通城县中小河流小水电开发下的动植物群落特征

龚 苗 夏少丹 刘恒贵 尤能华 刘清平

(1.咸宁市林业科学院 咸宁 437100；2.湖北幕阜山竹林生态系统国家定位观测研究站 咸宁 437100；3.咸宁大容环境咨询有限公司 咸宁 437100)

河流生态系统是最重要的自然生态系统之一，作为陆地生态系统和水生生态系统的枢纽，在物质、能量和信息的交换过程发挥着重要的作用[1,2]。水力发电作为一种成熟、经济效益良好的可再生能源开发技术，在世界各地应用较为广泛，仅2017年全球电力供应中水电占比为15.8%[3]。据报道，我国水能资源理论蕴藏量和已开发量均居世界第一位[4]，理论蕴藏量达6.94亿kW[5]，截至2017年已开发水电站4.7万座，装机容量3.41亿kW。特别是小水电在解决农村用电，改善农村生活用能条件，促进区域经济发展，减少温室气体排放等方面发挥了巨大作用[6,7]，但小水电的密集开发对生态环境所产生的明显负面影响也受到广泛关注[8]。随着人们对生态环境保护意识的不断增强，亟需开展小水电开发所产生的影响效应评估和生态环境保护研究，以实现对水资源的可持续利用。目前，国内针对小水电生态环境效应分析多集中于减少污染气体排放、土壤侵蚀、森林保护等方面[9,10]，且多以单一电站为研究对象，对于涉及数量众多的小型河流上的小水电对河流生态系统影响的研究相对较少，进而造成深入揭示小水电开发对生态环境的影响仍十分不足。

湖北省能源资源较为匮乏，但降雨量充沛，山区河道落差较大，水能资源丰富，全省水能资源理论蕴藏量达1 823.1万kW[11]。从上世纪80年起，湖北省的小水电开发工程越来越多，开发速度和建设规模也不断提升，但部分地区受开发水平不高、监督管理不到位、日常管理粗放等原因，造成小水电开发对区域生态环境破坏的问题也十分突出[12]。科学开展小水电开发区域生物及环境变化研究，对于合理评估区域小水电开发以及环境保护具有重要意义。基于此，本研究以湖北省通城县境内小水电站的区域环境为研究对象，通过资料收集整理、走访调查和现场调研等多种方式，对水电站所处中小河流的植物群落、底栖动物、浮游生物、鱼类等组成和数量特征进行分析，探讨了小水电开发建设对通城县中小河流生态环境的影响，旨在为该区域水电开发科学管理和河流生态健康评价提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

通城县位于湖北省东南部，县境东、南、西三面群山环抱，属幕阜山脉，地处湘、鄂、赣三省交界处，是咸宁、岳阳、九江金三角中心交汇点。境内有港、溪135条，河床多粗沙结构。各溪流分别汇于隽水河、菖蒲河、铁柱河等三大水系后而注入陆水。全县有中小型水库73座，其中：中型水库有云溪、百丈潭、东冲、左港、阁壁、龙潭等6座，蓄水能力9 356万m3；小㈠型水库(106m3≤水库库容<107m3)15座，蓄水能力3 212万m3；小㈡型水库(105m3≤水库库容<106m3)52座，蓄水能力1 400万m3；有塘堰11 278处，蓄水能力4 782万m3；总蓄水能力18 750万m3。

1.2 水电站分布状况

截至2017年10月，通城县共建成水电站66座，总装机容量28 735.0 kW，主要分布在隽水河、菖蒲河和铁柱河3条河流及其支流上。其中，菖蒲河流域分布最多，有37座，数量占比为56.1%，装机容量占比达66.1%。铁柱河流域分布最少，有14座，数量占比为21.2%，装机容量占比为10%(表1)。

表1 通城县水电站分布情况

1.3 研究方法

结合通城县小水电站分布和开发状况，并根据通城隽水河、菖蒲河、铁柱河三条流域的特点，2017年在每个区域选取代表性的3个小水电站作为取样点，调查植物群落、底栖动物、浮游生物、鱼类等。

(1)浮游生物调查方法。样品分定性、定量釆集，现场用鲁哥氏液固定，定性样品采用浮游生物网拖榜，定量样品取表、底层混合水样，经实验室沉淀、浓缩至后在显微镜下镜检、计数。

(2)底栖动物调查方法。在所选定样点的100 m范围之内，使用索伯网 ( surber net，网口为30 cm × 30 cm，网孔径为500 μm) 随机采集2个平行样本。水深较大的样点于近岸处取样。将网内所有采集物经过60目网筛转入300 mL塑料瓶中，并加入 90% 的酒精溶液保存。在实验室内采用人工挑拣的方法将底栖动物样品转入100 mL的塑料瓶中，同时加入95%的酒精溶液保存待检。在显微镜或解剖镜下分类、计数，利用解剖镜和显微镜对底栖动物进行分类鉴定，样品尽量鉴定到属或者种。

