西泉眼水庫漁業(yè)修復水生態(tài)系統(tǒng)研究

柴方營　趙予熙

摘要：西泉眼水庫是哈爾濱市轄區(qū)內(nèi)重要的大型水庫之一，一度被列為哈爾濱市城市居民用水后備水源地，該水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康程度至關重要。本文研究了西泉眼水庫水環(huán)境生物學特征，運用漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)層級關系對該水庫水生態(tài)系統(tǒng)進行修復，取得了良好效果。研究期間，水庫水體氨氮、總磷和總氮含量分別下降了42.1%、42.3%和36.2%，水質(zhì)改善效果十分顯著，水生態(tài)系統(tǒng)初步修復成功。

關鍵詞：西泉眼;漁業(yè);生態(tài)修復;水生態(tài)系統(tǒng)

1 西泉眼水庫自然概況

1.1 地理位置

西泉眼水庫坐落于哈爾濱市阿城區(qū)平山鎮(zhèn)境內(nèi)，位于松花江南岸一級支流阿什河上游，地理坐標為東經(jīng)127°22′至127°31′，北緯45°04′至45°33′之間。西泉眼水庫地處阿城、尚志、五常三市（區(qū)）交界處，距離哈爾濱市112公里。阿什河發(fā)源于尚志市帽兒山，流經(jīng)尚志市、阿城市、五常市、哈爾濱市，于哈爾濱市水泥廠附近匯入松花江，流域面積1151km2。西泉眼水庫控制流域面積占全流域面積的32%。

1.2 地理環(huán)境

西泉眼水庫所處區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂颉４杭撅L大少雨干旱，夏季濕熱多雨，秋季冷涼早霜，冬季漫長寒冷。全年無霜期120-140d，年平均氣溫3.4℃，年日照時數(shù)2400-2700h，有效積溫2500-2800℃。年平均降雨量為565mm，壩址以上多年平均降雨量為690mm。6-9月份降水占全年降水量的70%，流域內(nèi)徑流豐枯變化主要受降雨量的影響，夏季降雨量較豐富，冬季枯水。11月初開始冰凍，冰厚0.7-1m，4月上旬解凍。

1.3 工程概況

西泉眼水庫工程是以防洪、灌溉為主，兼顧除澇、養(yǎng)魚、發(fā)電、旅游、城市供水等綜合利用的水利樞紐工程。國家計委于1991年2月將西泉眼水庫項目正式批準立項，1996年10月主體工程竣工，2000年10月通過驗收。西泉眼水庫是阿什河流域的第一個控制性工程，為大（II）型水庫，庫容量為4.78×109m3，正常蓄水位高程為209.9m。底質(zhì)為壤土、砂壤土、草甸土和淋溶腐殖土。屬丘陵型水庫。水庫左岸多為耕地和山林，右岸除局部為緩坡溝谷外，多為陡峭的山體，植被茂盛。西泉眼水庫建成后淹沒了大量農(nóng)田、耕地、林地和沼澤，大量有機質(zhì)溶解進入水體。

2 西泉眼水庫水生態(tài)系統(tǒng)污染現(xiàn)狀

根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院和東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院2000—2003年的研究報告，西泉眼水庫的主要污染物是氮和磷，屬有機污染型[1][2][3]。

西泉眼水庫輸入營養(yǎng)物質(zhì)的污染源有五類。一是工業(yè)企業(yè)和城鎮(zhèn)形成的點污染源;二是流域面積內(nèi)農(nóng)田、林地等地表徑流形成的面源污染源;三是受到污染的河流形成的徑流水污染源;四是大氣降水、降塵污染源;五是庫區(qū)周圍旅游業(yè)形成的污染源。

2.1 流域內(nèi)各類污染源情況

2.1.1 點源污染

（1）帽兒山鋼鐵廠。帽兒山鋼鐵廠年產(chǎn)值17000萬元，該廠通過利用爐渣和附近的石灰石、黏土資源，采用立窯生產(chǎn)水泥。該廠有職工2200人，家屬5800人左右，家屬區(qū)與廠區(qū)相連，廢水一并排入阿什河。日排放廢水量1400t左右，其中生產(chǎn)廢水760t/d，生活廢水640t/d。年廢水排放總量為50多萬t。廢水中主要污染物為化學需氧量、總氮、總磷。

（2）帽兒山鎮(zhèn)和平山鎮(zhèn)。2000年第五次人口普查，帽兒山鎮(zhèn)23285人，平山鎮(zhèn)25132人。帽兒山鎮(zhèn)和平山鎮(zhèn)兩個生活污水點源均無排水管網(wǎng)，生活污水未經(jīng)任何處理直接向流域內(nèi)天然溝、河中排放。

