（植物学专业论文）阿哈水库表层沉积物中重金属时空变化对硅藻分布影响的研究.pdf

摘要 以贵阳市重要供水源阿哈水库为研究对象，在4 季、1 0 个点上取样，开展 表层沉积物重金属时空变化对硅藻分布影响的研究。共鉴定出硅藻2 4 5 种( 含变 种) ，隶属于2 纲6 目1 1 科3 7 属。在3 月有硅藻1 4 5 种，平均数量为8 4 7 1 0 3 c e l l g ，8 镊高，l 镊低；6 月有硅藻1 0 9 种，平均数量为6 2 3 1 0 3 c e l l g ， 7 慑高，8 慑低；9 月有硅藻1 1 9 种，平均数量为8 8 2 1 0 3 c e l l g 一，1 0 韫高，1 最低；1 2 月共有硅藻1 0 4 种，平均数量为7 7 1 1 0 3 c e l l g - 1 ，8 强高，9 慑低。优 势种在6 月为n a v i c u l a ，其余时间均为c y c l o t e l l a 。 沉积物的p b 、c d 、c u 、h g 、a s 、c r 、n i 、z n 、f e 和m n 等1 0 种元素中，f e 、 m n 含量全年均最高，p b 含量最低；各元素在空间分布上不呈规律性。通过对重 金属与硅藻丰度进行相关分析、主成分分析、单因子污染参数和单因子潜在生态 风险分析，各时期影响硅藻丰度变化的第一显著因子分别是：c d 、p b 、n i 和a s 。 f r a g i l a r i a r e i c h e l t i i 和s u r i r e l l ac a p r o n i i 是c d 低等污染程度( o 18 4m g k g j 0 2 7 8m g k g j ) 的敏感种，c y c l o t e l l ao c e l a t a 、e u n o t i a r h o m b o i d e a 是中等污染程度 ( o 3 8 5m g k 9 1 - - 0 6 9 3m g k g 。) 敏感种；r h i z o s o l e n i ae r i e n s i s 、m e r i d i o nc i r c u l a r e 是c d 浓度在0 1 8 4m g k g 。0 6 9 3m g k g j 时的普生种。大多数硅藻种处在中等 潜在生态风险( 4 0 影 8 0 ) 水平上。低污染程度( 1 6 2 9 m g k 9 1 - 2 4 1 9 m g k g j ) p b 的敏感种为n a v i c u l ac r y p t o c e p h a l a 、c y c l o t e l l a i r i s ，普生种( 1 6 2 9m g k g1 9 2 8 4m g k g 。1 ) 为t a b e l l a r i a f l o c c u l o s a 中污染程度( 4 8 9 7m g k g 1 - - 9 2 8 4m g k g ) 敏感种为c y c l o t e l l a a n t i q u a ；所有硅藻种潜在生态危害程度较低( e “o ) 。中 等污染程度( 9 6 7 2m g k 9 1 ) 时n i 的敏感种为f r a g i l a r i av i r e s c e n s ，在15 0 5 - - - 2 0 5 8 m g k g 。1 较高污染区敏感种为c y c l o t e l l a r a d i o s a 等，而s t e p h a n o d i s c u s 1 u c e n s 为 2 7 6 7m g k g - - 3 1 6 3m g k g j 高污染水平敏感种；普生种( 9 6 7 2m g k g 一 3 1 6 3 m g k g 。) 为c y c l o t e l l ao c e l a t a ；潜在生态风险程度均在中等水平( 4 0 8 0 ) 以 上，并以较高污染水平( 8 0 e 1 6 0 ) 为多。a s 浓度单因子污染系数均小于2 1 5 2 m g k g 。( 较低污染) ，优势种有c y c l o t e l l ao c e l a t a 、n a v i c u l ac r y p t o c e p h a l a 等，潜 在生态风险程度系数均小于4 0 ，处于较低水平。因此，这些硅藻可能在阿哈 水库库区内具有指示c d 、p b 、n i 、a s 污染程度的作用。 