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摘 要： 摘 要：2012年7月對浙江省金華江流域18個監(jiān)測斷面進行了附著硅藻和水質(zhì)調(diào)查，通過硅藻生態(tài)群落組成及SPI、BDI硅藻指數(shù)對水質(zhì)進行了評價，并比較了硅藻指數(shù)評價與水質(zhì)理化評價結(jié)果的異同性。本次調(diào)查共收集到硅藻75種(含變種和變型)，隸屬于2綱12科30屬。硅藻生態(tài)類群組
摘 要：2012年7月對浙江省金華江流域18個監(jiān)測斷面進行了附著硅藻和水質(zhì)調(diào)查，通過硅藻生態(tài)群落組成及SPI、BDI硅藻指數(shù)對水質(zhì)進行了評價，并比較了硅藻指數(shù)評價與水質(zhì)理化評價結(jié)果的異同性。本次調(diào)查共收集到硅藻75種(含變種和變型)，隸屬于2綱12科30屬。硅藻生態(tài)類群組成顯示各斷面以喜中性、N 自養(yǎng)、耐低污染和喜好很高氧飽和度硅藻為主。水質(zhì)理化指標總體評價金華江各監(jiān)測斷面水質(zhì)多為Ⅲ類及以上，僅有一個斷面為 V類，硅藻SPI和 BDI指數(shù)評價各斷面水質(zhì)為中等及中等以上。二者評價結(jié)果總體上吻合，但同時存在一定差異。SPI與高錳酸鹽指數(shù)和硝酸鹽氮呈顯著負相關(guān)，BDI與氨氮呈顯 著 負 相 關(guān)。硅藻指數(shù)在金華江流域有一定的適用性，但其在國內(nèi)其他流域的適用性、評價方法的指示性與穩(wěn)定性有待進行更深入的研究。
關(guān)鍵詞：金華江;硅藻;生物監(jiān)測;SPI;BDI
目前，水環(huán)境監(jiān)測主要有理化和生物監(jiān)測兩種方法。前者在我國應(yīng)用較為普遍，而生物監(jiān)測開展較少，亦未形成成熟的監(jiān)測體系。水環(huán)境理化監(jiān)測結(jié)果隨時間變化較大，其主要原因是部分化合物發(fā)生分解、沉積等反應(yīng)，以及降雨、蒸發(fā)等引起污染物濃度變化[1]。這一系列復(fù)雜變化使理化監(jiān)測存在不穩(wěn)定因素，而且每個理化指標所反映的僅為某 一 時間點的情 況，因而常規(guī)的理化監(jiān) 測手段難以從整體上對水質(zhì)進行 客 觀 監(jiān) 測 和 評 價[2]。硅 藻 對 某 些水環(huán)境指標有特定的最佳值及 忍耐值，對 所 處 環(huán)境的變化會產(chǎn)生迅速的反應(yīng)，故 被 認 為 是 水 環(huán) 境可靠的生 物 指 示 種[3，4]，在 判 別 水 體 污 染 程 度、評價河流水環(huán)境富營 養(yǎng) 化 狀 態(tài) 等 方 面 具 有 廣 泛 的 應(yīng)用價值。自 20 世 紀 70 年 代 起，國內(nèi)外已形成了眾多用于評價河流水質(zhì)的硅藻指數(shù)[5～9]，其 中 應(yīng) 用最廣泛有 BioticDiatomIndex(BDI)和 SpecificPol-lutionSensitivityIndex(SPI)等。歐 美 國 家 的 一 些水環(huán)境管理機構(gòu)已將硅藻應(yīng)用 于河流、湖 泊 水 質(zhì)的評價，并 取 得 了 較 好 的 效 果[10～12]。與 國 外 開 展的研究工 作 相 比，我國利用硅藻 進行水環(huán)境監(jiān)測和評價的研究工作起步較晚，該 方 法 仍 未 在 我 國得到廣泛應(yīng)用和推廣。
金華江位于浙江省金華市，是錢塘江最大的支流，由東陽江和武義江匯合而成，集水區(qū)向 東、南兩向呈扇形展開，東西長約120km，南北寬約50km，干流長194.5km，流域面積6781.6km2。近年來，隨著金華江流域社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，其生態(tài)環(huán)境問題亦不斷涌現(xiàn)，亟需全面準確地評價其生態(tài)狀況。本研究選擇浙江省金華江兩大支流：東陽江和武義江作為硅藻主要監(jiān)測區(qū)，比較硅藻 BDI、SPI指數(shù)與我國現(xiàn)有河流理化監(jiān)測的差異性，進而全面、準確評估金華江的生態(tài)健康狀況，以期為我國河流生態(tài)監(jiān)測提供理論依據(jù)和實踐參考。