(3)鱼类调查方法。采用捕捞、查阅资料和走访渔民相结合的方法，确定调查区域内主要鱼类的种类。通过调查渔民捕鱼江段的全部渔获物组成，并结合当地记录的历史资料以确定附近水域的鱼类资源结构。

(4)植物群落调查方法

结合小水电所处河流沿岸植被组成分布情况，采用典型设置和随机调查结合的方法，在每个调查点设置20 m×20 m的样方，共设置15个(表2)，主要记录样方中的植物种类、密度、盖度、高度。

表2 植物群落调查点分布信息

2 结果与分析

2.1 浮游植物

浮游植物作为水域生态系统最主要的初级生产者，是对水体敏感的指示生物，能较好的反映生态条件和营养状态。由表3可知，隽水河、菖蒲河、铁柱河调查到浮游植物分别为34属48种、34属47种、38属52种。从藻类的种类组成来看，硅藻门和绿藻门均为23种，种类最多，各占总浮游植物的40%；裸藻门种类最少，占比1.7%。调查中发现，37种藻类在三条河流中均有出现，占总浮游植物的64%，说明三条河流中藻类种类大致相同。从指示种来看，一些污染水体的藻类如蓝藻Cyanobacteria、裸藻Trachelomonas在水体中非常少见，而广营养的小型藻类如小环藻Cyclotella、尖尾蓝隐藻Chroomonasacutauterm为优势种，表明调查水域水质较好。

表3 通城县流域调查点浮游植物组成

表3 通城县流域调查点浮游植物组成 续表

2.2 浮游动物

由表4可知，隽水河有小型浮游动物23种，其中原生动物15种、轮虫8种；菖蒲河有小型浮游动物18种，其中原生动物11种、轮虫7种；铁柱河有小型浮游动物18种，其中原生动物12种、轮虫6种。从原生动物的食性来看，食藻者(A)为主要类群，共8种，占所有原生动物总数的53.3%；杂食者(N)最少，只有1种，占所有原生动物总数的6.7%。从原生动物营养功能类群分析来看，食藻者为主要类群，表明河流水质较好。从河流浮游动物指示种来看，原生动物主要为旋回侠盗虫Strombilidiumviride，该种是寡污染水体的指示种，其次为砂壳虫属Difflugia，该属原生动物为江河中的普生性种，常见于贫营养和中营养水体，而龟甲轮虫属Keratella也是贫营养水体的常见种类。由上可知，该调查流域的水质较好，属于寡污染型河流。

表4 通城县流域调查点浮游动物组成

2.3 底栖动物

底栖动物作为水生生态系统中的一个重要组成部分，底栖无脊椎动物作为河流生态系统健康的重要指示生物十分必要。由表5可知，调查流域的底栖动物种类存在较大差异，其中隽水河10种、菖蒲河9种、铁柱河16种。铁柱河底栖动物种类最多，表明铁柱河底栖动物资源量比隽水河、菖蒲河要丰富，生态环境质量更好。

表5 通城县流域采样点位底栖动物组成

三条流域共计采到底栖动物23种，其中寡毛类6种，占26.1%；软体动物8种，占34.8%；水生昆虫7种，占30.4%。从3条流域调查的底栖动物种类数量来看，软体动物最多，其中以短构蜷Semisulcospira和淡水壳菜Limnopernalacustris占优势，这是由于该河段水深较浅，地质以砂砾为主，比较适合这类动物的生存。砂砾底质由于其大量的空隙，成为底栖动物抗干扰的缓冲场所，因此其对底栖动物空间分布有重要影响。本区域底栖动物主要表现为软体生物量相对丰富，河流地质以砂砾为主的特征。

2.4 鱼类

由表6可知，在通城境内的3条主要流域共发现鱼类33种，隶属4目9科，其中以鲤科种类最多，有20种，占总鱼类种类的60.61%。其余鱼类种类属于鳅科、鲇科、鲿科、刺鳅科、鮨科、鳢科、合鳃科，共13种，占总鱼类种类的39.39%。鲤科鱼类占半数以上，为该区的优势种类，这和我国淡水鱼类以鲤科种属较多的特点是一致的。

表6 通城县流域鱼类统计结果

表6 通城县流域鱼类统计结果 续表

2.5 主要植物群落组成

据现场调查及资料统计表明，通城县小水电位于流域范围内共有维管束植物108科311属442种，共划分为12个优势植物群落。

(1)水蓼—苍耳群丛Ass.Polygonumhydropiper—Xanthiumsibiricum

主要分布在河岸滩，优势种类有水蓼Polygonumhydropiper、苍耳Xanthiumsibiricum等。主要伴生种为博落回Macleayacordata、灯心草Juncuseffusus、狼尾草Pennisetumalopecuroides、狗牙根Cynodondactylon等。

