北京城市副中心新建景觀水體水生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律

　　摘要：為研究新建景觀水體水生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程，以北京城市副中心鏡河為研究對(duì)象，2018—2020年對(duì)河流水生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展跟蹤監(jiān)測(cè)分析.結(jié)果表明：①在水源變化和水動(dòng)力條件影響下，與通水初期相比，水質(zhì)指標(biāo)中TP、CODMn升高2倍，葉綠素濃度升高約4倍，浮游植物密度升高3倍，與此同時(shí)透明度下降63.79%，水體進(jìn)入藻型濁水態(tài);①底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)由0.26升高至0.64，魚(yú)類(lèi)種類(lèi)由0提升至14種，大型水生植物覆蓋度由6%升高至40%.研究顯示，通過(guò)自然恢復(fù)與人工干預(yù)的共同作用，鏡河水生態(tài)健康水平由不健康演變?yōu)閬喗】�，但富營(yíng)養(yǎng)化是制約水體繼續(xù)向好發(fā)展的主要因素.研究成果為新建河流的景觀設(shè)計(jì)和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù).

　　關(guān)鍵詞：北京城市副中心;新建景觀水體;水生態(tài)監(jiān)測(cè);水生態(tài)健康

　　水生態(tài)系統(tǒng)在提供自然生態(tài)環(huán)境和支撐社會(huì)發(fā)展中起到重要作用[1]，隨著人類(lèi)生活水平的不斷提高，以美化環(huán)境、提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、服務(wù)大眾為首要功能的城市水生態(tài)系統(tǒng)已逐漸成為城市生態(tài)化進(jìn)程中的重要因素[2].以河流湖泊為主的城市景觀水體，受人類(lèi)活動(dòng)的干擾較大，隨著水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不斷輸入，水體的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)隨之增強(qiáng)[3].

　　研究[4]表明水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為城市景觀水體的重要問(wèn)題.目前對(duì)于景觀水體主要側(cè)重于水生態(tài)健康管理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究.城市景觀水體管理在水量、水質(zhì)基礎(chǔ)上，水體水生態(tài)系統(tǒng)健康管理已成為主要內(nèi)容.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法包括指示生物法、綜合指標(biāo)體系法[56]和數(shù)學(xué)模型法等[711]，而河流生境、水環(huán)境因子和水生生物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1214]，直接影響了水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)[1416].

　　因此，綜合河湖形態(tài)、水文、水質(zhì)、水生生物等指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法較能反應(yīng)水生態(tài)系統(tǒng)的整體情況[1720].2020年北京市發(fā)布了DB11/T1722—2020《水生態(tài)健康評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，從生境指標(biāo)、理化指標(biāo)和生物指標(biāo)3方面對(duì)河湖水生態(tài)健康水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).在調(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展水體的生態(tài)修復(fù)是提升城市生態(tài)景觀的重要內(nèi)容，其中利用水生植物的生態(tài)修復(fù)技術(shù)是“用生態(tài)辦法解決生態(tài)問(wèn)題”的有效手段[2].

　　在水生植物生物修復(fù)技術(shù)的研究中，多為植物修復(fù)機(jī)理過(guò)程的研究和模型模擬分析[2,2122]，而對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)的變化過(guò)程，缺乏相應(yīng)的綜合數(shù)據(jù)分析.尤其對(duì)于新建景觀水體，由于初期水生態(tài)系統(tǒng)不完善，自我凈化能力較低，河流水文、水質(zhì)等變化對(duì)水生態(tài)環(huán)境影響巨大，水環(huán)境變化過(guò)程復(fù)雜.

　　掌握新建景觀水體水生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律，對(duì)于河道生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)的提出至關(guān)重要[2324].2015年，《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》通過(guò)，通州區(qū)正式成為北京城市副中心.該研究以北京城市副中心新建景觀水體鏡河為研究對(duì)象，鏡河水生態(tài)環(huán)境保障對(duì)于副中心生態(tài)文明建設(shè)具有極為重要的政治意義.研究通過(guò)對(duì)鏡河水生態(tài)環(huán)境跟蹤監(jiān)測(cè)分析，揭示了水生態(tài)系統(tǒng)中各組成要素時(shí)空演替規(guī)律和水生態(tài)系統(tǒng)變化過(guò)程，為河流生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步提升提供技術(shù)措施和科學(xué)依據(jù).