1 材料與方法
1.1 采樣斷面設(shè)置
本研究采樣時間為2012年7月，共設(shè)置監(jiān)測斷面18個，見 圖 1。其中金華江支流白沙溪 4 個 斷面，S1斷面位于白沙堰下游，S2斷面位于希能公司上游路口，S3斷面位于新昌橋下游，S4斷面位于白龍橋下游;武義 江 支 流 熟 溪4個 斷 面，S5斷 面 位 于塢馱畈 村，S6 斷 面 位 于 內(nèi) 麻 陽，S7 斷 面 位 于 王 宅鎮(zhèn)，S8斷面位于312省道橋下游;武義江干 流3個斷面，S9斷 面 位 于 白 洋 渡，S10 斷 面 位 于 江 東 鎮(zhèn)，S11斷面位于對家地;東陽江干流3個斷面，S12斷面位于楊卜山，S13斷面位于寀盧，S14斷面位于歌山鎮(zhèn);東陽江支流南江4個斷面，S15斷面位于畫水鎮(zhèn)橋下游，S16斷面位于湖溪鎮(zhèn)，S17斷面位于南馬鎮(zhèn)，S18斷面位于巖下。
1.2 采樣方法
硅藻采集方法根據(jù)法國 AFNOR (2000)T90-354[16]和歐洲 NFEN13946[17]硅藻常規(guī)采樣和預(yù)處理指導(dǎo)標準。采樣的基質(zhì)為處于地勢開闊處無樹蔭遮擋的活水區(qū)、硅藻生物膜可見且完全浸沒于水中的石塊，使用一次性采樣刷刷取石塊向陽面并置于樣品瓶中，每個樣點至少采集5塊石塊(總面積約300cm2)，混合樣加甲醛固定。
現(xiàn)場測得水 體 pH、電 導(dǎo) 率、溶 解 氧、水 溫 等 參數(shù)，并 將 水 樣 帶 回 實 驗 室 測 定 高 錳 酸 鉀 指 數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、總磷、總氮、氰 化 物、硝 酸 鹽 氮、亞 硝 酸 鹽 氮、可 溶 性 磷(SDP)、可溶性硅酸鹽(SDSi)等參數(shù)，主要測定方法依據(jù)水和廢水監(jiān)測等常規(guī)分析方法[18]。
1.3 硅藻計數(shù)
硅藻種類的鑒定主要是以硅藻殼的形態(tài)及殼表面上的花紋為依據(jù)。為了能看清硅藻殼上的花紋，硅藻標本須經(jīng)酸處理，將其內(nèi)含物(主要是有機質(zhì))去除。硅藻樣品經(jīng)處理后制成標片，在油鏡下觀察，視野內(nèi)所有的硅藻樣品及破損面積不超過1/4的樣品都要鑒定和計數(shù)。
1.4 硅藻生態(tài)類群劃分
本研究采樣 VanDam[19]提出的硅藻生態(tài)類群劃分方法，根據(jù)硅藻所適應(yīng)的水體酸堿度、鹽度、有機污染程度以及自身需氧飽和度、N 異養(yǎng)性等因素的不同而劃分為不同的生態(tài)類群。
1.5 指數(shù)計算與水質(zhì)評價
SPI和 BDI使用 OMNIDIA 軟 件 計 算，河 流 水質(zhì)硅藻 生 物 評 價 標 準 為：SPI、BDI≥17，很 好;17>SPI、BDI≥13，好;13>SPI、BDI≥9，中等;9>SPI、BDI≥5，差;SPI、BDI<5，很差[16]。
2 結(jié)果
2.1 硅藻的種類組成
本次研究共收集到硅藻75種(含變種和變型)，隸屬于2綱12科30屬。羽紋綱物種占絕對優(yōu)勢，共11科27屬70種，占物種總數(shù)的93.3%;中心綱物種數(shù)較少，共1科3屬5種，僅占6.7%。
相對豐 度 最 高 的 3 種 硅 藻 為 Achnanthidiumminutissima (32.6%)、A.rivulare (24.4%)和Gomphonemasp.(4.3%)。Gomphonema、Navicu-la、Nitzschia 和Surirella4個屬的物種數(shù)最多，分別為10 種、7 種、6 種 和 6 種。曲 殼 藻 屬 Achnan-thes和橋彎藻屬Cymbella 分別有5種。在所有斷面均出現(xiàn)的硅藻種僅有 A.minutissima1種。
