伊通河城區(qū)段生境評(píng)價(jià)與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系分析

陳際峰，趙可，李春明，王金鑫

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

河流棲息地是水生生物賴以生存的環(huán)境，能夠維護(hù)河流生態(tài)的完整和河流的健康。工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，河流被人類活動(dòng)干擾和破壞程度不同，導(dǎo)致河流水質(zhì)污染和破壞河流棲息地，并最終導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題[1-2]。本文研究對(duì)象為伊通河城區(qū)段，借鑒英國(guó)城市河流生境調(diào)查法（URS）[3]和德國(guó)蘭登堡市的河流生境綜合指數(shù)法（RHQ）[4]，在鄭丙輝[5]、陳婷[6]相關(guān)成果基礎(chǔ)上，結(jié)合城市人口密集、人為干擾嚴(yán)重的特點(diǎn)，篩選影響河流生境的指標(biāo)，建立了伊通河城區(qū)段流域河流生境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果與水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 調(diào)查研究

1.1 研究區(qū)域概況

伊通河是由南向北貫穿長(zhǎng)春市的大河，位于長(zhǎng)春的伊通河全長(zhǎng)286.9 km，流域面積5 412.9 km2。伊通河的上游部分從郊區(qū)到新立城水庫(kù)，是長(zhǎng)春工業(yè)和生活用水的重要來(lái)源。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

在全面了解伊通河的基礎(chǔ)上，遵循全面性、代表性和可行性3 個(gè)原則，自南向北選取10 個(gè)典型河段，起點(diǎn)為新立城水庫(kù)，終點(diǎn)為北湖，于2019年10月30日開展了伊通河市河流生態(tài)調(diào)查，收集了研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。各采樣點(diǎn)河段長(zhǎng)200 m，4 個(gè)測(cè)段間距50 m 等距布置。檢測(cè)位點(diǎn)如表1 所示。

表1 伊通河城區(qū)段檢測(cè)位點(diǎn)

1.3 生境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

1.3.1 生境評(píng)價(jià)指標(biāo)

棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定是基于國(guó)外對(duì)城市河流生境評(píng)價(jià)的研究與實(shí)踐，以及適合我國(guó)國(guó)內(nèi)的河流生境評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合我國(guó)城鎮(zhèn)河流人為影響因素多的特點(diǎn)，建立了伊通河城區(qū)段河流生境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)涵蓋河岸物質(zhì)、河岸植被結(jié)構(gòu)、河岸植被總體狀況、河岸利用類型、主要水流類型、水生植物類型數(shù)、主要水生植物類型、河道生境類型數(shù)、人工河岸比例、BANKPOET 指數(shù)、水體氣味、沉淀物氣味、油類、表面浮渣、大型污染物15 個(gè)指標(biāo)。

1.3.2 生境評(píng)價(jià)計(jì)算方法

確定各生境指標(biāo)的得分之后，使用聚類分析（CA）的分級(jí)聚類方法對(duì)上述生境指標(biāo)進(jìn)行分析，以識(shí)別整個(gè)數(shù)據(jù)集中的群體。其次是分類和回歸樹（CART）分析被用來(lái)量化錯(cuò)誤分類率，以確定組布局的準(zhǔn)確性。為確定組間差異的統(tǒng)計(jì)顯著性，使用了置換MANOVA（PERMANOVA）和一個(gè)控制流位置的因子。最后按照計(jì)算的差異性與顯著性，賦予各指標(biāo)類型相應(yīng)分值，計(jì)算出生境綜合指數(shù)的分值（I），13≤（I）＜15 為良好，10≤（I）＜12為一般，7≤（I）＜9 為較差，4≤（I）＜6 為差。

1.4 水質(zhì)指標(biāo)及測(cè)定方法

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫、溶解氧、pH，并采集1 000 mL水樣放置于將其放入4 ℃的培養(yǎng)箱中，并帶到實(shí)驗(yàn)室測(cè)定總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH4+-N）、化學(xué)需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和懸浮固體（SS）化學(xué)指標(biāo)。參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中的實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行水樣的保存和預(yù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 伊通河城區(qū)段生境綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)生境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，對(duì)10 個(gè)采樣點(diǎn)的生境指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的河流生境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值I，結(jié)果如圖1 所示。

圖 1 伊通河城區(qū)段生境評(píng)價(jià)概況

10 個(gè)樣點(diǎn)的生境質(zhì)量指數(shù)分值介于7～13。在8條河流中，2 條河流的生境狀況較好，3 條河流的生境狀況一般，3 個(gè)樣點(diǎn)河段的生境狀況較差；支流中1 條河段的生境狀況一般，另1 條河段生境狀況較差。生境質(zhì)量好的點(diǎn)位處于上游地區(qū)與北湖地區(qū)，自然植被保存完好，遠(yuǎn)離人類活動(dòng)密集地區(qū)，受人類活動(dòng)干擾較少，土地利用類型以林地和耕地為主，林地面積占比大，植被覆蓋度高，如 S1 新立城水庫(kù)壩下、S8 北湖橋下[7]。在10 個(gè)點(diǎn)位中，伊通河下游河段如S5 自由攔河閘前、S6 新華攔河閘前、S7 四化攔河閘前河流生境狀況不理想，存在表面浮渣、水體氣味和油類污染現(xiàn)象，實(shí)證河段的生境評(píng)價(jià)結(jié)果以較差為主。主要原因在于該部分實(shí)證河段在河閘附近，制約了其河流生境的改善。伊通河上游的河岸生境條件良好，土地利用類型以農(nóng)用地、綠地和水體為主，如S1 新立城水庫(kù)壩下。