　　1材料與方法

　　1.1研究區(qū)域概況

　　鏡河地處北京城市副中心，河道已建成2.4km，設(shè)計(jì)常水位18m，平均水深約2.0m，水域面積約16萬(wàn)m2，蓄水量25萬(wàn)m3.2018年底建成通水時(shí)，河道內(nèi)沒(méi)有布置水生植物，水生態(tài)系統(tǒng)不完整，水生態(tài)健康水平較低.自2018年至2020年共開(kāi)展監(jiān)測(cè)16次，時(shí)間分別為2018年10月、11月，2019年2月、3月、5月、7月、8月、10月和2020年4月—11月，河道自北向南設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn).

　　1.2樣品采集與處理

　　1.2.1水質(zhì)樣品采取

　　定量樣品采集用采水器采表層水2.5L.按照HJ/T91—2002《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求開(kāi)展水質(zhì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫、pH、溶解氧、透明度指標(biāo)，和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)葉綠素a、懸浮物、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、全鹽量指標(biāo).

　　1.2.2浮游植物定量樣品用采水器采表層水1L，立即加入占水樣量1%～1.5%(體積比)的魯哥氏液固定.將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室，倒入沉淀瓶?jī)?nèi)，靜置24～36h.用虹吸管緩慢吸去上層清液，保留瓶底部的沉淀濃縮液50mL左右，倒入濃縮樣品瓶，用少量蒸餾水沖洗沉淀瓶的內(nèi)壁和底部2～3次，沖洗液均倒入濃縮樣品瓶中，將濃縮樣品瓶繼續(xù)靜置沉淀24小時(shí)以上，最后虹吸、定容到30mL.樣品處理后，在光學(xué)顯微鏡下采用計(jì)數(shù)框進(jìn)行觀察分析.

　　1.2.3浮游動(dòng)物定量樣品用采水器采表層水10L，用13號(hào)浮游生物網(wǎng)過(guò)濾濃縮后注入樣品瓶中，加入約占水樣5%(體積比)的甲醛固定.樣品處理后，在光學(xué)顯微鏡下采用計(jì)數(shù)框進(jìn)行觀察分析.

　　1.2.4底棲動(dòng)物定量樣品用改良式彼得森采泥器采集底泥，采到的底泥倒入盆內(nèi)，經(jīng)0.3mm金屬篩過(guò)濾，去除泥沙和雜物，將篩網(wǎng)上肉眼可見(jiàn)的底棲動(dòng)物使用鐘表鑷子挑揀立即放入盛有75%乙醇溶液的濃縮樣品瓶?jī)?nèi)固定.

　　1.2.5水生植物監(jiān)測(cè)采用面積為0.25m2的帶網(wǎng)鐵鋏開(kāi)展樣方調(diào)查，將采集的植物洗凈，裝入標(biāo)本袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室.去除根、枯枝、敗葉和其他雜質(zhì)，去除植物體多余的水分，鑒定種類(lèi)，分別稱重后取樣品在65℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，直至恒重.每個(gè)采樣斷面設(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn).

　　1.2.6魚(yú)類(lèi)監(jiān)測(cè)采用地籠捕撈后放回的方法開(kāi)展調(diào)查，將地籠網(wǎng)置于水中過(guò)夜，約14h，漁獲物按種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)并拍照留存后放回.

　　1.3分析與評(píng)價(jià)方法

　　按照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》開(kāi)展水質(zhì)評(píng)價(jià).按照DB11/T1722—2020《水生態(tài)健康評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》要求，開(kāi)展水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià).

　　2結(jié)果與分析

　　2.1水質(zhì)變化

　　鏡河水溫變化主要受時(shí)間影響，不受人為干擾.pH變化范圍為7.96~9.27，隨時(shí)間有增高趨勢(shì).葉綠素a濃度逐年升高，2020年10月葉綠素a濃度(0.098mg/L)約為通水初期同期(0.020mg/L)的近5倍，透明度由高于100cm下降至約40cm.總氮和氨氮濃度變化隨時(shí)間波動(dòng)，總磷濃度逐年升高，最高時(shí)(0.34mg/L)比通水初期(0.11mg/L)增長(zhǎng)約2倍.全鹽量升高1.5倍，溶解氧濃度、生化需氧量和高錳酸鹽指數(shù)在2020年4月達(dá)到最高值).