2.2 硅藻生態(tài)類群組成
2.2.1 pH 偏好
VanDam[19]依據(jù)硅藻對酸堿度的喜好程度，將硅藻劃分為6個類群，本次研究出現(xiàn)的硅藻歸屬于喜中性、喜堿性以及堿性3個類群(見圖2)，這與同期調(diào)查 金 華 江 流 域 pH 值 為 7.38±0.40 相 吻 合。18個監(jiān)測斷面中，均以喜中性硅藻為主，有11個斷面的喜中性硅藻所占比例超過90%，其中S13斷面高達99.1%;S1斷面喜堿性硅藻所占比例稍高，為40.7%;S4、S12和S14斷面出現(xiàn)了小比例的堿性硅藻類群(所占比例分別為0.6%、1.6%、1.1%)。
2.2.2 N-異養(yǎng)
根據(jù) N 異養(yǎng)情況，硅藻可分為4個 類 群：N-自養(yǎng)種，耐受很低濃度的有機氮;耐 N-自養(yǎng)種，可耐受一定濃度的有 機 氮;兼 性 N-異 養(yǎng) 種，需 周 期 性 提 高有機氮濃度;專 性 N-異 養(yǎng) 種，需 持 續(xù) 提 高 有 機 氮 濃度。本次研究中，只有S7斷面出現(xiàn)了2.3%的兼性N-異養(yǎng)硅藻，其余皆為自養(yǎng)型硅 藻，表 明 所 調(diào) 查 斷面有機質(zhì)污染物濃度較低(見圖3)。S1和S12斷面只出現(xiàn)了耐 N-自養(yǎng)型硅藻。
2.2.3 有機污染
VanDam 依據(jù)硅藻承受有機污染的程度將硅藻劃分為5個生態(tài)類群。本研究未出現(xiàn)重污染型硅藻類群(見圖4)。各斷面均以耐低污染種(輕污染型和β-中污染型)為主，表明所調(diào)查斷面水質(zhì)較好。S1和S12斷面未出現(xiàn)輕污染型硅藻，其中S1斷面中污染和重污染型硅藻所占比例稍高，達到了40.7%。
2.2.4 氧飽和度
各調(diào)查斷面均以喜好很高氧飽和度(100%)硅藻種群為主，其中S13斷面喜好很高氧飽和度的硅藻種群比 例 達 到99%，見 圖5。本 次 研 究 中，只 有S7斷面出現(xiàn)了2.4%的喜好很低氧飽和度(<10%)的硅藻種群，其 余 斷 面 未 出 現(xiàn) 喜 好 低 氧 飽 和 度(<50%)的硅藻類群。
2.3 硅藻評價指標與水質(zhì)理化指標比較
表1為 硅 藻 SPI指 數(shù) 和 BDI指 數(shù) 與 水 質(zhì) 理 化評價結(jié)果比較。水質(zhì)理化指標總體評價金華江各監(jiān)測斷面 水 質(zhì) 多 為 Ⅲ 類 及 以 上，僅 有 一 個 斷 面 為 V類;硅藻SPI和 BDI指數(shù)評價各斷面水質(zhì)為中等偏上(第三等級)。總體上看，理化指標與硅藻指標水質(zhì)評價結(jié)果是相吻合的，對于具體的監(jiān)測斷面，水質(zhì)理化 評 價 和 SPI及 BDI生 物 評 價 并 不 完 全 一 致。S9斷面水質(zhì)理化結(jié)果為Ⅴ類水(影響指標為總磷)，而BDI、SPI顯示該斷面水質(zhì)為“很好”，造成該結(jié)果的原因可能在于水質(zhì)理化評價是一個瞬時值，以各種檢測指標中超標最嚴重的因素確定水質(zhì)類別，而硅藻生物評價反映的是一定時間段內(nèi)各種環(huán)境因子對生物的綜合作用結(jié)果。
硅藻 SPI和 BDI對 同 一 水 體 的 評 價 結(jié) 果 也 存在一定差異，主要由SPI和 BDI指數(shù)計算所選擇的硅藻種類不同而引起，相關(guān)性分析顯示，SPI和 BDI呈顯著線性正相關(guān)(r =0.682，P<0.01)。
2.4 硅藻SPI、BDI指數(shù)與理化參數(shù)相關(guān)性分析
將硅藻 SPI和 BDI指數(shù)與同期測得的水質(zhì)理化參數(shù)進行相關(guān) 性分析，結(jié) 果 見 表 2。SPI 與CODMn和硝 酸 鹽 氮 呈 顯 著 負 相 關(guān)(P <0.05)，BDI與氨氮呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。