关键词：重金属；硅藻；沉积物；污染程度；阿哈水库 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho b je c t i v ei sa h ar e s e r v o i r , t h em a i nw a t e rs u p p l yr e s o u r c eo f g u i y a n g t h es e d i m e n ts a m p l e sw e r ec o l l e c t e di nt e ns i t e si n4 s e a s o n s t h ep u r p o s e o ft h es t u d yf o c u s e do ni n f l u e n c eo ft e m p o r a l s p a t i a lv a r i a t i o no fh e a v ym e t a l so n d i a t o m sd i s t r i b u t i o ni nt h es u r f a c es e d i m e n t 2 4 5s p e c i e s ( i n c l u d ev a r i a n t s ) o f s e d i m e n td i a t o m si na h ar e s e r v o i rw e r ei d e n t i f i e d ，w h i c hb e l o n gt o3 7g e n e r a ，8 f a m i l i e s ，6o r d e r sa n d2 c l a s s e s t h e r ea r e14 5s p e c i e s ( i n c l u d ev a r i a n t s ) o fs e d i m e n t d i a t o m si nm a r c h ，t h ec e l la v e r a g eq u a n t i t yi sa v e r a g e l y8 4 7 x 1 0 3 c e l l g ，a n dt o po r l o wc o n s i s t e n c ea r ei nt h en o8 井o r1 撑r e s p e c t i v e l y t h e r ea r e10 9s p e c i e s ( i n c l u d e v a r i a n t s ) o fs e d i m e n td i a t o m si n j u n e ， a n dt h ec e l l q u a n t i t y i s a v e r a g e l y 6 2 3x10 3 c e l l g 一a n dt o po rl o wc o n s i s t e n c ea r ei nt h en o7 撑o r8 群r e s p e c t i v e l y t h e r e a r e119s p e c i e s ( i n c l u d ev a r i a n t s ) o fs e d i m e n td i a t o m si ns e p t e m b e r , a n dt h ec e l l q u a n t i t yi sa v e r a g e l y8 8 2 x10 3 c e l l 矿1 ，a n dt o po rl o wc o n s i s t e n c ei si nt h en o1 0 撑o r 1 撑t h e r ea r e10 4s p e c i e s ( i n c l u d ev a r i a n t s ) o fs e d i m e n td i a t o m si nd e c e m b e r , t h e a v e r a g ec e l lq u a n t i t yi s7 71x 10 3 c e l l 9 1 ，a n dt o po rl o wc o n s i s t e n c ei si nt h en o8 群o r 9 撑n a v i c u l ai sd o m i n a n ti nt h ej u n e ，b u tc y c l o t e l l ai no t h e rm o n t h s a m o n gt h ec o n t e n to fp b ，c d ，c u ，h g ，a s ，r ，n i ，z n ，f ea n dm n i n e d i m e n to f a h ar e s e i v o i r , f ea n dm nw e r ev e r yh i g h ，b u tp bw a sl o wa l ly e a r t h r o u g ht h e c o r r e l a t i o n sa n a l y s i s ，p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ，i n d i v i d u a lp o l l u t i o np a r a m e t e r s a n di n d i v i d u a lp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ka n a l y s i s ，w ef o u n dt h a tt h es i g n i f i c a n tf a c t o r s w e r ec d ，p b ，n ia n da s ，w h i c hi n f l u e n c e dt h ed i a t o ma b u n d a n ti nd i f f e r e n ts e a