珠江干流初级生产力时空变化特征及影响因素

刘二纯，赖子尼，刘乾甫，王超，高原,麦永湛

(1.上海海洋大学/水产科学国家级实验教学示范中心，上海 201306；2.中国水产科学研究院珠江水产研究所，广东 广州 510380；3.农业农村部珠江流域渔业生态环境监测中心, 广东 广州 510380；4.广东省水产动物免疫技术重点实验室，广东 广州 510380)

水体初级生产力是评价水域营养状况的重要指标之一，对研究水生生态系统及环境特征具有重要意义[1]。利用初级生产力可调节浮游生物群落资源供应[2]、估算渔业生产潜力[3]、指导渔业生产[4]。国内外对水体初级生产力的研究和认识集中于海洋[5]、海湾[6-7]、河口[8]、湖泊[9]和蓄水型水库[10]等生态系统，对淡水河流区域的研究相对较少。河流系统作为全球碳循环的影响之一，和人类的生存与发展息息相关，在陆地生态系统、大气和海洋之间的碳传输中起着重要作用[11]。因此，对河流系统进行初级生产力的研究对于认识河流在地球化学循环和能量流动中的作用、评估河流生态系统健康状况、了解渔业资源容量及水域生态系统修复具有重大意义。

珠江是中国南方最大的河流，发源于云南省曲靖市沾益县境内的马雄山，干流全长2 214 km，从上游往下游分为南盘江、红水河、黔江、浔江及西江等江段[12]。《珠江流域综合规划》中对珠江干流进行十级开发基本完成，随着水力工程的建设，珠江干流原有的河流连续统一体(River Continuum Concept, RCC)逐步演变为梯级水坝连续统一体，梯级水坝建设会改变河流的水文情势，进而对河流生态系统的结构和功能产生重大影响。研究显示，受坝体的阻隔影响，珠江干流生境碎片化、河流片段化问题逐步凸显[13-14]，因此开展珠江干流水生生态系统调查对建坝后水环境管理具有重要价值。近年针对长江流域梯级系统的水体初级生产力的报道很多，如张琪等[10]运用初级生产力对三峡水库修建后的营养状况进行了评价，但针对珠江流域前期的调查主要集中于河口[8]、河网[15]以及局部河段[16]，对梯级系统的水体初级生产力、渔业资源容载力尚不了解。本研究基于2016年珠江干流的采样数据对该水域的水生态环境、初级生产力状况及影响因素进行研究，力图阐释梯级开发下的珠江干流生产力分布格局，为梯级开发河流的综合管理、水体空间的渔业利用服务。

作者简介：罗艳荣，女，四川省遂宁市人，成都医学院，讲师，硕士研究生，研究方向：高校学生思想政治研究和学生管理。

1 材料与方法

1.1 研究区域及采样站位

分别于2016年3月、6月和9月对珠江干流鲁布革(LBG)、八渡(BD)、大化(DH)、合山(HS)、武宣(WX)、桂平(GP)、石咀(SZ)、平南(PN)、藤县(TX)、泗州岛(SZD)、梧州(WZ)、封开(FK)、德庆(DQ)和肇庆(ZQ)等14个样点采样(图1)。其中，鲁布革、八渡、大化、合山采样点设置在红水河梯级水电站之间，鲁布革采样点位于珠江上游南盘江天生桥水电站修筑后形成的万峰湖区域，八渡距离红水河综合利用规划第三个梯级水电站平班水电站约60 km，大化位于大化水电站坝上约7 km，合山距乐滩水电站约40 km，距桥巩水电站约35 km。武宣以上为上游建坝库区，以下为中下游区(图1)。依据2016年的降水情况，珠江干流3月处于平水期，6月处于丰水期和9月为枯水前期。

1.2 样品采集与处理

式中PP为表层水体初级生产力(mg/m2/d)；K为经验常数，一般晴天为2.0，阴天为1.5，采用王骥等[20]提出的经验常数平均值1.97；R为同化系数，为便于与历史资料进行比较，采取同化系数3.2 h；Chlorophyll a为表层水体叶绿素a质量浓度(μg/L)； DH为日出到日落的时间，取2013 年～2016 年广东省和广西壮族自治区日照时间均值(4.72 h/d和4.09 h/d)，其中鲁布革、八渡位于广西壮族自治区、云南省和贵州省交界，均使用广西壮族自治区日照时间均值(4. 09 h/d)；SD为透明度(m)。

