龔 苗 夏少丹 劉恒貴 尤能華 劉清平

(1.咸寧市林業(yè)科學院 咸寧 437100；2.湖北幕阜山竹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站 咸寧 437100；3.咸寧大容環(huán)境咨詢有限公司 咸寧 437100)

河流生態(tài)系統(tǒng)是最重要的自然生態(tài)系統(tǒng)之一，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的樞紐，在物質(zhì)、能量和信息的交換過程發(fā)揮著重要的作用[1,2]。水力發(fā)電作為一種成熟、經(jīng)濟效益良好的可再生能源開發(fā)技術(shù)，在世界各地應(yīng)用較為廣泛，僅2017年全球電力供應(yīng)中水電占比為15.8%[3]。據(jù)報道，我國水能資源理論蘊藏量和已開發(fā)量均居世界第一位[4]，理論蘊藏量達6.94億kW[5]，截至2017年已開發(fā)水電站4.7萬座，裝機容量3.41億kW。特別是小水電在解決農(nóng)村用電，改善農(nóng)村生活用能條件，促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，減少溫室氣體排放等方面發(fā)揮了巨大作用[6,7]，但小水電的密集開發(fā)對生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的明顯負面影響也受到廣泛關(guān)注[8]。隨著人們對生態(tài)環(huán)境保護意識的不斷增強，亟需開展小水電開發(fā)所產(chǎn)生的影響效應(yīng)評估和生態(tài)環(huán)境保護研究，以實現(xiàn)對水資源的可持續(xù)利用。目前，國內(nèi)針對小水電生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析多集中于減少污染氣體排放、土壤侵蝕、森林保護等方面[9,10]，且多以單一電站為研究對象，對于涉及數(shù)量眾多的小型河流上的小水電對河流生態(tài)系統(tǒng)影響的研究相對較少，進而造成深入揭示小水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響仍十分不足。

湖北省能源資源較為匱乏，但降雨量充沛，山區(qū)河道落差較大，水能資源豐富，全省水能資源理論蘊藏量達1 823.1萬kW[11]。從上世紀80年起，湖北省的小水電開發(fā)工程越來越多，開發(fā)速度和建設(shè)規(guī)模也不斷提升，但部分地區(qū)受開發(fā)水平不高、監(jiān)督管理不到位、日常管理粗放等原因，造成小水電開發(fā)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞的問題也十分突出[12]?？茖W開展小水電開發(fā)區(qū)域生物及環(huán)境變化研究，對于合理評估區(qū)域小水電開發(fā)以及環(huán)境保護具有重要意義?；诖?，本研究以湖北省通城縣境內(nèi)小水電站的區(qū)域環(huán)境為研究對象，通過資料收集整理、走訪調(diào)查和現(xiàn)場調(diào)研等多種方式，對水電站所處中小河流的植物群落、底棲動物、浮游生物、魚類等組成和數(shù)量特征進行分析，探討了小水電開發(fā)建設(shè)對通城縣中小河流生態(tài)環(huán)境的影響，旨在為該區(qū)域水電開發(fā)科學管理和河流生態(tài)健康評價提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

通城縣位于湖北省東南部，縣境東、南、西三面群山環(huán)抱，屬幕阜山脈，地處湘、鄂、贛三省交界處，是咸寧、岳陽、九江金三角中心交匯點。境內(nèi)有港、溪135條，河床多粗沙結(jié)構(gòu)。各溪流分別匯于雋水河、菖蒲河、鐵柱河等三大水系后而注入陸水。全縣有中小型水庫73座，其中：中型水庫有云溪、百丈潭、東沖、左港、閣壁、龍?zhí)兜?座，蓄水能力9 356萬m3；?、逍退畮?106m3≤水庫庫容<107m3)15座，蓄水能力3 212萬m3；?、嫘退畮?105m3≤水庫庫容<106m3)52座，蓄水能力1 400萬m3；有塘堰11 278處，蓄水能力4 782萬m3；總蓄水能力18 750萬m3。

1.2 水電站分布狀況

截至2017年10月，通城縣共建成水電站66座，總裝機容量28 735.0 kW，主要分布在雋水河、菖蒲河和鐵柱河3條河流及其支流上。其中，菖蒲河流域分布最多，有37座，數(shù)量占比為56.1%，裝機容量占比達66.1%。鐵柱河流域分布最少，有14座，數(shù)量占比為21.2%，裝機容量占比為10%(表1)。

