林彰文，林 生，*，顧繼光，胡 超

(1.海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海口 570206;2.暨南大學(xué)水生生物研究中心，廣州 510632)

小水電建設(shè)在帶來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，也帶來了生態(tài)與環(huán)境問題。由于建設(shè)的小水電對(duì)河流的阻斷，干預(yù)了自然河流水流狀況，水文、泥沙環(huán)境等因子，帶來流域的水土流失及環(huán)境污染等問題，同時(shí)改變了河流、河口以及近海的生物地化循環(huán)，打亂了有機(jī)碳的流動(dòng)，改變了營(yíng)養(yǎng)鹽的平衡，使水體溶解氧和水溫發(fā)生變化［1-4］。目前，雖然了解小水電建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)其具體影響進(jìn)行評(píng)價(jià)難于開展，相關(guān)研究也較少，主要是由于小水電建設(shè)的生態(tài)環(huán)境影響包括對(duì)河流阻斷、對(duì)周邊植被的破壞、以及開發(fā)帶來的人類干擾等相互交織，難以量化評(píng)價(jià)，而且大多數(shù)小水電建設(shè)河流地處偏遠(yuǎn)，歷史數(shù)據(jù)缺乏，對(duì)其影響評(píng)價(jià)難以開展。在小水電建設(shè)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究中，浮游植物的研究是經(jīng)常被忽視的一環(huán)，因?yàn)榕c整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)中的珍稀動(dòng)植物比較，其資源價(jià)值較低。但如果作為生態(tài)環(huán)境變化的“指示生物”，其重要性不容忽視。浮游植物對(duì)環(huán)境變化極為敏感，其群落的種類數(shù)量、優(yōu)勢(shì)種群、污染指示種等指標(biāo)在不同水環(huán)境中變化很大［5-6］。浮游植物是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，浮游植物群落能對(duì)環(huán)境條件的變化做出復(fù)雜而快速的響應(yīng)，其群落的變化可以被看成是對(duì)水質(zhì)變化的一個(gè)很好的指示［7-8］。同時(shí)，作為水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，其群落結(jié)構(gòu)的變化還會(huì)引起系統(tǒng)中食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，并影響淡水生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞［9-10］。因而浮游植物得以廣泛用于湖泊、水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)［11］。目前，小水電建設(shè)對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響的研究及成果均不多。本研究嘗試通過對(duì)海南省多個(gè)已建、未建小水電河段浮游植物群落分析，比較已建、未建兩類小水電河段的浮游植物組成結(jié)構(gòu)的普遍差異，以彌補(bǔ)小河流歷史數(shù)據(jù)缺陷，進(jìn)而探討小水電建設(shè)對(duì)對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響。

1 采樣點(diǎn)設(shè)置與研究方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

于2008年7月8日—28日在海南省7條重點(diǎn)河流萬(wàn)泉河、南渡江、昌化江、望樓河、藤橋河、珠碧江、文瀾江進(jìn)行浮游植物樣品采集，采樣點(diǎn)分別設(shè)置在已建電站的蓄水水域、已建電站間河道、未建小水電河道。并在小水電分布較為集中的昌化江流域某一支流，對(duì)其依次分布的梯級(jí)水電密集采樣。各采樣點(diǎn)分布見圖1，各代表點(diǎn)的代碼見表1。

圖1 小水電浮游生物調(diào)查采樣點(diǎn)設(shè)置Fig.1 Sampling sites of phytoplankton in small rivers where SHS had been or will be built

表1 小水電浮游生物調(diào)查采樣點(diǎn)代碼Table 1 The code of Sampling sites of phytoplankton in small rivers

1.2 浮游植物的采集、保存與鑒定

定性樣品采用孔徑為64 μm的浮游植物網(wǎng)在采點(diǎn)位附近不同方向進(jìn)行拖網(wǎng)，取過濾濃縮的樣本，用濃度為5%的福爾馬林固定;浮游植物定量計(jì)數(shù)樣品則用5 L采水器取水面以下0.5—1.5 m水樣20 L混合，取其中1 L用15 mL魯哥氏液固定，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，經(jīng)靜置沉淀24 h后濃縮。處理后的樣品均在Olympus BX41生物顯微鏡100及400倍下進(jìn)行浮游植物種類鑒定和計(jì)數(shù)，浮游植物種類鑒定主要依據(jù)胡鴻鈞、韓茂森

式中，s為種數(shù);ni為i種的個(gè)體數(shù);N為總個(gè)體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類

