静宁至隆德湿地-水库硅藻对水体生态评价

附件：静宁至隆德湿地-水库硅藻对水体生态评价引言硅藻为单细胞藻类群落，对水体pH值、电导率、温度、营养盐浓度等变化十分敏感。[1,2]同时硅藻的表面有着一层坚硬的硅质结构，因而难以被破坏，使其能够在沉积物中很好地被保存下来。正因为硅藻的诸多特性，在判别水体的污染程度、水体富营养化程度中有着广泛的应用。由于水环境化学检测手段会因为部分化合物发生分解、降水蒸发等情况使得结果会随时间而变化，难以从整体水平反映水质情况，而硅藻特别是底栖硅藻，在水体中却能够稳定的有着一定规律的繁衍并在沉积物中得到很好的保存，加之硅藻对于湿地发挥其生态系统功能具有重大意义，因此可以利用硅藻群落结构监测湿地的生态情况。本文主要针对静宁至隆德湿地——水库的硅藻的情况进行分析，了解当地的水质情况。一、采样区域情况本次采样点位于静宁至隆德县，共设有28个采样点。本次实验所取样品的采样点位于甘肃省静宁县的南河和宁夏回族自治区隆德县的三里河水库。1.1静宁南河南河位于甘肃省静宁县，属于暖温带半湿润半干旱气候，四季分明，气候温和，降水分布时空不均匀，夏秋多，冬春较少，年均降水量450.8毫米，年蒸发量1469毫米。南河是葫芦河的支流，葫芦河的东西两侧有高界河、红寺河、南河、甘沟河、李店河、甘渭子河等9条流。1.2隆德三里店河水库三里店，居渝河上游，清流河、清凉河交汇处。1962年5月建成，坝高32米，长670米，库容567万立方米，1975年扩建，土坝加高5米，坝长800米，总库容1072.5万立方米。但淤积严重。2011年前后，按照工程措施、生物措施并举，生态环境效应、防汛抗旱效应、旅游休闲效益并重的原则，对三里店库区进行综合整治。二、样品采集与处理2.1样品采集图12020年八月初于静宁县南河至隆德县三里店水库间28个点位（如图1）进行采样，采集水底表层沉积物约2~3cm，并记录水体温度，酸碱度，溶氧量，电导率，取样点海拔及经纬度，采样点水深，天气情况，附近污染情况等环境特征（如表1），拍照录像记录。表11至28号采样点环境数据2.2样品处理于28个样品中用玻璃棒蘸取少量泥样均匀抹在28个干净烧杯底部，并烘干，而后称取烘干样品0.09g~0.10g置于试管中（如表2）；表21至28号称取烘干样品质量取一组试管加入5ml30%双氧水，摇匀后放置，然后将试管置于70℃水浴锅中水浴加热4h，并及时查看，防止蒸干，在水浴加热后趁热加入一比一含量的10%稀盐酸并充分振荡，待溶液冷却后加入少量六偏磷酸钠，再次充分振荡，并隔夜放置。将隔夜放置的溶液充分振荡后将转移至离心机中，以1200r/min的转速离心3次，每次5min，将溶液转移至10ml离心管中，在使溶液充分混合均匀后，用移液管移取0.2~0.3ml溶液分别滴于提前放置好的四张载玻片上，静置。待溶液风干后在显微镜下粗略观察硅藻分布数量，并选取硅藻数目较多且结构完整的一组进行制片，留以镜下观察，最后对23至28组薄片进行镜下观察并对硅藻进行种类鉴定以及计数（如表3至表8）。表323号计数鉴定结果表424号计数鉴定结果表525号计数鉴定结果表626号计数鉴定结果表727号计数鉴定结果表828号计数鉴定结果三、数据分析与结果近30年来,大量以硅藻为指示生物的指数方法相继被提出并不断改进，如生物硅藻指数（BDI）、硅藻模型相似性指数（DMA）、硅藻属指数（GI）、硅藻组合有机污染指数（DAI）、富营养化硅藻指数（TDI）、湖泊富营养化硅藻指数（TDIL）等，广泛应用于水体质量评价及水体富营养化程度判定。其中，GI只适用于亚热带、热带地区河流水质综合评价，有明显的地域限制。DMA没有地域限制，但只适用于气候条件稳定的地区，主要用于监测点源排放的营养物和有机污染物，指数中建立的模拟硅藻群落只适用于特定地区。在使用DMA之前，需要调查清楚整个地区未受人类活动干扰时水体中存活的硅藻种类和丰度，难度较大，为该方法的主要不足。BDI适用范围广，可用于酸化严重，盐度高的水体，且对营养物质及有机污染物变化有明显指示作用。TDIL只适用于海拔低、水浅、盐度及营养物本底值高的湖泊，不适用于淡水湖泊，目前仅在较小范围内应用。DI主要用于小型湖泊的短期监测，可得到水体营养状态空间的高分辨率变化情况。TDI主要用来评价淡水环境的富营养程度，适用于温带与热带地区。综合以上原因，本次研究我们选择TDI指数来对水体进行评估。TDI指数法是通过统计硅藻种对富营养化的敏感程度来评价水体富营养状态,计算公式如下：TDI=（wms×25)－25wms（aweightedmeansensitivity,加权平均敏感度）计算公式：式中,aj为样品中种j的相对密度;vj为指示因子的指示值,在1~3之间变化,3表示种j对富营养化敏感,1表示种j对富营养化不敏感;ij为种j的污染敏感度,在1~5之间变化,1表示种j适合在寡营养状态,5表示种j喜好在富营养状态下生存。