綜合治理工程對采蓮河生態(tài)恢復(fù)及水質(zhì)影響
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魏冉， 金竹靜， 張先智， 黃可， 李金花， 孔德平， 楊逢樂， 周保學(xué)
（1．上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與T程學(xué)院，上海200240;
2．云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034）
摘要：A湖河流尤其是城市河流是滇池污染物的主要來源。文章以滇池流域典型的人湖城市河流——采蓮河為例，考查了綜合治理工程對于典型城市河流水質(zhì)生態(tài)恢復(fù)的影響。結(jié)果表明，綜合治理工程之后，采蓮河的水生態(tài)狀況得到了明顯地改善，其中浮游動物共檢測到91種，平均密度為812.29 ind/L，平均生物量為821 pLg/L，枝角類>輪蟲>原生動物>橈足類；底棲動物共監(jiān)測到14種，平均密度為1 008.7 ind/m2，平均生物量為13.40 g/m2，寡毛類>水生昆蟲類>軟體類>其他；浮游動物生物量的季節(jié)變化趨勢為春季>夏季>秋季>冬季。根據(jù)水生態(tài)多樣性指數(shù)分析和浮游底棲群落結(jié)構(gòu)及生物量的變化分析，表明采蓮河水體仍處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，且季節(jié)性變化趨勢為冬季>秋季>春季>夏季。
關(guān)鍵詞：采蓮河；浮游動物；底柄動物；多樣性指數(shù)
滇池地處昆明中下游，滇池流域35條人湖河流呈向心狀匯入，是滇池污染物的主要來源。滇池污染仍然很嚴(yán)重，水質(zhì)類別常處于劣V類狀態(tài)。在35條入湖河流中，流經(jīng)城區(qū)的城市河流是污染物的主要來源，因此城市河流的污染治理是滇池流域人湖河流污染治理的重點。
采蓮河是滇池流域典型的城市河流，位于滇池東北面的昆明市區(qū)，目前主河道長約8 km，匯水面積19.4 km2，主要支流有永昌河、太家河、楊家河和大青河，是昆明市城南片區(qū)的主要納污河道。長期以來，大量的生活污水未經(jīng)處理直接排人采蓮河，造成了嚴(yán)重的污染。河道在受污染的情況下，不僅水的理化性質(zhì)會發(fā)生變化，而且水中的生物種類組成、數(shù)量及特征也將發(fā)生變化；針對采蓮河的污染狀況，昆明市政府投入巨資于2010年完成了對采蓮河的綜合整治工程，工程主要包括沿岸的截污、底泥清淤、景觀綠化、清水回補和水生生態(tài)修復(fù)。通過綜合整治，采蓮河水質(zhì)和生態(tài)有了明顯的改善，主河段水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但是河道水生態(tài)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的體系，得到完全的生態(tài)恢復(fù)需要很長的過程。
本文通過對綜合治理工程后采蓮河浮游動物和底棲的跟蹤調(diào)查，分別在2013年10月（秋）、12月（冬）和2014年3月（春）、7月（夏）4次采樣，分析了經(jīng)過綜合整治之后，采蓮河浮游動物和底棲的生物群落組成、密度、生物量及季節(jié)的變化規(guī)律，并對采蓮河進(jìn)行了水質(zhì)生物學(xué)評價和水體營養(yǎng)狀況評價，以期為高原湖泊城市河道的水質(zhì)評價和綜合治理提供理論和技術(shù)支撐。
1 材料與方法
1.1 采樣時間和采樣點的布設(shè)