本次調(diào)查鑒定出的浮游植物種類178種，隸屬于7門62屬，其中綠藻門最多，達(dá)到96種，硅藻47種次之，其次為藍(lán)藻21種，其它各門藻類的種類數(shù)則較少，裸藻7種，甲藻3種，隱藻及金藻各2種。綠藻中綠球藻目(Chlorococcales)的種類數(shù)最多，多達(dá)74種，占綠藻種類數(shù)的77%，其中以柵藻屬(Scenedesmus)、盤星藻屬(Pediastrum)、十字藻屬(Crucigenia)及四角藻屬(Tetraedron)的種類最多，也是部分河流的優(yōu)勢(shì)種。硅藻中羽紋綱藻類的種類及數(shù)量占據(jù)了較大比例，其中以管殼縫目的菱形藻(Nitzschia)、單殼縫目的異極藻(Gomphonema)、雙殼縫目的舟形藻(Navicula)的種類最多。

在本次調(diào)查中，較多的已建及規(guī)劃的水電均鑒定到鼓藻(Desmids)，其中雅加二級(jí)水電站、七差與雅加三級(jí)站之間河段、七差水電站、朝陽(yáng)水電站、紅嶺水電站、三星水電站均發(fā)現(xiàn)多種鼓藻，其種類有六角角星鼓藻(Staurastrum sexangulare)、具齒角星鼓藻(Staurastrum indentaium W.et G S)、圓絲鼓藻(Hyalotheca sp.)、近緣角星鼓藻(Staurastrum connatum)、項(xiàng)圈鼓藻(Cosmarium moniliforme)等近10種。鼓藻類是綠藻門、雙星藻綱中的一大類群，主要生活在清潔的水體中，對(duì)水體的pH值、電導(dǎo)和營(yíng)養(yǎng)條件變化敏感，是水環(huán)境的重要指示植物［14］。鼓藻在本次調(diào)查的大部分河道中出現(xiàn)，一定程度上反映了調(diào)查區(qū)域水體水質(zhì)總體良好。等相關(guān)著作［12-13］，計(jì)數(shù)采用0.1 mL計(jì)數(shù)框。根據(jù)取樣體積、濃縮倍數(shù)、顯微計(jì)數(shù)結(jié)果等分別計(jì)算采樣點(diǎn)各類型浮游植物絕對(duì)豐度及相對(duì)豐度。進(jìn)而以Shannon-Wiener指數(shù)對(duì)各采樣點(diǎn)生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià)。Shannon-Wiener指數(shù)H'計(jì)算公式如下:

浮游植物種類數(shù)結(jié)果表明(圖2)，南渡江光嶺和望樓河三星采樣點(diǎn)的浮游植物種數(shù)最多，分別為70種和72種;昌化江七差和萬(wàn)泉河紅嶺浮游植物種類數(shù)最低，分別為28種和23種。為比較已建及規(guī)劃小水電浮游植物種數(shù)分布特點(diǎn)，分別計(jì)算規(guī)劃及已建小水電各采樣點(diǎn)中浮游植物種數(shù)的平均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差。已建小水電類型浮游植物平均種類數(shù)為41種，其標(biāo)準(zhǔn)差為13.95，規(guī)劃小水電類型浮游植物平均種類數(shù)為40種，其標(biāo)準(zhǔn)差為15.60?？梢?，規(guī)劃及已建小水電河道分布的浮游植物種類數(shù)差別不大，但已建小水電類型不同樣點(diǎn)間浮游植物種類數(shù)的差異性較規(guī)劃小水電類型小。

圖2 各采樣點(diǎn)浮游植物種數(shù)Fig.2 Species number of phytoplankton at all sites

2.2 浮游植物各采樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種

從表2可以看出，曲殼藻(Achnanthaceae)、異極藻(Gomphonema)、菱形藻(Nitzschia)、顆粒直鏈藻(Melosira granulat)、席 藻 (Phormidium)、顫 藻(Oscillatoria)、小球藻 (Chlorella vulgaris)、平裂藻(Merismopedia)、舟形藻(Navicula)為主要的優(yōu)勢(shì)藻類，單突盤星藻(Pediastrum simplex var.clathratum)、澤絲藻(Limnothrix sp.)、華美雙菱藻(Surirella robusta var.splendida)、脆桿藻(Fragilaria sp.)、色球藻、粘球藻(Gloeocapsa sp.)、假魚腥藻(Pseudanabaena sp.)、藍(lán)纖維藻(Dactylococcopsis acicularis)等為次優(yōu)勢(shì)藻。優(yōu)勢(shì)種的空間分布差異較大，其中10個(gè)采樣點(diǎn)的浮游植物主要優(yōu)勢(shì)種屬于硅藻門，占總采樣點(diǎn)的62.5%，5個(gè)采樣點(diǎn)主要優(yōu)勢(shì)種屬于藍(lán)藻門，占31.3%，綠藻為主要優(yōu)勢(shì)種的采樣點(diǎn)有1個(gè)。

