珠江干流初級生產(chǎn)力時空變化特征及影響因素

劉二純，賴子尼，劉乾甫，王超，高原,麥永湛

(1.上海海洋大學/水產(chǎn)科學國家級實驗教學示范中心，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學研究院珠江水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510380；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部珠江流域漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心, 廣東 廣州 510380；4.廣東省水產(chǎn)動物免疫技術(shù)重點實驗室，廣東 廣州 510380)

水體初級生產(chǎn)力是評價水域營養(yǎng)狀況的重要指標之一，對研究水生生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境特征具有重要意義[1]。利用初級生產(chǎn)力可調(diào)節(jié)浮游生物群落資源供應[2]、估算漁業(yè)生產(chǎn)潛力[3]、指導漁業(yè)生產(chǎn)[4]。國內(nèi)外對水體初級生產(chǎn)力的研究和認識集中于海洋[5]、海灣[6-7]、河口[8]、湖泊[9]和蓄水型水庫[10]等生態(tài)系統(tǒng)，對淡水河流區(qū)域的研究相對較少。河流系統(tǒng)作為全球碳循環(huán)的影響之一，和人類的生存與發(fā)展息息相關(guān)，在陸地生態(tài)系統(tǒng)、大氣和海洋之間的碳傳輸中起著重要作用[11]。因此，對河流系統(tǒng)進行初級生產(chǎn)力的研究對于認識河流在地球化學循環(huán)和能量流動中的作用、評估河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況、了解漁業(yè)資源容量及水域生態(tài)系統(tǒng)修復具有重大意義。

珠江是中國南方最大的河流，發(fā)源于云南省曲靖市沾益縣境內(nèi)的馬雄山，干流全長2 214 km，從上游往下游分為南盤江、紅水河、黔江、潯江及西江等江段[12]?！吨榻饔蚓C合規(guī)劃》中對珠江干流進行十級開發(fā)基本完成，隨著水力工程的建設，珠江干流原有的河流連續(xù)統(tǒng)一體(River Continuum Concept, RCC)逐步演變?yōu)樘菁壦畨芜B續(xù)統(tǒng)一體，梯級水壩建設會改變河流的水文情勢，進而對河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重大影響。研究顯示，受壩體的阻隔影響，珠江干流生境碎片化、河流片段化問題逐步凸顯[13-14]，因此開展珠江干流水生生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查對建壩后水環(huán)境管理具有重要價值。近年針對長江流域梯級系統(tǒng)的水體初級生產(chǎn)力的報道很多，如張琪等[10]運用初級生產(chǎn)力對三峽水庫修建后的營養(yǎng)狀況進行了評價，但針對珠江流域前期的調(diào)查主要集中于河口[8]、河網(wǎng)[15]以及局部河段[16]，對梯級系統(tǒng)的水體初級生產(chǎn)力、漁業(yè)資源容載力尚不了解。本研究基于2016年珠江干流的采樣數(shù)據(jù)對該水域的水生態(tài)環(huán)境、初級生產(chǎn)力狀況及影響因素進行研究，力圖闡釋梯級開發(fā)下的珠江干流生產(chǎn)力分布格局，為梯級開發(fā)河流的綜合管理、水體空間的漁業(yè)利用服務。

作者簡介：羅艷榮，女，四川省遂寧市人，成都醫(yī)學院，講師，碩士研究生，研究方向：高校學生思想政治研究和學生管理。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及采樣站位

分別于2016年3月、6月和9月對珠江干流魯布革(LBG)、八渡(BD)、大化(DH)、合山(HS)、武宣(WX)、桂平(GP)、石咀(SZ)、平南(PN)、藤縣(TX)、泗州島(SZD)、梧州(WZ)、封開(FK)、德慶(DQ)和肇慶(ZQ)等14個樣點采樣(圖1)。其中，魯布革、八渡、大化、合山采樣點設置在紅水河梯級水電站之間，魯布革采樣點位于珠江上游南盤江天生橋水電站修筑后形成的萬峰湖區(qū)域，八渡距離紅水河綜合利用規(guī)劃第三個梯級水電站平班水電站約60 km，大化位于大化水電站壩上約7 km，合山距樂灘水電站約40 km，距橋鞏水電站約35 km。武宣以上為上游建壩庫區(qū)，以下為中下游區(qū)(圖1)。依據(jù)2016年的降水情況，珠江干流3月處于平水期，6月處于豐水期和9月為枯水前期。

