摘要：

為研究鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)河流水生生態(tài)情況，在白河、唐河、沙河、水、漂水河與輸水干渠交叉點(diǎn)下游500 m處設(shè)置了5處監(jiān)測斷面，監(jiān)測和分析浮游植物物種組成、分布、生物量以及地表水質(zhì)理化性質(zhì)，通過與同時(shí)期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比，探討浮游植物群落特征及評價(jià)水質(zhì)情況。研究結(jié)果顯示：綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門是鄂北地區(qū)水資源配置工程沿線受水區(qū)水域浮游植物的主要組成類群；浮游植物的密度范圍為（14.2～4 556.8）×104個(gè)/L；通過分析發(fā)現(xiàn)，受水區(qū)河流中現(xiàn)狀浮游植物的密度已達(dá)到或超過漢江干流發(fā)生水華時(shí)的藻類密度，在此條件下河流總氮和總磷濃度的變化成為激發(fā)河流水華的關(guān)鍵機(jī)制，應(yīng)當(dāng)及時(shí)監(jiān)測水體氮、磷含量，加強(qiáng)河流沿線氮、磷污染治理，防止水華發(fā)生；當(dāng)沙河、水、漂水、白河4個(gè)監(jiān)測斷面中的一個(gè)監(jiān)測斷面呈現(xiàn)異常的水質(zhì)情況時(shí)，其他斷面也可能受到相同的影響。

關(guān)鍵詞：

浮游植物； 群落特征； 水質(zhì)； 水華； 鄂北水資源配置工程

中圖法分類號：X826

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.03.020

文章編號：1006-0081（2025）03-0124-07

收稿日期：

2024-04-09

作者簡介：

陳" 諾，女，研究員，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)與水土保持工作。E-mail：468898977@qq.com

通信作者：

徐" 敏，女，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)監(jiān)理工作。E-mail：2271721755@qq.com

引用格式：

陳諾，徐帆，徐敏.鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)浮游植物群落特征及水質(zhì)評價(jià)

［J］.水利水電快報(bào)，2025，46（3）：124-130.

0" 引" 言

隨著資源過度利用和大規(guī)模水利工程建設(shè)的持續(xù)影響，水域中的水生生物群落組成和生物生態(tài)學(xué)參數(shù)可能會(huì)發(fā)生一定的改變［1-3］。浮游植物多樣性在生物多樣性中扮演著關(guān)鍵角色，不僅是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的功能組成部分，還對維持水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要，特別是在物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用［4-7］。國內(nèi)外的研究表明，浮游植物群落特征是河流水生態(tài)系統(tǒng)健康監(jiān)測與評估的重要指標(biāo)之一［8-11］。鄂北地區(qū)水資源配置工程于2014年12月在襄州開展試驗(yàn)段工程建設(shè)，2015年10月全面開工建設(shè)，2020年1月工程封江口水庫以上段建成通水，2021年1月工程全線建成通水。然而，自鄂北地區(qū)水資源配置工程施工以來，較少有關(guān)于該地區(qū)受水區(qū)水生生物資源和種群狀況的研究。因此，本研究對鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)進(jìn)行了水生浮游植物的全面監(jiān)測，包括對浮游植物的物種組成、分布、生物量以及地表水質(zhì)理化性質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測和分析。通過進(jìn)行PCA主成分分析和Pearson（皮爾遜）相關(guān)性分析，更全面地了解水質(zhì)環(huán)境因子對浮游植物的影響，旨在揭示了水質(zhì)環(huán)境因子與浮游植物群落之間復(fù)雜而密切的關(guān)系，為制定有效的保護(hù)和管理策略提供參考依據(jù)。

1" 研究區(qū)域概況

鄂北地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為750～1 100 mm。降水年際變化大；降水量年內(nèi)分配不均，汛期5～9月占全年的70%左右。地表水資源主要由降水形成，該區(qū)年徑流深200～450 mm，其年際、年內(nèi)變化趨勢與降水量的變化趨勢相似，5～9月徑流約占全年徑流的73％。水域面積為2.26×104 hm2，占輸水沿線和受水區(qū)面積的1.71%。區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，有唐白河和澴河兩大水系，相對較大河流有唐河、白河、沙河、府河、澴河等，河流一般呈南—北流向或北西—南東流向，季節(jié)性特征明顯。