表2 各采樣點(diǎn)浮游植物優(yōu)勢(shì)種Table 2 Dominant species of phytoplankton at all sites

已建及規(guī)劃的小水電類型間浮游植物優(yōu)勢(shì)種也存在明顯差異。已建小水電水樣中，有6個(gè)點(diǎn)位的浮游植物優(yōu)勢(shì)種為硅藻門的菱形藻、曲殼藻，其余2個(gè)點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)種分別為藍(lán)藻門的平裂藻、綠藻門的小球藻。規(guī)劃小水電水樣中，5個(gè)點(diǎn)位的浮游植物優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的顫藻，其余點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)種既包含硅藻門的顆粒直鏈藻、菱形藻，還包括部分藍(lán)藻類型如小球藻等類型。

雅加一級(jí)站、雅加二級(jí)站、雅加三級(jí)站、七差電站為依次分布于昌化江支流上的梯級(jí)電站，這4座已建小水電河道中浮游植物優(yōu)勢(shì)種存在明顯的相似性，曲殼藻、異極藻、菱形藻均為四座電站蓄水庫(kù)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)藻屬。

2.3 浮游植物豐度及組成

調(diào)查站位中，浮游植物豐度最高為美梅水電站163.6×104個(gè)/L，最低為雅加一級(jí)水電站5.1×104個(gè)/L(圖3)。已建及規(guī)劃的小水電類型間浮游植物豐度存在明顯差異。已建小水電水樣中，浮游植物豐度分布范圍5.1—163.6×104個(gè)/L，平均豐度為55.5×104個(gè)/L，其標(biāo)準(zhǔn)差為49.5。規(guī)劃小水電水樣中，浮游植物豐度分布范圍15.6—27.9×104個(gè)/L，平均豐度為23.4×104個(gè)/L，其標(biāo)準(zhǔn)差為4.6?？梢姡呀ㄐ∷姾拥栏∮沃参镓S度總體高于規(guī)劃小水電，且其各樣點(diǎn)間豐度分布差異度明顯大于規(guī)劃類型。

從浮游植物組成來看(圖4)，各樣點(diǎn)均主要由硅藻、綠藻和藍(lán)藻組成，但已建及規(guī)劃的小水電類型間浮游植物組成特征存在明顯差異。與已建小水電比較，規(guī)劃小水電河道種屬多樣性分布更加均衡，如金江(藍(lán)藻25.7%，綠藻36.9%，硅藻36.1%)、木棉渡槽(藍(lán)藻41.8%，綠藻 33.2%，硅藻 23.1%)、三星(藍(lán)藻29.1%，綠藻25.2%，硅藻38.8%)等河段中主要藻類硅藻、綠藻、藍(lán)藻組成都相對(duì)均衡，而已建設(shè)水電站雅加一級(jí)站、雅加二級(jí)站、雅加三級(jí)站、七差電站等均以某一種藻如硅藻(少數(shù)為綠藻)占優(yōu)勢(shì)，如雅加一級(jí)硅藻豐度91.3%，雅加二級(jí)硅藻豐度65.9%，光嶺水電站綠藻豐度56.5%。

同一河流不同梯級(jí)水電站，其浮游植物豐度雖差異較大，但浮游植物組成結(jié)構(gòu)相似性較高。如梯級(jí)電站雅加一級(jí)站、雅加二級(jí)站、雅加三級(jí)站、七差電站，其浮游植物組成均為硅藻、綠藻、藍(lán)藻，對(duì)此梯級(jí)水電浮游植物組成進(jìn)行相關(guān)性分析，其小水電間浮游植物組成相關(guān)系數(shù)均超0.9，且均呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)，可見本次調(diào)查的梯級(jí)水庫(kù)浮游植物組成相似度較高(表3，圖4)。

圖3 各采樣點(diǎn)浮游植物豐度Fig．3 Abundance of phytoplankton at all sites

表3 梯級(jí)水電間浮游植物群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性Table 3 Correlation of phytoplankton composition among cascade SHS