本次研究浮游動物和底棲共監(jiān)測4次，分別為2013年10月（秋）、12月（冬）和2014年3月（春）、7月（夏）。根據(jù)采蓮河河道情況，共布設(shè)8個采樣點，各采樣點具體位置見圖1。
1.2 樣品的采集與處理
浮游動物采集中原生動物的采集使用25號網(wǎng)，枝角類和橈足類的采集使用13號網(wǎng)。定性樣品用13號定性網(wǎng)，在水下0.5 m處做“∞”字型拖曳3 min，加福爾馬林固定后保存于100 mL標(biāo)本瓶中。定量樣品采水10 L置于25號浮游生物網(wǎng)中過濾，濃縮至20 mL，加福爾馬林固定后保存于100 mL標(biāo)本瓶中。測定密度時，將樣品稀釋至100 mL，搖勻并吸取l mL置于計數(shù)框中分類計數(shù)全部浮游動物數(shù)量，然后換算為水樣密度。
底棲動物的采集用挖泥器(29 cmx17 cm)在取樣點處采集后，用0.385 mm的篩子過濾、清洗，肉眼下?lián)斐龅讞珓游铮湃瞬蓸悠恐�，使用稀釋的甲醛溶液固定�；氐綄嶒炇覂?nèi)，解剖鏡和顯微鏡下觀察鑒定樣品。在室內(nèi)，在解剖盤中用肉眼仔細(xì)將動物標(biāo)本撿出，置入50 mL的塑料標(biāo)本瓶中，用10%的福爾馬林進(jìn)行固定。在實驗室，動物標(biāo)本經(jīng)種類鑒定、計數(shù)和稱重后，換算成每平方米的含量。
2 結(jié)果與討論
浮游動物是淡水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中的重要角色，影響著整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能和生態(tài)容納量；底棲動物是魚類的天然食料，底棲動物的數(shù)量和種類組成因周圍環(huán)境的變化而改變，水體環(huán)境受到污染時，適應(yīng)性強的種類大量繁殖，而適應(yīng)性差的種類會則會迅速減少或消失。因此可以利用浮游動物和底棲作為生物指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，來反映一段時間內(nèi)水質(zhì)的變化情況。
2.1 種類組成
4次采樣在采蓮河共采集到浮游動物91種，不同季節(jié)采集到的浮游動物種類數(shù)不同，春季和夏季浮游動物種類變化不大，分別為49種和47種，優(yōu)勢種有污鐘蟲和浮游累枝蟲等原生動物；角突臂尾輪蟲和可變臂尾輪蟲等輪蟲；枝角類和橈足類較少。在秋季顯著增加，秋季達(dá)到最高值91種，優(yōu)勢種有綠草履蟲、污鐘蟲和浮游累枝蟲等原生動物；角突臂尾輪蟲和可變臂尾輪蟲等輪蟲；蚤狀溞、同形溞和老年低額溞等枝角類；以及劍水蚤橈足幼體，冬季浮游動物種類又大幅下降至68種，只有少量無節(jié)幼體及劍水蚤、無柄輪蟲等，見圖2(a)。4次調(diào)查采集到的浮游動物中原生動物共有44種（變形蟲、彎凸表殼蟲、普通表殼蟲、針棘匣殼蟲、盤狀匣殼蟲、冠砂殼蟲、矛狀砂殼蟲、瓶砂殼蟲、矛狀鱗殼蟲、瓶砂殼蟲、放射太陽蟲、刺胞蟲、毛板殼蟲、天鵝長吻蟲、雙環(huán)櫛毛蟲、肋狀半眉蟲、僧帽腎形蟲、旋轉(zhuǎn)單鐮蟲、僧帽斜管蟲、浸漬錘吸管蟲、綠草履蟲、多核草履蟲、污鐘蟲、集蓋蟲、小蓋蟲、浮游累枝蟲、多態(tài)喇叭蟲、旋回俠盜蟲、紡錘全列蟲、偽尖毛蟲、膜狀急纖蟲、背狀棘尾蟲、銳利盾纖蟲、凹縫盾纖蟲、闊口游仆蟲、盤狀游仆蟲、近親殖口蟲、纖毛蟲、小口鐘蟲）、輪蟲次之共32種（卜氏晶囊輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、角突臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、壺狀臂尾輪蟲、中吻輪蟲、大肚須足輪蟲、小須足輪蟲、短棘螺形龜甲輪蟲、矩形龜甲輪蟲、蹄形腔輪蟲、盤狀鞍甲輪蟲、囊形單趾輪蟲、