2" 研究內(nèi)容與方法

2.1" 斷面布設(shè)與采樣時(shí)間

鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)主要分布在唐白河、府澴河水系，2021年工程運(yùn)行后，白河、唐河、沙河、水、漂水河流干支流將作為受水區(qū)主要受納水體。其中白河、唐河采用架空管橋方式交叉，沙河、水、漂水采用渡槽方式交叉。廢污水量的匯入會(huì)在一定程度上補(bǔ)充河道水量，尤其是工程運(yùn)行后，受水區(qū)新增7.7億m3（渠首引水量）的用水，該部分水量產(chǎn)生的退水進(jìn)入河道后，將直接補(bǔ)充河道水量。為調(diào)查研究鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)水生浮游植物群落特征，2021年6月和10月，在鄂北地區(qū)水資源配置工程輸水沿線與受水區(qū)河流白河、唐河、沙河、水、漂水河流之間交叉點(diǎn)下游500 m處設(shè)立監(jiān)測斷面，進(jìn)行了樣品采集。浮游植物調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測采樣點(diǎn)分布見圖1。

2.2"" 樣品采集及分析

2.2.1" 樣品采集

按照《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)指南》要求進(jìn)行監(jiān)測區(qū)域樣品中浮游生物的定性、定量采集和鑒定分析，并記錄數(shù)據(jù)。

浮游植物樣品定性采集采用25號篩絹制成的浮游生物網(wǎng)在水中拖曳采集；定量采集則用塑料瓶在水面下0.2 m處灌取1.5 L的水樣，按水樣體積的1.5%加入魯哥氏液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室靜置沉淀48 h。

水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目：pH、懸浮物SS、石油類、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、總磷TP、總氮TN、糞大腸菌群按GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和HJ/T 91-2002《地表水和污水監(jiān)測 技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的方法進(jìn)行監(jiān)測。

2.2.2" 數(shù)據(jù)分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理及分析采用的軟件為Excel 2010、SPSS26和Origin2021，作圖軟件為Origin2021和Arcgis 10.7。

3" 調(diào)查與分析

3.1" 監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析

在調(diào)查過程中，對水質(zhì)進(jìn)行了理化因子的監(jiān)測。具體數(shù)據(jù)如表1所示，平均pH值為7.47～7.55，整體呈弱堿性；懸浮物濃度為5～6 mg/L；石油類物質(zhì)含量極低，僅為0.05 mg/L；高錳酸鹽指數(shù)為4.1～4.5 mg/L，符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；化學(xué)需氧量為12～16" mg/L，符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；五日生化需氧量在2.4～2.5 mg/L，符合Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；總磷濃度為0.01～0.02 mg/L，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；總氮濃度在0.49～0.52 mg/L，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從9項(xiàng)指標(biāo)綜合來看，沙河、水符合GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；而白河、唐河符合該標(biāo)準(zhǔn)下的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2" 浮游植物調(diào)查結(jié)果

3.2.1" 物種組成及優(yōu)勢種

在2021年，針對鄂北地區(qū)水資源配置工程輸水干渠與受水區(qū)河流交叉點(diǎn)進(jìn)行的兩次浮游植物監(jiān)測中，共發(fā)現(xiàn)了7門79種浮游植物。其中，綠藻門和硅藻門種類最為豐富，在浮游植物優(yōu)勢種類中占據(jù)顯著地位，分別包括30種（占37.97%）和26種（占32.91%）；其次是藍(lán)藻門的14種藻類（占17.72%）；裸藻門僅有3種（占3.80%），而隱藻門、甲藻門和金藻門的物種數(shù)量最少，都僅有2種（占2.53%）。綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門的種類總數(shù)占到了鑒定總數(shù)的88.60%，成為鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)水域浮游植物的主要組成類群，浮游植物名錄見表2。

