吳旗韜，李苑君，石喜平，郭奕惠

（1.廣東省科學(xué)院廣州地理研究所，廣東 廣州 510070；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510030）

初級(jí)生產(chǎn)力是指初級(jí)生產(chǎn)者在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)有機(jī)物的能力[1]。水體初級(jí)生產(chǎn)者主要由水生植物、著生藻類、浮游植物和自養(yǎng)細(xì)菌等構(gòu)成。由于水體初級(jí)生產(chǎn)力可以反映水域的營養(yǎng)水平及漁產(chǎn)潛力，在水環(huán)境保護(hù)、漁業(yè)養(yǎng)殖開發(fā)、增殖放流生產(chǎn)與科研實(shí)踐中，用來判斷水域的環(huán)境狀況及估算水域潛在漁產(chǎn)力，從而確定投放魚類的品種及數(shù)量。水體初級(jí)生產(chǎn)力無論對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)特征研究，還是指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)與科研實(shí)踐，都有重要意義。

20世紀(jì)初至今，可通過多種手段分析初級(jí)生產(chǎn)力水平及結(jié)構(gòu)特征。水體初級(jí)生產(chǎn)力主要測定方法包括浮游植物生物量法、黑白瓶測定法、葉綠素測定法、放射性同位素測定法和pH值測定法等[2]。我國調(diào)查者更多采用前3種測定方法[1]，并在不同的水庫中采用不同測定方法評(píng)估初級(jí)生產(chǎn)力[3-7]。但現(xiàn)有的研究多針對(duì)單一水庫開展初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)估，多區(qū)域內(nèi)多水庫初級(jí)生產(chǎn)力的評(píng)估對(duì)比，研究報(bào)道相對(duì)較少。

廣東省共有水庫8 411座，其中大型水庫40座，水庫總庫容達(dá)451億m3。廣東省水熱條件優(yōu)異，水庫湖泊浮游動(dòng)植物豐富，典型水域浮游藻類7門245種（包括變種和變型），其中硅藻104種，占比42.45%；綠藻85種，占比34.69%；裸藻31種，占比12.65%；藍(lán)藻18種，占比7.35%；甲藻4種，金藻2種，黃藻1種。典型水域浮游動(dòng)物71種，其中原生動(dòng)物17種，輪蟲21種，枝角類16種，橈足類17種[8]?，F(xiàn)采用葉綠素測定法，根據(jù)廣東省30個(gè)典型水庫水源監(jiān)測數(shù)據(jù)，評(píng)估不同水庫的初級(jí)生產(chǎn)力，以期為廣東省典型水庫生態(tài)環(huán)境保護(hù)和漁業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域

選擇廣東省30個(gè)典型水庫，水域總面積約38 777 hm2。

1.2 初級(jí)生產(chǎn)力計(jì)算模型

由于水域初級(jí)生產(chǎn)過程復(fù)雜，不同初級(jí)生產(chǎn)力測定方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，理論上都無法完全準(zhǔn)確反映初級(jí)生產(chǎn)力水平。測定結(jié)果不僅受測定方法本身局限，也受到環(huán)境因子等外界因素影響，導(dǎo)致相同水域不同測定方法及不同水域相同測定方法，所得初級(jí)生產(chǎn)力結(jié)果存在差異或誤差。葉綠素測定法由于操作簡單，已經(jīng)在生產(chǎn)和科研工作中大量使用。現(xiàn)考慮數(shù)據(jù)獲取因素，采用葉綠素測定法計(jì)算典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力。計(jì)算公式如下：

式中：CChl-a——以碳（C）計(jì)初級(jí)生產(chǎn)力，mg/（m3·d）（以C計(jì)）；Ps——表層水中浮游植物的潛在生產(chǎn)力，mg/（m3·h）（以C計(jì)）；E——真光層深度，m；D——每天日照時(shí)間，h。

Ps根據(jù)表層水中葉綠素a的含量計(jì)算，公式如下：

式中：Ca——表層水中葉綠素a的含量，mg/m3；Q——浮游植物光合作用速率與葉綠素a含量的比值，稱為同化系數(shù)，以C計(jì)，mg/（mg·h）（以Ca計(jì)）。目前國內(nèi)同化系數(shù)通常按照Cadee[9]的經(jīng)驗(yàn)值3.7 mg/（mg·h）（以Ca計(jì)）計(jì)算，雖然不同水域的數(shù)值不盡相同，但目前國內(nèi)外普遍采用此數(shù)據(jù)。

E定義為水柱中支持凈初級(jí)生產(chǎn)力的部分，其底部為臨界深度，即水柱日凈初級(jí)生產(chǎn)力為零時(shí)的深度。E一方面取決于水體中各類物質(zhì)對(duì)光的衰減，另一方面還與到達(dá)水表面的光強(qiáng)有關(guān)。為了研究的方便和規(guī)范化，大多數(shù)研究采用1%表面光強(qiáng)深度來代替E，或?qū)⑺鹿鈴?qiáng)為14 μmol/（m2·s）對(duì)應(yīng)的深度稱之為E[10]。計(jì)算參考有關(guān)學(xué)者的研究，E取水體透明度的3倍[1，11]。

