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摘要：硅藻是水生生态系统的重要组成部分，同时对环境的变化反应灵敏，其种类组成、生物指数可以较好地指示水体状况，可以作为水质监测的良好生物指标。目前，利用硅藻生物监测水环境的技术在不断完善，可以利用此项技术，不断提高我国的水环境保护水平。
关键词：硅藻 监测 指数
中图分类号：X824
近年来，在水环境监测的研究中，水生生物及其生态特征愈来愈受重视，它们与生存的水环境关系密切，能很好地反应水环境的变化。许多水生生物，如硅藻、金藻和摇蚊类等，已被广泛地作为水质监测的生物指标。硅藻是隶属于硅藻门的一种低等单细胞藻类，个体微小，约 1μm至 2000μm。其生境十分广泛，全世界约有硅藻16000 种。硅藻是水体中常见且种类丰富的藻类，与其它藻类共同构成生态系统的初级生产者。在河流、湖泊等水体中，硅藻对生态系统的平衡起着重要的调节作用。而且硅藻对水环境的变化具有较高的敏感性，被广泛应用于水环境监测。
1、采用硅藻监测水环境的优越性
水环境的监测方法主要有物理、化学和生物方法。硅藻作为水环境监测的生物指标，被广泛应用，主要是因为具有以下优越性：
首先，硅藻的分布范围十分广泛，其生态学研究十分普遍，这是硅藻作为水环境监测中生物指标的主要优势。硅藻作为初级自养型生物，占据了水生态系统的中枢，这个环节的中断会极大地影响其它水生生物群落。相关研究表明，营养状况下的硅藻分类已被普遍用于生物评价的研究中。其次，硅藻对环境变化十分敏感，如pH、温度、无机营养等，能够直接响应于环境变化。许多硅藻属种对某些水环境指标都有特定的最佳值及忍耐值， 能很好地指示水环境的变化。第三，硅藻作为初级生产者，由于其生活周期较短，有些种类的细胞每天可以分裂两次以上，能对环境的变化可以作出快速反映，被公认为是水质监测的敏感指标。
此外，硅藻易于采集，标本易处理和保存，处理后的硅藻壳很容易在光学显微镜下鉴定。正因为具有以上优势，硅藻被广泛应用于水质监测中。
2、硅藻作为水环境监测生物指标的研究进展
2.1 国外的研究概况
硅藻学已有一个多世纪的研究历史，但由于研究手段的限制，在近数十年才成为世界范围内的研究热点。目前运用硅藻监测水质的污染情况，在国外开展比较早，主要用于监测水体的富营养化、有机物污染、重金属污染等。早在1974年，Lowe著书“Environmtal Requirements and Pollution Tolerance of Freshwater Diatioms”，很多学者以此书为分析指南，利用硅藻生态谱对水质进行相关评价。许多硅藻都能很好的表现它们所生活的水体性质，甚至成为水体发生变化的指示性属种。Whitton等[1]的研究表明，硅藻的生长环境广泛，并且可以生长在极其多变的环境状况下，其对大量的环境变量（光、温度、无机营养等）十分敏感。1988年，Sabater等[2]已将硅藻群落作为水质监测和河流污染的生物指标。Ndiritu G. G.等[3]对肯尼亚的河流硅藻进行研究，结果表明，某些硅藻种或者硅藻组合对水环境有很好的指示作用。Kingsley等[4]研究了英国哥伦比亚Salmonid河流底栖硅藻生物量、物种组成与环境因子的相关关系，结果显示，硅藻群落结构的变化主要是与溶解性磷含量和流速梯度密切相关。Duong等[5]对于城市污染的硅藻动力学研究表明，Navicula umbonata，N. palea，Cymbella meneghiniana是耐受污染的硅藻组合。
欧洲的研究显示，使用硅藻对河流进行监测是可行的[1][6]。在芬兰，将硅藻用于水质评价的适用性也得到了证实。1994年，美国的各环境机构已将硅藻作为河流健康状况的指标。2000年，欧盟水框架指导委员会将硅藻确定为监测水体营养水平的行之有效的生物指标。由此可知，欧美国家的一些水环境管理机构已经将硅藻应用于河流、湖泊水质的评价，取得了较好的效果。
2.2 国内的研究进展
在国内，硅藻在水环境监测中的应用工作开展较晚。辛晓云[7]对河南南湾水库的硅藻优势种进行研究，发现优势种颗粒直链藻（Melosira granulata）及其变种、库津小环藻（Cyclotella kuetzingiana）、喙头舟形藻（Navicula rhynchocephala）及扭曲小环藻（Cyclotella comta）为寡污、β-中污水的指示生物，可指示水体为轻污染。王翠红等[8]（2003）将汾河中的硅藻优势种分为不同的生态种组，分别指示不同的环境条件：眼斑小环藻（Cyclotella ocellata）等成为清洁水体的优势种；微小异极藻（Gomphonema parvulum）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea）等耐污性强，为多污带指示生物；亚平滑曲壳藻（Achnanthes sublaevis）、冬季等片藻（Diatoma hiemale）等具一定的耐污性，为α-中污帶指示生物；箱形桥弯藻（Cembella amphicephla）、尖针杆藻（Synedra acus）等对污染敏感，为β-中污带和清洁带的指示生物。