2.4 浮游植物多樣性

根據(jù)浮游植物多樣性指數(shù)(圖5)，本次各采樣點(diǎn)浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分布于在2.73—4.53，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均較高。一般來說，在利用多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)，浮游植物的H'值越高，其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好。當(dāng)水體受到干擾時(shí)，敏感性種類消失，H'值減小，群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性變差，水質(zhì)下降。H'值在0—1之間表示重度污染;H'在1—3表示中度污染，其中在1—2為α中污染，在2—3為β中污染;H'值在大于3為輕度污染或無(wú)污染［15］。各采樣點(diǎn)中少數(shù)采樣點(diǎn)為β中污染，其他均為未污染或輕度污染。結(jié)果表明調(diào)查區(qū)域水體水質(zhì)總體良好。

比較已建及規(guī)劃小水電樣品浮游植物多樣性，已建小水電浮游植物多樣性指數(shù)的均值為3.67，規(guī)劃小水電浮游植物多樣性指數(shù)的均值為3.98，規(guī)劃小水電浮游植物多樣性略高于已建小水電。

3 討論

3.1 小水電建設(shè)對(duì)浮游植物種類組成的影響

根據(jù)本次調(diào)查，已建及規(guī)劃的小水電類型間浮游植物優(yōu)勢(shì)種及組成均存在明顯差異。在優(yōu)勢(shì)種上，已建小水電水樣中，有6個(gè)點(diǎn)位的浮游植物優(yōu)勢(shì)種為硅藻門的菱形藻、曲殼藻，其余2個(gè)點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)種分別為藍(lán)藻門的平裂藻、綠藻門的小球藻。規(guī)劃小水電中，5個(gè)樣點(diǎn)中浮游植物優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的顫藻，其余點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)種既包含硅藻門的顆粒直鏈藻、菱形藻，還包括部分藍(lán)藻類型如小球藻等類型。在浮游植物組成上，規(guī)劃小水電河道種屬類別分布更加均衡，如金江、木棉渡槽、三星河段中主要藻類硅藻、綠藻、藍(lán)藻所占比例相對(duì)均衡，而已建設(shè)水電站雅加一級(jí)站、雅加二級(jí)站、雅加三級(jí)站、七差電站等均以某一類藻占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)種。

圖4 浮游植物組成百分?jǐn)?shù)Fig.4 Composition percent of phytoplankton at all sites

浮游植物對(duì)環(huán)境變化十分敏感，影響的因素較多，包括溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽、pH值、微量元素、上游藻類種屬來源、水動(dòng)力學(xué)等眾多因素［16-19］。處于已建、未建小水電兩種不同河段的水域中，水動(dòng)力學(xué)對(duì)水生生物類型影響較大［20-21］，浮游植物最重要的特點(diǎn)是能在水中保持懸浮狀態(tài)，具有多種多樣適應(yīng)浮游生活的結(jié)構(gòu)和能力，當(dāng)流速改變后(既包括流速大小也包括流速變化頻率)，直接影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢(shì)種類型［22-23］。本次調(diào)查規(guī)劃小水電的優(yōu)勢(shì)種顫藻是常見的藍(lán)藻，主要存在于濕地或淺水中，在夏季穩(wěn)態(tài)的環(huán)境條件下容易成為優(yōu)勢(shì)種［24］;而已建小水電優(yōu)勢(shì)種曲殼藻、異極藻、菱形藻均屬硅藻門，形體較大、具有與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的殼縫［25-26］，適于動(dòng)態(tài)水體，在穩(wěn)定水體難以成為優(yōu)勢(shì)種。本次調(diào)查中已建及規(guī)劃的小水電類型浮游植物優(yōu)勢(shì)種及組成的差異可能與小水電建設(shè)后水動(dòng)力學(xué)特征的改變有關(guān)，海南的小河流大多水流量較小，深度較淺，小水電未建前，河流水動(dòng)力學(xué)相對(duì)穩(wěn)定，適于穩(wěn)定水體的藍(lán)藻及部分硅藻成為優(yōu)勢(shì)種，建庫(kù)蓄水后，由于水庫(kù)調(diào)水，水體波動(dòng)較大，適于動(dòng)態(tài)水體的曲殼藻、異極藻、菱形藻等大型硅藻成為優(yōu)勢(shì)種。小水電的建設(shè)改變了河道水生生物多樣性分布特征。