s o n s f r a g i l a r i a r e i c h e l t i ia n ds u r i r e l l ac a p r o n i ia r es e n s i b i l i t ys p e c i e sf o rc di nl o w p o l l u t e dd e g r e e ( 0 18 4 m g k 9 1 - - 0 2 7 8 m g k 9 1 ) ，c y c l o t e l l a o c e l a t aa n de u n o t i a r h o m b o i d e aa r e i nm e d i u mp o l l u t e dd e g r e e ( 0 3 8 5m g k g 一0 6 9 3m g k g - 1 ) ， r h i z o s o l e n i ae r i e n s i s ，m e r i d i 伽c i r c u l a r ea r ei nc o m m o nw a t e r ( o 18 4m g k g 一0 6 9 3 m g k g 。) m o s to fd i a t o m si s m e d i u mp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k ( 4 0 e ： 8 0 ) n a v i c u l ac r y p t o c e p h a l aa n dc y c l o t e l l a i r i sa r es e n s i b i l i t ys p e c i e sf o rp bi nl o w p o l l u t e dd e g r e e ( 1 6 2 9m g 。k 9 1 2 4 19m g k g 。) ，c y c l o t e l l a a n t i q u ai nm e d i u m p o l l u t e dd e g r e e ( 4 8 9 7m g k g 一 - 。9 2 8 4m g k g 一) ，t a b e l l a r i a f l o c c u l o s ai nc o m m o n ( 16 2 9m g k 9 1 - 9 2 。8 4n a g k g - 1 ) a l ld i a t o m si sl o wp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k ( 耳 4 0 ) 1 1 f o rp b f r a g i l a r i av i r e s c e n si ss e n s i b i l i t ys p e c i e sf o rn ii nm e d i u mp o l l u t e dd e g r e e ( 9 6 7 2m g k g j ) ，c y c l o t e l l a r a d i o s ai nh i g h e rp o l l u t e dd e g r e e ( 15 0 5r n g k g - - 一2 0 5 8 m g k g 。1 ) ，s t e p h a n o d i s c u s 1 u c e n si nt h eh i g h e s tp o l l u t e dd e g r e e ( 2 7 6 7m g k g 316 3 m g k g 。1 ) ，c y c l o t e l l ao c e l a t ai nc o m m o n ( 9 6 7 2m g k g 一 一一316 3m g k g j ) a l ld i a t o m si s a b o v em e d i u mp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k ( 4 0 e 8 0 ) f o rn i i n d i v i d u a lp o l l u t i o n p a r a m e t e r s o fa si sl o w e rt h a n21 5 2 m g k g c y c l o t e l l ao c e l a t a 、n a v i c u l a c r y p t o c e p h a l aa r ed o m i n a t e ds p e c i e sf o ra st o l e r a n c e a l ld i a t o m si sl o wp o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s k ( e 4 0 ) f o ra s h e n c et h e s ed i a t o m sm i g h th a v et h ef u n c t i o no f i n d i c a t i n gc d ，p b ，n i ，a sp o l l u t i o nl e v e li nt h ea h a r e s e r v