目前,全国许多流域中藻类的vj值和ij值已经可以进行借鉴,TDI值在1~100之间变化,将其标准化后转化为0~1的范围。wms值范围从1(非常低的营养物浓度)到5(非常高的营养浓度),而TDI值范围从0到100与它们对应的图所示生态状态,以下是TDI富营养化的评分标准:TDI<35:贫营养状态;TDI[35,50):寡营养状态;TDI[50,60):中营养状态;TDI[60,75]:富营养化状态;TDI>75:超富营养化状态。不同地区不同薄片的具体评估结果可见表9。结果表明，南河与三里店水库地区的各个采样点的TDI值均处于[60,75]，这表明这两个地区的水质都呈现为富营养化状态，其中南河地区平均TDI值为64.51，三里店水库地区的平均TDI值为69.31。三里店水库的水体富营养化程度比南河更为严重。在南河23号点处的TDI值为55.86，处于中营养状态，为6个取样点中TDI值最小的地方，南河24号点处的TDI值为73.47，处于[60,75]区间，是南河取样点中TDI值最大的地点，水质最差，接近于超富营养状态。在三里店水库24号取样点处的TDI值高达74.12，为6个取样点中TDI值最大的地点，水质最差，水体极其接近超富营养状态，而三里店水库地区26、28号点均为68.64，两处的水质比较接近，27号点处TDI值为66.45，是三里店水库这四个采样点中TDI值最小的地区，但水体仍是富营养化状态。本次在南河、三里店水库共采集6个样品，其中23~24为南河样品，25~28为三里店水库样品。在不同地区的样品中，共鉴定出2纲，12个属，26种及变种硅藻。其中，直链藻属（Melosira）和平板藻属（Tabellaria）在南河为优势属出现，而在三里店水库中，直链藻属（Melosira）、舟形藻属（Navicula）和针杆藻属（Synedra）为优势属。变异直链藻（Melosiravarians）生长在各种浅水水体中，偶然性浮游种类，常在夏天的富营养湖泊或中污染水体中大量出现，喜微碱性或碱性水体，pH幅度6.4~9,适宜pH约8.5，为有机污染水体的指示种类。在所鉴定出来的种中，变异直链藻（Melosiravarians）的数量占所有的数量的50.19%，在南河和三里店水库地区均为优势种。图2变异直链藻图3小环藻、舟形藻、曲壳藻图3桥弯藻属图4变异直链藻结合TDI富营养化硅藻指数和属种结构分析，我们可知，南河地区与三里店水库地区水体都表现为富营养化状态。指数计算所需的浮游硅藻物种敏感值(i)和指示值(v)如表10所示，参数依据相关研究的所测算不同科属浮游硅藻物种的相应数据而定的。表1023至28号浮游硅藻物种敏感值(i)和指示值(v)表923至28号评估结果四、讨论本文研究运用富营养化硅藻指数(TDI)来评价静宁至隆德湿地-水库水体质量，研究发现南河和三里店水库的水体呈现富营养化状态，水质较差。这可能是是由以下几点原因造成的。南河位于甘肃省静宁县，静宁人民伴水而居，近些年，静宁县大力发展苹果种植经济，对于农用化肥的使用量增大，随着经济发张，人口逐渐增加，生活用水排量增大，这可能会导致南河的水体富营养氧化。三里店水库为葫芦河一级支流渝河上游的清凉河、清流河交汇处，上游有处生活聚集点，这也有可能导致三里店水库富营养化。同时，三里店水库始建于上世纪的1959年，曾是一座以防洪为主，兼顾灌溉和生态景观的小型水库。由于长年运行，已沉积淤泥483.8万立方米，加之输水建筑物局部坏损，泄洪相关配套设施不完善，水库泄洪出路严重受阻，并且，该水库的水体富营养化程度加剧。富营养化硅藻指数（TDI）通过统计硅藻种对富营养化的敏感程度来评价水体富营养状态，它的敏感性与生态环境综合性都要比目前检测敏感地区的常规手段要优秀，国内已有许多学者运用该种方法进行相关研究，但对于静宁至隆德湿地-水库方面的评价尚未开展，本文以南河和三里店水库为样本进行研究，仅提供一个研究角度和评价方法，TDI指数法仍然需要在精准性，适用范围，响应时间方面进行优化。参考文献：[1]邓洪平,陈锋,王明书.嘉陵江南充段硅藻群落结构及水环境分析[J].水生生物学报,2008,32(4):586-591.[2]栾卓,范亚文,门晓宇.松花江哈尔滨段水域硅藻植物群落及其水质的初步评价[J].湖泊科学,2010,22(1):86-92.[3]KellyMG,WhittonBA.TheTrophicDiatomIndex:anewindexformonito