(2)白茅—猕猴桃群丛Ass.Imperatacylindrica—Actinidiachinensis

主要分布在岸坡或半山坡，优势种类主要有白茅Imperatacylindrica、猕猴桃Actinidiachinensis等。伴生种为法国梧桐Platanusorientalis、柳树Salixbabylonica、板栗Castaneamollissima、刺槐Robiniapseudoacacia、樟Cinnamomumcamphora、楠竹Phyllostachysheterocycla、油桐Verniciafordii、枫杨Pterocaryastenoptera、水杉Metasequoiaglyptostroboides等。

(3)灯心草—鬼针草群丛Ass.Juncuseffusus—Bidenspilosa

主要分布在河岸边或湿地旁，主要伴生种为水芋Callapalustris、龙葵Solanumnigrum、商陆Phytolaccaacinosa、双穗雀稗Paspalumpaspaloides等。

(4)毛竹—蕨群丛Ass.Phyllostachysedulis—Pteridiumaquilinum

主要分布在半山坡地，优势种主要为毛竹Phyllostachysedulis。主要伴生种为羊胡子草Carexrigescens、苎麻Boehmerianivea、黄檀Dalbergiahupeana、牡荆Vitexnegundo、黄鹌菜Youngiajaponica、花泽兰Eupatoriumchinense、紫藤Wisteriasinensis、构树Broussonetiapapyrifera、紫花地丁Violaphilippica等。

(5)杉木—糯米条—白茅群丛Ass.Cunninghamialanceolata—Abeliachinensis—Imperatacylindrica

主要分布在半山坡地，乔木层优势种主要为杉木Cunninghamialanceolata，主要伴生种为水杉Metasequoiaglyptostroboides、梧桐Firmianasimplex、樟、桂花Osmamthusfragrans等。 灌木丛优势种主要为糯米条Abeliachinensis，主要伴生种为棕榈Trachycarpusfortunei、刺槐Robiniapseudoacacia、高梁泡Rubuslambertianus等。草本层优势种为白茅，主要伴生种为荩草Arthraxonhispidus、荔枝草Salviaplebeia、蓼PolygonumL.、苍耳等。

(6)盐肤木—狗尾草群丛Ass.Rhuschinensis—Pennisetumalopecuroides

主要分布在岸边堤坝附近，主要伴生种为白茅、蓼、商陆、荔枝草、博落回、梧桐、含笑Micheliafigo等。

(7)马尾松—野蔷薇—白茅群丛Ass.Pinusmassoniana—Rosamultiflora—Imperatacylindrica

主要分布在水库库区内坡地上，乔木层优势种主要为马尾松，主要伴生种为杉木Cunninghamialanceolata。灌木丛优势种主要为野蔷薇Rosamultiflora，主要伴生种为山茶Camelliajaponica、黄檀Dalbergiahupeana、檵木Loropetalumchinense、女贞Ligustrumlucidum等。草本层优势种为白茅，主要伴生种为野大豆Glycinesoja、商陆、牵牛Pharbitisnil、藿香蓟Ageratumconyzoides、博落回、香薷草Moslachinensis等。

(8)樟—胡枝子—五节芒群丛Ass.Cinnamomumcamphora—Lespedezabicolor—Miscanthusfloridulus

主要分布于岸边堤坝附近，乔木层优势种主要为樟，主要伴生种为乌桕Sapiumsebiferum。灌木丛优势种主要为胡枝子Lespedezabicolor，主要伴生种为檵木、柞木Xylosmaracemosum、苦楝Meliaazedarach、紫荆Cercischinensis、构棘Macluracochinchinensis、大叶黄杨Buxusmegistophylla等。草本层优势种为五节芒Miscanthusfloridulus，主要伴生种为钩藤Uncariarhynchophylla、泥蒿Artemisiaselengensis等。

(9)荞麦—苔草群丛Ass.Fagopyrumesculentum—Carexheterostachya

主要分布于河岸滩，主要伴生种为浮萍Lemnaminor、水芹Oenanthejavanica、天胡荽Hydrocotylesibthorpioides、薏苡Coixlacryma-jobi、莎草Cyperusrotundus、灯芯草、狗尾草、针蔺Scabrousscalespikesedge、鸭舌草、芋、酸木草、柳叶菜Epelobiumhirsutum等。