表1 通城縣水電站分布情況

1.3 研究方法

結(jié)合通城縣小水電站分布和開發(fā)狀況，并根據(jù)通城雋水河、菖蒲河、鐵柱河三條流域的特點，2017年在每個區(qū)域選取代表性的3個小水電站作為取樣點，調(diào)查植物群落、底棲動物、浮游生物、魚類等。

(1)浮游生物調(diào)查方法。樣品分定性、定量釆集，現(xiàn)場用魯哥氏液固定，定性樣品采用浮游生物網(wǎng)拖榜，定量樣品取表、底層混合水樣，經(jīng)實驗室沉淀、濃縮至后在顯微鏡下鏡檢、計數(shù)。

(2)底棲動物調(diào)查方法。在所選定樣點的100 m范圍之內(nèi)，使用索伯網(wǎng) ( surber net，網(wǎng)口為30 cm × 30 cm，網(wǎng)孔徑為500 μm) 隨機采集2個平行樣本。水深較大的樣點于近岸處取樣。將網(wǎng)內(nèi)所有采集物經(jīng)過60目網(wǎng)篩轉(zhuǎn)入300 mL塑料瓶中，并加入 90% 的酒精溶液保存。在實驗室內(nèi)采用人工挑揀的方法將底棲動物樣品轉(zhuǎn)入100 mL的塑料瓶中，同時加入95%的酒精溶液保存待檢。在顯微鏡或解剖鏡下分類、計數(shù)，利用解剖鏡和顯微鏡對底棲動物進行分類鑒定，樣品盡量鑒定到屬或者種。

(3)魚類調(diào)查方法。采用捕撈、查閱資料和走訪漁民相結(jié)合的方法，確定調(diào)查區(qū)域內(nèi)主要魚類的種類。通過調(diào)查漁民捕魚江段的全部漁獲物組成，并結(jié)合當?shù)赜涗浀臍v史資料以確定附近水域的魚類資源結(jié)構(gòu)。

(4)植物群落調(diào)查方法

結(jié)合小水電所處河流沿岸植被組成分布情況，采用典型設(shè)置和隨機調(diào)查結(jié)合的方法，在每個調(diào)查點設(shè)置20 m×20 m的樣方，共設(shè)置15個(表2)，主要記錄樣方中的植物種類、密度、蓋度、高度。

表2 植物群落調(diào)查點分布信息

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物

浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)最主要的初級生產(chǎn)者，是對水體敏感的指示生物，能較好的反映生態(tài)條件和營養(yǎng)狀態(tài)。由表3可知，雋水河、菖蒲河、鐵柱河調(diào)查到浮游植物分別為34屬48種、34屬47種、38屬52種。從藻類的種類組成來看，硅藻門和綠藻門均為23種，種類最多，各占總浮游植物的40%；裸藻門種類最少，占比1.7%。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，37種藻類在三條河流中均有出現(xiàn)，占總浮游植物的64%，說明三條河流中藻類種類大致相同。從指示種來看，一些污染水體的藻類如藍藻Cyanobacteria、裸藻Trachelomonas在水體中非常少見，而廣營養(yǎng)的小型藻類如小環(huán)藻Cyclotella、尖尾藍隱藻Chroomonasacutauterm為優(yōu)勢種，表明調(diào)查水域水質(zhì)較好。

表3 通城縣流域調(diào)查點浮游植物組成

表3 通城縣流域調(diào)查點浮游植物組成 續(xù)表

2.2 浮游動物

由表4可知，雋水河有小型浮游動物23種，其中原生動物15種、輪蟲8種；菖蒲河有小型浮游動物18種，其中原生動物11種、輪蟲7種；鐵柱河有小型浮游動物18種，其中原生動物12種、輪蟲6種。從原生動物的食性來看，食藻者(A)為主要類群，共8種，占所有原生動物總數(shù)的53.3%；雜食者(N)最少，只有1種，占所有原生動物總數(shù)的6.7%。從原生動物營養(yǎng)功能類群分析來看，食藻者為主要類群，表明河流水質(zhì)較好。從河流浮游動物指示種來看，原生動物主要為旋回俠盜蟲Strombilidiumviride，該種是寡污染水體的指示種，其次為砂殼蟲屬Difflugia，該屬原生動物為江河中的普生性種，常見于貧營養(yǎng)和中營養(yǎng)水體，而龜甲輪蟲屬Keratella也是貧營養(yǎng)水體的常見種類。由上可知，該調(diào)查流域的水質(zhì)較好，屬于寡污染型河流。

