通城縣中小河流小水電開發下的動植物群落特征

龔 苗 夏少丹 劉恒貴 尤能華 劉清平

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

河流生態系統是最重要的自然生態系統之一，作為陸地生態系統和水生生態系統的樞紐，在物質、能量和信息的交換過程發揮著重要的作用[1,2]。水力發電作為一種成熟、經濟效益良好的可再生能源開發技術，在世界各地應用較為廣泛，僅2017年全球電力供應中水電占比為15.8%[3]。據報道，我國水能資源理論蘊藏量和已開發量均居世界第一位[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村用電，改善農村生活用能條件，促進區域經濟發展，減少溫室氣體排放等方面發揮了巨大作用[6,7]，但小水電的密集開發對生態環境所產生的明顯負面影響也受到廣泛關注[8]。隨著人們對生態環境保護意識的不斷增強，亟需開展小水電開發所產生的影響效應評估和生態環境保護研究，以實現對水資源的可持續利用。目前，國內針對小水電生態環境效應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，對于涉及數量眾多的小型河流上的小水電對河流生態系統影響的研究相對較少，進而造成深入揭示小水電開發對生態環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工程越來越多，開發速度和建設規模也不斷提升，但部分地區受開發水平不高、監督管理不到位、日常管理粗放等原因，造成小水電開發對區域生態環境破壞的問題也十分突出[12]。科學開展小水電開發區域生物及環境變化研究，對于合理評估區域小水電開發以及環境保護具有重要意義。基于此，本研究以湖北省通城縣境內小水電站的區域環境為研究對象，通過資料收集整理、走訪調查和現場調研等多種方式，對水電站所處中小河流的植物群落、底棲動物、浮游生物、魚類等組成和數量特征進行分析，探討了小水電開發建設對通城縣中小河流生態環境的影響，旨在為該區域水電開發科學管理和河流生態健康評價提供參考。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

通城縣位于湖北省東南部，縣境東、南、西三面群山環抱，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。境內有港、溪135條，河床多粗沙結構。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、龍潭等6座，蓄水能力9 356萬m3；小㈠型水庫(106m3≤水庫庫容<107m3)15座，蓄水能力3 212萬m3；小㈡型水庫(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

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

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

(2)底棲動物調查方法。在所選定樣點的100 m范圍之內，使用索伯網 ( surber net，網口為30 cm × 30 cm，網孔徑為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。將網內所有采集物經過60目網篩轉入300 mL塑料瓶中，并加入 90% 的酒精溶液保存。在實驗室內采用人工挑揀的方法將底棲動物樣品轉入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，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)魚類調查方法。采用捕撈、查閱資料和走訪漁民相結合的方法，確定調查區域內主要魚類的種類。通過調查漁民捕魚江段的全部漁獲物組成，并結合當地記錄的歷史資料以確定附近水域的魚類資源結構。

(4)植物群落調查方法

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

表2 植物群落調查點分布信息

2 結果與分析

2.1 浮游植物

浮游植物作為水域生態系統最主要的初級生產者，是對水體敏感的指示生物，能較好的反映生態條件和營養狀態。由表3可知，雋水河、菖蒲河、鐵柱河調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%。調查中發現，37種藻類在三條河流中均有出現，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，而廣營養的小型藻類如小環藻Cyclotella、尖尾藍隱藻Chroomonasacutauterm為優勢種，表明調查水域水質較好。

表3 通城縣流域調查點浮游植物組成

表3 通城縣流域調查點浮游植物組成 續表

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的53.3%；雜食者(N)最少，只有1種，占所有原生動物總數的6.7%。從原生動物營養功能類群分析來看，食藻者為主要類群，表明河流水質較好。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，常見于貧營養和中營養水體，而龜甲輪蟲屬Keratella也是貧營養水體的常見種類。由上可知，該調查流域的水質較好，屬于寡污染型河流。

表4 通城縣流域調查點浮游動物組成

2.3 底棲動物

底棲動物作為水生生態系統中的一個重要組成部分，底棲無脊椎動物作為河流生態系統健康的重要指示生物十分必要。由表5可知，調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，生態環境質量更好。

