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)境變化過程，以北京城市副中心鏡河為研究對象，2018—2020年對河流水生態(tài)系統(tǒng)開展跟蹤監(jiān)測分析.結(jié)果表明：①在水源變化和水動力條件影響下，與通水初期相比，水質(zhì)指標中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，與此同時透明度下降63.79%，水體進入藻型濁水態(tài);①底棲動物多樣性指數(shù)由0.26升高至0.64，魚類種類由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;水生態(tài)健康

　　水生態(tài)系統(tǒng)在提供自然生態(tài)環(huán)境和支撐社會發(fā)展中起到重要作用[1]，隨著人類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，受人類活動的干擾較大，隨著水體中營養(yǎng)物質(zhì)的不斷輸入，水體的富營養(yǎng)化風(fēng)險隨之增強[3].

　　研究[4]表明水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為城市景觀水體的重要問題.目前對于景觀水體主要側(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.國內(nèi)外現(xiàn)有的水生態(tài)健康評價方法包括指示生物法、綜合指標體系法[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)、水生生物等指標的綜合評價方法較能反應(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)健康評價技術(shù)規(guī)范》，從生境指標、理化指標和生物指標3方面對河湖水生態(tài)健康水平進行綜合評價.在調(diào)查評價的基礎(chǔ)上，開展水體的生態(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)機理過程的研究和模型模擬分析[2,2122]，而對于水生態(tài)系統(tǒng)的變化過程，缺乏相應(yīng)的綜合數(shù)據(jù)分析.尤其對于新建景觀水體，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)等變化對水生態(tài)環(huán)境影響巨大，水環(huán)境變化過程復(fù)雜.

　　掌握新建景觀水體水生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律，對于河道生態(tài)保護和生態(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，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象，鏡河水生態(tài)環(huán)境保障對于副中心生態(tài)文明建設(shè)具有極為重要的政治意義.研究通過對鏡河水生態(tài)環(huán)境跟蹤監(jiān)測分析，揭示了水生態(tài)系統(tǒng)中各組成要素時空演替規(guī)律和水生態(tài)系統(tǒng)變化過程，為河流生態(tài)環(huán)境的進一步提升提供技術(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)計常水位18m，平均水深約2.0m，水域面積約16萬m2，蓄水量25萬m3.2018年底建成通水時，河道內(nèi)沒有布置水生植物，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年共開展監(jiān)測16次，時間分別為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個采樣點.

　　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)測技術(shù)規(guī)范》要求開展水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測指標包括現(xiàn)場測定水溫、pH、溶解氧、透明度指標，和實驗室檢測葉綠素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.

　　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.將水樣帶回實驗室，倒入沉淀瓶內(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)顯微鏡下采用計數(shù)框進行觀察分析.

　　1.2.3浮游動物定量樣品用采水器采表層水10L，用13號浮游生物網(wǎng)過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)顯微鏡下采用計數(shù)框進行觀察分析.

　　1.2.4底棲動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金屬篩過濾，去除泥沙和雜物，將篩網(wǎng)上肉眼可見的底棲動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內(nèi)固定.

　　1.2.5水生植物監(jiān)測采用面積為0.25m2的帶網(wǎng)鐵鋏開展樣方調(diào)查，將采集的植物洗凈，裝入標本袋內(nèi)帶回實驗室.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，分別稱重后取樣品在65℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，直至恒重.每個采樣斷面設(shè)置6個監(jiān)測點.

　　1.2.6魚類監(jiān)測采用地籠捕撈后放回的方法開展調(diào)查，將地籠網(wǎng)置于水中過夜，約14h，漁獲物按種類進行分類并拍照留存后放回.

　　1.3分析與評價方法

　　按照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》開展水質(zhì)評價.按照DB11/T1722—2020《水生態(tài)健康評價技術(shù)規(guī)范》要求，開展水生態(tài)系統(tǒng)健康評價.

　　2結(jié)果與分析

　　2.1水質(zhì)變化

　　鏡河水溫變化主要受時間影響，不受人為干擾.pH變化范圍為7.96~9.27，隨時間有增高趨勢.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間波動，總磷濃度逐年升高，最高時(0.34mg/L)比通水初期(0.11mg/L)增長約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月達到最高值).

　　2.2魚類種類變化

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

　　2.3水生態(tài)系統(tǒng)健康水平變化

　　2.3.1指標監(jiān)測結(jié)果根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，生境指標中湖濱帶植被覆蓋度由30%提升至95%;理化指標中，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，與此同時透明度下降63.79%，而氨氮濃度降低40%;生物指標中魚類種類由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/L升高至1135×104個/L，浮游動物密度由529ind./L升高至7852ind./L，底棲動物多樣性指數(shù)由0.26升高至0.64.