o i r k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l s ；d i a t o ms e d i m e n t s ；p o l l u t i o nl e v e l ；a h ar e s e r v o i r 学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 蒂帐 2 0 0 9 年4 月1 5 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州师范大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅； 本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蒋娘翩签名： 2 0 0 9 年4 月1 5 日 第一章引言 1 1 水库沉积物重金属污染研究概况 1 1 1 水库沉积物的形成 水库是由人工筑坝形成的半人工水体，有防洪、抗旱、供水、灌溉、旅游、 养殖等功能( t h o r n t o n ，1 9 9 0 ；韩博平，2 0 0 3 ) 。水源主要来自河流径流、雨水补给， 入库河流分级较多，水位不稳定波动大，一般从入库口到大坝会形成一定的坡度， 所以大坝处水位深且沉积物量大( t h o r n t o n ，1 9 9 0 ：w e t z d ，1 9 9 0 ；韩博平，2 0 0 3 ) 。 水体沉积物主要包括粘土、泥沙、页岩、有机物、土壤等，来源于流域内雨 水冲刷和河床释放。输入水库的各种沉积物在水体中悬浮，并与输送入库的重金 属、矿物质、有机物的等经过一系列的物理、化学、生物作用，与悬浮物络合形 成不同大小的絮状物在水动力搬运下沉降于水底，不断积累逐渐成为水库重要污 染源。t h o r n t o n 等根据水库形态结构、沉积物形成等特征，将其划分为河流区、 过渡区和湖泊区( t h o r n t o ne ta 1 ，1 9 8 1 ；t h o r n t o ne ta 1 ，1 9 9 0 ) 。但各种沉积物沉 积环境各不相同，沙砾、残渣及大颗粒物主要在河流区沉积；过渡区则是粘土及 中型颗粒物的沉积区，相关研究报道许多元素的吸附与沉积也在此区进行( k i m m e l 甜a 1 ，1 9 9 0 ) ，湖泊区由于水流流速小，适合粘土、胶体等小颗粒物质的沉积。随 着排入水库中的污染物浓度、种类的增加，导致库中污染负荷加重，水体水质恶 化，使得底泥污染日益受到研究者的关注( p e t e r ，2 0 0 1 ) 。 1 1 2 沉积物重金属污染研究概况 排入水体的污染物种类繁多，按其组成成分可分为无机污染物、有机污染物 和农药污染物等。无机污染物包括：氰化物、氟化物、重金属、总磷、总氮等； 有机污染物包括：苯酚、多环芳烃、p c b 等；有机硫类、磺酰脲类、酰胺类及苯氧 羧酸类等则属于农药污染物。在众多污染物中，重金属因在污染过程中具有持久 性、隐蔽性、累积性、不可逆性等特点，而成为国内外关注的热点、焦点，对如 何控制和治理重金属的污染和危害己成为环境污染治理中亟待解决的重大课题。 重金属是指原子量比铁大或密度大于5 9 c m o 的金属( 赵素达，1 9 9 9 ) ，而产生 生物毒性较大的主要有汞、铜、铁、铅、锌、铬、钻、镍、锰、砷等。其中砷为 非金属，但其毒性及某些性质与重金属相似，所以被列入重金属污染物范畴中， 也有人称之为“类金属”( 郑喜坤等，2 0 0 2 ；孙云明等，2 0 0 1 ) 。 水库沉积物是水库重金属的主要储存库，其污染来自于流域内岩石风化、雨 水冲刷、矿山开采、尾矿淋滤、尾气排放、大气沉降及其他人类活动( 单丽丽等， 2 0 0 8 ；孟红明等，2 0 0 8 ) 。大量研究表明天然本底值和人类活动是水库沉积物重金 属污染的主要来源( 陈炳卿，1 9 8 1 ；a b r a h a m ，1 9 9 8 ) 。由于人类活动的加剧，重 金属的流通量逐减增大，污染同益突出已成为国内外关注的热点( c h a p m a n ，1 9 9 5 ) ， 各国陆续将重金属污染列为环境监测重要指标。h o n gl i e nn g u y e n 等( 2 0 0 5 ) 对 匈牙利巴拉顿湖( l a k eb a l a t o n ) 中不同形态重金属、浮游动物、蚌类及沉积物中重 金属间的相关性进行了分析，研究显示调查的大部分重金属( z n ，c o ，c d ，p b ) 以颗粒 态的形式存在于沉积物中除c u 、n i 外。其中z n 、c d 在浮游动物、蚌类体内有一 定富集作用，而其他重金属在赋存物间转移过程中均出现了负的生物放大作用； 对其湖泊水体、悬浮物、底泥以及生物中重金属分布以及来源进行了分析，结果 显示明显的天气变化对水体中重金属的形态分布，表层沉积物中重金属含量变化 影响较大，而且z n 在浮游动物体内富集作用相对较大。天气的变化不仅可以促进 重金属的生物富集，而且还能加速沉积物中重金属的甲基化，从而加快重金属的 循环，如汞( c a l d w e l l ，2 0 0 0 ) 。