(江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029)

砂石是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，是河流生物附著生存的物理底基和重要生境要素[2]。沿江河道整治、公路橋梁建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)等多方面的需求，使得河道采砂強(qiáng)度與規(guī)模與日俱增。河道砂石的開采會(huì)對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成諸多不良影響[3]，例如水體透明大幅降低[4]、底泥污染物的二次釋放[5-6]、河道形態(tài)發(fā)生變化[3]、生物多樣性降低[7]等。

贛江是長(zhǎng)江八大支流之一，鄱陽(yáng)湖水系五大河流之首[8]，年徑流量和輸沙量豐富，流域多年平均懸移質(zhì)含沙量0.165 kg/m3，多年平均輸沙量908.6億t[9]，是江西乃至長(zhǎng)江中下游主要城市的重要砂源。自2001年長(zhǎng)江中下游干流河道全線禁采江砂起，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，大量采砂船涌入鄱陽(yáng)湖和贛江，贛江等內(nèi)河采砂規(guī)模迅速擴(kuò)大，采砂能力嚴(yán)重過剩。不合理的采砂帶來很多不利影響，但目前國(guó)內(nèi)關(guān)于河道采砂的科學(xué)研究工作并不多見，尤其在采砂對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響研究方面更是少見報(bào)道，除采砂對(duì)懸浮物[10]、透明度[4]的影響有定量報(bào)道外，對(duì)其他水生態(tài)指標(biāo)的影響大多停留在定性研究階段[11-13],定量數(shù)據(jù)的缺失，給河道采砂科學(xué)管理帶來諸多不便。針對(duì)這一研究空白，該研究分析贛江中下游河道采砂對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響，以期為贛江河道采砂管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣點(diǎn)設(shè)置

以南贛中13采區(qū)、豐3采區(qū)、金灘采區(qū)和棲龍Ⅱ采區(qū)作為研究對(duì)象，各采區(qū)情況詳見表1。

水生態(tài)環(huán)境樣品的采集視采砂現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水體濁度的大致影響范圍確定，采集采砂點(diǎn)及其上下游的水生態(tài)環(huán)境樣品，其中南贛中13采區(qū)設(shè)NG1(上游1 000 m)、NG2(上游500 m)、NG3(采砂點(diǎn))、NG4(下游500 m)、NG5(下游1 000 m)、NG6(下游2 000 m)、NG7(下游3 000 m)、NG8(下游5 000 m)和NG9(下游7 500 m)采樣點(diǎn)，豐3采區(qū)設(shè)F1(上游100 m)、F2(采砂點(diǎn))、F3(下游60 m)、F4(下游200 m)和F5(下游800 m)采樣點(diǎn)，金灘采區(qū)設(shè)JT1(上游200 m)、JT2(上游20 m)、JT3(采砂點(diǎn))、JT4(下游200 m)、JG5(下游1 000 m)和JT6(下游5 000 m)采樣點(diǎn)，棲龍Ⅱ采區(qū)設(shè)QL1(上游500 m)、QL2(上游200 m)、QL3(采砂點(diǎn))、QL4(下游500 m)、QL5(下游1 000 m)和QL6(下游2 000 m)采樣點(diǎn)，各采區(qū)采樣點(diǎn)位置詳見圖1。

圖1 典型采區(qū)采樣布點(diǎn)Fig.1 Sampling points of the typical mining areas

表1 研究區(qū)域情況Tab.1 Information of the study area

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

除pH值、溶解氧(DO)和透明度(SD)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定外，懸浮物(SS)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3--N)、總磷(TP)、正磷酸鹽(PO43--P)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和葉綠素a(Chl.a)樣品的采集和測(cè)定參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》[14]，浮游植物樣品種類、數(shù)量的鑒定參照《淡水浮游生物研究方法》[15]。

