广东省典型中小河流水电站浮游植物组成与特征分析

郑美燕,张家福

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635)

摘 要：对广东省典型中小河流的引水式和坝式水电站浮游植物的群落结构和种类组成进行了调查，结果表明，坝式电站浮游植物的种类、密度、生物量及多样性要大于引水式电站；电站坝上、坝下河段的浮游植物的物种组成和优势类群差别不大，浮游植物类群未发生明显分化，浮游植物群落内部都能够稳定发展，达到平衡状态。

关键词：中小河流；水电开发；浮游植物；生态影响

1 概述

浮游植物是水生生态系统中的初级生产者，其通过吸收水体中的营养盐成分促进自身的生长繁殖，同时也满足了浮游动物的摄食需求，进而开启了能量在水生动物食物链中的传递，并最终影响渔业资源的输出甚至整个水生生态系统的稳定[1-2]。

水电站的开发建设破坏了河流的连续性和连通性，改变了河流的水文情势，使坝址上游由河流型向湖泊型转化，坝下水量减少，从而使得坝址上、下游水域生态系统在建坝前后发生变化。广东省内的中小河流众多，建设了大量的小水电站，装机容量为1 MW以下的水电站有11 000多座。与大中型水电站相比，小水电站普遍具有水头低、坝高小、库区水深浅等特点，因此也形成有别于大中型水库的水生环境。为探究小水电站对中小河流浮游生物的影响，对广东省内几条中小河流上的引水式和坝式水电站坝上、坝下浮游植物的群落结构和种类组成进行了调查，分析了中小河流水电站坝址上下游的浮游植物的种群结构和分布特征。

2 材料与方法

2.1 采样点及采样方法

本次调查于2016年9月在广东省的北江流域、东江流域、韩江流域、粤东、粤西等6条河流上布设了15个采样断面，具体见表1，调查电站位置示意见图1。

表1 浮游生物调查采样点汇总

采样点河流位置水深/m流速/(m/s)坝高/m库容/万m3开发方式W1北江廊田水利廊电站坝上游100m2.80.30W2北江廊田水利廊电站坝下200m(减水段)0.50.902.52.0引水式W3北江廊田水电站尾水与河道汇合口下游100m0.50.70W4北江廊田水祥发电站坝上200m2.20.017.64.2坝式W5北江廊田水祥发电站坝下200m1.60.30W6北江锦江瑶山电站坝上200m2.0停滞4.5110.0坝式W7北江锦江瑶山电站坝下200m0.61.40W8东江梅坑河平安电站坝上游100m0.51.231.8-引水式W9东江梅坑河平安电站坝下150m(减水段)0.50.98W10韩江石窟河三圳电站坝上200m3.0停滞4.0-坝式W11韩江石窟河三圳电站坝下300m1.00.20W12粤东螺河宝金移民电站坝上500m1.00.548.16.2引水式W13粤东螺河宝金移民电站坝下320m(减水段)1.51.30W14粤西曹江周敬电站坝上游50m2.00.171.8-引水式W15粤西曹江周敬电站坝下100m(减水段)0.51.63

图1 调查电站位置示意

浮游植物采用采水器和25#浮游植物网采集定量和定量性样品。定量样品：每个调查采样点用有机玻璃采水器分层取水，取混合水样2 L，水样沉淀浓缩至100 mL后用于定量分析；定量分析时，从浓缩水样中吸取0.1 mL置于10 mm×10 mm的浮游生物计数框中，10×40倍光镜下计数并换算成单位体积水体中浮游植物密度，并根据浮游植物的形状及大小计算体积，以密度1.0 g/mL换算成生物量。定性样品：每次采样时，随机选定数个采样点，用25#浮游植物网取样，甲醛固定，用于定性鉴定；定性分析时，用显微镜镜检，确定水体中浮游植物的种类。

2.2 数据处理

使用Berger-Parker优势度指数对浮游生物的优势种进行分析：Y=Nmax/NT，其中Nmax为优势种群数量，NT为全部种的种群数量。

使用PRIMER v6.0软件包进行单变量分析，包括物种丰富度指数D(Margalef’s index)、香农-威纳多样性指数H′(Shannon-wiener diversity)和均匀性指数J′(Pielou’s evenness)。