对汞的研究一直是研究者关注的热点，它不仅毒 性大而且容易通过食物链对生态系统造成危害( a n d r 6 ae ta 1 ，2 0 0 7 ) 。s e a n 等( 2 0 0 7 ) 从地球化学、地质学的角度对密西西比河北部的格林纳达湖沉积物中微量元素 ( a s 、c r 、c u 、h g 、p b 等) 进行分析，发现建坝后湖泊及其支流沉积物中重金属 含量增加，尤其是支流污染物中重金属的贡献最大并己出现一定的生态危害。k y l e 等( 2 0 0 6 ) 就2 0 世纪人们大量使用铅汽油造成严重环境污染问题，对美国堪萨斯 州东部8 个乡村水库沉积物中铅的积累进行研究，结果表明含铅汽油的使用在水 库建成前后含量出现明显变化，建成之前主要受含铅汽油使用的影响，建成之后 沉积物的释放作用占了一定的主导作用，说明影响沉积物中铅浓度变化的因素主 要有：交通运输量、水库年龄以及沉积物中的颗粒物等。湖泊界面微量重金属扩 散作用对上覆水水质影响定量研究发现，湖底氧浓度、有机质分解量是引起重金 属扩散的主要原因，并随季节的变化、水的深度对上覆水造成不同程度的影响。 ( r o g n e r u de la l ，2 0 0 0 ；n i s h r ie ta 1 ，19 9 9 ；a b r a h a m ，19 9 8 ；a c h t e r b e r ge ta 1 ，19 9 7 ； h u r l e ye ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 国内对重金属水质污染研究在七八十年代己得到深入的发展，主要集中在对 太湖( 张于平，2 0 0 1 ；朱广伟等，2 0 0 5 ) 、滇池( 李仁英，2 0 0 6 ；张燕，2 0 0 7 ) 、 渤海湾、金沙江、长江( 口) 、黄河( 口) 、淮河、胶州湾、珠江等水体中的沉积物、 2 水生生物及重会属污染来源、污染程度、重金属富集效应、重金属形态水质污染 效应及污染控制等方面的问题展开研究( 李倩，2 0 0 6 ) ，涉及的重金属有c d 、p b 、 h g 、z n 、c u 、c r 、f e 、m n 、n i 、c o 、a s 、s e 等。而对水库沉积物中重金属污染研 究较晚，随着水库水质变化、重金属污染日益突出引起人们对水库安全问题的重 视。水库重金属污染研究在分析其来源、污染程度的基础上进一步得到深入，如 庄敏等( 2 0 0 5 ) 对北京密云水库沉积物中汞的存在形式研究时发现，水库沉积物 总汞含量高，存在的几种形态生物可利用性低，并提出通过改变沉积物环境使不 可利用形态的汞向可利用形态转化。1 9 9 9 年陈俊合等在对水库三维f e 、m n 迁移模 型进行了分析，研究表明季节性缺氧型水库f e 、m n 在枯水期沉积物中的积累量大， 对水质影响小；相反丰水期由于氧的缺乏导致f e 、m n 被释放进入上覆水中引起水 体中含量剧增，并对其迁移规律进行模拟得出引起重金属“二次污染 的主要原 因是沉积物一水界面氧化还原向上层水体扩散( t h o r n t o n ，1 9 9 0 ) 所致。又如水库的沉 淀、拦截作用对入库河流中的部分重金属如汞有一定的净化作用( 白薇扬，2 0 0 7 ) ， 使得沉积物中重金属浓度上升，给水库水质污染带来隐患。沉积物中重金属的迁 移扩散不仅与水体中氧浓度、水体扰动有关，还与氧化还原电位、p h 值等因素有 关( 魏俊峰等，2 0 0 3 ) 。大量研究表明许多重金属与水体中的悬浮物、粘土等的亲 和力较强，造成沉积物中重金属浓度偏高，如官厅水库沉积物中的a s 和p b ；在氧 化还原条件变化、生物迁移等作用下，从底泥中释放出来，导致水质的恶化( 周 小飞，2 0 0 2 ) ，且c d 的污染主要来自大气的沉降作用( 申献辰，1 9 9 2 ) 。部分对重 金属具有较强富集能力的生物还可通过食物链的作用使得毒性得以放大，造成水 生生态系统的破坏及对人体健康的危害( 金岚，1 9 9 2 ) 。张晟等( 2 0 0 6 ) 应用重金 属单因子污染指数、n e m e r o w 综合污染指数对三峡水库成库前后重金属环境健康 风险评价，结果显示成库后水体中p b 污染较为严重，各种重会属对人体健康危害 个人年风险也比成库前高。沉积物中重金属的含量还因水库的类型、功能不同而 有所差异，依布拉音( 2 0 0 2 ) 在对乌鲁木齐三个不同功能类型的水库水体重金属 污染状况调查发现，调节性水库水体中沉积物中汞含量明显高于其他两个类型的 水库；串接调节水库中所有被监测指标含量均最低；在半封闭微咸水湖的湖水和 沉积物中a s 含量达到最高，说明水库沉积物中重金属的含量是在水体诸多物理、 化学、生物及自身类型、功能的综合作用下发生变化的，且对不同元素的作用程 度也不一样。如p h = 3 0 时沉积物中的m n 释放量最大，其次是：n i 、c u 、p b 等， 说明酸雨对金属的释放有一定的促进作用( 张恒军，2 0 0 8 ) ，同时也反映了在酸雨 地区或偏酸性水库中重金属污染比其他地区相对严重。 