差異顯著性分析運(yùn)用SPSS16.0軟件進(jìn)行。

2 各理化指標(biāo)變化特征

2.1 采砂擾動(dòng)下贛江中下游主要污染物

根據(jù)各采區(qū)所屬水域水功能區(qū)類型，運(yùn)用GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》或GB11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)各采區(qū)采砂點(diǎn)水生態(tài)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，采砂擾動(dòng)下，贛江中下游特征污染物為SS、TN和TP，其中南贛中13采區(qū)主要污染物為SS和TN，豐3、棲龍Ⅱ采區(qū)主要污染物為TN和TP，金灘采區(qū)主要污染物為TP，各采區(qū)采砂點(diǎn)水質(zhì)詳見表2。

表2 采砂擾動(dòng)下典型采區(qū)水質(zhì)Tab.2 Water quality of typical mining areasunder the sand mining disturbance

注：指標(biāo)DO，SS，TN，NH3-N，NO3--N，TP，CODMn的單位均為mg/L。

2.2 采砂擾動(dòng)下主要污染物的空間分布

2.2.1SS的空間分布

圖2為各采區(qū)SS沿水流方向的變化情況，由圖2可以看出，采砂會(huì)導(dǎo)致水體SS濃度的增加，影響范圍輻射采砂點(diǎn)上下游，受水流影響，下游影響范圍明顯大于上游。從各采區(qū)SS空間分布來看，南贛中13采區(qū)SS濃度最大值出現(xiàn)在上游500 m，為250.50 mg/L，最小值為下游5 km，25.50 mg/L，采砂對(duì)上游1 km的影響與對(duì)下游2～3 km的影響程度類似；豐3采區(qū)采砂點(diǎn)SS濃度最大值出現(xiàn)在下游60 m，14.50 mg/L，最小值出現(xiàn)在下游800 m，7.38 mg/L，該采區(qū)采砂對(duì)上游100 m的影響大于下游200 m。金灘、棲龍Ⅱ采區(qū)SS最大值均出現(xiàn)在采砂點(diǎn)，分別為2.39 mg/L和230.20 mg/L，金灘采區(qū)最小值出現(xiàn)在下游500 m，2.05 mg/L，棲龍Ⅱ采區(qū)最小值出現(xiàn)在上游500 m，10.75 mg/L。

圖2 典型采區(qū)SS空間分布Fig.2 Spatial distribution of SS in typical mining areas

2.2.2TN的空間分布

圖3為各采區(qū)TN沿水流方向的變化情況。由圖3可以看出，采砂會(huì)導(dǎo)致水體TN的升高，影響范圍輻射采砂點(diǎn)上下游。其中南贛中13采區(qū)采砂對(duì)上游1 km至下游500 m范圍內(nèi)水域的影響明顯大于其他區(qū)域；豐3采區(qū)采砂對(duì)上游100 m的影響大于下游60 m；金灘采區(qū)采砂點(diǎn)TN濃度低于上下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，可能受流速和污染物擴(kuò)散影響，各采區(qū)采砂點(diǎn)下游TN濃度呈先上升后下降的趨勢(shì)。金灘采區(qū)采砂點(diǎn)上游200 m至下游1 km均受采砂影響，其中對(duì)下游500 m和上游200 m影響最大。棲龍Ⅱ采區(qū)上游水域TN濃度明顯高于下游水域，受采砂影響明顯。

圖3 典型采區(qū)TN空間分布Fig.3 Spatial distribution of TN in typical mining areas

2.2.3TP的空間分布

圖4為各采區(qū)TP沿水流方向的變化情況，由圖可以看出，采砂會(huì)導(dǎo)致水體TP濃度的升高，影響范圍輻射采砂點(diǎn)上下游。其中南贛中13采區(qū)TP濃度最大值出現(xiàn)在采砂點(diǎn)，其次是下游3，5 km和7.5 km。豐3采區(qū)TP濃度最大值出現(xiàn)在采砂上游100 m處，其次是下游60 m。金灘采區(qū)采砂點(diǎn)TP濃度明顯高于其余樣點(diǎn)，其次為下游200 m和上游200。棲龍Ⅱ采區(qū)TP濃度最大值也出現(xiàn)在采砂點(diǎn)，下游500 m和1 km處其次。

