楚雄市地表水中有毒微藻的分布及藻類多樣性抽樣調查

王天強，章 楊，羅永琴，芶振東，肖雨柔，劉加平

（楚雄師范學院 資源環境與化學學院，云南 楚雄 675000）

隨著日益惡化的生態環境，人們的安全觀念逐漸加強，對水體質量的要求也越來越高。微藻作為水體中廣泛存在的微生物，如柵藻［1］、盤星藻［2］、谷皮菱形藻［3］和螺旋藻［4］等，一定程度上可以反映水體的富營養狀況。藻類的生長繁殖受諸多因素的影響，張世儀等人［5］的研究表明，水體不同的pH值會影響藻類的生長速度。魯祥等人［6］的研究表明微量元素污染對水體微藻的生長、生理甚至種群演替均存在規律性的影響。此外，近年來關于有毒微藻的研究也大量涌現，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評估等方面。如劉仁沿等人［7］分析了近海有毒微藻的毒性，并對貝類食品安全做了相關的風險評估，結果顯示我國沿海常見種雙殼貝類的麻痹性貝毒食用風險不高，但某些海區的樣品評估值全都接近安全限值。梁玉波等人［8］關于近海有毒微藻毒性和產毒微藻的分布及危害的研究表明麻痹性貝類毒素在我國近海污染嚴重，基本呈現逐年加劇的趨勢。但對于中國內陸水體有毒微藻的研究較少，因此本文著眼于我國內陸水體的有毒微藻分布及藻類多樣性研究。

本文選取地處云南中部的“老旱區”楚雄市作為研究地點，選取楚雄枯水期秋季為研究時期，采集兩批水樣，通過觀察計數的方法來調查有毒微藻的分布和楚雄市區內地表水中微藻的多樣性。選取的采樣點為龍江公園、桃源湖、花鳥市場、青龍河、銅鼓寨等水體。這些水體在楚雄市建設中承擔了生態走廊、水產養殖、改善城市環境的多種功能，所以本研究主要針對以上的水體進行調查。

楚雄市地處滇中干旱區，位于云貴高原中部，地形復雜，屬北亞熱帶季風氣候區，冬干夏濕。楚雄市因降水差異大，資源變化劇烈，枯水期為11月至次年4月［9］，由于降水的減少，河流無法稀釋污染物濃度，使得污染物濃度較雨季偏高，為藻類的生長提供了有利的條件。藻類的大量繁殖影響著水體質量，也會破壞水生環境。其中有毒微藻會危害水生動植物的生長繁殖，帶來經濟損失，以及通過食物鏈危害人類的安全健康。因此對楚雄市區內地表水有毒微藻分布和微藻多樣性的研究是非常必要的。

1 材料與方法

1.1 儀器本實驗采用的儀器主要有光學顯微鏡（寧波舜宇EX20三目數碼生物顯微鏡）、水質采樣器、富集培養基、微藻光照培養箱、血球計數板。

1.2 材料本實驗采用的材料有SE培養基、采集的水樣。

1.3 樣品的采集采樣的地點包括楚雄市區內的龍江公園、桃源湖、花鳥市場、青龍河、銅鼓寨。遵循隨機布點的原則，在秋季分兩批采集水樣。取水樣的同時進行水體溫度的測定，對水樣進行處理之后，編號帶回實驗室。

1.4 樣品的觀察與富集采集水樣后分別使用光學顯微鏡對其進行觀察，并用血球計數板計數，記錄水樣內的微藻種類、數量和形態。第一次富集，在洗凈的150 ml錐形瓶中加入約100 ml的液體營養液加入約1 ml水樣，24 h光照培養一周，每天搖晃錐形瓶防止微藻覆壁生長。待錐形瓶內長出肉眼可見的綠色，分別使用光學顯微鏡對其進行觀察，并用血球計數板計數，記錄水樣內的微藻種類、數量和形態。

2 結果與分析

2.1 水樣采集記錄在秋季分兩批對楚雄市區內的地表水進行采樣，同時記錄樣品的采樣地點、水樣數量、采樣點個數以及溫度，水樣采集記錄見表1。

表1 水樣采集記錄Table 1 Record of water collection

2.2 水樣直接鏡檢結果分析圖1結果顯示，桃源湖水樣中含量最多的是柵藻和盤星藻，兩者共占全體微藻的51.8%。柵藻屬物種與盤星藻屬物種是水中常見的浮游藻類。桃源湖水體中營養物質較為豐富，有利于兩種藻類的生長。