根據(jù)圖2顯示的不同監(jiān)測時(shí)間段浮游植物各門類種類變化情況，可以看出兩次采樣的種類總數(shù)基本持平。2021年6月監(jiān)測到49種，2021年10月為48種。在這兩次監(jiān)測數(shù)據(jù)中，硅藻門和綠藻門一直保持著主導(dǎo)地位，尤其是在2021年10月的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，綠藻門種類表現(xiàn)出更為豐富的多樣性。硅藻門作為水生態(tài)系統(tǒng)中常見的單細(xì)胞藻類，以其富含硅的細(xì)胞壁而著稱［12］。這種獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)賦予了硅藻門在氧氣生產(chǎn)和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)中關(guān)鍵的功能，對維持水體生態(tài)平衡至關(guān)重要。另一方面，綠藻門包括多細(xì)胞或單細(xì)胞藻類，富含葉綠素，在淡水和海水中發(fā)揮著重要作用［13］。它們不僅有助于凈化水質(zhì)，還對水域生物多樣性保護(hù)起著關(guān)鍵作用。這兩個(gè)門類在鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)水域浮游植物群落中的地位顯赫，其豐富的種類和主導(dǎo)地位進(jìn)一步突顯了它們對當(dāng)?shù)厮蛏鷳B(tài)系統(tǒng)的重要性。本研究所調(diào)查到的浮游植物中，硅藻門的小環(huán)藻（Cyclotella sp．）、變異直鏈藻（Melosiravarians）、顆粒直鏈藻（Melosira granulata）、舟形藻（Navicilu sp．）、菱形藻（Nitzschia sp．）和尖針桿藻（Synedraacus），綠藻門的衣藻（Chlamydomonas sp.）和小球藻（Chlorella vulgaris）以及裸藻門的裸藻（Euglena sp．）等也在長江流域廣泛存在［4］。

3.2.2" 生物量特征

根據(jù)2021年兩次的調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（圖3），浮游植物的密度范圍為（14.2～4 556.8）×104 個(gè)/L。其中，2021年10月，水地區(qū)的浮游植物密度最低，為14.2×104 個(gè)/L，而唐河地區(qū)的浮游植物密度在2021年10月份最高，達(dá)到4 556.8×104 個(gè)/L?？傮w來看，襄陽白河和唐河地區(qū)的浮游植物密度明顯高于沙河和水地區(qū)。在兩次采樣中，除了唐河地區(qū)的浮游植物密度顯著增加外，其他監(jiān)測斷面的藻密度均有所下降。

從浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)來看（圖4），在鄂北工程輸水沿線受水區(qū)河流5個(gè)點(diǎn)位，2021年藻類群落結(jié)構(gòu)兩次調(diào)查存在明顯差異。硅藻、綠藻、藍(lán)藻、隱藻等4門藻類是5個(gè)點(diǎn)位浮游藻類密度的主要組成部分。其中硅藻兩次采樣結(jié)果都較高，是受水區(qū)河流水體群落結(jié)構(gòu)的第一大優(yōu)勢類群，在2021年6月高于2021年10月；隱藻只在10 月有較高的密度；藍(lán)藻、綠藻等藻類在兩次監(jiān)測中都有一定的密度。

從不同時(shí)間段對比來看（圖4），6月份夏季綠藻、藍(lán)藻密度值明顯高于10月份秋季，一方面因?yàn)橄募景滋鞎r(shí)間長，光照充足，有利于綠藻、藍(lán)藻進(jìn)行光合作用，促進(jìn)其生長［14］；另一方面夏季氣溫和養(yǎng)分供應(yīng)的增加，綠藻、藍(lán)藻類可能獲得了更多生長空間，而到了秋季，由于環(huán)境條件的變化，其他藻類可能占據(jù)優(yōu)勢，導(dǎo)致綠藻和藍(lán)藻密度值下降。

從不同監(jiān)測斷面對比來看（圖4），可以觀察到白河和唐河的浮游植物生物量明顯高于沙河、水、漂水3個(gè)監(jiān)測斷面的藻生物量，可能是由于白河和唐河具有更適宜的水流條件，有利于藻類的懸浮和傳播，從而導(dǎo)致生物量增加。在秋季，隱藻密度占比明顯上升的現(xiàn)象也引人注目，這是因?yàn)殡[藻對光照敏感，隨著秋季日照時(shí)間逐漸減少，光照強(qiáng)度減弱，為隱藻的生長提供了有利條件［15］；此外，隱藻在水體中的生長和消長呈現(xiàn)一定的周期性，使得隱藻在秋季的生長達(dá)到高峰。