圖4 典型采區(qū)TP空間分布Fig.4 Spatial distribution of TP in typical mining areas

2.2.4采砂對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響特征分析

若以各采區(qū)最上游點(diǎn)位作為背景點(diǎn)，分析采砂對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響大小和影響范圍。從對(duì)各指標(biāo)的影響大小來看，采砂對(duì)SS的影響最大，各采區(qū)SS的最大增量為0.14～220.00 mg/L；TN的最大增量為0～0.138 mg/L；TP的最大增量為0.037～0.289 mg/L，與采砂方式、采砂船數(shù)量和采砂船功率有關(guān)。從對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響范圍(對(duì)主要污染物的最大影響范圍)來看，南贛中13采區(qū)對(duì)下游的影響范圍大于7 500 m，豐3采區(qū)影響范圍大于100 m，小于200 m；金灘采區(qū)影響范圍1 000 m；棲龍Ⅱ采區(qū)影響范圍大于1 000 m(詳見表3)。

表3 典型采區(qū)采砂對(duì)采砂點(diǎn)下游主要污染物的影響Tab.3 Effects on major pollutants under the sandmining disturbance of typical mining areas

3 浮游植物群落分布變化特征

3.1 種類組成

贛江中下游各采區(qū)共檢出浮游植物55種，以綠藻和硅藻為主，其中綠藻門最多，23種，占浮游植物種類數(shù)的41.82%；其次為硅藻門，19種，占34.55%；藍(lán)藻門第三，7種，占12.73%；隱藻門和甲藻門均為3種，均占浮游植物種類數(shù)的5.45%。

從各采區(qū)浮游植物種類空間分布來看(見圖5)，南贛中13、豐3、金灘和棲龍Ⅱ采區(qū)浮游植物種類數(shù)波動(dòng)范圍分別為2～13，8～18，5～14，6～12種。各樣點(diǎn)浮游植物種類數(shù)均較少，其中大個(gè)體藻類硅藻種類居多；除金灘采區(qū)外，各采區(qū)采砂點(diǎn)上游浮游植物種類數(shù)明顯高于采砂點(diǎn)。

圖5 典型采區(qū)浮游植物種類數(shù)空間分布Fig.5 Spatial distribution of the number of phytoplanktonspecies in typical mining areas

3.2 細(xì)胞密度

贛江中下游各采區(qū)浮游植物細(xì)胞密度波動(dòng)范圍為1.82×103～8.42×105cells/L，平均細(xì)胞密度為1.29×105cells/L，硅藻、隱藻為優(yōu)勢(shì)類群，其中硅藻平均細(xì)胞密度為5.85×104cells/L，占總細(xì)胞密度的45.21%，隱藻平均細(xì)胞密度為2.76×104cells/L，占總細(xì)胞密度的21.36%，甲藻、藍(lán)藻、綠藻平均細(xì)胞密度分別為1.62×104，1.37×104，1.34×104cells/L，所占比例分別為12.50%，10.51%和10.37%。

從各采區(qū)浮游植物細(xì)胞密度空間分布來看(見圖6)，南贛中13、豐3、金灘和棲龍Ⅱ采區(qū)浮游植物細(xì)胞密度波動(dòng)范圍分別為2.07×103～1.56×105，1.47×105～8.42×105，6.88×104～2.28×105cells/L和4.50×104～1.58×105cells/L，采砂點(diǎn)下游浮游植物細(xì)胞密度明顯低于采砂點(diǎn)上游。部分采區(qū)采砂點(diǎn)上游和下游浮游植物最主要優(yōu)勢(shì)類群也存在差異，其中南贛中13采區(qū)采砂點(diǎn)上游以藍(lán)藻為主，下游為隱藻、硅藻或甲藻；金灘采區(qū)采砂點(diǎn)上游浮游植物最主要優(yōu)勢(shì)類群為甲藻，下游為硅藻。另外，南贛中13采區(qū)采砂點(diǎn)及上游、棲龍Ⅱ采區(qū)采砂點(diǎn)等局部水域藍(lán)藻所占比例較大，在47.06%～96.55%之間。