3 討論
從理化監(jiān)測結(jié)果來看，本次研究所調(diào)查的18個監(jiān)測斷面水質(zhì)總體情況較好，從整體上看，Ⅰ類水和 Ⅱ類水占優(yōu)勢(66.7%)，Ⅲ類水?dāng)嗝嬲?7.8%，而Ⅴ 類水?dāng)嗝鎯H占5.6%。白沙溪和熟溪上游支流河段因無較大的工業(yè)污染源，水質(zhì)相對較好;武義江、東陽江、南江等較大河流因沿河兩岸人口聚集、工業(yè)發(fā)達，水質(zhì)略劣于白沙溪和熟溪。武義江和南江主要受控指標為總磷，東陽江主要受控指標為氨氮和五日生化需氧量。從硅藻生態(tài)類群組成來看，各斷面以喜中性、N 自養(yǎng)、耐低污染和喜好很高氧飽和度硅藻為主，表明監(jiān)測斷面有機質(zhì)污染物濃度較低，水質(zhì)較好。硅 藻 SPI和 BDI指數(shù)評價各斷面水質(zhì)為 中等偏上(第三等級)。總體上看，理化指標與硅藻指標水質(zhì)評價結(jié)果是相吻合的。
理化評價中參與評價的項目包括 pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷，其中氨氮均與 BDI之間存在顯著負相關(guān)關(guān)系，高錳酸鉀指數(shù)與SPI之間存在顯著負相關(guān)關(guān)系，這從側(cè)面說明了 BDI和SPI水質(zhì)評價結(jié)果的有效性。
本研究 所 使 用 的 硅 藻 SPI和 BDI指 數(shù) 根 植 于法國河流監(jiān)測數(shù)據(jù)，能很好的評價法國河流水質(zhì)狀態(tài)。有學(xué)者認為歐洲硅藻評價指數(shù)能適用于世界多個國家和地區(qū)的河流水質(zhì)評價，原因在于硅藻在世界范圍內(nèi)廣泛分布[20];也有學(xué)者認為硅藻指數(shù)有其最佳適用范 圍[21]。歐 盟 使 用 硅 藻 指 數(shù) 或 者 群 落 變異來評價水體生物質(zhì)量均以生態(tài)分區(qū)為基礎(chǔ)，相同的水生態(tài)分區(qū)內(nèi)具有地理、水文、地質(zhì)以及植被等自然因素的高度一致性，依次才能辨識出人類干擾對水生態(tài)系統(tǒng)的影響。本次研究硅藻指標水質(zhì)評價結(jié)果雖與理化評價結(jié)果相吻合，但硅藻指數(shù)在中國不同河流的適用性還需進一步研究，如提出適用中國境內(nèi)不同氣候條件下各流域硅藻賦值。另外，應(yīng)用硅藻指數(shù)評價河流生物質(zhì)量還存在許多不確定因素。如 Leira[22]提出進行水質(zhì)評估時很難確定硅藻種群結(jié)構(gòu)的變化是由人為擾動還是自然因素所導(dǎo)致;Feio[23]的研究發(fā)現(xiàn)硅藻指數(shù)不僅能指示水體的有機污染程度和富營養(yǎng)化，還能反映土地利用狀況和河道形態(tài);Sabater[24]的研究顯示硅藻指數(shù)能夠很好的指示重金屬污染，但對水體的恢復(fù)卻并不敏感;Leland[25]觀察到 在 磷 濃 度 非 常 低 的 情 況 下 才 能 使用硅藻群落來預(yù)測水體磷負荷，而高濃度磷引起的硅藻群落變異并不顯著;本次調(diào)查的S9斷面總磷含量達到Ⅴ類水標準，而硅藻指數(shù)卻評價該斷面水質(zhì) “很好”，除前文提到的原因之外，高濃度磷未對硅藻群落產(chǎn)生影響也可能是原因之一。硅藻及硅藻指數(shù)正逐步進入我國河流的水質(zhì)生物評價當(dāng)中，但國內(nèi)關(guān)于硅藻指數(shù)的適用性、評價方法的指示性與穩(wěn)定性方面的報道較少[26～28]，要在國內(nèi)建立統(tǒng)一的河流健康評價標準，有待進行更深入的研究。致謝：感謝金華市水文 站 陳 中 平、陳 航、黃 忱、黃 可 談 和 蔣 川提供金華江水質(zhì)理化數(shù)據(jù)。——論文作者：洪 佳1，王振鐘2，王麗麗2，袁 剛1*
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