圖1 桃源湖水樣微藻種類百分比Fig.1 Percentage of microalgae in Taoyuan Lake

圖2結果顯示，花鳥市場水樣中小球藻數量最多，占全體微藻的58.5%。小球藻廣泛分布于自然界的水體中，是一種無毒的微藻。

圖2 花鳥市場水樣微藻種類百分比Fig.2 Percentage of microalgae in Flower and Bird Market

圖3結果顯示，青龍河水樣中微藻種類較少，其中梭形藻占據優勢地位。

圖3 青龍河水樣微藻種類百分比Fig.3 Percentage of microalgae in Qinglong River

由于龍江公園和銅鼓寨的水體質量較好，利于微藻生長，營養物質較少，因此富集前并未觀察到微藻。桃源湖、花鳥市場屬于城市流動性較差的景觀水體，受人類活動影響較大，如人們投喂的魚飼料進入水體，分解后帶來了大量的營養物質。青龍河由于排污口污水流到水體中，河流表面生成一層油污，使得河流污染加劇，部分藻類滋生。

2.3 水樣富集后微藻的觀察分析圖4、圖5結果顯示，龍江公園水樣富集后，其中小球藻占71.8%，其他7類微藻共占28.2%，其中有毒微藻魚腥藻占6.9%；銅鼓寨水樣富集后其中的營養物質增多，微藻數量也隨之生長和增多，富集前因數量較少而沒有被觀察到的微藻種類也就更容易觀察到，因此藻的種類達到13種，其中盤星藻、多芒藻共占49%，有毒微藻微囊藻占2.1%。

圖4 龍江公園水樣富集后微藻種類百分比Fig.4 Percentage of microalgae after enrichment in Longjiang Park

圖5 銅鼓寨水樣富集后微藻種類百分比Fig.5 Percentage of microalgae after enrichment in Tongguzhai

圖6結果顯示，富集后由于培養基的篩選作用，花鳥市場水樣中藻的種類由9種縮減為5種，其中柵藻取代小球藻成為優勢種，另外富集后的水樣還觀察到各占到8.3%的微囊藻和魚腥藻。

圖6 花鳥市場水樣富集后微藻種類百分比Fig.6 Percentage of microalgae after enrichment Flower and Bird Market

圖7結果顯示，富集后桃源湖水樣中藻的種類達到10種，相較于富集前的水樣，原本的優勢種盤星藻和魚腥藻在富集后被篩選掉，谷皮菱形藻大量繁殖，原因是采用的培養基更適合于谷皮菱形藻的生長。

圖7 桃源湖水集后微藻種類百分比Fig.7 Percentage of microalgae after enrichment in Taoyuan Lake

圖8結果顯示，富集后青龍河水樣中的微藻種類顯著增多，由原來的4類增長到10類。優勢種由梭形藻變為小球藻，占比高達57.4%。富集后的水樣中并未觀測到梭形藻，原因是采用的培養基不利于梭形藻生長。此外，富集后的水樣中觀察到占比1.0%的微囊藻。

圖8 青龍河水樣富集后微藻種類百分比Fig.8 Percentage of microalgae after enrichment in Qinglong River

富集實驗的目的是通過微藻數量的增加，將沒有觀察到的藻類通過富集后可以被觀察到。篩選掉的藻類對結果沒有影響，因為研究關注的是微藻的種類。一些藻類在富集前已經觀察到了，就可以證明水體中存在這一藻類。富集后藻類的增多，說明某些藻類在水體中是存在的，只是數量不多。明晰水體中的藻類構成，對使用原位微藻處理污水有一定幫助。

總的來說，本文富集培養基適合于小球藻、柵藻等，對微藻的抑制效果較弱，在城市水體微藻方面適應性強。

2.4 有毒微藻分析通過實驗研究數據，楚雄市區內地表水中的有毒微藻有魚腥藻、微囊藻。有毒微藻在楚雄市區地表水水體中的分布狀況見表2。

表2顯示，龍江公園發現個數較多的魚腥藻，是由于富集之后微藻的基數較大，相較于桃源湖和花鳥市場水樣，魚腥藻占比偏低。原因是采用的培養基更適合于龍江公園水樣，使得藻類數量增加大于其他水樣。這三類水體屬于景觀水體，受人為影響較大，導致水體有機物含量增高，魚腥藻數量較其他水體偏多。

