位于贝加尔湖流出处的安加拉河上的博古恰尼水库的养分状况变化

《Journal of Great Lakes Research》：Transformation of the trophic status of the Boguchany Reservoir, located on the Angara River, which flows out of Lake Baikal

　　摘要
博古恰尼水库形成于2012年，当时在距离贝加尔湖源头1335公里的安加拉河上建成了水电站。经过近十年的中断后，人们再次对水库中的春季和夏季浮游植物进行了研究。共鉴定出83种浮游微藻。与春季相比，夏季浮游植物的物种丰富度更高，分别为67种和27种。春季时，水温在4.1–7.6℃之间，优势群落会随地点变化：优势种类从硅藻Aulacoseira islandica转变为小型中心型硅藻Stephanodiscus minutulus；生物量优势则从A. islandica转为Peredinium sp. 在距离科丁斯克镇6公里的一个海湾中，Asterionella formosa和Fragilaria crotonensis占主导地位。夏季时，水温为16.5–19.2℃，所有监测点中蓝藻Aphanizomenon flos-aquae和绿藻Sphaerocystis planctonica在数量上占优势，而大细胞硅藻F. crotonensis在生物量上占优势。在水库中部和靠近大坝的区域，次要优势物种包括甲藻Ceratium hirundinella和硅藻Tabellaria flocculosa。多样性指数表明，季节性变化主要表现为物种丰富度的增加，而非优势结构的改变。主成分分析显示，水温是影响浮游植物群落结构的关键因素。春季的最高细胞数量为64万细胞/升（生物量为752毫克/立方米）；夏季分别为179.5万细胞/升和470毫克/立方米。这些数值低于2016年的记录，说明该水库属于贫营养型水体。这些研究结果对于持续的生态监测、营养状况评估，以及在气候和人类活动压力下制定生物多样性保护策略具有重要意义。

引言
水库的修建会改变河流的水文状况，进而影响河流生物的生存环境，其中包括作为食物链关键环节的浮游植物。除了直接的洪水淹没和流速变化外（Maavara等人，2020），人工水体的生态系统还受到流域内经济活动带来的人为因素的显著影响。农业生产尤其重要：矿物肥料的使用以及牲畜排泄物会导致水中生物源物质（主要是氮和磷）含量升高（Sharma和Malaviya，2021）。这些物质在春季融雪和暴雨期间会从农田中被冲入水中，通过支流进入水库。此外，城市化地区和农业区的地表径流还会携带大量有机物，包括植物残体、腐殖酸及分解产物。未经处理或处理不充分的废水也会将这些物质带入水体中（Kim和An，2015；Ramírez等人，2014）。还有另一个有机物来源，即河岸侵蚀以及浅水区被淹没植被的分解，这对新建水库尤为常见（Hu等人，2021）。这些因素共同作用，引发了水体富营养化。营养物质的增加会促进浮游植物的快速生长，改变其季节性动态、物种结构以及不同类群的占比。在有机物质和营养物质输入增加的情况下，腐生性指示物种的作用会增强，同时蓝藻的大量繁殖也可能导致水华现象，进而降低水质（Paerl等人，2020）。浮游植物在生态系统中起着关键作用，且能迅速响应环境变化，其发育具有明显的季节性特征，这既体现在物种组成上，也体现在总体数量和生物量上。因此，浮游植物监测是及早发现水体生态状况恶化的有效手段（Padedda等人，2017）。尽管有了诸如遥感、宏条形码等现代监测技术，传统显微镜仍然是评估水体状况的重要且可靠的工具，它能够准确确定浮游植物的分类组成和数量（Biney等人，2025；Ivanova，2004；Kondratyeva等人，2021、2024；Korneva，2015；Krivina和Tarasova，2013；Mazur等人，2023）。