2.2 伊通河城區(qū)段水質(zhì)狀況

伊通河城區(qū)段各采樣點(diǎn)水中TP 質(zhì)量濃度為0.06～0.35 mg·L-1，平均值0.16 mg·L-1，4 個(gè)采樣點(diǎn)TP 質(zhì)量濃度均高于國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類水。TN 的質(zhì)量濃度為0.23～6.39 mg·L-1，平均值為2.035 mg·L-1，8 個(gè)采樣點(diǎn)TN 質(zhì)量濃度高于國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水，采樣點(diǎn)S7、S10 為劣Ⅴ類水。NH4+-N 質(zhì)量濃度為0.03～1.9 mg·L-1，平均值為0.412 mg·L-1，有5 個(gè)采樣點(diǎn)的質(zhì)量濃度超過國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ類水。CODCr質(zhì)量濃度為10.54～47.41 mg·L-1，平均值為22.05 mg·L-1，采樣點(diǎn)S2 南繞城高速橋下CODCr質(zhì)量濃度為劣Ⅴ類水。TP、TN、NH4+-N、CODCr質(zhì)量濃度較高的樣點(diǎn)出現(xiàn)在流域中下游地區(qū)。CODMn質(zhì)量濃度為4.28～7.76 mg·L-1，平均值為5.786 mg·L-1。溶解氧指標(biāo)均符合國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水。

2.3 生境特征與水質(zhì)狀況冗余分析

為了避免生境指標(biāo)之間的信息重復(fù)，在Person或Spearman 相關(guān)分析中只選擇了一個(gè)顯著相關(guān)的生境指標(biāo)，以最終確定河岸物質(zhì)、河岸土地利用和河岸植被總體狀況、主要水生植物、主要水流類型、人工河岸比例、BANKPROT 指數(shù)、油類、水體氣味用于伊通河城區(qū)段河流生境特征和水質(zhì)的冗余分析。為了確定不同生境特征指標(biāo)對(duì)河流水質(zhì)變化的貢獻(xiàn)率，直接對(duì)水質(zhì)指標(biāo)和生境指標(biāo)進(jìn)行梯度分析。去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（DCA）外，發(fā)現(xiàn)最長(zhǎng)軸的梯度長(zhǎng)度小于3。因此，利用線性模型（冗余分析RDA）對(duì)水質(zhì)指數(shù)、綜合生境指數(shù)、河岸生境指數(shù)、河道生境指數(shù)、護(hù)岸指數(shù)和人為污染指數(shù)進(jìn)行冗余分析（圖2）。可見，綜合生境指數(shù)、河岸生境指數(shù)、河道生境指數(shù)和人為污染指數(shù)對(duì)水質(zhì)指數(shù)有顯著影響。生境評(píng)價(jià)較好的河段水化學(xué)基本指標(biāo)含量較低。生境綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為好的采樣點(diǎn)S1、S8 樣點(diǎn)，NH4+-N 濃度符合國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類水，S8點(diǎn)位的TN、TP 符合國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類水；生境評(píng)價(jià)較差的點(diǎn)位，如S4、S6、S7、S10 的TN均超過國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類水，S7、S10 為劣Ⅴ類水。人類活動(dòng)、土地利用方式、植被多樣性、河岸植被結(jié)構(gòu)大多與 TN、TP、NH4+-N 和呈顯著負(fù)相關(guān)。在對(duì)滇池的研究中，孫金華等[8-9]指出，人類活動(dòng)是導(dǎo)致湖泊水質(zhì)惡化的驅(qū)動(dòng)因素。植被多樣性對(duì)水質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在植被對(duì)N、P 的消減，河岸帶植被可使入河N、P 污染物得到控制，陸域面源污染物可被有效截留、優(yōu)化河水水質(zhì)。位于閘前的點(diǎn)位S5、S6、S7 生境都屬于較差，其TN、TP、NH4+-N、CODCr均不同程度超標(biāo)；SIZIBA[10]研究表明，處理不當(dāng)?shù)某鞘袕U水的排放將導(dǎo)致城市大壩上游的水質(zhì)惡化。

圖2 生境特征與水質(zhì)狀況冗余分析

3 結(jié)論

1）伊通河城區(qū)段實(shí)證點(diǎn)位中，河流生境良好的河段有2 條，一般的河段有4 條，較差河段有4 條。伊通河城區(qū)段上游地區(qū)與北湖地區(qū)生境質(zhì)量評(píng)價(jià)較高，自然植被保存較好，遠(yuǎn)離人類活動(dòng)密集地區(qū)，受人類活動(dòng)干擾較少。

2）伊通河城區(qū)段實(shí)證河段中8 個(gè)點(diǎn)位水體中TN 質(zhì)量濃度超過國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水，其中S7、S10 水體中TN 質(zhì)量濃度超過國(guó)家地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水，在流域水環(huán)境保護(hù)和治理中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)TN 的重視。

3）伊通河城區(qū)段實(shí)證河段，河流生境特征與水質(zhì)指標(biāo)存在著相關(guān)關(guān)系，通過相關(guān)分析和冗余分析表明，生境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與TN、NH4+-N、TP 呈負(fù)相關(guān)，水質(zhì)主要受水生植物、河岸植被總體狀況、水體氣味、河岸土地利用等影響較大。