表4 通城縣流域調(diào)查點浮游動物組成

2.3 底棲動物

底棲動物作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，底棲無脊椎動物作為河流生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指示生物十分必要。由表5可知，調(diào)查流域的底棲動物種類存在較大差異，其中雋水河10種、菖蒲河9種、鐵柱河16種。鐵柱河底棲動物種類最多，表明鐵柱河底棲動物資源量比雋水河、菖蒲河要豐富，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量更好。

表5 通城縣流域采樣點位底棲動物組成

三條流域共計采到底棲動物23種，其中寡毛類6種，占26.1%；軟體動物8種，占34.8%；水生昆蟲7種，占30.4%。從3條流域調(diào)查的底棲動物種類數(shù)量來看，軟體動物最多，其中以短構(gòu)蜷Semisulcospira和淡水殼菜Limnopernalacustris占優(yōu)勢，這是由于該河段水深較淺，地質(zhì)以砂礫為主，比較適合這類動物的生存。砂礫底質(zhì)由于其大量的空隙，成為底棲動物抗干擾的緩沖場所，因此其對底棲動物空間分布有重要影響。本區(qū)域底棲動物主要表現(xiàn)為軟體生物量相對豐富，河流地質(zhì)以砂礫為主的特征。

2.4 魚類

由表6可知，在通城境內(nèi)的3條主要流域共發(fā)現(xiàn)魚類33種，隸屬4目9科，其中以鯉科種類最多，有20種，占總魚類種類的60.61%。其余魚類種類屬于鰍科、鲇科、鲿科、刺鰍科、鮨科、鱧科、合鰓科，共13種，占總魚類種類的39.39%。鯉科魚類占半數(shù)以上，為該區(qū)的優(yōu)勢種類，這和我國淡水魚類以鯉科種屬較多的特點是一致的。

表6 通城縣流域魚類統(tǒng)計結(jié)果

表6 通城縣流域魚類統(tǒng)計結(jié)果 續(xù)表

2.5 主要植物群落組成

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及資料統(tǒng)計表明，通城縣小水電位于流域范圍內(nèi)共有維管束植物108科311屬442種，共劃分為12個優(yōu)勢植物群落。

(1)水蓼—蒼耳群叢Ass.Polygonumhydropiper—Xanthiumsibiricum

主要分布在河岸灘，優(yōu)勢種類有水蓼Polygonumhydropiper、蒼耳Xanthiumsibiricum等。主要伴生種為博落回Macleayacordata、燈心草Juncuseffusus、狼尾草Pennisetumalopecuroides、狗牙根Cynodondactylon等。

(2)白茅—獼猴桃群叢Ass.Imperatacylindrica—Actinidiachinensis

主要分布在岸坡或半山坡，優(yōu)勢種類主要有白茅Imperatacylindrica、獼猴桃Actinidiachinensis等。伴生種為法國梧桐Platanusorientalis、柳樹Salixbabylonica、板栗Castaneamollissima、刺槐Robiniapseudoacacia、樟Cinnamomumcamphora、楠竹Phyllostachysheterocycla、油桐Verniciafordii、楓楊Pterocaryastenoptera、水杉Metasequoiaglyptostroboides等。

(3)燈心草—鬼針草群叢Ass.Juncuseffusus—Bidenspilosa

主要分布在河岸邊或濕地旁，主要伴生種為水芋Callapalustris、龍葵Solanumnigrum、商陸Phytolaccaacinosa、雙穗雀稗Paspalumpaspaloides等。

(4)毛竹—蕨群叢Ass.Phyllostachysedulis—Pteridiumaquilinum

主要分布在半山坡地，優(yōu)勢種主要為毛竹Phyllostachysedulis。主要伴生種為羊胡子草Carexrigescens、苧麻Boehmerianivea、黃檀Dalbergiahupeana、牡荊Vitexnegundo、黃鵪菜Youngiajaponica、花澤蘭Eupatoriumchinense、紫藤Wisteriasinensis、構(gòu)樹Broussonetiapapyrifera、紫花地丁Violaphilippica等。