1.3 水体初级生产力计算

那是在开国大典后，1949年11月15日的晚上，北京饭店灯火通明、欢声笑语，周恩来正在这里设招待会欢迎参加两航起义的人员。6天前，原属于国民党的中国航空公司和中央航空公司员工驾机从香港北飞，回到新中国的怀抱，史称“两航起义”。此举不仅有力配合了解放大西南，也为新中国民航事业提供了物资和人才。

PP=K×R×Chlorophylla×DH×SD

式(1)

综上所述，通过详细介绍了建筑室内装饰装修设计当中绿色环保设计理念的应用要点，本建筑工程室内装饰装修施工已经顺利完成，经过检验之后，建筑室内装饰装修各项指标满足相关要求，室内装修质量较高，说明以上措施可行，可以为相关工程提供良好借鉴。

1.4 数据处理与绘图

珠江干流各站位表层水体初级生产力介于6.01～866.53 mg/m2/d，均值为111.1 mg/m2/d。三个时期的均值依次为：枯水前期(178.45 mg/m2/d)>平水期(127.58 mg/m2/d)>丰水期(27.38 mg/m2/d)，以枯水前期表层初级生产力水平最高，平水期次之，丰水期的初级生产力显著低于其他两个时期(图4A)，根据单因素方差分析结果可知枯水期前期与丰水期差异显著(n=14，P<0.05)，与平水期差异不显著。平水期(图5a)和枯水前期(图5c)鲁布革站位较高，其他站位空间差异不明显，丰水期初级生产力整体分布比较均匀(图5b)。

2 结果

2.1 水体环境因子变化特征

珠江干流不同时期和不同站位的水环境参数监测结果见表1和图2，上游建坝库区水温较低、中下游较高，三个时期的水温差异明显(P<0.05)；透明度上游建坝库区较高、中下游较低，其中鲁布革透明度为上游建坝库区最低，透明度枯水前期与丰水期差异显著(P<0.05)；总氮和硝酸盐上游建坝库区较高中下游较低，鲁布革和八渡达到全区域最高，其中总氮和硝酸盐三个时期差异不显著；硅酸盐上游建坝库区整体低于中下游且呈递增趋势，硅酸盐平水期和枯水前期差异显著(P<0.05)；总磷水平分布不均匀，均未超出《地表水环境质量标准》(GB/T 3838—2002)III类标准，枯水前期与丰水期差异显著(P<0.05)。

图2 珠江干流各站位水环境因子年均值分布

表1 珠江干流不同时期水环境参数

2.2 珠江干流初级生产力和叶绿素a时空分布特征

采用SPSS (version 20.0)进行单因素方差分析(Least Significant Difference)、Pearson相关性分析和回归分析；使用Origin (version 2016)、Graphpad prism (version 8.0)作图；使用空间插值法对叶绿素a和初级生产力等指标在ArcGIS (version 10.7)软件中应用反距离加权法(Inverse Distance Weighted，IDW)绘图。

选取水温、溶解氧、盐度、pH、透明度、磷酸盐、总磷、氨氮、非离子氨、透明度、亚硝酸盐、硅酸盐、总氮及叶绿素a等主要环境因子与初级生产力进行了相关性分析(表2)。结果显示，初级生产力与总氮、硝酸盐、叶绿素a等环境要素呈极显著正相关关系(P<0.01，n=42)，与透明度呈显著正相关关系(P<0.05，n=42)。平水期，初级生产力与硅酸盐、叶绿素a呈极显著正相关关系(P<0.01，n=14)，与氨氮呈显著正相关关系(P<0.05，n=14)。丰水期，初级生产力与透明度呈极显著正相关关系(P<0.01，n=14)，与透明度呈显著正相关关系(P<0.05，n=14)。枯水期前期初级生产力与叶绿素a呈极显著正相关关系(P<0.01，n=14)，与硅酸盐呈显著负相关关系(P<0.05，n=14)。

DEAE高流速琼脂糖微球a离子交换柱分离：平衡液为双蒸水，用NaCl(0.1～0.8 mol/L)、缓冲液进行线性梯度洗脱，洗脱速度为 1.0 mL/min，上样量为8 mL，在 280 nm 下收集各峰，检测活性，收集活性最高的组分备用。