(10)狼尾草—灯芯草群丛Ass.Pennisetumalopecuroides—Juncuseffusus

主要分布于近岸浅水区，主要伴生种为针蔺、鸭舌草、芋、柳叶菜等。

(11)茶—高梁泡群丛Ass.Camelliasinensis—Rubuslambertianus

主要分布于岸边堤坝附近，主要伴生种为荔枝草、蓼、刺槐、苍耳、梧桐、樟、桂花等。

(12)杨梅—木姜子群丛Ass.Myricarubra—Litseapungens

主要分布于低矮山坡地带，主要伴生种为兰香草Caryopterisincana、高梁泡、龙葵Solanumnigrum、商陆、田麻Corchoropsistomentosa、鬼针草等。

3 结论与讨论

通城县境内主要有菖蒲河、隽水河、铁柱河三大水系，三大水系在境内汇合后注入陆水河。陆水河是湖北省注入长江的第四大支流，也是“长江大保护”战略实施的重要支流。上世纪七八十年代，在国家鼓励发展小水电的政策背景下，通城县小水电发展迅速。截至2017年10月，通城县共建成水电站66座，其中菖蒲河流域分布37座，数量占比为56.1%；隽水河有15座，数量占比为22.7%；铁柱河流域分布14座，数量占比为21.2%。通城县水能资源理论蕴藏量为5.24万kW，全县共建成水电站总装机容量达2.87万kW，水能资源开发率达54.8%，水能资源开发利用较高，开发强度较大。

3.1 水电开发下水生生物特征

隽水河、菖蒲河、铁柱河调查到浮游植物分别为34属48种、34属47种、38属52种。从藻类的种类组成来看，硅藻门和绿藻门均为23种，种类最多，均占总浮游植物的40%；裸藻门种类最少，占总浮游植物的1.7%。

浮游动物组成中，隽水河流域有浮游动物23种，菖蒲河流域和铁柱河流域均为18种。从原生动物的食性来看，食藻者(A)为主要类群，占所有原生动物总数的53.3%，表明河流水质较好。

底栖动物种类组成中，菖蒲河9种，隽水河10种，铁柱河16种。铁柱河种类最多，表明铁柱河底栖动物生物资源量比隽水河、菖蒲河要丰富，生态环境质量更好，这可能与铁柱河流域水电开发强度较小有关。三条流域共计采到底栖动物23种，其中寡毛类6种，占26.1%；水生昆虫7种，占30.4%；软体动物8种，占34.8%。从3条流域调查的底栖动物种类数量来看，软体动物为主要组成成分。说明本区域底栖动物主要表现为软体生物量相对丰富，河流地质以砂砾为主的特征。

3条主要流域共发现鱼类33种，隶属4目9科，其中以鲤科种类最多，有20种，占总鱼类种类的60.61%，这和我国淡水鱼类以鲤科种属较多的特点是一致的。

3.2 水电开发下河流沿岸植物特征及影响

本研究发现，通城县小水电位于流域范围内共有维管束植物108科311属442种，共划分为12个优势植物群落。从生境类型看，3条流域的河岸带生境类型主要为分为灌丛河岸和草地河岸。从河岸带生境的角度来看，植物的群落分布受到地形地貌、人为干扰的影响程度较大，容易受自然或人类活动的影响。此外，由于建设水电站施工时间较长，导致工程区、堆渣区、料场、临时道路等工程在扰动区长期裸露，生态植被恢复工程未按要求实施，导致水电站建设区域内植被盖度和生物量减少，表明水电建设对区域植被和生物环境有着不同程度的破坏。

3.3 水电开发对河流生态系统水质的影响

根据浮游植物种类组成来判断，一些污染水体的指示种如蓝藻、裸藻在水体中非常少见，而广营养的小型藻类如小环藻、隐藻和尖尾兰隐藻为该水体的优势种，表明该调查水域水质较好。同时，从浮游动物指示种来看，原生动物主要为旋回侠盗虫，其次为砂壳虫属，该属常见于贫营养水体，属于寡污染型河流，同样表明该调查流域的水质较好。这与李蓉等研究不同，水电开发后库区有利于悬浮的沉降，使水体浊度降低；水体流速慢，降低水体自净能力，引起水体污染[13]。这可能是通城县河流位于陆水河上游，水环境本底质量良好，其次水电在开发过程中管理较规范，对河流水质的影响较小。

3.4 建议

研究了小水电开发下通城县中小河流的植物群落、底栖动物、浮游生物、鱼类等动植物群落特征，分析了水电开发对河流生态系统水质的影响。本研究因缺少植被样方调查历史背景数据作为对比，无法细致探究水电开发对植物群落演替的影响，在未来的研究中应从生态学的角度开展植物群落的演替变化研究。水生生物也缺乏水电站建设之前的数据，且河流生境与水生生物多样性随季节性变化较大；本研究仅进行了 1 次野外采样分析，只得出初步的结论。后续的工作应研究河流生境与河流生物多样性的季节动态，将本研究的结论进一步深化和完善，因而水电开发对流域生态系统之间更为复杂的影响过程尚需进一步深入研究。