物种丰富性指数D(Margalef’s index)：

D=(S-1)/ln N

(1)

式中 D为物种的丰富度指数；S为种类总数；N为所有物种的数量。

香农-威纳多样性指数H′(Shannon-wiener diversity)：

H′=-∑(Pi ×lnPi)

(2)

式中 H′为样品的信息含量，即群落的多样性指数；Pi为群落中属于第i种个体的比例，若总个体数为N，第i种个体数为ni，则Pi=ni/N。

均匀性指数J′(Pielou’s evenness)：

J′=H′/H′max

3 结果与讨论

3.1 浮游植物种类组成

调查一共发现浮游植物8门66属88种，其中绿藻门最多，有30属40种，占总种数的45%；其次为硅藻门17属22种，占总种数的25%；其他种属为蓝藻门9属12种，裸藻门5属9种，黄藻门2属2种，甲藻门、隐藻和金藻门都是1属1种(见表2)。

各采样点的浮游植物种类数在25～49种之间，除W8采样点(新丰江梅坑河平安电站坝上)由于汇入生活污水较多水质较差造成种类丰度较低外(25种)，其他各采样点的种类数均接近或高于广东省典型大中型水库的浮游植物种类数(平均为41种)[3]。从种类组成来看，各采样点种类最多的均为绿藻，其次为硅藻、蓝藻和裸藻，这与广东省典型大中型水库浮游植物的种类组成基本一致[3]。一般来说，蓝藻为富营养化水体的优势种，绿藻为中型营养水体的代表种类，硅藻为清洁水体优势种[3-4]，本次调查的各个水电站采样点浮游植物以绿藻和硅藻占多数，说明各采样点水质良好，这也与实际监测结果相符(各采样点水质基本为Ⅱ～Ⅲ类)。

表2 各采样点浮游植物种类组成 种

采样点蓝藻门Cyanophyts硅藻门Bacillariophyta绿藻门Chlorophyta甲藻门Crytophyta裸藻门Euglenophyta黄藻门Xanthophyceae隐藻门Cryptophyta金藻门Chrysophyta合计W178221610045W2611181500041W3714201501048W4513161810044W5712200600146W6810220710048W7912200300044W851081100025W9912221300047W1098221501046W11612241501049W12811170401041W13612170400039W1479130500034W15611201510044合计1222401921188

各站点浮游植物优势种及其优势度空间分布差异较大，但硅藻门的简单舟形藻(Navicula simplex)和蓝藻门的美丽隐球藻(Aphanocapsapulchra)、铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)在多数采样点中成为优势种(见表3)。这与广东省典型大中型水库以直链藻属(Melosiraspp)、微囊藻属 (Microcystisspp. )、林氏藻 (L yngbyalimneticaLemm. ) 、色球藻 (Chroococcussp. )、席藻 (PhormidiumKutz)、衣藻属 (Chlamydomonasspp)等藻类为优势种不同。广东省内的大中型水库丰水期优势种常由绿藻和蓝藻组成，而枯水期则由蓝藻和硅藻组成，这主要是因为枯水期水量减少、水温下降，水库水混合度好，形成适合硅藻生长的条件[3]。与大中型水库不同，本次调查丰水期各小水电上下游的浮游植物优势种类主要由硅藻和蓝藻组成，如硅藻门的简单舟形藻、中间异极藻(Gomphonemaintricalum)、脆杆藻(Frailaria sp.)、针杆藻(Synedra sp.)，蓝藻门的美丽隐球藻、铜绿微囊藻、隐杆藻(Aphanothece sp.)等；绿藻门的一些种类，如月牙藻(Selenastrumbibraianum)、龙骨栅藻(Scenedesmuscarinatus)、短棘盘星藻(Pediastrumboryanum)会在某些采样点成为其中一种优势种，但其优势度较小；北江流域廊田水的各采样断面的优势种类中还出现细粒囊裸藻(Trachelomonasgranulosa)、湖生囊裸藻( Trachelomonaslacustris)两种裸藻，且优势度都处于较高的水平，囊裸藻喜好有机物丰富的静水水体[5]，其成为优势种说明廊田水的有机质含量较其他河流高，这也与实际水质监测结果相符(廊田水CODCr含量为13.7～16.5 mg/L，其他河流低于检出限)。