梨形單趾輪蟲、玫瑰旋輪蟲、四角平甲輪蟲、十指平甲輪蟲、長肢多肢輪蟲、真翅多肢輪蟲、前翼輪蟲、長足輪蟲、懶輪蟲、長圓疣毛輪蟲、長刺異尾輪蟲、暗小異尾輪蟲、羅氏異尾輪蟲）、枝角類9種（蚤狀溞、同形溞、大型溞、老年低額溞、方形網(wǎng)紋溞、近親裸腹溞、長額象鼻溞、圓形盤腸溞、網(wǎng)狀盤腸溞），橈足類最少，為6種（鋸緣真劍水蚤、毛飾擬劍水蚤、無節(jié)幼體、草綠小刺劍水蚤、北碚中劍水蚤、劍水蚤橈足幼體），各類群種類不同季節(jié)監(jiān)測結(jié)果有差異，所有類群種類數(shù)春夏季變化不大，除橈足類其他類群種類數(shù)均在秋季達(dá)到最大值，見圖2(a)。
4次調(diào)查共監(jiān)測到底棲動物14種，不同季節(jié)采集到的底棲動物種類數(shù)不同，其中春季共監(jiān)測到9種，夏季7種，秋季降到最低為5種，在冬季又顯著增加達(dá)到四季中的最大值，冬季種類數(shù)是秋季的2倍，見圖2(b)。4次調(diào)查采集到底棲動物中寡毛類共5種（霍甫水絲蚓、克拉泊水絲蚓、水絲蚓屬、蘇氏尾鰓蚓、顫蚓屬）、水生昆蟲4種（耳蘿卜螺、扁卷螺科、膀胱螺科、尖膀胱螺）、軟體動物4種（前突搖蚊屬、雙翅目蛹、搖蚊屬、長足搖蚊屬）以及其他1種（舌蛭屬）。各門類種類數(shù)不同季節(jié)監(jiān)測結(jié)果有差異，除了軟體類其他類群種類數(shù)均在秋季達(dá)到最低值，而在冬季各類群種類數(shù)均達(dá)到最高值，見圖2(b)。
2.2 密度和生物量
經(jīng)過鑒定，采蓮河浮游動物平均密度和生物量較大，由于浮游動物個體大小差異性較大，分為大型浮游動物（輪蟲、枝角類、橈足類）和原生動物2種，原生動物平均密度為3 034 ind/L、大型浮游動物平均密度為71.72 ind/L，以輪蟲最多，占總數(shù)的86%，其次為枝角類占9.3%，橈足類最少僅占4.7%，見圖3(a)；浮游動物平均生物量為821ug/L，其中枝角類最高，生物量為396ug/L，占48%；其次為輪蟲，生物量為225ug/L，占28%;再次為原生動物，生物量為150 ug/L，占18%;橈足類生物量最低，為50ug/L，占6%，見圖3(b)。
底棲動物經(jīng)過鑒定，平均密度為1 008.7 ind/m2．其中寡毛類密度為402.1 ind/m2，占39.9%；水生昆蟲密度為598.0 ind/m2，占59.30k；而軟體動物和其他類群密度較低，分別僅占0.7%和0.2%．見圖4(a)；底棲動物平均生物量為13.40 g/m2，其中寡毛類生物量為9.88 g/m2，占73.7%；水生昆蟲生物量為3.28 g/m2，占24.5%；而軟體動物和其他類群密度較低，分別僅占1.7%和0.1%，見圖4(b)。
2.3 浮游動物密度和生物量的季節(jié)變化趨勢
2.3.1 密度的變化情況
圖5給出了浮游動物各類群密度、生物量隨季節(jié)的變化趨勢。采蓮河原生動物密度以秋季最高，達(dá)到6 340 ind/L，大型浮游動物最高密度出現(xiàn)在夏季為417.2 ind/L；原生動物和大型浮游動物最低密度均出現(xiàn)在冬季，分別為1 075 ind/L和60.24 ind/L，見圖5(a)。由圖5(a)可知，原生動物密度春夏季變化不大，而秋季比夏季明顯增加到冬季又大幅度降低，秋季原生動物密度分別是夏季和冬季的2.88倍和5.90倍；大型浮游動物中枝角類密度季節(jié)性差異最大，春季時密度最高為77.4 ind/L，而夏季、秋季、冬季幾乎為O；輪蟲類密度最高值出現(xiàn)在夏季為415 ind/L，其次為春季，密度季節(jié)差異性很大，冬季達(dá)到最低，夏季是冬季的11.03倍；相反，橈足類密度最高值出現(xiàn)在冬季為21.24 ind/L，其次為春季，夏秋變化不大，冬季密度為夏季的10.11倍。所有浮游動物春季密度較高，除了橈足類其他類群密度均在在冬季達(dá)到最低值，見圖6。