(5)杉木—糯米條—白茅群叢Ass.Cunninghamialanceolata—Abeliachinensis—Imperatacylindrica

主要分布在半山坡地，喬木層優(yōu)勢種主要為杉木Cunninghamialanceolata，主要伴生種為水杉Metasequoiaglyptostroboides、梧桐Firmianasimplex、樟、桂花Osmamthusfragrans等。 灌木叢優(yōu)勢種主要為糯米條Abeliachinensis，主要伴生種為棕櫚Trachycarpusfortunei、刺槐Robiniapseudoacacia、高梁泡Rubuslambertianus等。草本層優(yōu)勢種為白茅，主要伴生種為藎草Arthraxonhispidus、荔枝草Salviaplebeia、蓼PolygonumL.、蒼耳等。

(6)鹽膚木—狗尾草群叢Ass.Rhuschinensis—Pennisetumalopecuroides

主要分布在岸邊堤壩附近，主要伴生種為白茅、蓼、商陸、荔枝草、博落回、梧桐、含笑Micheliafigo等。

(7)馬尾松—野薔薇—白茅群叢Ass.Pinusmassoniana—Rosamultiflora—Imperatacylindrica

主要分布在水庫庫區(qū)內(nèi)坡地上，喬木層優(yōu)勢種主要為馬尾松，主要伴生種為杉木Cunninghamialanceolata。灌木叢優(yōu)勢種主要為野薔薇Rosamultiflora，主要伴生種為山茶Camelliajaponica、黃檀Dalbergiahupeana、檵木Loropetalumchinense、女貞Ligustrumlucidum等。草本層優(yōu)勢種為白茅，主要伴生種為野大豆Glycinesoja、商陸、牽牛Pharbitisnil、藿香薊Ageratumconyzoides、博落回、香薷草Moslachinensis等。

(8)樟—胡枝子—五節(jié)芒群叢Ass.Cinnamomumcamphora—Lespedezabicolor—Miscanthusfloridulus

主要分布于岸邊堤壩附近，喬木層優(yōu)勢種主要為樟，主要伴生種為烏桕Sapiumsebiferum。灌木叢優(yōu)勢種主要為胡枝子Lespedezabicolor，主要伴生種為檵木、柞木Xylosmaracemosum、苦楝Meliaazedarach、紫荊Cercischinensis、構(gòu)棘Macluracochinchinensis、大葉黃楊Buxusmegistophylla等。草本層優(yōu)勢種為五節(jié)芒Miscanthusfloridulus，主要伴生種為鉤藤Uncariarhynchophylla、泥蒿Artemisiaselengensis等。

(9)蕎麥—苔草群叢Ass.Fagopyrumesculentum—Carexheterostachya

主要分布于河岸灘，主要伴生種為浮萍Lemnaminor、水芹Oenanthejavanica、天胡荽Hydrocotylesibthorpioides、薏苡Coixlacryma-jobi、莎草Cyperusrotundus、燈芯草、狗尾草、針藺Scabrousscalespikesedge、鴨舌草、芋、酸木草、柳葉菜Epelobiumhirsutum等。

(10)狼尾草—燈芯草群叢Ass.Pennisetumalopecuroides—Juncuseffusus

主要分布于近岸淺水區(qū)，主要伴生種為針藺、鴨舌草、芋、柳葉菜等。

(11)茶—高梁泡群叢Ass.Camelliasinensis—Rubuslambertianus

主要分布于岸邊堤壩附近，主要伴生種為荔枝草、蓼、刺槐、蒼耳、梧桐、樟、桂花等。

(12)楊梅—木姜子群叢Ass.Myricarubra—Litseapungens

主要分布于低矮山坡地帶，主要伴生種為蘭香草Caryopterisincana、高梁泡、龍葵Solanumnigrum、商陸、田麻Corchoropsistomentosa、鬼針草等。

3 結(jié)論與討論

通城縣境內(nèi)主要有菖蒲河、雋水河、鐵柱河三大水系，三大水系在境內(nèi)匯合后注入陸水河。陸水河是湖北省注入長江的第四大支流，也是“長江大保護”戰(zhàn)略實施的重要支流。上世紀七八十年代，在國家鼓勵發(fā)展小水電的政策背景下，通城縣小水電發(fā)展迅速。截至2017年10月，通城縣共建成水電站66座，其中菖蒲河流域分布37座，數(shù)量占比為56.1%；雋水河有15座，數(shù)量占比為22.7%；鐵柱河流域分布14座，數(shù)量占比為21.2%。通城縣水能資源理論蘊藏量為5.24萬kW，全縣共建成水電站總裝機容量達2.87萬kW，水能資源開發(fā)率達54.8%，水能資源開發(fā)利用較高，開發(fā)強度較大。