表3 各采样点浮游植物优势种及其优势度

采样点浮游植物优势种种类组成及其优势度W1美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.10,细粒囊裸藻Trachelomonasgranulosa0.091,隐杆藻Aphanothecesp.0.055,多棘鼓藻Xanthidiumsp.0.045,颤藻Oscillatoriasp.0.455W2简单舟形藻Naviculasimplex0.156,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.061,细粒囊裸藻Trachelomonasgranulosa0.061,龙骨栅藻Scenedesmuscarinatus0.052,裂孔栅藻Scenedesmusperforatus0.052W3简单舟形藻Naviculasimplex0.136,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.057,隐杆藻Aphanothecesp.0.043,偏肿桥弯藻Cymbellanaviculiformis0.043,细粒囊裸藻Trachelomonasgranulosa0.061,龙骨栅藻Scenedesmuscarinatus0.052,裂孔栅藻Scenedesmusperforatus0.052W4简单舟形藻Naviculasimplex0.093,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.078,隐杆藻Aphanothecesp.0.070,湖生囊裸藻Trachelomonaslacustris0.070,月牙藻Selenastrumbibraianum0.046W5简单舟形藻Naviculasimplex0.059,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.079,细粒囊裸藻Trachelomonasgranulosa0.069,偏肿桥弯藻Cymbellanaviculiformis0.050,湖生囊裸藻Trachelomonaslacustris0.040W6铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.226,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.073,隐杆藻Aphanothecesp.0.049,湖生囊裸藻Trachelomonaslacustris0.043W7铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.146,肘状针杆藻Synedraulna0.117W8简单舟形藻Naviculasimplex0.187,中间异极藻Gomphonemaintricalum0.097,铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.090,双菱藻Surirellasp.0.082,针杆藻Synedrasp.0.067.美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.052,W9简单舟形藻Naviculasimplex0.095,颗粒直链藻Melosiragranulata0.068,铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.095,针杆藻Synedrasp.0.079,脆杆藻Frailariasp.0.047,中间异极藻Gomphonemaintricalum0.047,空球藻Eudorinasp.0.047,短棘盘星藻Pediastrumboryanum0.037W10针杆藻Synedrasp.0.104,细粒囊裸藻Trachelomonasgranulosa0.089,肘状针杆藻Synedraulna0.068,点形平裂藻Merismopediapunctata0.057,尖针杆藻Synedraacus0.052,脆杆藻Frailariasp.0.047,短棘盘星藻Pediastrumboryanum0.047,龙骨栅藻Scenedesmuscarinatus0.042W11铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.103,脆杆藻Frailariasp.0.096,短棘盘星藻Pediastrumboryanum0.069,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.058,针杆藻Synedrasp.0.048,简单舟形藻Naviculasimplex0.041,月牙藻Selenastrumbibraia-num0.041,隐杆藻Aphanothecesp.0.038W12铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.181,简单舟形藻Naviculasimplex0.123,隐杆藻Aphanothecesp.0.058,肘状针杆藻Synedraulna0.047,美丽胶网藻Dictyosphaeriumpulchellum0.047,短小曲壳藻Achnanthesexigua0.041,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.041,偏肿桥弯藻Cymbellanaviculiformis0.035,点形平裂藻Merismopediapunctata0.035W13铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.164,简单舟形藻Naviculasimplex0.098,脆杆藻Frailariasp.0.072,偏肿桥弯藻Cymbellanaviculiformis0.059,锥囊藻Dinobryonsp.0.059,美丽隐球藻Aphanocapsapulchra0.046,中间异极藻Gomphonemaintricalum0.039,笔尖根管藻Rhizosoleniastyliformis0.039W14铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.138,脆杆藻Frailariasp.0.138,中间异极藻Gomphonemaintricalum0.131,简单舟形藻Naviculasimplex0.124,月牙藻Selenastrumbibraianum0.048W15铜绿微囊藻Microcystisaeruginosa0.077,月牙藻Selenastrumbibraianum0.092,简单舟形藻Naviculasimplex0.082,简单衣藻Chlamydomonassimplex0.057,实球藻Pandorinamorum0.057,中间异极藻Gomphonemaintricalum0.052