2.3.2 生物量的變化情況
由圖5(b)可知采蓮河浮游動物生物量季節(jié)性差異很明顯，春季時達(dá)到最大值18151上g/L，夏季次之675ug/L，秋季又急劇降低到345 Vg/L，冬季達(dá)到最低值僅為170ug/L;各類群生物量的季節(jié)性變化趨勢和密度相同。浮游動物各類群密度季節(jié)變化見圖6。
2.4 水質(zhì)生物學(xué)評價
群落的種類多樣性可以反應(yīng)其功能的組織特性，是群落生態(tài)組織水平的獨特的、可測定的生物學(xué)特性。群落種類數(shù)和種群數(shù)量的變化與周圍環(huán)境密切相關(guān)。種的多樣性指數(shù)能夠反映群落結(jié)構(gòu)受水環(huán)境污染的變化情況，因此，種的多樣性可以用來評價水質(zhì)。常用的多樣性指數(shù)有Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Margalef多樣性指數(shù)，用H值、D值、M值來表示。公式如下：
式中：N為總個體數(shù)；n，為第i物種個體數(shù)；S為物種數(shù)。H始終≥0，當(dāng)H=O表示全部個體均屬于一種生物，H值處于0—1之間表示水質(zhì)多污型；處于1—2之間表示水質(zhì)a-中污型；處于2—3表示水質(zhì)3-中污型；>3則表示水體清潔。D值處于0～1表示水質(zhì)嚴(yán)重污染（相當(dāng)于多污型），1—2表示水質(zhì)為重污染（相當(dāng)于a-中污型），2—3表示水質(zhì)中度污染（相當(dāng)于B一中污型），3—6表示水質(zhì)輕度污染，>6表示水體清潔。M值越高，表示污染越輕；值越低，表示污染越嚴(yán)重。M值處于0—1表示水質(zhì)狀況為多污型，1—2之間表示水質(zhì)a-中污型，2—3表示水質(zhì)B一中污型，3～4為寡污型，>4表示水體清潔。不同季節(jié)采蓮河浮游動物和底棲動物群落不同季節(jié)的多樣性指數(shù)計算結(jié)果見表1、表2，并結(jié)合圖7分析采蓮河浮游動物和底棲動物多樣性指數(shù)的季節(jié)性變化。
結(jié)果顯示采蓮河浮游動物多樣性指數(shù)中，Sha-non -Weaver指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Margalef多樣性指數(shù)均以夏季最低，冬季達(dá)到最高，季節(jié)性變化趨勢為冬季>秋季>春季>夏季；底棲動物多樣性指數(shù)中，Shannon-Weaver指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)的季節(jié)性變化趨勢同樣為冬季>秋季>春季>夏季，Mar-galef多樣性指數(shù)在春季時達(dá)到最高值，季節(jié)性變化趨勢為春季>冬季>秋季>夏季。綜合采蓮河浮游動物和底棲動物多樣性指數(shù)可以評定采蓮河水體污染程度為a-中污型。
2.5 營養(yǎng)狀況評價
利用浮游動物進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評價啊，監(jiān)測水體的營養(yǎng)狀況和有機污染等已有很多的研究。綜合考慮浮游動物和底棲動物的種類、密度和多樣性指數(shù)，可以對水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)和污染情況進(jìn)行較為客觀的評價。