表2 楚雄市區內地表水有毒微藻分布狀況Table 2 Distribution of toxic microalgae in surface water in Chuxiong City

微囊藻出現在花鳥市場、青龍河和銅鼓寨水樣中。其中花鳥市場水樣發現的微囊藻占比為8.3%，明顯高于其他水體?；B市場水體如上文所述，受人為影響大，適宜微囊藻繁殖的營養物質偏多；青龍河、銅鼓寨屬于自然水體，流動性較強，污染相對較小，營養物質不容易堆積。

2.5 Simpeson和Shannon-Wiener指數分析以目前應用較廣的α多樣性中Simpeson指數和Shannon-Wiener指數對楚雄市區內地表水藻類進行多樣性分析，結果見表3。

表3 楚雄市區內地表水Simpeson、Shannon-wiener指數Table 3 Simpeson，Shannon-Wiener index of surface water in Urban Chuxiong

通過Simpeson指數的比較發現，四個水體的Simpeson指數值相近，維持在0.944～0.995之間，但是花鳥市場的指數值為0.944，低于其他水體。說明了花鳥市場水體藻類群落結構單一穩定性差，水質較差［10］。本文采用Shannon指數表示楚雄市區藻類群落的多樣性，這與孫軍等人用Shannon指數較好的表示以上海區浮游植物群落的多樣性采用了相同的方法［11］。通過Shannon-wiener指數的比較分析，銅鼓寨水體河水清澈，透明度大。其多樣性指數＞2，明顯高于其他水體，水中藻類種數較多，屬微污或潔清染水體［12］。其余各采樣點藻類種類個體分布均勻，數量差異小。

3 討論

研究發現楚雄市區內地表水中常見的藻類共有23種，其中有毒微藻有2種，為魚腥藻和微囊藻，無毒微藻包括小球藻、柵藻、盤星藻等21種，與劉得銀等人［13］從白洋淀中發現的藻類地區分布具有一致性，都表現為以綠藻門為優勢種；白洋淀3個取樣點中僅一個地區有魚腥藻的分布，而在本研究中5個取樣點中則有3個取樣點分布有魚腥藻。通過對比，突出了楚雄市區地表水中魚腥藻分布較廣的特點。這為楚雄市區地表水生態安全的預防研究提供了一定的可行性。

研究中發現楚雄地區水體中小球藻、柵藻、盤星藻的占比較多，以上三類微藻都是綠藻門，其中微囊藻（藍藻門）所占比例在10%以下。施擇等人［14］關于滇池藻類構成的調查顯示，微囊藻屬在旱季（12月）所占比例高達85.51%。綠藻門占比為12.13%。僅從微囊藻的占比上看，相較于滇池，楚雄市區水體更容易發生藍藻水華。

微囊藻群體中大多數都含有產毒基因（mcyE）［15］，會影響水生動物生存以及危害人體健康；魚腥藻屬藍藻屬，可以產生毒素和異味，引起魚類以及其他生物中毒。大量繁殖會釋放毒素，從而抑制其他有益藻類的繁殖，死亡的魚腥藻會引起整個水體和底部發臭，從而滋生大量細菌和病毒。此外，魚腥藻和微囊藻同屬藍藻門，在富含氮磷、富營養的水體中會大量繁殖，形成水華。針對楚雄市區內地表水有毒微藻的數量和種類，做出相應治理方案，如魚腥藻可以通過加一定量的除藻劑去除，微囊藻毒素可以采用物理處理方法：混凝沉淀對去除溶解性毒素作用較?。?6］，但改進后的絮凝—沉淀法是一種比較有效地去除水體中藻毒素的方法［17］。

4 結論

研究表明楚雄市區內地表水的微藻大多為常見的淡水無毒藻，共21種。發現有毒微藻有2種，為魚腥藻和微囊藻。龍江公園、桃源湖、銅鼓寨、青龍河水體的微藻多樣性指數相近，花鳥市場水體的指數偏低。其中銅鼓寨水體微藻的均勻度最高，各類微藻數量差異最小。研究發現微污染水體利于多種藻類的生長，水體藻類的均勻度高，但重污染水體僅利于個別藻類的生長，抑制其他藻類的生長。打破自然水體的藻類平衡，導致水體藻類的均勻度低，多樣性低?；谝陨辖Y論，可以針對性地對楚雄市區內地表水中有毒微藻做好防治工作以及充分開發利用楚雄市區內地表水的微藻資源。