圖6 典型采區(qū)浮游植物細(xì)胞密度空間分布Fig.6 Spatial distribution of phytoplanktondensities in typical mining areas

3.3 優(yōu)勢(shì)種

浮游植物優(yōu)勢(shì)種以相對(duì)豐富度(某種藻細(xì)胞密度占細(xì)胞總密度的比例)大于10%確定[16]，各采區(qū)優(yōu)勢(shì)種及其相對(duì)豐富度為：南贛中13采區(qū)優(yōu)勢(shì)種及其比例為球孢魚腥藻(17.73%)、浮游藍(lán)絲藻(16.70%)、和菱形藻(15.21%)、細(xì)鞘絲藻(11.72%)，豐3采區(qū)優(yōu)勢(shì)種及其比例為尖尾藍(lán)隱藻(29.29%)變異直鏈藻(21.67%)、嚙蝕隱藻(11.89%)，金灘采區(qū)優(yōu)勢(shì)種及其比例為裸甲藻(51.52%)，棲龍Ⅱ采區(qū)優(yōu)勢(shì)種及其比例為變異直鏈藻(24.00%)、浮游藍(lán)絲藻(22.23%)、舟形藻(11.30%)、異極藻(11.30%)。

4 討 論

4.1 對(duì)贛江中下游理化指標(biāo)的影響

采砂會(huì)造成局部范圍水體懸浮物濃度的增加[17]。從采樣現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，本研究中各采區(qū)SS濃度增加明顯，南贛中13、豐3、金灘、棲龍Ⅱ采區(qū)采砂點(diǎn)SS濃度較上游背景點(diǎn)分別增加131，2.13，0.137 mg/L和219.45 mg/L，對(duì)于參照GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)的水域，GB3838-2002對(duì)SS未作要求，但對(duì)于參照GB11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)的水域，采砂對(duì)SS的影響可能會(huì)超出GB11607-89中“SS增加量不超過10 mg/L”要求。本研究中，南贛中13采區(qū)為魚類產(chǎn)卵場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)SS增加量超出GB11607-89要求，結(jié)合《江西省河道采砂管理?xiàng)l例》，建議取消該采區(qū)現(xiàn)行可采規(guī)劃。

采砂會(huì)造成吸附在泥沙中的物質(zhì)釋放，污染下游水體[18]，導(dǎo)致本研究中TN，TP等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度不同程度的增加。通過分析采砂點(diǎn)下游各因子間的相關(guān)關(guān)系，得出SS與TN顯著正相關(guān)(P=0.584)，這說明TN濃度的增加主要由采砂擾動(dòng)引起，采砂對(duì)懸浮泥沙的攪動(dòng)會(huì)使吸附在泥沙中的TN釋放到水體中來。贛江中下游水體總氮含量較高，平均濃度超出Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)要求[18]，采砂活動(dòng)導(dǎo)致泥沙中TN的釋放，會(huì)進(jìn)一步加重贛江中下游水體氮營(yíng)養(yǎng)鹽污染，鑒于此，基于水生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要，應(yīng)加快加強(qiáng)贛江中下游氮營(yíng)養(yǎng)鹽污染控制。