2.1.2 面源污染

西泉眼水庫集水面積1151km2，其中林地約991km2，農(nóng)田約149km2，草地約20km2，鄉(xiāng)鎮(zhèn)占地約11.8km2。除林地、農(nóng)田、草地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)占地外，還有河流、水庫等水域面積。集水面積內(nèi)年使用氮肥約926t，磷肥約384t。

根據(jù)面源基本情況和單位負荷法，推算西泉眼水庫集水面積內(nèi)各種土地利用類型的污染負荷見表4。由表4可見，林地占面源輸入水庫的氮素中的比重最大，其次是農(nóng)田;磷元素是農(nóng)田占的比重最大，其次是林地。所以農(nóng)田和林地是主要的面污染源。磷是決定湖庫水質(zhì)富營養(yǎng)化的關鍵性限制因素，面源輸入水庫的磷素一半以上來自農(nóng)田。從這方面講，農(nóng)田是西泉眼水庫首要面污染源。

2.1.3 徑流水污染源

阿什河和黃泥河是匯入西泉眼水庫的兩條河流。阿什河有一條較大支流—二道河。在二道河入阿什河口內(nèi)、阿什河二道河口上、阿什河入西泉眼水庫口內(nèi)和黃泥河入西泉眼水庫口內(nèi)分別設置了水質(zhì)監(jiān)測斷面。根據(jù)東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院劉陽等人2010年的監(jiān)測，入庫河流主要指標見表5。

2.1.4 大氣降水降塵污染源

大氣降水降塵的污染可根據(jù)多年平均降水量和降水、降塵的總氮、總磷實測值估算，以此計算直接入庫的降水和降塵的氮、磷年貢獻量。用總氮和總磷的平均值、多年平均降水量（564mm）、年平均降塵量（852t/km2）、水庫多年平均水面積（30.8km2）估算，西泉眼水庫直接入庫的降水、降塵的氮、磷污染負荷列于表6。

2.1.5 庫區(qū)旅游污染

采用經(jīng)濟合作發(fā)展組織（OECD）推薦的游客氮磷排放系數(shù)值―總氮13克/（人/天）、總磷1.5克/（人/天），估算西泉眼水庫旅游業(yè)污染。按年均5萬人，人均活動一天計算，旅游業(yè)污染每年產(chǎn)生的氮、磷負荷分別為650kg和75kg。

2.2 重點污染源和年平均污染量

2.2.1 西泉眼水庫重點污染源。點源、面源、降雨、降塵和旅游涵蓋了西泉眼水庫流域內(nèi)全部污染源頭，通過計算各類污染源的氮、磷污染負荷比，可以發(fā)現(xiàn)西泉眼水庫的重點污染源，以便進行重點監(jiān)控，消除主要污染因素。通過計算氮、磷污染負荷比，顯而易見，西泉眼水庫主要污染源是農(nóng)田的面源污染。

4.4 高等水生植物

4.4.1高等水生植物種類。據(jù)調(diào)查，分布于西泉眼水庫的植物共有27科57屬82種，含種數(shù)最多的為菊科（Asteraceae），共13屬21種，其次為禾本科（Gramineae），共8屬9種，含種數(shù)最多的為菊科（Asteraceae）13屬21種，其次為禾本科（Gramineae）8屬9種，楊柳科（Salicaceae）2屬6種，蓼科（Polygonaceae）2屬7種，莎草科（Cyperaceae）3屬3種，豆科（Leguminosae）3屬3種;含2種的科有敗醬科（Valerianaceae）、金絲桃科（Hypericaceae）、唇形科（Labiatae）、茄科（Solanceae）、茜草科（Rubiaceae）。其他15科均只含1種，占總科數(shù)的62.5%。

4.4.2 高等水生植物多樣性。西泉眼水庫消落帶植物組成較為豐富，其中以一年生和多年生草本植物占優(yōu)勢，可以適應較為苛刻的環(huán)境。菊科、禾本科、蓼科為種數(shù)最多的3個科，優(yōu)勢明顯。消落帶植物的這種優(yōu)勢類群組成很好地反映了西泉眼水庫消落帶的生境特征。本次調(diào)查的西泉眼水庫消落帶植物多數(shù)是喜濕植物，水生植物較少，且植物多以一年生或兩年生植物，生長快，短期內(nèi)能夠形成小群聚或者優(yōu)勢種群，可以很好的適應水庫豐枯水位變化。西泉眼水庫水域邊緣植物甚少，挺水植物如菖蒲、香蒲、蘆葦?shù)壬w度小，且植物種類單一。沉水植物和浮葉植物均沒有發(fā)現(xiàn)。此現(xiàn)象可能由于水庫建庫時間較短，致使水生植物發(fā)展較為緩慢。

