擾，提醒游客保護水體，堅決杜絕排污進入水體，為杉木河—潕陽河提供優(yōu)質的水源。

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