D為每天的光照時(shí)間，單位為h，本次計(jì)算統(tǒng)一按照12 h計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)來源

廣東省典型水庫葉綠素含量數(shù)據(jù)，來源于廣東省生態(tài)環(huán)保廳2021年湖庫型水源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。針對(duì)廣東省河源新豐江、珠海楊寮水庫等30個(gè)水庫，每月對(duì)水庫的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、葉綠素a等質(zhì)量濃度以及pH值、透明度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)2021年1—12月份逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算全年初級(jí)生產(chǎn)力。典型水庫的面積采用2019年全國土地第3次調(diào)查數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型水庫葉綠素a含量及變化

廣東省2021年部分水庫葉綠素a含量年平均值見圖1。由圖1可見，不同水庫葉綠素a含量差異較大。水庫平均葉綠素a含量為0.009 3 mg/L，葉綠素a含量最低和最高分別為0.000 5和0.039 5 mg/L。從不同水庫的葉綠素a年平均值來看，深圳市的石巖水庫葉綠素a含量最高，其次為廣州市洪秀全水庫和深圳市松子坑水庫，汕尾市赤沙水庫葉綠素a含量最低。

圖1 廣東省2021年部分水庫葉綠素a含量年平均值

參考美國環(huán)境保護(hù)署提出的水體營養(yǎng)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)[12]，廣東省水庫營養(yǎng)型類型劃分見表1。由表1可見，從葉綠素a含量的年平均值來看，廣東省水庫整體屬于中營養(yǎng)型水庫。

表1 廣東省水庫營養(yǎng)型類型劃分

廣東省2021年部分水庫葉綠素a平均值年度變化見圖2。由圖2可見，不同水庫的葉綠素a含量年度變化明顯，其中在3、4、9和12月出現(xiàn)高峰期，而1，2，6和11月份則明顯降低。

圖2 廣東省2021年部分水庫葉綠素a平均值年度變化

2.2 典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力系數(shù)

廣東省典型水庫667 m2平均初級(jí)生產(chǎn)力系數(shù)見圖3。由圖3可見，從典型水庫來看，平均初級(jí)生產(chǎn)力最高的是深圳市的羅田水庫，最低的是揭陽市的新西河水庫。

圖3 廣東省典型水庫667 m2平均初級(jí)生產(chǎn)力系數(shù)

廣東省不同類型水庫每667 m2平均初級(jí)生產(chǎn)力系數(shù)見圖4。按照每天12 h，每年300 d日照時(shí)間計(jì)算，年平均初級(jí)生產(chǎn)力為0.128 t/a（以C計(jì)），其中富營養(yǎng)型水庫每667 m2水域年平均初級(jí)生產(chǎn)力為0.195 t/a（以C計(jì)），中營養(yǎng)型水庫為0.073 t/a（以C計(jì)），貧營養(yǎng)型水庫為0.044 t/a（以C計(jì)）。

圖4 廣東省不同類型水庫667 m2平均初級(jí)生產(chǎn)力系數(shù)

2.3 典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力

廣東省典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力見表2。由表2可見，廣東省典型水庫年初級(jí)生產(chǎn)力合計(jì)44 349 t（以C計(jì)）。其中面積最大的為河源的新豐江水庫，每年初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)到28 844 t（以C計(jì)），占全部典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力的65.04%；其次為韶關(guān)南水水庫，每年初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)到6 392 t（以C計(jì)），占全部典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力的14.41%。

表2 廣東省典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力① t

續(xù)表

3 結(jié)論

采用葉綠素a測定法，評(píng)估了廣東省30個(gè)典型水庫的初級(jí)生產(chǎn)力。結(jié)果表明，廣東省不同水庫葉綠素a含量時(shí)空差異較大，葉綠素a含量最低為0.000 5 mg/L，最高為0.039 5 mg/L，全部水庫平均葉綠素a含量為0.009 3 mg/L。葉綠素a含量年度變化明顯，受氣溫和動(dòng)物活動(dòng)影像，3、4、9和12月份出現(xiàn)高峰期。全省典型水庫每667 m2水域年初級(jí)生產(chǎn)力在0.009～0.308 t/a（以C計(jì)），平均值為0.128 t/a（以C計(jì)）。富營養(yǎng)型水庫的初級(jí)生產(chǎn)力顯著高于貧營養(yǎng)型水庫，平均高出4.4倍。廣東省典型水庫年初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)到44 349 t（以C計(jì)），不同水庫初級(jí)生產(chǎn)力差異顯著。河源新豐江水庫、韶關(guān)南水水庫的初級(jí)生產(chǎn)力較大，分別達(dá)到28 844和6 392 t（以C計(jì)），占全部典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力的65.04%和14.41%。

水體初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)估是水環(huán)境保護(hù)、漁業(yè)增殖放流和養(yǎng)殖的重要前提，采用葉綠素測定法開展廣東省典型水庫初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)估，相對(duì)其他評(píng)估方法，簡單便于操作。廣東省擁有良好的水熱條件和大量的水庫，水庫初級(jí)生產(chǎn)力雖具有顯著的時(shí)空差異，但總體初級(jí)生產(chǎn)力較高，為廣東省水庫作為大水面開展?jié)O業(yè)增養(yǎng)殖提供了良好的基礎(chǔ)條件。