4.5 濾食性魚類

4.5.1濾食性魚類凈化水質(zhì)機理。鰱魚、鳙魚對富營養(yǎng)化的控制作用主要是通過生物操縱手段來完成的。利用濾食性魚類鰱、鳙控制藍藻水華被認為是一個有效的辦法，并在很多水體開始廣泛的實踐。早在1983年Hampl研究鰱魚的鰓耙間距在12um-26um之間，鰱魚所能攝取食物顆粒的最小直徑約為10um。因此，鰱魚的食物組成是大于10um的浮游生物和有機顆粒物，其食性會隨著環(huán)境改變而改變。孫曉明（1992）等也從鰱魚、鳙魚消化器官角度論述了其攝食藻類的機制。值得研究的是鰱魚還能攝入群體或絲狀藍藻，近年來，鰱魚常常被用做生物操縱工具來控制湖泊水庫中的藍藻，達到改善水質(zhì)的目的。Smith（1985）認為藍藻在水體中占有一定優(yōu)勢時，鰱魚可以有效的控制浮游植物生物量。謝平等學者研究發(fā)現(xiàn)，在池塘養(yǎng)殖中，鰱魚、鳙魚的控藻和水質(zhì)改善具有一定關系。范振強研究表明鰱魚能有效控制藍藻的生物量，對于凈化水質(zhì)有一定作用。在波蘭Warniak湖，放養(yǎng)鰱魚（密度為30-90g/m3）后，浮游植物總生物量和藍藻都大大減少。

4.5.2 西泉眼水庫濾食性魚類水質(zhì)生物學

（1）濾食性魚類食性特征：2010年春季（4月和5月）、夏季（7月和8月）、秋季（9月和10月），在西泉眼水庫設置4個采樣點，分別對鰱魚、鳙魚的體長、體重、空腸率、食物充塞度、肥滿度系數(shù)等參數(shù)進行采樣測定。通過對鰱魚、鳙魚生長和食物的研究，探索鰱魚、鳙魚對氮磷的消除機制，為西泉眼水庫保護與管理以及生態(tài)修復提供科學依據(jù)。

研究結果表明：鰱魚腸道中的浮游植物占腸道食物的16.36%-33.17%;鳙魚腸道中的浮游動物占腸道食物的26.14%-35.42%。鰱魚腸道內(nèi)容物中共鑒定出浮游植物7門156種，其中綠藻最多，共71種，其次硅藻40種，藍藻26種，裸藻11種，金藻5種，甲藻2種，隱藻1種。在鰱魚腸道中共發(fā)現(xiàn)26個常見種，以硅藻和綠藻為主，12個優(yōu)勢種，各季節(jié)優(yōu)勢種均以梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana）和顆粒直鏈藻極狹變種（Melosira granulata var.angustissima）為主。鳙魚腸道內(nèi)容物共鑒定出浮游動物57種，其中原生動物13屬16種，輪蟲種類最多，共13屬29種，枝角類種類最少，共5屬5種，橈足類5屬7種。其中，共發(fā)現(xiàn)16個常見種，以原生動物和輪蟲為主，優(yōu)勢種11種，各季節(jié)優(yōu)勢種均以浦達臂尾輪蟲（Brachionus budapestiensis）和螺形龜甲輪蟲（Keratella cochlearis）為主。

（2）濾食性魚類群體組成：鰱魚種群年齡組成主要是1-5齡，優(yōu)勢年齡組成為2齡和3齡，體長范圍在22.1cm-65.7cm之間，多數(shù)在41.5cm-51.2cm之間，占鰱魚漁獲物總尾數(shù)的86.42%;體重范圍在230g-6230g之間，在1670g-2450g之間的個體較多;鳙魚種群年齡組成主要是1-5齡，優(yōu)勢年齡組成為2齡和3齡，體長范圍在22.7cm-72.5cm之間，在40.5cm-51.5cm之間的個體較多，占鳙魚漁獲物總尾數(shù)的82.05%，體重范圍在320g-7750g之間，在1520g-2300g之間的個體較多

