鄂北地區水資源配置工程受水區浮游植物群落特征及水質評價

摘要：

為研究鄂北地區水資源配置工程受水區河流水生生態情況，在白河、唐河、沙河、水、漂水河與輸水干渠交叉點下游500 m處設置了5處監測斷面，監測和分析浮游植物物種組成、分布、生物量以及地表水質理化性質，通過與同時期水質監測數據的對比，探討浮游植物群落特征及評價水質情況。研究結果顯示：綠藻門、硅藻門和藍藻門是鄂北地區水資源配置工程沿線受水區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/L；通過分析發現，受水區河流中現狀浮游植物的密度已達到或超過漢江干流發生水華時的藻類密度，在此條件下河流總氮和總磷濃度的變化成為激發河流水華的關鍵機制，應當及時監測水體氮、磷含量，加強河流沿線氮、磷污染治理，防止水華發生；當沙河、水、漂水、白河4個監測斷面中的一個監測斷面呈現異常的水質情況時，其他斷面也可能受到相同的影響。

關鍵詞：

浮游植物； 群落特征； 水質； 水華； 鄂北水資源配置工程

中圖法分類號：X826

文獻標志碼：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，主要從事環境保護與水土保持工作。E-mail：468898977@qq.com

通信作者：

徐" 敏，女，碩士，主要從事環境保護專項監理工作。E-mail：2271721755@qq.com

引用格式：

陳諾，徐帆，徐敏.鄂北地區水資源配置工程受水區浮游植物群落特征及水質評價

［J］.水利水電快報，2025，46（3）：124-130.

0" 引" 言

隨著資源過度利用和大規模水利工程建設的持續影響，水域中的水生生物群落組成和生物生態學參數可能會發生一定的改變［1-3］。浮游植物多樣性在生物多樣性中扮演著關鍵角色，不僅是水生態系統中重要的功能組成部分，還對維持水生態系統的結構和功能至關重要，特別是在物質循環、能量流動和信息傳遞方面發揮著關鍵作用［4-7］。國內外的研究表明，浮游植物群落特征是河流水生態系統健康監測與評估的重要指標之一［8-11］。鄂北地區水資源配置工程于2014年12月在襄州開展試驗段工程建設，2015年10月全面開工建設，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，自鄂北地區水資源配置工程施工以來，較少有關于該地區受水區水生生物資源和種群狀況的研究。因此，本研究對鄂北地區水資源配置工程受水區進行了水生浮游植物的全面監測，包括對浮游植物的物種組成、分布、生物量以及地表水質理化性質進行了監測和分析。通過進行PCA主成分分析和Pearson（皮爾遜）相關性分析，更全面地了解水質環境因子對浮游植物的影響，旨在揭示了水質環境因子與浮游植物群落之間復雜而密切的關系，為制定有效的保護和管理策略提供參考依據。

1" 研究區域概況

鄂北地區屬北亞熱帶季風氣候區，多年平均降水量為750～1 100 mm。降水年際變化大；降水量年內分配不均，汛期5～9月占全年的70%左右。地表水資源主要由降水形成，該區年徑流深200～450 mm，其年際、年內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面積的1.71%。區內地表水系較發育，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，季節性特征明顯。

2" 研究內容與方法

2.1" 斷面布設與采樣時間

鄂北地區水資源配置工程受水區主要分布在唐白河、府澴河水系，2021年工程運行后，白河、唐河、沙河、水、漂水河流干支流將作為受水區主要受納水體。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。廢污水量的匯入會在一定程度上補充河道水量，尤其是工程運行后，受水區新增7.7億m3（渠首引水量）的用水，該部分水量產生的退水進入河道后，將直接補充河道水量。為調查研究鄂北地區水資源配置工程受水區水生浮游植物群落特征，2021年6月和10月，在鄂北地區水資源配置工程輸水沿線與受水區河流白河、唐河、沙河、水、漂水河流之間交叉點下游500 m處設立監測斷面，進行了樣品采集。浮游植物調查和水質監測采樣點分布見圖1。

2.2"" 樣品采集及分析

2.2.1" 樣品采集

按照《河流水生態環境質量監測技術指南》要求進行監測區域樣品中浮游生物的定性、定量采集和鑒定分析，并記錄數據。

浮游植物樣品定性采集采用25號篩絹制成的浮游生物網在水中拖曳采集；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，帶回實驗室靜置沉淀48 h。