目前，安加拉河上建有系列水电站，形成了四个水库：伊尔库茨克水库、布拉茨克水库、乌斯季伊利姆斯克水库以及博古恰尼水库。关于安加拉河水电站系列水库中浮游植物的研究大多始于20世纪70至90年代（Kobanova，1980；Kozhova，1970；Vorobyeva，1987；Vorobyeva，1995；Vorobyeva，1997）。在那段时间内，人们发现这些人工水体中的浮游植物存在两个明显的生长高峰期——春季和夏季（Vorobyeva，1995）。博古恰尼水库是这一水电站系列的第四个也是最低处的水库。博古恰尼水电站的建设始于1980年，但经过长时间的中断后，直到2006年才重新启动。水库于2012年至2014年间蓄水完成（博古恰尼水电站，2026；Usoltseva和Titova，2017）。安加拉河这一段的最初研究是在1972年至1988年间进行的（Vorobyeva等人，1981；Vorobyeva，1987；Vorobyeva，1995）。从物种多样性来看，绿藻数量最多，共有110种，其次是硅藻60种，蓝藻26种。在绿藻中，数量最多的是Ankistrodesmus Corda、Pandorina Bory、Volvox Linnaeus、Schroederia Lemmermann和Sphaerocystis R. Chodat这几个属的物种。在硅藻中，数量最多的是Aulacoseira Thwaites、Stephanodiscus Ehrenberg、Diatoma Bory、Fragilaria Lyngbye、Nitzschia Hassall、Asterionella Hassall和Tabellaria Ehrenberg ex Kützing这几个属的物种。在蓝藻中，从细胞数量来看，数量最多的是Aphanizomenon Morren ex Bornet & Flahault和Anabaena（Dolichospermum (Bornet & Flahault) P.Wacklin, L.Hoffmann & Komárek）这两个属的物种（Vorobyeva，1995）。在1977年至2007年期间，博古恰尼水库所在区域的安加拉河各水文季节都进行了研究，此时已发现的浮游藻类物种总数为236种，均处于属以下级别。其中绿藻的物种多样性最高，其次是硅藻和蓝藻，而硅藻则构成了大部分生物量，占比可达总浮游植物生物量的75%（Sheveleva和Vorobyeva，2009）。2007年，该区域的浮游植物数量在51.9万至161万细胞/升之间，总生物量则在10毫克/立方米到1597毫克/立方米之间。当时的优势物种群包括乌斯季伊利姆斯克水库特有的物种：在硅藻中，有Stephanodiscus minutulus (Kütz.) Cleve et Moller、Aulacoseira islandica (O. Müll.) Sim.、A. granulata (Ehr.) Sim.、Asterionella formosa Hass.、Fragilaria crotonensis Kitt.以及Tabellaria fenestrata (Lungb.) Kütz.。在蓝藻中，优势物种是Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs；在隐藻中，有Chroomonas acuta Uterm.、Rhodomonas pusilla (Bachm.) Javorn和Cryptomonas marssonii Skuja；在甲藻中，则有Gymnodinium coeruleum Ant.和Peridinium aciculiferum f. inerme (Lemm.) Wolosz.（Sheveleva和Vorobyeva，2009）。2016年至2017年，人们对博古恰尼水库大坝附近区域进行了研究（Usoltseva和Titova，2017），发现与蓄水前的物种组成相比，该区域的优势物种群基本保持不变（Sheveleva和Vorobyeva，2009；Vorobyeva，1987；Vorobyeva，1995；Vorobyeva，1997）。不过，物种结构也发生了一些变化：在博古恰尼水电站建成之前，除了上述优势物种外，这条河流中还存在Diatoma vulgare Bory、Tabellaria fenestrata (Lyngbye) Kützing和Aulacoseira granulata (Ehrenberg) Simonsen这些物种（Vorobyeva，1995）。蓄水后，T. fenestrata仅以少量存在，而A. granulata和D. vulgare则完全未被检测到。2016年，博古恰尼水库首次记录到了绿藻Sphaerocystis planctonica (Korshikov) Bourrelly的出现，且其在夏季生长十分旺盛（Usoltseva和Titova，2017）。

本研究的目的是在经过近十年的观测中断后，于2024年评估博古恰尼水库春季和夏季浮游植物的物种丰富度及生产力。为实现这一目标，开展了以下工作：（1）确定浮游植物的分类组成及优势物种；（2）估算浮游植物的数量和生物量；（3）统计分析非生物因素对浮游植物数量特征及多样性指数的影响；（4）将当前研究结果与历史数据对比；（5）根据整个生长季节的浮游植物平均生物量，评估水库当前的营养状况。