徐立等[9]（2005）对汉江武汉段的藻类进行研究，梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）数量最多，其次为具星小环藻（Cyclotella asterocostata）和颗粒直链藻（Melosira granulata），说明该水质为α-β中度污染。董旭辉[10]（2006）对长江中下游地区湖泊富营养化的硅藻指示性属种研究，结果表明：长江中下游湖泊富营养化发生的指示性属种有Cyclotella meneghiniana、C. atomus、Stephanodiscus parvus、S. minutulus等；而Aulacoseira alpigea、Cyclostephanos dubius、C. tholiformis、C. invisitatus、Nitzschia agnita、N. subacicularis等则是潜在的湖泊富营养化的指示性属种。 在特殊的生境，硅藻种类也有所不同。在腐殖酸的生境中，会出现特殊种类薄片平板藻（Tabellaria flocculosa）。广缘小环藻（Cyclotella bodanica）是酸化水体的常见硅藻类型，最佳 pH 值环境为 5，适宜 pH 值4.5-7 的水域，而颗粒直链藻（Melosira granulata）则喜碱、喜富营养的温暖水体[11]。肘状针杆藻（Synedr ulna）和草鞋形波缘藻（Cymatopleura solea）分别是重金属锌和酚污染的指示生物[12]。在高海拔，水体为高山积雪、冰川融水的环境下，会出现典型的高山冷水性種类，如Diatoma hiemale var. quadratum、Ceratoneis arcus等[13]。
3、结语
硅藻因生境稳定，生活周期短，同时对环境的变化反应灵敏，其种类组成、生物指数可以很好的指示水体状况，被广泛作为水质监测的生物指标。因此，可以利用硅藻生物监测水环境技术，在我国的不同河流、湖泊开展硅藻生物监测工作，建立不同流域的生物监测体系。通过以上工作，可以对水环境的现状有一个更为系统的认识，为水资源的保护提供科学依据，进而提高我国的环境保护水平。
参考文献：
1 Whitton B.A.E. Use of algae for monitoring rivers [Ml. Institut fur Botanik， Universitat Innsbruck， Innsbruck.1991.
2 Sabater S.， Sabater F. & Armengol J. Relationships between diatom assemblages and Physico-chemical variables in the river Ter [J].Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie.1988，73：171-179.
3 Ndtritu G. G.，Gichuki N. N.，Kaur P. Characterzation of environment gradients using physic-chemical measurements and diatom densities in Nairobi River， Kenya [J].Aquatic Ecosystem Health and Management. 2003，6：343-354.
4 Kingsley M.，Pick F.R. & Hamilton P. B. Periphyton biomass and composition of British Columbia salmonid rivers in relation to nutrient and discharge levels [J]. Proc. Int. Ass.Theor. Appl. Limnol.2006，29：1389-1398.
5 Duong T. T.，Mazel A. F.， Coste M.，et al. Dynamics of diatom colonization process in some rivers influenced by urban pollution （Hanoi，Vietnam） [J]. Ecol. Indicat. 2006，260：13.
6 Prygiel J. &Coste M. Progress in the use of diatoms for monitoring rivers in France. In： Prygiel J，Whitton BA and Burkowska J （eds.）. Use of Algae for Monitoring Rivers [M]. Agence de EauArtoisPicardie，France.1999.
7辛晓云.河南南湾水库浮游硅藻的种群结构与水质污染评价初步研究[J].生态学杂志，2003 ，22（5）：125-126.
8 王翠红，张金屯.汾河着生硅藻种间关系和相关分析[J].重庆环境科学，2003，25（12）：106-114.
9 徐立，徐顺清，孙芳等.汉江武汉段浮游藻类动态监测与水质评价[J].中国卫生检验杂志.2005，11（15）：1349-1350.
10董旭辉，羊向东等. 长江中下游地区湖泊富营养化的硅藻指示性属种 [J]. 中国环境科学，2006，26（4）：570-574.
11马燕，王苏民.内蒙岱海近400年来的硅藻植物群及其古环境意义[J].湖泊科学，1992， 4（2）：19-23.
12 李晶晶.湛江湖光岩玛珥湖 31.5-10ka 硅藻化石记录及古气候变迁[D].硕士学位论文，2006.
