水库蓄水对神农架林区大九湖浮游植物的影响

Effect of Reservoir Water Storage on Phytoplankton in Dagu Lake of Shennongjia Forest Region

摘要: 神农架林区大九湖上游新建一座水库，调蓄下游大九湖的水面，然而水利工程往往对下游生态产生影响，本文搜集2017年水库开始蓄水、蓄水后、释放生态流量、水库停止蓄水等4种情况下，大九湖浮游植物的变化，探讨神农架林区大九湖水库蓄水对大九湖浮游植物的影响。

Abstract: A new reservoir was built in the upper reaches of the Dajiu Lake in Shennongjia to regulate the water surface of the lower reaches of the Dajiu Lake. However, water conservancy projects often have impacts on the ecology of the lower reaches. This paper collects the changes of phytoplankton in the Dajiu Lake in 2017 when the reservoir starts to store water, after storing water, releases ecological flow, and when the reservoir stops storing water, and discusses the impacts of the storage of water in the Dajiu Lake in Shennongjia on phytoplankton in the Dajiu Lake.

1. 材料与方法

1.1. 研究区域与采样点设置

大九湖位于湖北省神农架林区，是一片山涧沼泽地，是亚高山的一片湿地，流域面积40.5 km²，盆地面积17.3 km²，海拔1700米，南北长约15公里，东西宽约3公里，中间是一抹17平方公里的平川，平川内天然形成9个大小不等的串联湖泊，在9号湖有一溶洞落水孔，湖水落入溶洞流往下游，2014年大九湖湿地管理局开始在1号湖上游修建一座水库，大九湖湿地流域相对封闭，是开展水库蓄水对下游浮游植物影响的理想研究场所，见图1。十堰市水环境监测中心在每个湖泊及水库设一个采样点。

Figure 1. Location map of the Dajiu Lake sampling point

图1. 大九湖采样点位置图

1.2. 前人在研究区的研究

2014年11月至2015年9月进行了3次采样调查，大九湖各子湖浮游植物丰度2014年11月在0.09 * 10⁶至13.65 * 10⁶ cells/l之间，2015年5月份在1.20 * 10⁶至26.20 * 10⁶ cells/l之间；采样期间大九湖多样性指数在1.0至3.0之间。以上数据来自《神农架大九湖湿地浮游植物群落结构特征及营养状态评价》。

1.3. 材料

2017年5月4至6日、7月4日、9月18日、10月26至28日4次生态调查数据。监测项目包括地表水水质标准GB3838-2002表1中24项水质参数，还包括透明度、叶绿素，浮游植物等。

2. 数据分析

用物种丰富度指数、多样性指数、均匀性指数研究水生生物的文章很多， [1] - [10] 几乎全部用到这三个指数。

浮游植物群落多样性分析采用Margalef物种丰富度指数(D)；Shannon-Wienr多样性指数(H)；Pielou均匀度指数(J)。公区分别为：

$D=\left(S-1\right)/\ln N$

$H=-{{\displaystyle \sum }}^{\text{}}\left(ni/N*\ln \left(ni/N\right)\right)$

$J=H/\ln S$

式中：S为浮游植物属类数；N为浮游植物密度总数。ni为第I个种的个体数目。

3. 结果

3.1. 大九湖理化指标情况

大九湖理化指标平均情况如表1。

Table 1. The average situation of physical and chemical indicators of Dajiu Lake

表1. 大九湖理化指标平均情况，单位：mg/l

用GB3838-2002评价大九湖水质：2017年5月，平均III类水；2017年7月平均IV类水；2017年9月平均III类水；2017年10月平均III类水。

3.2. 浮游植物密度的变化情况

2017年5月，大九湖浮游植物密度为950至2192万cells/l；2017年7月，大九湖浮游植物密度为5774至35,619万cells/l；2017年9月，大九湖浮游植物密度为1906至7550万cells/l；2017年10月，大九湖浮游植物密度为883至3726万cells/l。充分说明：在水库开始蓄水的5月和水库停止蓄水的10月，大九湖浮游植物很平静，基本上在3000万cells/l以下。2017年7月，当水库蓄水停止释放生态流量不久，大九湖浮游植物疯长，大九湖1号湖浮游植物密度达到35,619万cells/l，水面出现浮萍，出现水华。2017年9月，水库开始释放生态流量，大九湖浮游植物密度开始减小，到10月份，大九湖浮游植物密度基本上降至3000万cells/l以下，见图2。

Figure 2. Phytoplankton density map of Dajiu Lake

图2. 大九湖浮游植物密度图

3.3. 物种丰富度指数(D)

2017年5月份丰富度指数在1.06至1.33之间；2017年7月丰富度指数在0.05至1.30之间；2017年9月份丰富度指数在0.88至1.55之间；2017年10月份丰富度指数在1.00至1.46之间。丰富度指数符合5月份正常、7月分小、9月份逐渐增大、10月份趋于正常的情况。

3.4. Shannon-Wiener多样性指数(H)比较分析

2017年5月份多样性指数在1.41至2.61之间；2017年7月多样性指数在0.24至1.47之间；2017年9月份多样性指数在0.62至2.01之间；2017年10月份多样性指数在1.45至1.85之间。多样性指数符合5月份正常、7月分小、9月份逐渐增大、10月份趋于正常的情况。特别值的注意的是7月份1号湖全是鱼腥藻，并且浮游植物密度极高。大九湖浮游植物多样性指数分布图见图3。

3.5. Pielou均匀度指数(J)比较分析

2017年5月份均匀性指数在0.48至0.89之间；2017年7月均匀性指数在0.28至0.48之间；2017年9月份均匀性指数在0.22至0.61之间；2017年10月份均匀性指数在0.50至0.63之间。均匀性指数符合5月份正常、7月分小、9月份逐渐增大、10月份趋于正常的情况。

3.6. 浮游植物优势属密度占总密度的比例

表2可以看出，2017年5月份和10月份湖中优势属为绿藻和硅藻，优势属密度占总密度的比例在60%以内；2017年7月份和9月份优势属为绿藻和蓝藻，湖中优势属密度占总密度的比例在60%以上。特别是7月份的1号湖鱼腥藻占93.5%，优势属浮游植物见图4。符合优势属密度占浮游植物总密度的比例高时水质污染严重的规律。

Figure 3. Dajiuhu diversity index distribution map

图3. 大九湖多样性指数分布图

Figure 4. Dajiu Lake is a phytoplankton map

图4. 大九湖优势属浮游植物图

Table 2. The ratio of dominant phytoplankton density to total density in Dajiu Lake

表2. 大九湖浮游植物优势属密度占总密度的比例

4. 结论

1) 2017年5月水库开始蓄水、2017年7月蓄水后、2017年9月水库释放生态流量、2017年10月水库停止蓄水等4种情况下，大九湖的浮游植物密度从正常到开始疯长，到长势逐渐减弱，到恢复正常。

2) 2017年5月水库开始蓄水、2017年7月蓄水后、2017年9月水库释放生态流量、2017年10月水库停止蓄水等4种情况下，大九湖浮游植物丰度指数、从正常到减小，到逐渐增大至恢复正常；大九湖浮游植物多样性指数从正常到逐渐减小，到增大恢复正常；大九湖均匀性指数从正常到减小，到增大至恢复正常。

3) 2017年5月水库开始蓄水、2017年7月蓄水后、2017年9月水库释放生态流量、2017年10月水库停止蓄水等4种情况下，大九湖的浮游植物优势属从绿藻、硅藻变化至绿藻、蓝藻。优势属密度占浮游植物总密度的比例从60%以下增至60%以上并逐渐减小到60%以下。