　　2.2魚(yú)類(lèi)種類(lèi)變化

　　鏡河自2019年5月出現(xiàn)魚(yú)類(lèi)，為單一種鯽;9月調(diào)查得到魚(yú)類(lèi)7種，為鯽、泥鰍、黃黝魚(yú)、子陵吻蝦虎魚(yú)、麥穗魚(yú)、紅鰭原鲌和䱗.2020年共調(diào)查得到魚(yú)類(lèi)14種，魚(yú)類(lèi)按攝食食性可分為植食性、動(dòng)物食性、碎屑食性和雜食性.主要為雜食性，共8種，分別為䱗、麥穗魚(yú)、波氏吻蝦虎魚(yú)、鯽、黃黝魚(yú)、泥鰍、大鱗副泥鰍和鯉;植食性魚(yú)類(lèi)主要為草魚(yú);動(dòng)物性魚(yú)類(lèi)3種，分別為子陵吻蝦虎魚(yú)、紅鰭原鲌、烏鱧;碎屑食性魚(yú)類(lèi)2種，為高體鳑鲏和彩石鳑鲏.漁獲物優(yōu)勢(shì)種主要為麥穗魚(yú)、鯽，均屬于鯉形目，對(duì)水域生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性較寬泛的魚(yú)類(lèi).

　　2.3水生態(tài)系統(tǒng)健康水平變化

　　2.3.1指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，生境指標(biāo)中湖濱帶植被覆蓋度由30%提升至95%;理化指標(biāo)中，總磷含量升高2倍，生化需氧量升高26.84%，高錳酸鹽指數(shù)升高近2倍，全鹽量濃度升高49.18%，葉綠素濃度升高3.5倍，與此同時(shí)透明度下降63.79%，而氨氮濃度降低40%;生物指標(biāo)中魚(yú)類(lèi)種類(lèi)由0提升至14種，大型水生植物覆蓋度由6%升高至40%，浮游植物密度由319×104個(gè)/L升高至1135×104個(gè)/L，浮游動(dòng)物密度由529ind./L升高至7852ind./L，底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)由0.26升高至0.64.

　　2.3.2水生態(tài)系統(tǒng)健康水平評(píng)價(jià)結(jié)果

　　根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，生境指標(biāo)得分由于湖濱帶植被覆蓋度提升而增加3.00分;理化指標(biāo)得分由于高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素升高、透明度下降而降低2.75分;生物指標(biāo)得分由于魚(yú)類(lèi)種類(lèi)和大型水生植物覆蓋度提升、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)升高而增加，由于浮游植物和浮游動(dòng)物密度升高而降低，最終增加13分.總體看來(lái)，經(jīng)過(guò)兩年的水生態(tài)系統(tǒng)演變，鏡河水生態(tài)健康綜合指數(shù)由59.50提升至72.75，健康水平由不健康演變?yōu)閬喗】?

　　3討論

　　研究區(qū)域鏡河補(bǔ)水水源為再生水廠高品質(zhì)再生水和土壤滲濾凈化水，但通水初期至2021年初，補(bǔ)水水量有所降低，且再生水補(bǔ)給占比逐漸降低.根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，再生水廠出水水質(zhì)基本達(dá)到地表水IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，而土壤滲濾凈化水水質(zhì)主要呈現(xiàn)氨氮和總磷超過(guò)IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).河道下游補(bǔ)給交換頻次低，水體流動(dòng)性較弱.

　　水源水質(zhì)中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的增加，結(jié)合水動(dòng)力條件欠佳，共同驅(qū)動(dòng)河流水質(zhì)下降[2526].浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等都是水體中重要的水生生物，在水生態(tài)系統(tǒng)中占有重要的營(yíng)養(yǎng)級(jí)和生態(tài)位[2730].有研究表明，水生生物的種類(lèi)和豐度變化能夠很好反映水體水環(huán)境質(zhì)量[14].浮游植物和水生植物是水體中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，研究表明，浮游植物能夠?qū)λh(huán)境變化，尤其是營(yíng)養(yǎng)物含量做出快速反應(yīng)[31].

　　鏡河在河道設(shè)計(jì)中缺乏沉水植物，在通水后浮游植物迅速占領(lǐng)初級(jí)生產(chǎn)者主要生態(tài)位，浮游植物密度增加4倍，浮游動(dòng)物密度增加14倍，水環(huán)境壓力隨之增加，而迅速進(jìn)入藻型濁水態(tài)[3234].作為相對(duì)封閉的新生河道，鏡河交換水量少、基本呈現(xiàn)緩流狀態(tài)，且水生態(tài)結(jié)構(gòu)不完整、水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較低.水生植物在穩(wěn)定基質(zhì)、吸附懸浮物、抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)方面具有重要作用，構(gòu)建水生植物群落是河湖生態(tài)修復(fù)的重要技術(shù)[35].