张曼华等( 2 0 0 7 ) 对红枫湖水体中重金属污染状况分析表明，周边工业废水 排入口c u 、c d 含量高，严重威胁到人的身心健康和农作物的生产；湖底沉积物中 已存在p b 、z n 、c d 、h g 、a s 等重金属不同程度的污染( 黄先飞等，2 0 0 8 ) 。红枫 湖和阿哈水库是贵阳市主要饮用水源，由于城市工业化的进程，流域内工矿业的 发展导致大量生活污水、工业废水在未经任何处理的情况下直接排入水体中，超 过水体的自净能力，导致“二次污染”的发生，已造成红枫湖水库水质恶化，“水 华”的爆发。综合前人的研究及红枫湖水库水质变化，人们对阿哈水库污染状况 的关注程度也日益得到提升。 1 2 重金属对藻类生长影响研究概况 许多重金属在生物新陈代谢过程中扮演着双重角色，摄入量较低时能催化新 陈代谢的进行，积累量超过生物体本身的阈值将造成生命危害( 张毓琪，1 9 9 3 ) 。 如c u 在1 0 一m o l l - 1 浓度时适合k i n n e r e t 湖中优势藻种的生长，当浓度达到1 0 吨 m o l l - 1 时对其生长产生抑制作用( 胡章立等，2 0 0 3 ) 。z n 在0 0 5 9 m l 。1 下，促进绿 色巴夫藻的生长，同时叶绿素a 、粗脂肪酸、酶的活力等也有增加( 陈必链等，1 9 9 8 ) 。 重金属对藻类的影响作用从某种程度上来说受到营养元素的制约，如水体中n ，p ， s i 等大量元素充足时，f e 、c u 、z n 、m n 、n i 等重金属元素将成为浮游植物生长的 限制性因子( 袁有宪，1 9 9 8 ；s u n d a ，1 9 9 0 ) ，影响藻类正常的生理生化作用，甚 至产生藻毒素( 王红兵等，1 9 9 5 ；俞顺章等，2 0 0 2 ；k a l l q v i s te ta 1 ，1 9 7 8 ；w a l l e n ， 1 9 9 0 ；l a h t ie ta 1 ，1 9 9 7 ；b a l l o te ta 1 ，2 0 0 4 ) ；其中f e 浓度的上升还会导致硅 藻水华的发生( 林燕等，1 9 9 4 ) 。重金属对藻类生长影响起初主要集中在对海洋藻 类的研究上，如在模拟海底表层低z n 的环境下，用c o 代替某些生物大分子中的 z n 时发现这一取代作用对海洋硅藻t h a l a s s i o s i r aw e i s s f l o g i i 的生长有一定的刺激 作用( p r i c ee ta 1 ，1 9 9 0 ) 。s c h u l z 等( 2 0 0 4 ) 在研究大气尘埃沉降的变化对重金属 影响时表明，尘埃沉降的变化会导致重金属元素的缺乏并影响生物成因的钙化作 用，表现在f e 浓度下降，微藻生长速度和钙化作用均减弱；而z n 浓度的f 降， 细胞生长速度减慢，但生成c a c 0 3 的速度却不受影响，从而导致了细胞钙化的加 强；海洋藻类在受到重金属含量制约的同时，能很好的控制重金属元素化学变化 的进行，主要是通过水体中某一重金属浓度的降低诱导浮游植物大量产生的植物 螯合肽，并在海水上涌区、非上涌区分布均一来实现的；据目前实验室研究表明， t h a l a s s i o s i r aw e i s s f l o g i i 和t h a l a s s i o s i r ap a r t h e n a i a 两种硅藻在c d 浓度较低且z n 4 浓度逐减下降的培养基中，能产生大量的植物螫合肽；在培养浮游藻类时发现， 增加培养液中c d 浓度可促进藻细胞的生长和碳酸酐酶( c a ) 的活性( l e e ，e ta 1 ， 1 9 9 5 ；p r i c e ，e ta 1 ，1 9 9 0 ；l e e ，1 9 9 5 ) 。实验证实，硅藻t h a l a s s i o s i r aw e i s s f l o g i i 合 成的碳酸酐酶与其他藻细胞不同。其次浮游植物群落组成和生物量的变化能使c u 和z n 的浓度和化学形态发生变化( m u l l e r , e ta 1 ，2 0 0 3 ) 。在对c u 2 + 、z n 2 + 、c 0 2 + 对 雨生红球藻生长研究中同样证实了，随着重金属浓度的增加，其抑制作用逐减体 现，c u 2 + 毒性最大主要影响藻细胞的光合作用，破坏原生质膜的渗透性，从而使 k + 丧失( 刘伟成等，2 0 0 6 ；况琪军等，1 9 9 6 ) 。一些研究认为，原生质膜的破坏是 在重金属与细胞壁结合达到饱和后，过量的重金属离子通过细胞壁进入原生质所 造成的( 徐勤松，2 0 0 2 ) ；或是由于重金属离子与膜蛋白结合破坏膜结构，造成蛋 白质变性及功能的丧失( 李荣春，2 0 0 0 ) 。 重金属对藻类的作用还受到环境中藻类间的竞争机制的影响。在p b 2 + 浓度较低 条件下对微囊藻和衣藻的生长均有明显的促进作用，许多研究表明微囊藻生长过 程中能分泌藻毒素并抑制衣藻的生长繁殖，而成为优势种；但随p b 2 + 浓度增加，衣 藻因对p b 2 + 有较强的吸附和耐受能力，而微囊藻对高浓度p b 2 + 的耐受性相对较差， 所以高浓度条件下对微囊藻的毒害作用大，而对衣藻的毒害作用较小因此随p b 2 + 浓度的变化，衣藻和微囊藻的相对竞争能力发生变化，导致环境中优势种、生物 群落结构发生变化，并对生态环境产生影响( 高乐旋，2 0 0 7 ) 。