3.1 水電開發(fā)下水生生物特征

雋水河、菖蒲河、鐵柱河調(diào)查到浮游植物分別為34屬48種、34屬47種、38屬52種。從藻類的種類組成來看，硅藻門和綠藻門均為23種，種類最多，均占總浮游植物的40%；裸藻門種類最少，占總浮游植物的1.7%。

浮游動物組成中，雋水河流域有浮游動物23種，菖蒲河流域和鐵柱河流域均為18種。從原生動物的食性來看，食藻者(A)為主要類群，占所有原生動物總數(shù)的53.3%，表明河流水質(zhì)較好。

底棲動物種類組成中，菖蒲河9種，雋水河10種，鐵柱河16種。鐵柱河種類最多，表明鐵柱河底棲動物生物資源量比雋水河、菖蒲河要豐富，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量更好，這可能與鐵柱河流域水電開發(fā)強度較小有關(guān)。三條流域共計采到底棲動物23種，其中寡毛類6種，占26.1%；水生昆蟲7種，占30.4%；軟體動物8種，占34.8%。從3條流域調(diào)查的底棲動物種類數(shù)量來看，軟體動物為主要組成成分。說明本區(qū)域底棲動物主要表現(xiàn)為軟體生物量相對豐富，河流地質(zhì)以砂礫為主的特征。

3條主要流域共發(fā)現(xiàn)魚類33種，隸屬4目9科，其中以鯉科種類最多，有20種，占總魚類種類的60.61%，這和我國淡水魚類以鯉科種屬較多的特點是一致的。

3.2 水電開發(fā)下河流沿岸植物特征及影響

本研究發(fā)現(xiàn)，通城縣小水電位于流域范圍內(nèi)共有維管束植物108科311屬442種，共劃分為12個優(yōu)勢植物群落。從生境類型看，3條流域的河岸帶生境類型主要為分為灌叢河岸和草地河岸。從河岸帶生境的角度來看，植物的群落分布受到地形地貌、人為干擾的影響程度較大，容易受自然或人類活動的影響。此外，由于建設(shè)水電站施工時間較長，導致工程區(qū)、堆渣區(qū)、料場、臨時道路等工程在擾動區(qū)長期裸露，生態(tài)植被恢復工程未按要求實施，導致水電站建設(shè)區(qū)域內(nèi)植被蓋度和生物量減少，表明水電建設(shè)對區(qū)域植被和生物環(huán)境有著不同程度的破壞。

3.3 水電開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)的影響

根據(jù)浮游植物種類組成來判斷，一些污染水體的指示種如藍藻、裸藻在水體中非常少見，而廣營養(yǎng)的小型藻類如小環(huán)藻、隱藻和尖尾蘭隱藻為該水體的優(yōu)勢種，表明該調(diào)查水域水質(zhì)較好。同時，從浮游動物指示種來看，原生動物主要為旋回俠盜蟲，其次為砂殼蟲屬，該屬常見于貧營養(yǎng)水體，屬于寡污染型河流，同樣表明該調(diào)查流域的水質(zhì)較好。這與李蓉等研究不同，水電開發(fā)后庫區(qū)有利于懸浮的沉降，使水體濁度降低；水體流速慢，降低水體自凈能力，引起水體污染[13]。這可能是通城縣河流位于陸水河上游，水環(huán)境本底質(zhì)量良好，其次水電在開發(fā)過程中管理較規(guī)范，對河流水質(zhì)的影響較小。

3.4 建議

研究了小水電開發(fā)下通城縣中小河流的植物群落、底棲動物、浮游生物、魚類等動植物群落特征，分析了水電開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)的影響。本研究因缺少植被樣方調(diào)查歷史背景數(shù)據(jù)作為對比，無法細致探究水電開發(fā)對植物群落演替的影響，在未來的研究中應(yīng)從生態(tài)學的角度開展植物群落的演替變化研究。水生生物也缺乏水電站建設(shè)之前的數(shù)據(jù)，且河流生境與水生生物多樣性隨季節(jié)性變化較大；本研究僅進行了 1 次野外采樣分析，只得出初步的結(jié)論。后續(xù)的工作應(yīng)研究河流生境與河流生物多樣性的季節(jié)動態(tài)，將本研究的結(jié)論進一步深化和完善，因而水電開發(fā)對流域生態(tài)系統(tǒng)之間更為復雜的影響過程尚需進一步深入研究。