　　自2019年起，基于草型緩流水體的“水下森林”構(gòu)建技術(shù)，優(yōu)選苦草、輪葉黑藻和竹葉眼子菜為優(yōu)勢(shì)種群，在河道內(nèi)開(kāi)展沉水植物種植，以推動(dòng)向草型清水態(tài)轉(zhuǎn)換，目前已發(fā)展至藻草共存態(tài)[3638].經(jīng)過(guò)人工修復(fù)與自然恢復(fù)共同作用，研究區(qū)域沉水植物種類(lèi)增加至7種，覆蓋度超過(guò)40%，但由于營(yíng)養(yǎng)鹽的不斷輸入和累積，水體呈富營(yíng)養(yǎng)化水平逐漸加深，進(jìn)而引起水體透明度降低，導(dǎo)致底層光照的急劇減小，而限制水生植物生長(zhǎng)，這種負(fù)反饋機(jī)制制約著水生態(tài)系統(tǒng)向好發(fā)展[3942].

　　隨著研究區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)演變，底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)升高，表明水生態(tài)系統(tǒng)健康水平提升.但底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種主要為耐污能力較強(qiáng)的搖蚊亞科，這與北運(yùn)河流域其他河流調(diào)查結(jié)果[43]一致，研究認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)對(duì)底棲動(dòng)物種類(lèi)和多樣性影響存在直接和間接影響[8,43].魚(yú)類(lèi)種類(lèi)增加至14種，包含草食性、雜食性、肉食性、碎屑食性魚(yú)類(lèi)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)完整.其中最先出現(xiàn)魚(yú)類(lèi)為雜食性鯽，其他魚(yú)類(lèi)也均為對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較寬泛，對(duì)水環(huán)境變化敏感性較低的種類(lèi)[44].

　　研究區(qū)域通水后至今，水生態(tài)健康綜合指數(shù)由59.50的不健康水平增加至72.75的亞健康水平，水生態(tài)健康水平顯著提升.水生態(tài)健康綜合指數(shù)的升高主要由湖濱帶植被覆蓋度、魚(yú)類(lèi)種類(lèi)、大型水生植物覆蓋度、底棲動(dòng)物生物多樣性的增加引起.“水下森林”構(gòu)建技術(shù)的實(shí)施，和挺水植物護(hù)岸帶的打造，作為生態(tài)修復(fù)的重要手段，不僅提升了湖濱帶植物和水生植物的覆蓋度，更為魚(yú)類(lèi)和底棲動(dòng)物提供了棲息地，豐富了水生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)[21,4547].但水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和浮游植物密度偏高，以及水生植物覆蓋度較低仍然是制約水生態(tài)環(huán)境繼續(xù)提升的關(guān)鍵因素.研究表明，通過(guò)改善河道水文、水動(dòng)力條件[4850]均能夠加速水體向草型清水穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的速度.

　　因此在河道設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮沉水植物對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的重要作用，并在河道現(xiàn)有條件下，降低水位，為沉水植物生長(zhǎng)提供必要條件，另外應(yīng)進(jìn)一步提升水動(dòng)力條件，以降低浮游植物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).以研究區(qū)域?yàn)榇淼谋狈匠鞘泻恿髟谏鷳B(tài)管理中優(yōu)先水資源連通調(diào)控，保障水資源量配置，增強(qiáng)水動(dòng)力調(diào)控，滿足生態(tài)需水要求，以改善水環(huán)境質(zhì)量[5153].其次注重水生態(tài)治理的長(zhǎng)效穩(wěn)定，在河道設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)生態(tài)護(hù)岸、水生植物等要素管理，保證生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)提升[21,5456].

　　4結(jié)論

　　a)鏡河水體受補(bǔ)水水源和水量的變化及河道水生態(tài)系統(tǒng)自身演替規(guī)律共同影響，河道下游水動(dòng)力欠佳區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)升高，應(yīng)采取措施改善下游水動(dòng)力條件.b)浮游植物占領(lǐng)初級(jí)生產(chǎn)者主要生態(tài)位，造成水體透明度下降而影響水生植物生長(zhǎng)，浮游植物已成為制約水生態(tài)系統(tǒng)向好的主要因素，應(yīng)繼續(xù)采取生態(tài)修復(fù)措施，結(jié)合水位調(diào)節(jié)，增強(qiáng)水生植物的競(jìng)爭(zhēng)作用.c)經(jīng)過(guò)兩年的演替，鏡河水生態(tài)系統(tǒng)日趨完善，群落結(jié)構(gòu)完善，水生態(tài)健康水平顯著提升.

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　　作者：張蕾1,2，郭碩3，晁春國(guó)4，楊子超5，樓春華1,2，王培京1,2

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