4" 環(huán)境因子與浮游植物的主成分分析、相關(guān)性分析

選取水體理化因子指標(biāo)對浮游植物密度進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，PCA軸一的解釋率為44.1%，PCA軸二解釋率為30.4%，總解釋率為74.5%。在主成分空間中，沙河、水、漂水、白河監(jiān)測斷面展現(xiàn)出更為相似或相關(guān)的特征，這意味著當(dāng)這4個(gè)監(jiān)測斷面中的任何一個(gè)出現(xiàn)水質(zhì)問題時(shí)，其他斷面可能會(huì)遭受類似情況。這種相似性或相關(guān)性的存在提示著這些斷面之間可能存在著共同的水質(zhì)影響因素或發(fā)展趨勢。主成分空間中的相似性反映了這些斷面之間水質(zhì)特征的一致性，可能是由于它們受到相同的污染源、環(huán)境條件或管理措施的影響。因此，當(dāng)一個(gè)監(jiān)測斷面呈現(xiàn)異常的水質(zhì)情況時(shí)，其他斷面也可能受到相同的影響，需要引起關(guān)注并采取相應(yīng)的監(jiān)測和管理措施。

在圖5 PCA主成分分析中，總氮在隱藻門和硅藻門上的影響較為顯著，對這兩類浮游植物的生態(tài)特征產(chǎn)生重要影響。生化需氧量和化學(xué)需氧量對裸藻門的影響較為顯著，與裸藻門的分布和生長狀況密切相關(guān)。另外，高錳酸鹽指數(shù)對浮游植物密度的影響并不顯著，表明該指標(biāo)對浮游植物密度的影響較為輕微，并非浮游植物密度變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。由圖6 Pearson（皮爾遜）相關(guān)性可知，隱藻門與硅藻門呈正相關(guān)，表明它們之間存在一種正向的關(guān)聯(lián)或聯(lián)合生態(tài)學(xué)特征，這也意味著它們在環(huán)境條件下共同繁殖和生長或受到相似的影響因素影響。綠藻門與總磷呈顯著正相關(guān)，這表明總磷的含量對綠藻門的生長和繁殖有著積極的影響。綠藻對磷的需求量較大，因?yàn)榭偭资蔷G藻生長和繁殖所必需的營養(yǎng)元素之一［16-17］，在藻類的生物體內(nèi)起著重要的生物化學(xué)作用。因此，總磷濃度的增加通常會(huì)導(dǎo)致水體中綠藻門的數(shù)量和生物量增加［18］。甲藻門與懸浮物呈顯著正相關(guān)的原因在于甲藻門通常利用懸浮物中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長和繁殖。懸浮物中含有各種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)［19］，其中包括對甲藻門生長至關(guān)重要的營養(yǎng)元素，如硅、氮和磷等。因此，懸浮物的增加可以提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)供給甲藻門，促進(jìn)其生長和繁殖。這種正相關(guān)性反映了甲藻門與懸浮物之間的相互依賴關(guān)系［20］，懸浮物的豐富可能會(huì)導(dǎo)致甲藻門的數(shù)量和生物量增加，從而呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。綜上所述，硅藻和綠藻與水體中的總氮和總磷呈正相關(guān)，揭示了這些藻類與水體環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)之間的密切聯(lián)系。當(dāng)水體中總氮和總磷濃度增加時(shí)，為藻類繁殖提供了適宜條件；在這種高營養(yǎng)狀態(tài)下，硅藻和綠藻等藻類會(huì)快速增殖，形成大量藻類聚集。且硅藻、綠藻往往是導(dǎo)致水華的主要藻類［21］，在受水河流中，硅藻門和綠藻門的種類總數(shù)占到了鑒定總數(shù)的70.89%。因此，總氮和總磷的濃度可以被視為影響河流藻密度的關(guān)鍵因素。