圖5 浮游植物Shannon-Winner多樣性指數(shù)Fig.5 Shannon-Winner Index of phytoplankton

3.2 小水電建設(shè)對(duì)浮游植物豐度、生物多樣性的影響

根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，已建小水電河段與規(guī)則小水電河道浮游植物豐度存在明顯區(qū)別，規(guī)則小水電河道浮游植物豐度均保持在15.6—27.9×104個(gè)/L內(nèi)，已建小水電河段浮游植物豐度間差異較大，在5.1—163.6×104個(gè)/L大區(qū)間分布。已建小水電浮游植物平均55.5×104個(gè)/L豐度總體高于規(guī)劃小水電23.4×104個(gè)/L，其各樣點(diǎn)間豐度分布差異度也明顯大于規(guī)劃類型。目前的相關(guān)研究，如李芳對(duì)西藏尼洋河建庫(kù)前后浮游植物豐度及組成對(duì)比研究［27］、韓耀全等對(duì)廣西巖灘水電站建設(shè)前后浮游植物豐度及組成對(duì)比研究［28］等均發(fā)現(xiàn)建庫(kù)后庫(kù)區(qū)內(nèi)浮游植物的種類和數(shù)量都明顯增加，群落結(jié)構(gòu)將趨于復(fù)雜穩(wěn)定，如巖灘水電站蓄水5a和11a后，單位體積浮游植物種個(gè)數(shù)分別是蓄水前的3.9倍和2.5倍，這與本研究結(jié)果一致。

雖然小水電的建設(shè)提升了河道浮游植物的豐度，但生物多樣性并未增加。相反，根據(jù)本次Shannon-Wiener多樣性指數(shù)比較，已建小水電浮游植物多樣性反而略低于未建小水電。結(jié)合已建及規(guī)劃兩種類型內(nèi)各樣品浮游植物豐度的標(biāo)準(zhǔn)差比較，已建小水電類型不同樣點(diǎn)間浮游植物豐度標(biāo)準(zhǔn)差明顯大于規(guī)劃小水電類型，說明小水電建設(shè)削弱了浮游植物群落的穩(wěn)定性、均衡性，這種差異可能直接來源于水電修筑導(dǎo)致的水流速度變化及生態(tài)攪動(dòng)增多。

3.3 梯級(jí)水電建設(shè)對(duì)浮游植物群落的響應(yīng)

雅加一級(jí)站、雅加二級(jí)站、雅加三級(jí)站、七差電站為依次分布于昌化江某一支流上的梯級(jí)電站，依次在各電站的蓄水庫(kù)及電站間中央河段采集的浮游植物樣品鑒定結(jié)果表明，雖然各梯級(jí)小電站浮游植物豐度存在一定差別，但優(yōu)勢(shì)種均為曲殼藻、異級(jí)藻、菱形藻，且浮游植物組成百分?jǐn)?shù)較為相似。浮游植物的生長(zhǎng)、繁殖、休眠都在水體中，考慮到同一河流水系連續(xù)性，雖然存在水電站阻隔，同一河流水系水生生物種屬來源仍可表現(xiàn)一定的趨同性。

申恒倫等［29］在對(duì)三峽水庫(kù)香溪河流域梯級(jí)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征研究中同樣發(fā)現(xiàn)，相鄰的古洞口一級(jí)及古洞口二級(jí)水庫(kù)的浮游植物組成相似度較高，古洞口二級(jí)水庫(kù)又與其下的香溪河庫(kù)灣有多種相同的優(yōu)勢(shì)種?？梢?，梯級(jí)水電特別是相鄰水庫(kù)間浮游植物群落組成存在較大的相似性。

4 結(jié)論

根據(jù)本研究，小水電建設(shè)對(duì)河流中浮游植物群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量有較大影響。小水電未建前，河流水動(dòng)力學(xué)相對(duì)穩(wěn)定，適于穩(wěn)定水體的藍(lán)藻及部分硅藻為主要優(yōu)勢(shì)種，建庫(kù)蓄水后，水體波動(dòng)較大，適于動(dòng)態(tài)水體的曲殼藻、異極藻、菱形藻等大型硅藻成為優(yōu)勢(shì)種。在浮游植物組成及生物多樣性上，未建小水電河道浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)略高，且種屬分布更加均衡，而已建設(shè)水電站均趨向某一類藻占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)種。就浮游植物豐度而言，小水電建設(shè)促進(jìn)了河道中浮游植物豐度的提升，但浮游植物多樣性并未增加。結(jié)合已建及規(guī)劃兩種類型內(nèi)各樣品浮游植物豐度的標(biāo)準(zhǔn)差比較，已建小水電類型不同樣點(diǎn)間浮游植物豐度差異性較規(guī)劃小水電類型大，說明小水電建設(shè)削弱了浮游植物群落的穩(wěn)定性、均衡性，這種差異可能直接來源于水電修筑導(dǎo)致的水流速度變化及生態(tài)攪動(dòng)增多。雖然存在水電站阻隔，同一河流水系浮游植物種屬來源仍可表現(xiàn)一定的趨同性，梯級(jí)水電特別是相鄰水庫(kù)間浮游植物群落組成相似性明顯。

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