1.2 樣品采集與處理

式中PP為表層水體初級生產(chǎn)力(mg/m2/d)；K為經(jīng)驗常數(shù)，一般晴天為2.0，陰天為1.5，采用王驥等[20]提出的經(jīng)驗常數(shù)平均值1.97；R為同化系數(shù)，為便于與歷史資料進行比較，采取同化系數(shù)3.2 h；Chlorophyll a為表層水體葉綠素a質(zhì)量濃度(μg/L)； DH為日出到日落的時間，取2013 年～2016 年廣東省和廣西壯族自治區(qū)日照時間均值(4.72 h/d和4.09 h/d)，其中魯布革、八渡位于廣西壯族自治區(qū)、云南省和貴州省交界，均使用廣西壯族自治區(qū)日照時間均值(4. 09 h/d)；SD為透明度(m)。

1.3 水體初級生產(chǎn)力計算

那是在開國大典后，1949年11月15日的晚上，北京飯店燈火通明、歡聲笑語，周恩來正在這里設招待會歡迎參加兩航起義的人員。6天前，原屬于國民黨的中國航空公司和中央航空公司員工駕機從香港北飛，回到新中國的懷抱，史稱“兩航起義”。此舉不僅有力配合了解放大西南，也為新中國民航事業(yè)提供了物資和人才。

PP=K×R×Chlorophylla×DH×SD

式(1)

綜上所述，通過詳細介紹了建筑室內(nèi)裝飾裝修設計當中綠色環(huán)保設計理念的應用要點，本建筑工程室內(nèi)裝飾裝修施工已經(jīng)順利完成，經(jīng)過檢驗之后，建筑室內(nèi)裝飾裝修各項指標滿足相關(guān)要求，室內(nèi)裝修質(zhì)量較高，說明以上措施可行，可以為相關(guān)工程提供良好借鑒。

1.4 數(shù)據(jù)處理與繪圖

珠江干流各站位表層水體初級生產(chǎn)力介于6.01～866.53 mg/m2/d，均值為111.1 mg/m2/d。三個時期的均值依次為：枯水前期(178.45 mg/m2/d)>平水期(127.58 mg/m2/d)>豐水期(27.38 mg/m2/d)，以枯水前期表層初級生產(chǎn)力水平最高，平水期次之，豐水期的初級生產(chǎn)力顯著低于其他兩個時期(圖4A)，根據(jù)單因素方差分析結(jié)果可知枯水期前期與豐水期差異顯著(n=14，P<0.05)，與平水期差異不顯著。平水期(圖5a)和枯水前期(圖5c)魯布革站位較高，其他站位空間差異不明顯，豐水期初級生產(chǎn)力整體分布比較均勻(圖5b)。

2 結(jié)果

2.1 水體環(huán)境因子變化特征

珠江干流不同時期和不同站位的水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測結(jié)果見表1和圖2，上游建壩庫區(qū)水溫較低、中下游較高，三個時期的水溫差異明顯(P<0.05)；透明度上游建壩庫區(qū)較高、中下游較低，其中魯布革透明度為上游建壩庫區(qū)最低，透明度枯水前期與豐水期差異顯著(P<0.05)；總氮和硝酸鹽上游建壩庫區(qū)較高中下游較低，魯布革和八渡達到全區(qū)域最高，其中總氮和硝酸鹽三個時期差異不顯著；硅酸鹽上游建壩庫區(qū)整體低于中下游且呈遞增趨勢，硅酸鹽平水期和枯水前期差異顯著(P<0.05)；總磷水平分布不均勻，均未超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB/T 3838—2002)III類標準，枯水前期與豐水期差異顯著(P<0.05)。

圖2 珠江干流各站位水環(huán)境因子年均值分布

表1 珠江干流不同時期水環(huán)境參數(shù)

2.2 珠江干流初級生產(chǎn)力和葉綠素a時空分布特征

采用SPSS (version 20.0)進行單因素方差分析(Least Significant Difference)、Pearson相關(guān)性分析和回歸分析；使用Origin (version 2016)、Graphpad prism (version 8.0)作圖；使用空間插值法對葉綠素a和初級生產(chǎn)力等指標在ArcGIS (version 10.7)軟件中應用反距離加權(quán)法(Inverse Distance Weighted，IDW)繪圖。