（3）濾食性魚類生長特征：西泉眼水庫鰱魚、鳙魚體長與體重關系為：鰱魚：W=0.0103L3.1464（R=0.9728，n=81）鳙魚：W=0.0123L3.1048（R=0.9797，n=79）;用生長方程（VBGF）表示為：鰱魚Lt=197.34（1-e-0.1463（t+0.3429））和Wt=7515（1-e-0.1463（t+0.3429））3.1464;鳙魚Lt=258.28（1-e-0.0895（t+0.2839））和Wt=30421（1-e-0.0895（t+0.2839））3.1048。鰱魚生長拐點是7.56，此時相應的體長為108.18cm，體重為9798.89g。鳙魚生長拐點是10.68，此時相應的體長為117.25cm，體重為11225.27g。

（4）濾食性魚類魚產(chǎn)力：西泉眼水庫浮游植物提供的魚產(chǎn)力為85.58kg/hm2。浮游動物提供的魚產(chǎn)力為36.71kg/hm2。此外，由于腐屑和細菌及外源有機物對鰱、鳙魚有一定的餌料價值，此部分魚產(chǎn)力為48.92kg/hm2。浮游動物、浮游植物和有機碎屑等魚產(chǎn)潛力合計，西泉眼水庫鰱魚、鳙魚產(chǎn)力為171.21kg/hm2。

（5）濾食性魚類消除污染效率：西泉眼水庫鰱魚、鳙魚消化率季節(jié)變化差異不大，鰱魚對浮游生物消化率在27.08%-34.51%之間。其中，9月消化率最高，5月消化率最低。鳙魚對浮游生物消化率在38.46%-45.29%之間。其中8月消化率最高，5月消化率最低。西泉眼水庫水體中浮游植物生物量和豐富度大，鰱魚體內(nèi)浮游植物相對多，種類也多。而對于鳙魚來說，水體中浮游動物生物量和豐富度與體內(nèi)浮游動物數(shù)量關系不明顯。

5 研究結果

5.1 漁業(yè)生態(tài)修復清除氮磷元素效果

通過鰱魚、鳙魚對浮游生物的消耗及浮游生物中N、P含量計算得出，在2010年，西泉眼水庫共捕撈鰱魚3.5×105kg，鳙魚共捕撈1.5×105kg，共移出浮游植物1.2×107kg，氮元素6.42×105kg，相當于6×106kg的尿素。磷元素9.37×104kg，相當于4.2×106kg的過磷酸鈣。同時，漁業(yè)生態(tài)修復碳匯效果也十分顯著，隨鰱魚、鳙魚也移出6.42×105kg的碳元素，相當于吸收固定大氣中2.05×107kg的CO2。

5.2 漁業(yè)生態(tài)修復改善水質(zhì)效果

有機污染物清除后，水庫水質(zhì)改善效果明顯，根據(jù)哈爾濱環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測顯示，2010年水庫水體氨氮、總磷和總氮含量相比2009年分別下降了42.1%、42.3%和36.2%。

6 結論

研究表明西泉眼水庫主要是有機污染，通過不斷提高濾食性魚類產(chǎn)量，可以清除大量有機污染。西泉眼水庫外源性污染主要是農(nóng)田面源污染，其次是帽兒山鋼鐵廠的點源污染。按總氮、總磷折算，西泉眼水庫外源性污染年入庫相當于過磷酸鈣磷肥717t，尿素氮肥3224t，漁業(yè)生態(tài)修復可以完全消除西泉眼水庫的外源性有機污染。

2010年項目研究期間，西泉眼水庫共捕撈濾食性魚類50萬kg，相當于每年清除流域內(nèi)面源污染的氮肥6000t，磷肥4200t，從大氣中吸收二氧化碳20500t。此后水庫不斷提高魚類產(chǎn)量，有機污染去除效果十分明顯。2011年濾食性魚類產(chǎn)量提高到85萬kg，相當于清除氮肥10200t，磷肥7140t，吸收二氧化碳34850t;2012年濾食性魚類產(chǎn)量提高到90萬kg，相當于清除氮肥10800t，磷肥7560t，吸收二氧化碳36900t;2013年濾食性魚類產(chǎn)量提高到130萬kg，相當于清除氮肥15600t，磷肥10920t，吸收二氧化碳53300t。哈爾濱市西泉眼水源地在2010-2013年的四年內(nèi)共清除氮肥42600t，磷肥29820t，吸收二氧化碳145550t。漁業(yè)生態(tài)修復在消除有機污染的同時，碳匯效果也十分明顯，可起到緩解溫室效應的作用。

參考文獻：

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（責任編輯：常 順）