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條流域調查的底棲動物種類數量來看，軟體動物最多，其中以短構蜷Semisulcospira和淡水殼菜Limnopernalacustris占優勢，這是由于該河段水深較淺，地質以砂礫為主，比較適合這類動物的生存。砂礫底質由于其大量的空隙，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。本區域底棲動物主要表現為軟體生物量相對豐富，河流地質以砂礫為主的特征。

2.4 魚類

由表6可知，在通城境內的3條主要流域共發現魚類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%。鯉科魚類占半數以上，為該區的優勢種類，這和我國淡水魚類以鯉科種屬較多的特點是一致的。

表6 通城縣流域魚類統計結果

表6 通城縣流域魚類統計結果 續表

2.5 主要植物群落組成

據現場調查及資料統計表明，通城縣小水電位于流域范圍內共有維管束植物108科311屬442種，共劃分為12個優勢植物群落。

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

主要分布在河岸灘，優勢種類有水蓼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內坡地上，喬木層優勢種主要為馬尾松，主要伴生種為杉木Cunninghamialanceolata。灌木叢優勢種主要為野薔薇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—五節芒群叢Ass.Cinnamomumcamphora—Lespedezabicolor—Miscanthusfloridulus

主要分布于岸邊堤壩附近，喬木層優勢種主要為樟，主要伴生種為烏桕Sapiumsebiferum。灌木叢優勢種主要為胡枝子Lespedezabicolor，主要伴生種為檵木、柞木Xylosmaracemosum、苦楝Meliaazedarach、紫荊Cercischinensis、構棘Macluracochinchinensis、大葉黃楊Buxusmegistophylla等。草本層優勢種為五節芒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，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 結論與討論

通城縣境內主要有菖蒲河、雋水河、鐵柱河三大水系，三大水系在境內匯合后注入陸水河。陸水河是湖北省注入長江的第四大支流，也是“長江大保護”戰略實施的重要支流。上世紀七八十年代，在國家鼓勵發展小水電的政策背景下，通城縣小水電發展迅速。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，數量占比為56.1%；雋水河有15座，數量占比為22.7%；鐵柱河流域分布14座，數量占比為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，水能資源開發率達54.8%，水能資源開發利用較高，開發強度較大。

3.1 水電開發下水生生物特征

雋水河、菖蒲河、鐵柱河調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的53.3%，表明河流水質較好。

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，生態環境質量更好，這可能與鐵柱河流域水電開發強度較小有關。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條流域調查的底棲動物種類數量來看，軟體動物為主要組成成分。說明本區域底棲動物主要表現為軟體生物量相對豐富，河流地質以砂礫為主的特征。

3條主要流域共發現魚類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 水電開發下河流沿岸植物特征及影響

本研究發現，通城縣小水電位于流域范圍內共有維管束植物108科311屬442種，共劃分為12個優勢植物群落。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，由于建設水電站施工時間較長，導致工程區、堆渣區、料場、臨時道路等工程在擾動區長期裸露，生態植被恢復工程未按要求實施，導致水電站建設區域內植被蓋度和生物量減少，表明水電建設對區域植被和生物環境有著不同程度的破壞。

3.3 水電開發對河流生態系統水質的影響

根據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，而廣營養的小型藻類如小環藻、隱藻和尖尾蘭隱藻為該水體的優勢種，表明該調查水域水質較好。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，該屬常見于貧營養水體，屬于寡污染型河流，同樣表明該調查流域的水質較好。這與李蓉等研究不同，水電開發后庫區有利于懸浮的沉降，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，水環境本底質量良好，其次水電在開發過程中管理較規范，對河流水質的影響較小。

3.4 建議

研究了小水電開發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，分析了水電開發對河流生態系統水質的影響。本研究因缺少植被樣方調查歷史背景數據作為對比，無法細致探究水電開發對植物群落演替的影響，在未來的研究中應從生態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之前的數據，且河流生境與水生生物多樣性隨季節性變化較大；本研究僅進行了 1 次野外采樣分析，只得出初步的結論。后續的工作應研究河流生境與河流生物多樣性的季節動態，將本研究的結論進一步深化和完善，因而水電開發對流域生態系統之間更為復雜的影響過程尚需進一步深入研究。