選取水溫、溶解氧、鹽度、pH、透明度、磷酸鹽、總磷、氨氮、非離子氨、透明度、亞硝酸鹽、硅酸鹽、總氮及葉綠素a等主要環(huán)境因子與初級生產(chǎn)力進行了相關(guān)性分析(表2)。結(jié)果顯示，初級生產(chǎn)力與總氮、硝酸鹽、葉綠素a等環(huán)境要素呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，n=42)，與透明度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，n=42)。平水期，初級生產(chǎn)力與硅酸鹽、葉綠素a呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，n=14)，與氨氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，n=14)。豐水期，初級生產(chǎn)力與透明度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，n=14)，與透明度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，n=14)?？菟谇捌诔跫壣a(chǎn)力與葉綠素a呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，n=14)，與硅酸鹽呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05，n=14)。

DEAE高流速瓊脂糖微球a離子交換柱分離：平衡液為雙蒸水，用NaCl(0.1～0.8 mol/L)、緩沖液進行線性梯度洗脫，洗脫速度為 1.0 mL/min，上樣量為8 mL，在 280 nm 下收集各峰，檢測活性，收集活性最高的組分備用。

圖3 珠江干流初級生產(chǎn)力(A)和葉綠素a濃度(B)各站位分布

圖4 珠江干流初級生產(chǎn)力(A)和葉綠素a濃度(B)各時期變化

圖5 基于空間插值法珠江干流初級生產(chǎn)力(mg/m2/d)和葉綠素a (μg/L)時空分布圖

2.3 初級生產(chǎn)力與水環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

調(diào)查區(qū)域葉綠素a濃度介于0.32～25.85 μg/L，均值為(3.64±4.39) μg/L，時空分布與初級生產(chǎn)力時空分布基本一致(圖3)?？菟捌谌~綠素a濃度最高，平水期次之，豐水期最低，三個時期葉綠素a濃度的平均值依次為：枯水前期(4.64±3.93) μg/L>平水期(4.11±6.4) μg/L>豐水期(2.16±0.80) μg/L(圖4B)，單因素方差顯示三個時期差異不顯著。總體來看，整個調(diào)查水域的葉綠素a濃度平水期(圖5d)和枯水前期(圖5f)上游魯布革站位較高，其余站位空間差異不顯著，豐水期(圖5e)整體分布比較均勻。

2.4 初級生產(chǎn)力與水體富營養(yǎng)化狀況的關(guān)系

本研究顯示，除上游建壩庫區(qū)魯布革站位較高外其他站位空間差異不明顯。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，上游的農(nóng)業(yè)面源及水產(chǎn)養(yǎng)殖污染問題十分突出。魯布革站位位于山區(qū)，周圍幾乎沒有工業(yè)污染源，但河流兩岸和庫區(qū)周圍種植有甘蔗、柑橘、土豆和玉米等農(nóng)作物，都是土石圍成的梯級田地，降雨徑流將田地中的農(nóng)藥化肥連帶土壤一同帶入河流，隨著營養(yǎng)物質(zhì)在庫區(qū)蓄積，也為藻類的大量增殖創(chuàng)造了營養(yǎng)條件。萬峰湖庫區(qū)有網(wǎng)箱養(yǎng)殖，過剩餌料和養(yǎng)殖生物糞便增加水體的營養(yǎng)物質(zhì)。此外，萬峰湖附近的生活污水等直接排入湖內(nèi)，造成魯布革站總磷、總氮等環(huán)境因子處于較高水平[24]。相比而言，下游的農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)業(yè)發(fā)達，農(nóng)業(yè)面源及水產(chǎn)養(yǎng)殖污染問題同樣十分突出，但是下游各站位初級生產(chǎn)力水平較魯布革低，因此對上游水域初級生產(chǎn)力影響因素較大的為水壩的修建，導致水體流動緩慢而聚集，最終使得初級生產(chǎn)力達到較高水平。有報道稱，河流建壩對水環(huán)境以及浮游植物的生物量造成一定影響，如：喀斯特水電站蓄水截流后，相對水柱穩(wěn)定性增高，浮游植物的生物量升高[25]；Guadiana河 Alqueva大壩的蓄水運行, 使藍藻中顫藻的生物量顯著增加[26]；三峽水壩修建后，上游依然保持河流狀態(tài)，下游演變成為典型的庫灣，頻繁發(fā)生水華[10]；劍潭大壩運行一年后東江惠州河段葉綠素a明顯增加，浮游植物現(xiàn)存量出現(xiàn)峰值[27]。珠江修建梯級水壩后，河流出現(xiàn)片段化，局部河段的生境發(fā)生變化[28]。珠江流域水電開發(fā)后，在南盤江分別建設有天生橋一級和天生橋二級水電站，天生橋一級水電站庫容108億m3，壩址以上集水面積50 139 km2，天生橋二級水電站距離一級水電站約7.5 km，庫容約0.26億m3。天生橋梯級水壩的構(gòu)建造成河流水文情勢改變在上游區(qū)域形成了面積為816 km2的萬峰湖，造成該區(qū)域生境發(fā)生變化，水溫和透明度較低，總氮、硝酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)增高，為浮游植物的生長繁殖提供了有利條件。同時，平水期和枯水期水體處于靜滯狀態(tài)，有利于浮游植物積累，從而出現(xiàn)浮游植物生物量增高的狀況。本研究發(fā)現(xiàn)魯布革平水期和枯水前期水體葉綠素a含量遠遠高于同時期其他站位，證實了上述結(jié)論。