重金属对藻类生长 影响还因藻的种类不同而作用效果也不同，如c d 在小于1 0m g k g 。浓度下能抑制小 球藻、栅藻、羊角月牙藻等的生长，但绿球藻的生长没有受到影响，只有在大于 5 0 m g l 。时才开始出现叶绿素的下降，光合作用、呼吸作用的降低，生长停止等现 象( 况琪军等，1 9 9 6 ；邱昌恩等，2 0 0 7 ) 。魏群等( 2 0 0 8 ) 在不同铬浓度条件下对5 种藻类进行培养，发现其耐受性大小不一，微囊藻最强，水华鱼腥藻、细长聚球藻 其次，蛋白核小球藻耐受能力最差。此外，重金属离子对藻类的作用时间长短也 会对其生长、叶绿素含量等造成明显影响( 陈儒等，2 0 0 4 ) 。重金属对藻类等的毒 害作用主要体现在对膜结构或非膜结构的生理作用危害上，组成藻细胞的结构越 复杂其耐受作用也相应得到提高，一般叶绿体的耐受性比细胞核、线粒体等细胞 器强( 施国新，2 0 0 0 ) 。大量研究结果显示，不同的藻种在不同重金属浓度下耐受 程度各异，不仅说明重会属对藻类的生长、生理活动等有不同程度的危害作用， 同时还反映了耐污性强的藻对环境中高浓度重金属有很好的富集作用。对重金属 已成为国内外研究的热点，随着研究的深入一些耐污性藻种已被应用到净化环境、 环境监测中，如l e e 等( 1 9 9 1 ) 认为可将黑藻作为环境a s 污染的指示性生物。 湖泊、水库在水动力的作用下水体环境变化复杂，有关重金属与藻类相关性 研究较少( s h a k e d ，e ta 1 ，2 0 0 4 ；胡章立等，2 0 0 3 ；h a m i l t o n ，e ta l ，1 9 9 6 ) 。王宝 利( 2 0 0 5 ) 在对贵阳市几座重要供水水库重金属与微藻相互作用过程及实验模拟 研究表明，水源地水化学类型不同，重金属元素对微藻的影响也各异；c u 、z n 、 c o 、m o 与红枫湖、百花湖中的蓝绿藻生物量的变化呈正相关；硅藻是阿哈水库秋 季分布的主要藻，其生物量的变化与重金属含量变化间呈负相关的关系。可见， 对湖泊、水库中重金属与藻类相互关系的研究对深入了解水生生态系统生物群落 组成、生物地球化学循环具有重要意义。 1 3 沉积物硅藻研究进展 。硅藻( d i a t o m ) 隶属硅藻f - j ( b a c i l l a r i o p h y t a ) ，分为中心纲( c e n t r i c a e ) 、 羽纹纲( p e n n a t a e ) 2 个纲。是单细胞低等植物，细胞壁由上下壳套合组成，壳体 主要由硅质和果胶质组成，不含纤维素( 胡鸿钧，1 9 8 0 ) ，硅质外壳不易被酸破坏 ( 王伟，1 9 9 7 ) 。在自然界中硅藻分布较广，只要有水的地方，一般都有它的踪迹 ( p a n ，1 9 9 6 ) 。因此种类多、数量大，约有1 6 0 0 0 种硅藻，其中淡水硅藻约 8 0 0 0 种，国内已报道的淡水硅藻仅有4 0 0 0 余种( b 福迪，1 9 7 1 ) 。其分类主要 是根据细胞外形、硅质外壳上不同的纹饰如点纹、线纹、肋纹等来进行鉴定。 根据硅藻的生活型、分布特征，将其分为浮游型、底栖型和附生型( 小泉；格， 1 9 8 7 ) 。底栖型硅藻( 沉积硅藻) 一般生活在水底岩石上或沉积物中，它是水体 中的浮游硅藻死亡后与颗粒物结合并随之沉积到水底，是湖底( 库底) 重要的生 物性沉积物。沉积硅藻是水生生态系统中的重要初级生产者，许多水生动物以它 作为饵料，其产量与硅藻的数量变化息息相关。其次它在浅水湖泊中和其他沉积 藻类有固碳的作用( w e t z e l m ，1 9 6 4 ) 。上层水体中的硅藻死亡后经分解、破坏、 溶解作用后遗骸在表层沉积物中堆积，因硅藻对环境因子的变化反应敏感，可通 过分析沉积物中硅藻生物量、群落组成、组合情况来对当时水环境变化进行评价 ( h a y n e se ta 1 ，1 9 7 7 ；s a w a ie ta 1 ，1 9 9 6 ) 。t i b b y ( 2 0 0 1 ) 认为尽管水库沉积物分 布类型复杂，但却与硅藻的地层学分布密切相关，其分布的时空差异都能在硅藻 的横断面上反映出来。随着研究手段的不断进步，目前，沉积硅藻的研究已成为 古环境、古气候及古生态重建的重要手段之一。s t e v e n s o n ( 1 9 9 7 ) 将影响硅藻分 布的环境因子划分为高水平因素( 气候等) 、低水平因素( n 、p 等) 。