3.2 不同开发方式浮游植物群落特征

本次研究有针对性地选择了引水式和坝式2种开发方式的水电站进行调查。由于开发方式不同，电站运行对水生环境的影响也不一样。根据调查结果，坝式电站坝上游采样点的浮游植物种类、密度、生物量均值均大于引水式电站的坝上游采样点，其多样性指数均值也高于引水式，例如瑶山电站是调查电站中库容最大的坝式电站，坝上浮游植物种类和生物量明显高于其他引水式电站。坝式电站坝下游采样点的种类、密度及多样性指数略大于引水式电站，但差距较小。总体来说，坝式电站浮游植物的种类、密度、生物量及多样性要大于引水式电站(见表4～5)，这可能与坝式电站库区水深较引水式电站大，流速较缓，水体较稳定，适宜藻类生长有关。

以位于同一河段的利廊电站(引水式)和祥发电站(坝式)为例：2个电站同位于北江流域廊田水中下游，利廊电站位于祥发电站上游约3.3 km，2电站之间无其他电站，亦无支流汇入。根据调查结果，祥发电站坝上、坝下的浮游植物种类、密度、生物量及多样性指数的均值均大于引水式的利廊电站(见表5)，说明坝式电站库区的水生环境更有利于浮游藻类的生长。祥发电站坝高(7.65 m)高于利廊电站(2.5 m)，坝上游水流缓慢，坝下游流速也小于利廊电站坝下流速，总体来说，坝式的祥发电站上下游水体比引水式的利廊电站要稳定得多，使浮游植物繁殖富集。

表4 各采样点浮游植物调查结果

电站名称河流开发方式采样点种类/种密度/(×104cell/L)生物量/(mg/L)丰富度D香农-威纳指数H’均匀度J’W1坝上4511.212.5019.3613.5090.922利廊廊田水引水式W2坝下4111.722.7498.4303.3480.902 W3汇合4814.273.8009.5113.5620.920平安梅坑河引水式W8坝上2513.664.4374.9002.7240.846W9坝下4719.365.9718.7673.3990.883宝金螺河引水式W12坝上4117.435.6727.7803.1610.851W13坝下3915.594.5087.5543.1740.867周敬曹江引水式W14坝上3414.784.4796.4302.9000.829W15坝下4419.774.8518.1633.3680.890祥发廊田水坝式W4坝上4413.153.5578.8483.4640.915W5坝下4610.302.6139.5343.5730.939瑶山锦江坝式W6坝上4816.714.9109.4123.3000.848W7坝下4410.502.9999.2783.4210.904三圳石窟河坝式W10坝上4619.574.3818.5593.4570.903W11坝下4929.667.8218.4613.4430.885

表5 不同开发方式坝上、下游结果对比

开发方式采样点位置种类/种密度/(×104cell/L)生物量/(mg/L)丰富度D香农-威纳指数H’均匀度J’坝式坝上均值4616.484.288.9403.4070.889坝下均值4616.824.489.0913.4790.909引水式坝上均值3614.274.277.1183.0740.862坝下均值4316.614.528.2293.3220.886引水式利廊电站均值4311.472.638.8963.4290.912坝式祥发电站均值4511.733.099.1913.5190.927

3.3 坝上下游浮游植物群落特征

根据调查结果(见表4)，除梅坑河平安电站和曹江周敬电站坝上由于汇入生活污水较多、水体较浑浊，坝上浮游植物种类明显比坝下的少外，其他5个电站坝上、坝下浮游植物的种类数相差不大；各站点间的优势类群有所差别，但同一站点坝上、坝下的优势类群差别不大，这说明小水电站的建设对浮游植物的物种组成和优势类群的影响不明显，坝址上下游的浮游植物类群未发生明显分化。