13尤庆敏，李海玲，王全喜.新疆喀纳斯地区硅藻初报[J].武汉植物学研究， 2002，21（10）：633-637.
关键词：硅藻 监测 指数
中图分类号：X824
近年来，在水环境监测的研究中，水生生物及其生态特征愈来愈受重视，它们与生存的水环境关系密切，能很好地反应水环境的变化。许多水生生物，如硅藻、金藻和摇蚊类等，已被广泛地作为水质监测的生物指标。硅藻是隶属于硅藻门的一种低等单细胞藻类，个体微小，约 1μm至 2000μm。其生境十分广泛，全世界约有硅藻16000 种。硅藻是水体中常见且种类丰富的藻类，与其它藻类共同构成生态系统的初级生产者。在河流、湖泊等水体中，硅藻对生态系统的平衡起着重要的调节作用。而且硅藻对水环境的变化具有较高的敏感性，被广泛应用于水环境监测。
1、采用硅藻监测水环境的优越性
水环境的监测方法主要有物理、化学和生物方法。硅藻作为水环境监测的生物指标，被广泛应用，主要是因为具有以下优越性：
首先，硅藻的分布范围十分广泛，其生态学研究十分普遍，这是硅藻作为水环境监测中生物指标的主要优势。硅藻作为初级自养型生物，占据了水生态系统的中枢，这个环节的中断会极大地影响其它水生生物群落。相关研究表明，营养状况下的硅藻分类已被普遍用于生物评价的研究中。其次，硅藻对环境变化十分敏感，如pH、温度、无机营养等，能够直接响应于环境变化。许多硅藻属种对某些水环境指标都有特定的最佳值及忍耐值， 能很好地指示水环境的变化。第三，硅藻作为初级生产者，由于其生活周期较短，有些种类的细胞每天可以分裂两次以上，能对环境的变化可以作出快速反映，被公认为是水质监测的敏感指标。
此外，硅藻易于采集，标本易处理和保存，处理后的硅藻壳很容易在光学显微镜下鉴定。正因为具有以上优势，硅藻被广泛应用于水质监测中。
2、硅藻作为水环境监测生物指标的研究进展
2.1 国外的研究概况
硅藻学已有一个多世纪的研究历史，但由于研究手段的限制，在近数十年才成为世界范围内的研究热点。目前运用硅藻监测水质的污染情况，在国外开展比较早，主要用于监测水体的富营养化、有机物污染、重金属污染等。早在1974年，Lowe著书“Environmtal Requirements and Pollution Tolerance of Freshwater Diatioms”，很多学者以此书为分析指南，利用硅藻生态谱对水质进行相关评价。许多硅藻都能很好的表现它们所生活的水体性质，甚至成为水体发生变化的指示性属种。Whitton等[1]的研究表明，硅藻的生长环境广泛，并且可以生长在极其多变的环境状况下，其对大量的环境变量（光、温度、无机营养等）十分敏感。1988年，Sabater等[2]已将硅藻群落作为水质监测和河流污染的生物指标。Ndiritu G. G.等[3]对肯尼亚的河流硅藻进行研究，结果表明，某些硅藻种或者硅藻组合对水环境有很好的指示作用。Kingsley等[4]研究了英国哥伦比亚Salmonid河流底栖硅藻生物量、物种组成与环境因子的相关关系，结果显示，硅藻群落结构的变化主要是与溶解性磷含量和流速梯度密切相关。Duong等[5]对于城市污染的硅藻动力学研究表明，Navicula umbonata，N. palea，Cymbella meneghiniana是耐受污染的硅藻组合。
欧洲的研究显示，使用硅藻对河流进行监测是可行的[1][6]。在芬兰，将硅藻用于水质评价的适用性也得到了证实。1994年，美国的各环境机构已将硅藻作为河流健康状况的指标。2000年，欧盟水框架指导委员会将硅藻确定为监测水体营养水平的行之有效的生物指标。由此可知，欧美国家的一些水环境管理机构已经将硅藻应用于河流、湖泊水质的评价，取得了较好的效果。
2.2 国内的研究进展
在国内，硅藻在水环境监测中的应用工作开展较晚。辛晓云[7]对河南南湾水库的硅藻优势种进行研究，发现优势种颗粒直链藻（Melosira granulata）及其变种、库津小环藻（Cyclotella kuetzingiana）、喙头舟形藻（Navicula rhynchocephala）及扭曲小环藻（Cyclotella comta）为寡污、β-中污水的指示生物，可指示水体为轻污染。王翠红等[8]（2003）将汾河中的硅藻优势种分为不同的生态种组，分别指示不同的环境条件：眼斑小环藻（Cyclotella ocellata）等成为清洁水体的优势种；微小异极藻（Gomphonema parvulum）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea）等耐污性强，为多污带指示生物；亚平滑曲壳藻（Achnanthes sublaevis）、冬季等片藻（Diatoma hiemale）等具一定的耐污性，为α-中污帶指示生物；箱形桥弯藻（Cembella amphicephla）、尖针杆藻（Synedra acus）等对污染敏感，为β-中污带和清洁带的指示生物。