采砂對(duì)水體理化指標(biāo)的影響因采砂方式、采砂船數(shù)量、采砂船功率不同而不同。采砂方式、采砂船數(shù)量、采砂船功率與污染物排放源強(qiáng)有關(guān)，泵吸式采砂船對(duì)河床的擾動(dòng)大于抓斗式，此外采砂船越多、采砂船功率越大，采砂強(qiáng)度則越大，對(duì)河床的擾動(dòng)也越大，單位時(shí)間內(nèi)懸浮的泥沙含量及釋放的污染物量則越多。鑒于此，對(duì)于采砂造成的水質(zhì)超標(biāo)，可通過改變采砂方式、減少采砂船數(shù)量、降低采砂船功率等方式處理。此外，采砂對(duì)水體理化指標(biāo)的影響還受水文情勢(shì)、泥沙粒徑等的影響，一般而言，水體流速越大，泥沙粒徑越小，越有利于沉積物再懸浮，形成較高濃度分布[19-20]。贛江中游受峽江水利樞紐影響，流速相對(duì)較緩，根據(jù)《江西省贛江中下游干流河道采砂規(guī)劃修編報(bào)告(2014～2018年)》，豐3采區(qū)砂石含泥量高于金灘采區(qū)，水體相對(duì)較大的流速和相對(duì)較小的泥沙粒徑可能是豐3采區(qū)SS濃度高于金灘采區(qū)的原因之一。

4.2 對(duì)贛江中下游浮游植物群落的影響

浮游植物群落作為水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)水生態(tài)環(huán)境的變化比較敏感，其種類組成與動(dòng)態(tài)變化受物理因子、化學(xué)因子、生物因子和水文因子的綜合調(diào)控。計(jì)勇等[21]2010年對(duì)贛江中下游浮游植物的調(diào)查結(jié)果顯示，贛江中下游浮游藻類共計(jì)38屬102種，藻類細(xì)胞密度變動(dòng)范圍為18.7萬(wàn)～101.2萬(wàn)cells/L，藻類密度平均為63.9 萬(wàn)cells/L，綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門為贛江中下游浮游藻類的優(yōu)勢(shì)類群。本研究共檢出浮游植物55種，浮游植物細(xì)胞密度波動(dòng)范圍為1.82×103～8.42×105cells/L，平均細(xì)胞密度為1.29萬(wàn)cells/L，硅藻、隱藻為優(yōu)勢(shì)類群。與計(jì)勇等[21]的研究結(jié)果相比較，浮游植物種類、細(xì)胞密度明顯減少，浮游植物優(yōu)勢(shì)類群也發(fā)生了明顯改變。這可能與河道采砂對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響有關(guān)，河道采砂引起水體SS濃度增加，水體透明度降低，水體濁度增加，水體透光性降低，影響浮游植物的光合作用，降低生產(chǎn)量[22]。另外，采砂對(duì)水體水動(dòng)力的干擾，使得適宜在穩(wěn)定性較高水體中生長(zhǎng)繁殖的小個(gè)體藻類生長(zhǎng)繁殖受到限制，采砂點(diǎn)下游水域浮游植物種群以硅藻、隱藻、甲藻等大個(gè)體藻類為主。采砂擾動(dòng)會(huì)使富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)釋放，引起局部水華等生態(tài)破壞現(xiàn)象[23]，本研究監(jiān)測(cè)的浮游植物細(xì)胞密度雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到水華時(shí)的藻類密度[24]，但在南贛中13、棲龍Ⅱ等采區(qū)局部水域，藍(lán)藻所占比例較高，在合適條件下，南贛中13等微彎河道水域發(fā)生水華不是沒有可能，應(yīng)引起關(guān)注。

5 結(jié) 論

(1) 根據(jù)各采區(qū)所屬水域水環(huán)境功能區(qū)劃，參考GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》或GB11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，采砂作業(yè)時(shí)，贛江中下游主要污染物為SS,TN和TP。采砂對(duì)理化指標(biāo)的影響因采砂方式、采砂船數(shù)量、采砂船功率不同而不同，泵吸式對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響大于抓斗式，此外采砂船越多、采砂船功率越大，影響也越大。

(2) 采砂擾動(dòng)下，贛江中下游共檢出浮游植物55種，浮游植物細(xì)胞密度波動(dòng)范圍為1.82×103～8.42×105cells/L，平均細(xì)胞密度為1.29×105cells/L，硅藻、隱藻為優(yōu)勢(shì)類群。采砂對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為浮游植物種類和細(xì)胞密度的降低以及浮游植物優(yōu)勢(shì)類群和優(yōu)勢(shì)種的改變。