　　2.3.2水生態(tài)系統(tǒng)健康水平評價結(jié)果

　　根據(jù)評價結(jié)果，生境指標得分由于湖濱帶植被覆蓋度提升而增加3.00分;理化指標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;生物指標得分由于魚類種類和大型水生植物覆蓋度提升、底棲動物多樣性指數(shù)升高而增加，由于浮游植物和浮游動物密度升高而降低，最終增加13分.總體看來，經(jīng)過兩年的水生態(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，補水水量有所降低，且再生水補給占比逐漸降低.根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，再生水廠出水水質(zhì)基本達到地表水IV類標準，而土壤滲濾凈化水水質(zhì)主要呈現(xiàn)氨氮和總磷超過IV類標準.河道下游補給交換頻次低，水體流動性較弱.

　　水源水質(zhì)中氮磷營養(yǎng)鹽輸入的增加，結(jié)合水動力條件欠佳，共同驅(qū)動河流水質(zhì)下降[2526].浮游植物、浮游動物、底棲動物和魚類等都是水體中重要的水生生物，在水生態(tài)系統(tǒng)中占有重要的營養(yǎng)級和生態(tài)位[2730].有研究表明，水生生物的種類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生產(chǎn)者，研究表明，浮游植物能夠?qū)λ�環(huán)境變化，尤其是營養(yǎng)物含量做出快速反應(yīng)[31].

　　鏡河在河道設(shè)計中缺乏沉水植物，在通水后浮游植物迅速占領(lǐng)初級生產(chǎn)者主要生態(tài)位，浮游植物密度增加4倍，浮游動物密度增加14倍，水環(huán)境壓力隨之增加，而迅速進入藻型濁水態(tài)[3234].作為相對封閉的新生河道，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、抑制藻類生長方面具有重要作用，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)勢種群，在河道內(nèi)開展沉水植物種植，以推動向草型清水態(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)域沉水植物種類增加至7種，覆蓋度超過40%，但由于營養(yǎng)鹽的不斷輸入和累積，水體呈富營養(yǎng)化水平逐漸加深，進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，這種負反饋機制制約著水生態(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.但底棲動物優(yōu)勢種主要為耐污能力較強的搖蚊亞科，這與北運河流域其他河流調(diào)查結(jié)果[43]一致，研究認為人類活動對底棲動物種類和多樣性影響存在直接和間接影響[8,43].魚類種類增加至14種，包含草食性、雜食性、肉食性、碎屑食性魚類，營養(yǎng)級完整.其中最先出現(xiàn)魚類為雜食性鯽，其他魚類也均為對環(huán)境適應(yīng)能力較寬泛，對水環(huán)境變化敏感性較低的種類[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、魚類種類、大型水生植物覆蓋度、底棲動物生物多樣性的增加引起.“水下森林”構(gòu)建技術(shù)的實施，和挺水植物護岸帶的打造，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，更為魚類和底棲動物提供了棲息地，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，通過改善河道水文、水動力條件[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)計中，應(yīng)充分考慮沉水植物對水生態(tài)系統(tǒng)的重要作用，并在河道現(xiàn)有條件下，降低水位，為沉水植物生長提供必要條件，另外應(yīng)進一步提升水動力條件，以降低浮游植物的競爭優(yōu)勢.以研究區(qū)域為代表的北方城市河流在生態(tài)管理中優(yōu)先水資源連通調(diào)控，保障水資源量配置，增強水動力調(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)治理的長效穩(wěn)定，在河道設(shè)計、建設(shè)、運行過程中，加強生態(tài)護岸、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，河道下游水動力欠佳區(qū)域水質(zhì)指標升高，應(yīng)采取措施改善下游水動力條件.b)浮游植物占領(lǐng)初級生產(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，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)，增強水生植物的競爭作用.c)經(jīng)過兩年的演替，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(Refrencecs)：

　　[1]孫然好,魏琳沅,張海萍,等.河流生態(tài)系統(tǒng)健康研究現(xiàn)狀與展望:基于文獻計量研究[J].生態(tài)學(xué)報,2020,40(10):35263536.

　　[2]劉暢.景觀水體生態(tài)修復(fù)的效果及影響因素研究[D].唐山:華北理工大學(xué),2018:23.

　　[3]張瑞.再生水補給型城市景觀水體生態(tài)健康與修復(fù)工程效果評價體系構(gòu)建與應(yīng)用[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2020:114.

　　[4]江維.西安市典型景觀水體水環(huán)境狀況調(diào)查及保護研究[D].西安:長安大學(xué),2017:25.

　　[5]ROUXDJ.StrategiesusedtoguidethedesignandimplementationofanationalrivermonitoringprogrammeinSouthAfrica[J].EnvironmentalMonitoringandAssessment,2001,69(2):131158.

　　[6]LADSONAR,WHITELJ,DOOLANJA,etal.DevelopmentandtestingofanIndexofStreamConditionforwaterwaymanagementinAustralia[J].FreshwaterBiology,1999,41(2):453468.

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

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