从种群密度和生物量来看，各站点坝上、坝下河段浮游植物密度和生物量的规律性不明显，部分电站表现为坝上河段的生物量和密度大于坝下，部分电站则相反。一般来说，水电站建设使得库区水位提高，上游和雨水带来的大量外源性有机物在库区积累，使得库区营养物质总量远大于天然河流水体的营养物质含量，为浮游植物生长、繁殖提供充足的物质基础，此外，库区水位抬升，流速变缓，水中泥沙含量减少，透明度增大，有利于浮游植物光合作用，促进其生长繁殖，使浮游植物数量和生物量显著增加[6]。本次调查结果除瑶山电站与上述研究结果较显著相同外，其他电站调查结果与上述研究略有不同，可能是因为本次调查是针对中小河流上的小水电站，这些电站坝高较低，库区水深较浅，坝上下游流速相差不大，而坝下的微生境较多样，从而使水坝上下游的浮游植物的种类、密度和生物量变化多样，具有一定的不确定性。部分站点库区水体受周边汇水的影响较为浑浊，影响浮游生物的生长繁殖，也是引起坝上游浮游植物种类和数量不表现为比坝下多的一个因素。

从浮游植物生物多样性的角度来看，各站点坝上、坝下的丰富度、香农-威纳指数和均匀度都相差不大，且都处于较高水平，说明各站点坝上、坝下河段的浮游植物群落已经趋于稳定，基本处于平衡状态。

4 结论

本次研究在广东省各流域6条中小河流上的7个电站布置的15个采样点中共发现8门66属88种浮游植物，其种类丰度为绿藻>硅藻>蓝藻>裸藻>黄藻>隐藻和金藻；各小水电上下游的浮游植物优势种类主要由硅藻和蓝藻组成。从开发方式上对比，坝式电站浮游植物的种类、密度、生物量及多样性要大于引水式电站，可能与坝式电站库区水深较引水式电站大，流速较缓，水体较稳定，适宜藻类生长有关。中小河流水电站坝上、坝下河段的浮游植物的物种组成和优势类群差别不大，坝址上下游的浮游植物类群未发生明显的分化；无论坝上还是坝下河段，浮游植物群落内部能够稳定发展，达到平衡状态；中小河流水电站坝上、坝下浮游植物的种类数、密度和生物量受多种因素影响，并不一定表现为坝上河段大于坝下河段。

参考文献：

[1] 林彰文，林生，顾继光，等. 浮游植物群落对海南小水电建设的响应[J]. 生态学报，2013，33(4):1 186-1 194．

[2] 谢鸿，梁桂云，何安尤，等. 坝式水电站蓄水前后浮游植物的变化研究[J]. 大众科技，2014，16(179):54-55．

[3] 胡韧，林秋奇，王朝晖，等. 广东省典型水库浮游植物组成与分布特征[J]. 生态学报， 2002， 22(11): 1 939-1 944．

[4] 郭沛涌，林育真，李玉仙. 东平湖浮游植物与水质评价[J]. 海洋湖沼通报，1997(4): 37-42．

[5] 王超，李新辉，赖子尼，等. 珠三角河网裸藻的多样性特征[J]. 生态学报，2016，36(18):5 657-5 669．

[6] 葛晓霞，赵俊，朱远生. 乐昌峡水利枢纽建设与鱼类保护[J]. 人民珠江，2009(3)：29-32．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Composition and Characteristics of Phytoplankton in Typical Small and Medium Size Rivers Hydropower Station in Guangdong Province

ZHENG Meiyan, ZHANG Jiafu

(Guangdong Hydropower Planning and Design Institute, Guangzhou 510635, China)

Abstract：The community structure and species composition of phytoplankton in hydropower stations on several small and medium size rivers in Guangdong Province are investigated. The results show that the species, density, biomass and diversity in the dam-type power station are higher than those of the diversion-type power station. And the species composition and dominant species in the upstream and downstream of the dam are little different, it can develop stably and reach equilibrium state.

Keywords：small and medium size rivers; hydropower development; phytoplankton; ecological impact

收稿日期：2017-04-17;

修回日期：2017-05-09

基金项目：广东省水利科技创新项目(编号：2016-01)。

作者简介：郑美燕(1985)，女，硕士，工程师，主要从事环境影响评价、生态修复等工作。

中图分类号：Q178.5；TV742

文献标识码：B

文章编号：1008-0112(2017)08-0030-06