水質監測項目：pH、懸浮物SS、石油類、高錳酸鹽指數、化學需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、總磷TP、總氮TN、糞大腸菌群按GB 3838-2002《地表水環境質量標準》和HJ/T 91-2002《地表水和污水監測 技術規范》中規定的方法進行監測。

2.2.2" 數據分析

基礎數據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" 調查與分析

3.1" 監測點水質監測結果分析

在調查過程中，對水質進行了理化因子的監測。具體數據如表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；石油類物質含量極低，僅為0.05 mg/L；高錳酸鹽指數為4.1～4.5 mg/L，符合Ⅲ類水質標準；化學需氧量為12～16" mg/L，符合Ⅲ類水質標準；五日生化需氧量在2.4～2.5 mg/L，符合Ⅳ類水質標準；總磷濃度為0.01～0.02 mg/L，符合Ⅱ類水質標準；總氮濃度在0.49～0.52 mg/L，符合Ⅱ類水質標準。從9項指標綜合來看，沙河、水符合GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水質標準；而白河、唐河符合該標準下的Ⅳ類水質標準。

3.2" 浮游植物調查結果

3.2.1" 物種組成及優勢種

在2021年，針對鄂北地區水資源配置工程輸水干渠與受水區河流交叉點進行的兩次浮游植物監測中，共發現了7門79種浮游植物。其中，綠藻門和硅藻門種類最為豐富，在浮游植物優勢種類中占據顯著地位，分別包括30種（占37.97%）和26種（占32.91%）；其次是藍藻門的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量最少，都僅有2種（占2.53%）。綠藻門、硅藻門和藍藻門的種類總數占到了鑒定總數的88.60%，成為鄂北地區水資源配置工程受水區水域浮游植物的主要組成類群，浮游植物名錄見表2。

根據圖2顯示的不同監測時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基本持平。2021年6月監測到49種，2021年10月為48種。在這兩次監測數據中，硅藻門和綠藻門一直保持著主導地位，尤其是在2021年10月的監測數據中，綠藻門種類表現出更為豐富的多樣性。硅藻門作為水生態系統中常見的單細胞藻類，以其富含硅的細胞壁而著稱［12］。這種獨特的細胞結構賦予了硅藻門在氧氣生產和營養物質循環中關鍵的功能，對維持水體生態平衡至關重要。另一方面，綠藻門包括多細胞或單細胞藻類，富含葉綠素，在淡水和海水中發揮著重要作用［13］。它們不僅有助于凈化水質，還對水域生物多樣性保護起著關鍵作用。這兩個門類在鄂北地區水資源配置工程受水區水域浮游植物群落中的地位顯赫，其豐富的種類和主導地位進一步突顯了它們對當地水域生態系統的重要性。本研究所調查到的浮游植物中，硅藻門的小環藻（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2021年兩次的調查監測數據顯示（圖3），浮游植物的密度范圍為（14.2～4 556.8）×104 個/L。其中，2021年10月，水地區的浮游植物密度最低，為14.2×104 個/L，而唐河地區的浮游植物密度在2021年10月份最高，達到4 556.8×104 個/L。總體來看，襄陽白河和唐河地區的浮游植物密度明顯高于沙河和水地區。在兩次采樣中，除了唐河地區的浮游植物密度顯著增加外，其他監測斷面的藻密度均有所下降。

從浮游藻類的群落結構來看（圖4），在鄂北工程輸水沿線受水區河流5個點位，2021年藻類群落結構兩次調查存在明顯差異。硅藻、綠藻、藍藻、隱藻等4門藻類是5個點位浮游藻類密度的主要組成部分。其中硅藻兩次采樣結果都較高，是受水區河流水體群落結構的第一大優勢類群，在2021年6月高于2021年10月；隱藻只在10 月有較高的密度；藍藻、綠藻等藻類在兩次監測中都有一定的密度。

從不同時間段對比來看（圖4），6月份夏季綠藻、藍藻密度值明顯高于10月份秋季，一方面因為夏季白天時間長，光照充足，有利于綠藻、藍藻進行光合作用，促進其生長［14］；另一方面夏季氣溫和養分供應的增加，綠藻、藍藻類可能獲得了更多生長空間，而到了秋季，由于環境條件的變化，其他藻類可能占據優勢，導致綠藻和藍藻密度值下降。