表3 曲線回歸分析結(jié)果

3 討論

3.1 初級生產(chǎn)力的空間特征及影響因素

水體初級生產(chǎn)力是評價水域營養(yǎng)狀況指標之一。依據(jù)何志輝[21]湖泊和水庫營養(yǎng)狀態(tài)標準(PP<100貧營養(yǎng)，100≤PP≤300中營養(yǎng)，300

3.2 不同水情期初級生產(chǎn)力變化影響

本研究結(jié)果表明，珠江干流不同水情期水體初級生產(chǎn)力有較大差異，表現(xiàn)為枯水前期顯著高于豐水期，分析原因可能與徑流有關(guān)，珠江干流屬于典型亞熱帶季風氣候，豐水期降雨帶來大量徑流不利于浮游生物量的積累，王超等[29]對西江下游浮游植物群落周年變化模式中也發(fā)現(xiàn)徑流量對生物量呈負相關(guān)關(guān)系；另一原因與水文因子以及水動力因素有關(guān)，水文因子以及水動力因素是影響水庫浮游植物變化的最關(guān)鍵因子，影響著浮游植物群落結(jié)構(gòu)、生物量和水體生產(chǎn)力狀況[30]。枯水期和平水期，隨著降雨減少和庫區(qū)蓄水，上游庫區(qū)基本處于靜水或半靜水狀態(tài)，豐水期由于降雨和排水因素，河流水體流速快，泥沙含量高，對藻類的生長造成不利影響[30]。魯布革站呈現(xiàn)豐水期與其他時期完全不同，豐水期水體葉綠素a含量較低。降雨帶來大量泥沙，水體渾濁，透明度大幅降低，而水體中僅有極少量的藻類，葉綠素a含量較低，水體葉綠素a和初級生產(chǎn)力具有較小的時間差異。

水體初級生產(chǎn)力采用趙文等[19]提出的公式進行計算：

3.3 初級生產(chǎn)力與理化因子及富營養(yǎng)化狀況的關(guān)系

大量研究顯示水體初級生產(chǎn)力與浮游植物生物量有很大的關(guān)系[31]。水體葉綠素a含量可反映該水域浮游植物生物量水平。整個調(diào)查區(qū)域，平水期和枯水前期葉綠素a與初級生產(chǎn)力呈極顯著正相關(guān)，且葉綠素a的分布總體與初級生產(chǎn)力的分布一致，表明葉綠素a分布在一定程度上決定初級生產(chǎn)力的格局，與張琪等[10]在三峽水庫香溪河的研究一致。除葉綠素a外，水體浮游植物生長受透明度、溫度、光照、營養(yǎng)物質(zhì)影響[32]。本研究顯示，初級生產(chǎn)力與總氮、硝酸鹽與透明度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明初級生產(chǎn)力分布格局受多個環(huán)境因子的影響，營養(yǎng)物質(zhì)輸入導致葉綠素a增加，導致初級生產(chǎn)力增加，所以，總氮、硝酸鹽與透明度影響河流中浮游植物的量增加。水體中TN/TP 維持在合適的比例才有利于浮游植物生長繁殖[33]，超出該比例時，浮游植物生長會受氮限制或者磷限制。本研究發(fā)現(xiàn)珠江干流2016年TN/TP均大于7，屬磷限制性水域，全年磷酸鹽和總磷含量始終處于較低水平。另外，硅酸鹽作為硅藻的必要需求，密切控制著細胞的結(jié)構(gòu)和代謝，因此其可能會調(diào)節(jié)浮游植物的生長過程，進而影響初級生產(chǎn)力[34]，研究區(qū)域枯水前期硅藻是珠江干流的優(yōu)勢種[28]，大量增殖，導致硅酸鹽被消耗，轉(zhuǎn)化為次級生產(chǎn)力，導致硅酸鹽與初級生產(chǎn)力呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。