图3 珠江干流初级生产力(A)和叶绿素a浓度(B)各站位分布

图4 珠江干流初级生产力(A)和叶绿素a浓度(B)各时期变化

图5 基于空间插值法珠江干流初级生产力(mg/m2/d)和叶绿素a (μg/L)时空分布图

2.3 初级生产力与水环境因子的相关关系

调查区域叶绿素a浓度介于0.32～25.85 μg/L，均值为(3.64±4.39) μg/L，时空分布与初级生产力时空分布基本一致(图3)。枯水前期叶绿素a浓度最高，平水期次之，丰水期最低，三个时期叶绿素a浓度的平均值依次为：枯水前期(4.64±3.93) μg/L>平水期(4.11±6.4) μg/L>丰水期(2.16±0.80) μg/L(图4B)，单因素方差显示三个时期差异不显著。总体来看，整个调查水域的叶绿素a浓度平水期(图5d)和枯水前期(图5f)上游鲁布革站位较高，其余站位空间差异不显著，丰水期(图5e)整体分布比较均匀。

2.4 初级生产力与水体富营养化状况的关系

本研究显示，除上游建坝库区鲁布革站位较高外其他站位空间差异不明显。调查中发现，上游的农业面源及水产养殖污染问题十分突出。鲁布革站位位于山区，周围几乎没有工业污染源，但河流两岸和库区周围种植有甘蔗、柑橘、土豆和玉米等农作物，都是土石围成的梯级田地，降雨径流将田地中的农药化肥连带土壤一同带入河流，随着营养物质在库区蓄积，也为藻类的大量增殖创造了营养条件。万峰湖库区有网箱养殖，过剩饵料和养殖生物粪便增加水体的营养物质。此外，万峰湖附近的生活污水等直接排入湖内，造成鲁布革站总磷、总氮等环境因子处于较高水平[24]。相比而言，下游的农业及水产业发达，农业面源及水产养殖污染问题同样十分突出，但是下游各站位初级生产力水平较鲁布革低，因此对上游水域初级生产力影响因素较大的为水坝的修建，导致水体流动缓慢而聚集，最终使得初级生产力达到较高水平。有报道称，河流建坝对水环境以及浮游植物的生物量造成一定影响，如：喀斯特水电站蓄水截流后，相对水柱稳定性增高，浮游植物的生物量升高[25]；Guadiana河 Alqueva大坝的蓄水运行, 使蓝藻中颤藻的生物量显著增加[26]；三峡水坝修建后，上游依然保持河流状态，下游演变成为典型的库湾，频繁发生水华[10]；剑潭大坝运行一年后东江惠州河段叶绿素a明显增加，浮游植物现存量出现峰值[27]。珠江修建梯级水坝后，河流出现片段化，局部河段的生境发生变化[28]。珠江流域水电开发后，在南盘江分别建设有天生桥一级和天生桥二级水电站，天生桥一级水电站库容108亿m3，坝址以上集水面积50 139 km2，天生桥二级水电站距离一级水电站约7.5 km，库容约0.26亿m3。天生桥梯级水坝的构建造成河流水文情势改变在上游区域形成了面积为816 km2的万峰湖，造成该区域生境发生变化，水温和透明度较低，总氮、硝酸盐等营养物质增高，为浮游植物的生长繁殖提供了有利条件。同时，平水期和枯水期水体处于静滞状态，有利于浮游植物积累，从而出现浮游植物生物量增高的状况。本研究发现鲁布革平水期和枯水前期水体叶绿素a含量远远高于同时期其他站位，证实了上述结论。

表3 曲线回归分析结果

3 讨论

3.1 初级生产力的空间特征及影响因素

水体初级生产力是评价水域营养状况指标之一。依据何志辉[21]湖泊和水库营养状态标准(PP<100贫营养，100≤PP≤300中营养，300

3.2 不同水情期初级生产力变化影响

本研究结果表明，珠江干流不同水情期水体初级生产力有较大差异，表现为枯水前期显著高于丰水期，分析原因可能与径流有关，珠江干流属于典型亚热带季风气候，丰水期降雨带来大量径流不利于浮游生物量的积累，王超等[29]对西江下游浮游植物群落周年变化模式中也发现径流量对生物量呈负相关关系；另一原因与水文因子以及水动力因素有关，水文因子以及水动力因素是影响水库浮游植物变化的最关键因子，影响着浮游植物群落结构、生物量和水体生产力状况[30]。枯水期和平水期，随着降雨减少和库区蓄水，上游库区基本处于静水或半静水状态，丰水期由于降雨和排水因素，河流水体流速快，泥沙含量高，对藻类的生长造成不利影响[30]。鲁布革站呈现丰水期与其他时期完全不同，丰水期水体叶绿素a含量较低。降雨带来大量泥沙，水体浑浊，透明度大幅降低，而水体中仅有极少量的藻类，叶绿素a含量较低，水体叶绿素a和初级生产力具有较小的时间差异。