徐立等[9]（2005）对汉江武汉段的藻类进行研究，梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）数量最多，其次为具星小环藻（Cyclotella asterocostata）和颗粒直链藻（Melosira granulata），说明该水质为α-β中度污染。董旭辉[10]（2006）对长江中下游地区湖泊富营养化的硅藻指示性属种研究，结果表明：长江中下游湖泊富营养化发生的指示性属种有Cyclotella meneghiniana、C. atomus、Stephanodiscus parvus、S. minutulus等；而Aulacoseira alpigea、Cyclostephanos dubius、C. tholiformis、C. invisitatus、Nitzschia agnita、N. subacicularis等则是潜在的湖泊富营养化的指示性属种。 在特殊的生境，硅藻种类也有所不同。在腐殖酸的生境中，会出现特殊种类薄片平板藻（Tabellaria flocculosa）。广缘小环藻（Cyclotella bodanica）是酸化水体的常见硅藻类型，最佳 pH 值环境为 5，适宜 pH 值4.5-7 的水域，而颗粒直链藻（Melosira granulata）则喜碱、喜富营养的温暖水体[11]。肘状针杆藻（Synedr ulna）和草鞋形波缘藻（Cymatopleura solea）分别是重金属锌和酚污染的指示生物[12]。在高海拔，水体为高山积雪、冰川融水的环境下，会出现典型的高山冷水性種类，如Diatoma hiemale var. quadratum、Ceratoneis arcus等[13]。
3、结语
硅藻因生境稳定，生活周期短，同时对环境的变化反应灵敏，其种类组成、生物指数可以很好的指示水体状况，被广泛作为水质监测的生物指标。因此，可以利用硅藻生物监测水环境技术，在我国的不同河流、湖泊开展硅藻生物监测工作，建立不同流域的生物监测体系。通过以上工作，可以对水环境的现状有一个更为系统的认识，为水资源的保护提供科学依据，进而提高我国的环境保护水平。
参考文献：
1 Whitton B.A.E. Use of algae for monitoring rivers [Ml. Institut fur Botanik， Universitat Innsbruck， Innsbruck.1991.
2 Sabater S.， Sabater F. & Armengol J. Relationships between diatom assemblages and Physico-chemical variables in the river Ter [J].Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie.1988，73：171-179.
3 Ndtritu G. G.，Gichuki N. N.，Kaur P. Characterzation of environment gradients using physic-chemical measurements and diatom densities in Nairobi River， Kenya [J].Aquatic Ecosystem Health and Management. 2003，6：343-354.
4 Kingsley M.，Pick F.R. & Hamilton P. B. Periphyton biomass and composition of British Columbia salmonid rivers in relation to nutrient and discharge levels [J]. Proc. Int. Ass.Theor. Appl. Limnol.2006，29：1389-1398.
5 Duong T. T.，Mazel A. F.， Coste M.，et al. Dynamics of diatom colonization process in some rivers influenced by urban pollution （Hanoi，Vietnam） [J]. Ecol. Indicat. 2006，260：13.
6 Prygiel J. &Coste M. Progress in the use of diatoms for monitoring rivers in France. In： Prygiel J，Whitton BA and Burkowska J （eds.）. Use of Algae for Monitoring Rivers [M]. Agence de EauArtoisPicardie，France.1999.
7辛晓云.河南南湾水库浮游硅藻的种群结构与水质污染评价初步研究[J].生态学杂志，2003 ，22（5）：125-126.
8 王翠红，张金屯.汾河着生硅藻种间关系和相关分析[J].重庆环境科学，2003，25（12）：106-114.
9 徐立，徐顺清，孙芳等.汉江武汉段浮游藻类动态监测与水质评价[J].中国卫生检验杂志.2005，11（15）：1349-1350.
10董旭辉，羊向东等. 长江中下游地区湖泊富营养化的硅藻指示性属种 [J]. 中国环境科学，2006，26（4）：570-574.
11马燕，王苏民.内蒙岱海近400年来的硅藻植物群及其古环境意义[J].湖泊科学，1992， 4（2）：19-23.
12 李晶晶.湛江湖光岩玛珥湖 31.5-10ka 硅藻化石记录及古气候变迁[D].硕士学位论文，2006.
13尤庆敏，李海玲，王全喜.新疆喀纳斯地区硅藻初报[J].武汉植物学研究， 2002，21（10）：633-637.