水體富營養(yǎng)化使水功能和生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，給附近居民用水、工農(nóng)業(yè)用水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等帶來巨大損失。本研究采用水體初級生產(chǎn)力與TSIChla(P<0.01)進行曲線回歸分析，結(jié)果顯示，初級生產(chǎn)力與TSIChl-a擬合效果最好，呈現(xiàn)一元二次關(guān)系；直接用初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)判斷水體營養(yǎng)狀況與采用TSIChl-a計算結(jié)果基本一致，說明初級生產(chǎn)力可以作為水體營養(yǎng)狀況指標評價水體營養(yǎng)狀況，這與張琪等[10]的研究結(jié)果一致。綜合以上方法可知，珠江干流主要處于中營養(yǎng)和貧營養(yǎng)狀態(tài)，TSIChl-a和初級生產(chǎn)力均顯示珠江干流平水期和豐水期水質(zhì)比較健康，全部處于貧營養(yǎng)和中營養(yǎng)狀態(tài)，值得注意的是，枯水前期和平水期魯布革站位處于富營養(yǎng)狀態(tài)，有向超富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。

3.4 與其他河流比較

與珠江三角洲、嘉興水域、九段沙濕地等水域相比珠江干流初級生產(chǎn)力低于其他水域(表4)。這可能與調(diào)查水域所處的地理位置以及水體的水文因素有關(guān)，珠江干流地處云、貴、桂以及粵西等地區(qū)屬亞熱帶季風氣候，地貌多以山地、丘陵、石山為主，地表徑流帶來的補給水源外源性物質(zhì)稀少，降雨較多，降雨帶來大量泥沙，水體渾濁，透明度大幅降低，不利于浮游植物的積累。而其他水域如珠江三角洲、嘉興水域?qū)倨皆泳W(wǎng)地區(qū)，人口密度較高，受農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活污水的影響[16,33]，導致水體營養(yǎng)鹽物質(zhì)增加，給浮游植物的生長帶來了有利條件，造成初級生產(chǎn)力較高。與剛果河相比較高，這可能是因為剛果河流經(jīng)赤道兩側(cè)，有南北半球豐富降水的交替補給，水流大，氣溫高，光照強，受水文和氣候條件限制，浮游植物的生長受到了強烈的影響，造成剛果河初級生產(chǎn)力低于其他河流。

下一步，全國智標委將組織編制組成員按照審查會專家提出的修改意見進行匯總、修改，確定導則文稿。該導則立足行業(yè)全局、貼近智慧民生，發(fā)布后將規(guī)范智能門鎖在住房城鄉(xiāng)建設領(lǐng)域信息化的安全應用，為新型智慧城市建設保駕護航。來自原國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、工信領(lǐng)域、公共安全等領(lǐng)域的專家參加了審查。

表4 各河流初級生產(chǎn)力的比較

4 結(jié)論

珠江干流呈現(xiàn)以中營養(yǎng)和貧營養(yǎng)為主，上游末端建壩庫區(qū)局部“富營養(yǎng)”的狀態(tài)。葉綠素a和初級生產(chǎn)力分布格局基本一致，其時空分布特征具有明顯差異，呈現(xiàn)枯水前期>平水期>豐水期的分布狀況；空間上，整條河流除魯布革外，各區(qū)域葉綠素a含量和初級生產(chǎn)力差異不大。初級生產(chǎn)力與總氮、硝酸鹽、葉綠素a等呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，n=42)，與透明度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，n=42)。面源污染和水壩開發(fā)是造成珠江干流局部富營養(yǎng)化的重要原因。