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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

所屬分類(lèi):農(nóng)業(yè)論文 閱讀次 時(shí)間:2022-01-13 10:12

本文摘要: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,20182020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

  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

水體景觀生態(tài)

  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.

  參考文獻(xiàn)(Refrencecs):

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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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