水体初级生产力采用赵文等[19]提出的公式进行计算：

3.3 初级生产力与理化因子及富营养化状况的关系

大量研究显示水体初级生产力与浮游植物生物量有很大的关系[31]。水体叶绿素a含量可反映该水域浮游植物生物量水平。整个调查区域，平水期和枯水前期叶绿素a与初级生产力呈极显著正相关，且叶绿素a的分布总体与初级生产力的分布一致，表明叶绿素a分布在一定程度上决定初级生产力的格局，与张琪等[10]在三峡水库香溪河的研究一致。除叶绿素a外，水体浮游植物生长受透明度、温度、光照、营养物质影响[32]。本研究显示，初级生产力与总氮、硝酸盐与透明度呈显著正相关关系，表明初级生产力分布格局受多个环境因子的影响，营养物质输入导致叶绿素a增加，导致初级生产力增加，所以，总氮、硝酸盐与透明度影响河流中浮游植物的量增加。水体中TN/TP 维持在合适的比例才有利于浮游植物生长繁殖[33]，超出该比例时，浮游植物生长会受氮限制或者磷限制。本研究发现珠江干流2016年TN/TP均大于7，属磷限制性水域，全年磷酸盐和总磷含量始终处于较低水平。另外，硅酸盐作为硅藻的必要需求，密切控制着细胞的结构和代谢，因此其可能会调节浮游植物的生长过程，进而影响初级生产力[34]，研究区域枯水前期硅藻是珠江干流的优势种[28]，大量增殖，导致硅酸盐被消耗，转化为次级生产力，导致硅酸盐与初级生产力呈极显著负相关关系。

水体富营养化使水功能和生态系统受到破坏，给附近居民用水、工农业用水、水产养殖、旅游等带来巨大损失。本研究采用水体初级生产力与TSIChla(P<0.01)进行曲线回归分析，结果显示，初级生产力与TSIChl-a拟合效果最好，呈现一元二次关系；直接用初级生产力数据判断水体营养状况与采用TSIChl-a计算结果基本一致，说明初级生产力可以作为水体营养状况指标评价水体营养状况，这与张琪等[10]的研究结果一致。综合以上方法可知，珠江干流主要处于中营养和贫营养状态，TSIChl-a和初级生产力均显示珠江干流平水期和丰水期水质比较健康，全部处于贫营养和中营养状态，值得注意的是，枯水前期和平水期鲁布革站位处于富营养状态，有向超富营养化发展的趋势。

3.4 与其他河流比较

与珠江三角洲、嘉兴水域、九段沙湿地等水域相比珠江干流初级生产力低于其他水域(表4)。这可能与调查水域所处的地理位置以及水体的水文因素有关，珠江干流地处云、贵、桂以及粤西等地区属亚热带季风气候，地貌多以山地、丘陵、石山为主，地表径流带来的补给水源外源性物质稀少，降雨较多，降雨带来大量泥沙，水体浑浊，透明度大幅降低，不利于浮游植物的积累。而其他水域如珠江三角洲、嘉兴水域属平原河网地区，人口密度较高，受农业、工业和生活污水的影响[16,33]，导致水体营养盐物质增加，给浮游植物的生长带来了有利条件，造成初级生产力较高。与刚果河相比较高，这可能是因为刚果河流经赤道两侧，有南北半球丰富降水的交替补给，水流大，气温高，光照强，受水文和气候条件限制，浮游植物的生长受到了强烈的影响，造成刚果河初级生产力低于其他河流。

下一步，全国智标委将组织编制组成员按照审查会专家提出的修改意见进行汇总、修改，确定导则文稿。该导则立足行业全局、贴近智慧民生，发布后将规范智能门锁在住房城乡建设领域信息化的安全应用，为新型智慧城市建设保驾护航。来自原国家质量技术监督局、工信领域、公共安全等领域的专家参加了审查。

表4 各河流初级生产力的比较

4 结论

珠江干流呈现以中营养和贫营养为主，上游末端建坝库区局部“富营养”的状态。叶绿素a和初级生产力分布格局基本一致，其时空分布特征具有明显差异，呈现枯水前期>平水期>丰水期的分布状况；空间上，整条河流除鲁布革外，各区域叶绿素a含量和初级生产力差异不大。初级生产力与总氮、硝酸盐、叶绿素a等呈极显著正相关关系(P<0.01，n=42)，与透明度呈显著正相关关系(P<0.05，n=42)。面源污染和水坝开发是造成珠江干流局部富营养化的重要原因。