在污染严 重的湖泊生态系统中，沉积硅藻对环境营养盐的变化敏感( b e n n i o n ，1 9 9 4 ；羊向东 6 等，2 0 0 2 ) ，分布在酸雨地区的沉积硅藻则可指示水体p h 值的变化( p s e n e re ta 1 ， 1 9 9 2 ) ，肘状针杆藻( s y n e d ru l n a ( n i t z s c h ) e h r ) 和草鞋形波缘藻( c y m a t o p l e u r as o l e a ( b r e b ) w s m i t h ) 可分别作为锌和酚污染的指示种( 李晶晶，2 0 0 6 ) ；高纬度或近山 区的湖泊中分布的广缘小环藻( c y c l o t e l l ab o d a n i c ae u l ) 喜酸，是酸化水体常见 的硅藻种；小环藻属、针杆藻属的某些种类则多出现在贫营养化水体中，直链藻 和冠盘藻属的大多种类是水体营养丰富的代表种( 代玲玲，2 0 0 7 ) ，谷皮菱形藻 ( n i t z s c h i a p a l e a ( k t l t z ) w s m i t h ) 耐污性强为多污带指示生物( 丁蕾，2 0 0 7 ) 等， 不仅体现了硅藻对不同环境具有一定的指示作用，同时还反映了胁迫因子对硅藻 的影响过程。 国外对沉积硅藻的研究早于国内，我国从上世纪7 0 年代才开始对渤海、东海、 黄海、长江等流域表层沉积物中沉积硅藻分布及与环境的关系进行研究( 程广芬 等，1 9 9 1 ：金德祥，1 9 8 0 ；王开发等，1 9 8 5 ；詹玉芳等，1 9 8 2 ) 。随着研究条件 及硅藻鉴定技术的提高，沉积硅藻组合与环境变化特征研究得到深入发展，尤其 在对海洋古环境特征研究及湖泊沉积硅藻与环境因子定量重建上有了很大提高。 近年来开始对沉积物柱状样中硅藻分布、环境因子变化规律进行研究( 支崇远， 2 0 0 5 ) ，对现代湖泊水体水质变化过程进行了重建( 李家英，2 0 0 5 ；顾泳洁，2 0 0 6 ； l u c ，2 0 0 4 ) 。陈长平( 2 0 0 4 ) 在对闽南几个红树林中硅藻生态分布研究时发现， c d 离子对沉积硅藻的毒性最大，其次为c u 离子，且大多重金属元素能抑制硅藻胞 外多糖的分泌。沉积物在时间上具有一定的连续性，表层沉积物记录了近期环境 的变化，根据水体表层沉积物中硅藻组合、属种分布可建立数据库或函数模型， 如硅藻一湖水深度( b r u g a m ，1 9 9 8 ) 、硅藻一湖水营养状况( h a l le ta l ，1 9 9 9 ) 、 硅藻一磷浓度( f r i t z ，1 9 9 3 a ；h a l l ，1 9 9 7 ；董旭辉，2 0 0 6 ；郭云，2 0 0 8 ) 、硅藻一 盐度( b a o ，1 9 9 9 ；b a t t a r b e e ，2 0 0 0 ) 、硅藻- - p h 值( s t o o l ，1 9 9 2 ) 、硅藻一温度 ( b i g l e r ，2 0 0 3 ) 、硅藻一电导率( 羊向东等，2 0 0 6 ) 及硅藻一汞、钙、流速( 郭 云，2 0 0 8 ) 等，这些模型的建立对环境模拟、古生态环境的重建、水质监测和评 价提供一定参考。但在研究湖泊水库水质变化过程中，库龄、水库深度、流域内 气候变化等都制约着研究进一步深入。特别是吞吐量大、水位变化不规则的水库 库中水动力复杂，颗粒物输入库后在不同区域的沉积、悬浮、再沉积发生差异( 林 彰文，2 0 0 6 ) ，所以水库水动力是影响沉积物形成的主要原因。主要表现在流速变 化上，从河流入库口到大坝流速逐减降低，颗粒物沉降速率下降，大颗粒悬浮物 沉积区位置相对后移；在雨量较大、流速快的季节，悬浮物的沉积位置将向前移。 7 在水动力的作用下，输入库中的悬浮物又重新进行分配，导致水库中沉积物的不 均衡变化。水库水动力的变化不仅仅影响沉积物的沉降，而且对沉积物中的底栖 生物的属种分布、种类变化都有着很大的影响( 林秋奇等，2 0 0 3 ；郭云，2 0 0 8 ) 。 这对研究不同环境因子如何影响沉积硅藻属种组成、时空分布等有一定的参考作 用，尤其在喀斯特高原水库特殊环境中，复杂水动力作用下，对重金属等时空变 化对硅藻区系分布影响进行研究具有重要意义。 1 4 研究目的和意义 由于近年来湖泊水质的恶化，水库逐渐成为主要饮用水源，对其水质的安全 问题无疑成为关注的焦点。关于水库的研究起步较晚，而对库中沉积物的研究甚 少，水库生态系统中重金属在沉积物中累积、释放，不仅影响着水体水质的变化， 而且对存在于沉积物中的大量底栖生物产生毒害作用，并通过食物链在生物体内 富集毒性逐级放大等作用影响到人类，所以对水库沉积物的研究具有一定的现实 意义。 本论文的研究对象阿哈水库为贵阳市重要供水水库，位于贵阳市南明河支流 小车河上，属乌江水系，总库容为5 4 2 1 0 8 3 m ( 陈作州，2 0 0 7 ) 。近年来对阿哈水 库的研究主要有：水库及流域水污染现状原因和综合治理分析( 陈佑德，2 0 0 1 ) ， 水环境预测分析( 向文英，2 0 0 1 ) ，沉积物一水界面硫酸盐还原作用的微生物及其同 位素研究( 汪福顺等，2 0 0 3 ) ，阿哈湖沉积物一水界面微生物活动及其对微量元素 再迁移富集的影响( 汪福顺，2 0 0 3 ) ，浮游植物与富营养化研究( 蒋因梅等，2 0 0 4 ) ， 沉积物中f e 、m n 的分离( 汪福顺，2 0 0 5 ) ，f e 、m n 形态分布( 朱维晃等，2 0 0 6 ) ， 水体和沉积物间隙水中汞的含量和形态分布初步研究( 白薇扬，2 0 0 6 ) ，沉积物硫 酸盐还原菌研究( 王明义，2 0 0 7 ) ，河流对阿哈水库汞迁移转化过程的影