在文獻(xiàn)［22］中，漢江中下游藻密度為1.57×107～3.52×107個(gè)/L時(shí)暴發(fā)水華，低于受水區(qū)河流中最高藻密度4.6×107個(gè)/L；但漢江中下游總氮、總磷平均濃度范圍為1.1～1.86 mg/L，0.010～0.033 mg/L，高于受水區(qū)河流總氮磷濃度，這是由于受水區(qū)河流水流流量較大，在高藻密度的情況下，暫未暴發(fā)水華。但高氮磷的輸入會(huì)通過破壞生態(tài)鏈條、消耗氧氣、釋放毒素、導(dǎo)致水體渾濁和引發(fā)死亡腐爛等途徑間接引發(fā)水華，表明在受水區(qū)河流中應(yīng)及時(shí)監(jiān)控氮、磷的濃度來防控水華。水華的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致水體變得渾濁，影響水生生物的生存環(huán)境，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成威脅［23-25］。及時(shí)監(jiān)測和控制受水區(qū)河流中水體水質(zhì)的氮、磷濃度至關(guān)重要，嚴(yán)格控制污染源的輸入也是預(yù)防水體水質(zhì)發(fā)生惡化的關(guān)鍵舉措，對于水體管理和保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

5" 結(jié)" 論

（1） 在對受水區(qū)河流進(jìn)行的兩次浮游植物監(jiān)測中，共發(fā)現(xiàn)了7門79種浮游植物。綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門的種類總數(shù)占到了鑒定總數(shù)的88.60%，成為鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)水域浮游植物的主要組成類群。

（2） 通過主成分空間中的相似性分析可知：當(dāng)沙河、水、漂水、白河的4個(gè)監(jiān)測斷面中的一個(gè)監(jiān)測斷面呈現(xiàn)異常的水質(zhì)情況時(shí)，其他斷面也可能受到相同的影響。

（3） 在鄂北地區(qū)水資源配置工程受水區(qū)河流中，總磷、總氮濃度達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但藻類密度已達(dá)到暴發(fā)水華的條件，通過相關(guān)性分析與主成分分析發(fā)現(xiàn)總氮和總磷的濃度可以被視為導(dǎo)致受水區(qū)河流暴發(fā)水華效應(yīng)的主要因素，應(yīng)該加強(qiáng)受水區(qū)河流沿線總氮、總磷污染監(jiān)測與污染源的輸入管控。

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（

編輯：李" 晗

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Characteristics of phytoplankton communities and water quality assessment in water-receiving areas in North Hubei Water Transfer Project

CHEN Nuo1，XU Fan2，XU Min2

（1.Construction amp; Management Bureau of North HuBei Water Transfer Project，Wuhan 430062 ，China；" 2.Wuhan Changhuyuan Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430051，China）

Abstract： In order to study the aquatic ecological situation of rivers in the water-receiving areas of North Hubei Water Transfer Project，five monitoring sections were set up 500 m downstream of the intersection points of Baihe River，Tanghe River，Shahe River，Huanshui River，Piaohe River and the main water diversion canal.The species composition，distribution，biomass of phytoplankton and the physical and chemical properties of surface water quality were monitored and analyzed.Through the comparison with the water quality monitoring data in the same period，the characteristics of phytoplankton communities were discussed and the water quality situation was evaluated.The research results showed that Chlorophyta，Bacillariophyta and Cyanophyta were the main groups of phytoplankton in the water-receiving areas of the project.The density range of phytoplankton is （14.2～4 556.8）×104 per liter of water.Through analysis，it was found that the density of the current phytoplankton in the rivers of the water-receiving areas had reached or exceeded the density of algae during the occurrence of water blooms in the main stream of Hanjiang River.Under these conditions，the changes in the concentrations of total nitrogen and total phosphorus in the rivers had became the key mechanisms for triggering river water blooms.The nitrogen and phosphorus contents in the water should be monitored in a timely manner，and the nitrogen and phosphorus pollution control along the rivers should be strengthened to prevent water blooms.When one of the four monitoring sections of Shahe River，Huanshui River，Piaohe River and Baihe River shows abnormal water-quality conditions，the other sections may be affected in the same way.

Key words：

phytoplankton； characteristics of phytoplankton communities； water quality； water bloom； North Hubei Water Transfer Project