從不同監測斷面對比來看（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個監測斷面的藻生物量，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，從而導致生物量增加。在秋季，隱藻密度占比明顯上升的現象也引人注目，這是因為隱藻對光照敏感，隨著秋季日照時間逐漸減少，光照強度減弱，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一定的周期性，使得隱藻在秋季的生長達到高峰。

4" 環境因子與浮游植物的主成分分析、相關性分析

選取水體理化因子指標對浮游植物密度進行主成分分析，結果如圖5所示。結果表明，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、白河監測斷面展現出更為相似或相關的特征，這意味著當這4個監測斷面中的任何一個出現水質問題時，其他斷面可能會遭受類似情況。這種相似性或相關性的存在提示著這些斷面之間可能存在著共同的水質影響因素或發展趨勢。主成分空間中的相似性反映了這些斷面之間水質特征的一致性，可能是由于它們受到相同的污染源、環境條件或管理措施的影響。因此，當一個監測斷面呈現異常的水質情況時，其他斷面也可能受到相同的影響，需要引起關注并采取相應的監測和管理措施。

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特征產生重要影響。生化需氧量和化學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。另外，高錳酸鹽指數對浮游植物密度的影響并不顯著，表明該指標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動因素。由圖6 Pearson（皮爾遜）相關性可知，隱藻門與硅藻門呈正相關，表明它們之間存在一種正向的關聯或聯合生態學特征，這也意味著它們在環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，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，因為總磷是綠藻生長和繁殖所必需的營養元素之一［16-17］，在藻類的生物體內起著重要的生物化學作用。因此，總磷濃度的增加通常會導致水體中綠藻門的數量和生物量增加［18］。甲藻門與懸浮物呈顯著正相關的原因在于甲藻門通常利用懸浮物中的營養物質進行生長和繁殖。懸浮物中含有各種有機和無機物質［19］，其中包括對甲藻門生長至關重要的營養元素，如硅、氮和磷等。因此，懸浮物的增加可以提供更多的營養物質供給甲藻門，促進其生長和繁殖。這種正相關性反映了甲藻門與懸浮物之間的相互依賴關系［20］，懸浮物的豐富可能會導致甲藻門的數量和生物量增加，從而呈現出正相關的關系。綜上所述，硅藻和綠藻與水體中的總氮和總磷呈正相關，揭示了這些藻類與水體環境質量指標之間的密切聯系。當水體中總氮和總磷濃度增加時，為藻類繁殖提供了適宜條件；在這種高營養狀態下，硅藻和綠藻等藻類會快速增殖，形成大量藻類聚集。且硅藻、綠藻往往是導致水華的主要藻類［21］，在受水河流中，硅藻門和綠藻門的種類總數占到了鑒定總數的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鍵因素。

在文獻［22］中，漢江中下游藻密度為1.57×107～3.52×107個/L時暴發水華，低于受水區河流中最高藻密度4.6×107個/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，高于受水區河流總氮磷濃度，這是由于受水區河流水流流量較大，在高藻密度的情況下，暫未暴發水華。但高氮磷的輸入會通過破壞生態鏈條、消耗氧氣、釋放毒素、導致水體渾濁和引發死亡腐爛等途徑間接引發水華，表明在受水區河流中應及時監控氮、磷的濃度來防控水華。水華的出現會導致水體變得渾濁，影響水生生物的生存環境，對生態系統和人類健康構成威脅［23-25］。及時監測和控制受水區河流中水體水質的氮、磷濃度至關重要，嚴格控制污染源的輸入也是預防水體水質發生惡化的關鍵舉措，對于水體管理和保護具有重要的指導意義。

5" 結" 論

（1） 在對受水區河流進行的兩次浮游植物監測中，共發現了7門79種浮游植物。綠藻門、硅藻門和藍藻門的種類總數占到了鑒定總數的88.60%，成為鄂北地區水資源配置工程受水區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：當沙河、水、漂水、白河的4個監測斷面中的一個監測斷面呈現異常的水質情況時，其他斷面也可能受到相同的影響。

（3） 在鄂北地區水資源配置工程受水區河流中，總磷、總氮濃度達到Ⅱ類水質標準，但藻類密度已達到暴發水華的條件，通過相關性分析與主成分分析發現總氮和總磷的濃度可以被視為導致受水區河流暴發水華效應的主要因素，應該加強受水區河流沿線總氮、總磷污染監測與污染源的輸入管控。

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（

編輯：李" 晗

）

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