1987年何志輝出一個以浮游動物生物量評價水體營養(yǎng)級別的標(biāo)準(zhǔn)：0.16～2.19 mg/L(平均0.96 mg/L)為貧營養(yǎng)型；0.28~17.6 mg/L(平均2.1mg/L)為中營養(yǎng)型；0.59—9.52 mg/L(平均3.59 mg/L)為富營養(yǎng)型。1989年李明德提出了非結(jié)冰期浮游動物生物量年均值表示法：<1 mg/L為貧營養(yǎng)型；1.1～3.4mg/L為中營養(yǎng)型；3.5—8 mg/L為富營養(yǎng)型；>8 mg/L為超富營養(yǎng)型根據(jù)該評價標(biāo)準(zhǔn)，采蓮河浮游動物春夏秋三季浮游動物平均生物量為1.15 mg/L，變動范圍為0.49—1.82 mg/L，水質(zhì)處于中營養(yǎng)至富營養(yǎng)類型。
1952年Carlander提出一個以底棲動物生物量評價水體營養(yǎng)狀況的標(biāo)準(zhǔn)：0.2—1.7 g/m2為貧營養(yǎng)；2.5~6.25 g/m2為中營養(yǎng)；10—25 g/m2為富營養(yǎng)。按照該評價標(biāo)準(zhǔn)，采蓮河底棲動物平均生物量為13.4 g/m2，水質(zhì)類別為富營養(yǎng)型。綜上可見，無論從浮游動物還是底棲的角度評價，采蓮河水質(zhì)類別處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。本實驗室對于采蓮河水質(zhì)分析監(jiān)測表明，經(jīng)過綜合整治之后，采蓮河水質(zhì)盡管有明顯好轉(zhuǎn)，其中入湖口處COD、BOD5、NH3 -N、TN、TP與工程治理前（2007年）相比分別下降了56%、48%．50%、47.5%和67.6%，但是部分河段TP、TN濃度仍然很高，水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示采蓮河水體COD、BODs、NH3-N、TN、TP平均濃度分別為29.94、9.95、7.07、11.92、0.34 mg/L，水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。這說明生物指標(biāo)評價結(jié)果與水體理化指標(biāo)得到的結(jié)果相一致，也說明本文的營養(yǎng)狀況評價方法對采蓮河是適用的。
3 結(jié)論
綜合治理工程對典型城市河流采蓮河的水生態(tài)狀況有明顯的改善效果。
(1)綜合治理工程之后，浮游動物共檢測到91種，平均密度為812.29 ind/L，平均生物量為821ug/L，枝角類>輪蟲>原生動物>橈足類；底棲動物共監(jiān)測到14種，平均密度為l 008.7 ind/m2，平均生物量為13.40g/m2，寡毛類>水生昆蟲類>軟體類>其他；生物量的季節(jié)變化趨勢呈春季>夏季>秋季>冬季。
(2)水生態(tài)多樣性指數(shù)分析表明，對于浮游動物和底棲動物的Shannon-Weaver指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)，以及浮游動物的Margalef多樣性指數(shù)均以夏季最低，冬季達(dá)到最高，季節(jié)性變化趨勢為冬季>秋季>春季>夏季；對于底棲動物，Margalef多樣性指數(shù)則在春季時達(dá)到了最高值，季節(jié)性變化趨勢為春季>冬季>秋季>夏季。
(3)綜合浮游底棲動物的水生態(tài)多樣性指數(shù)和平均生物量，評價綜合整治后采蓮河的污染程度為a-中污型，水質(zhì)營養(yǎng)狀況仍然為富營養(yǎng)化狀態(tài)，這一結(jié)果與水質(zhì)理化指標(biāo)評價結(jié)果相一致。
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