城市河流修復生境對水生生物影響因素研究

毛雪慧

(深圳市碧園環保技術有限公司/深圳市水務規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518000)

1 引言

浮游植物、浮游動物、底棲動物等水生生物作為江河湖庫等是水體生態系統的主要初期生產者，同時也是水生態系統中能量流動和物質循環的驅動因子[1]，在一定程度上可決定物質循環和能量流動的方式[2]。水生生物對水質變化敏感，環境因子變化對其生理活動及其群落結構和功能的影響很大，其群落結構特征可以較準確地反映水體的水質狀況及其動態變化，是水環境質量的重要指示類群及其評價的重要指標[4～6]。浮游動物、浮游植物、底棲動物群落結構變化是環境因子綜合作用的結果，研究其中的變化規律對于水生態修復領域具有實際意義。

我國在河流的生態整治中已經取得廣泛共識，從2005～2010年，一批科研工作者將生態治河理念輸入水利界[7]，且隨著生態治河的各種論文相繼發表以及專著《生態水利工程原理與技術》《生態水工學探索》[8]的出版，大大推動了生態治河的力度。水利單位開始重視水生植物的應用，呼吁恢復河流的蜿蜒性，保護河曲，重視生物多樣性和生物棲息地，重視河流中各類生物的恢復和品種的增加，重視動植物的生物量監測等。深圳市城市河流綜合整治工程包括沿河建設截污管網，新建污水處理廠作為河道補水設施，設置生物飄帶、納米曝氣等水質凈化設施，種植水生植物營造河灘生境，設置礫石床為底棲生物提供棲息場所，改造生態護岸工程等。通過評價河流整治工程前后的效果與水生態因子之間的關聯性，為繼續推進生態脆弱河流和地區水生態修復，為下一步開展生態清潔型小流域建設提供數據支撐。

2 材料與方法

深圳灣的6條典型河流經過了環境綜合整治工程的治理，不同的河流采用了不同的生態修復技術，導致修復后的河流形成了不同的河流生境。現劃分出9種不同的河流修復生境，生境類型分別為卵石群(福田河)、沙粒群(排洪河)、人工濕地(福田河)、硬化河床+硬化護岸(新洲河)、生態河床+硬化護岸(福田河)、硬化河床+生態護岸(新洲河)、生態河床+生態護岸(福田河)、水生植物(排洪河)、咸淡水交替(排洪河)。對其不同河流修復生境的12種環境指標(磷酸鹽、總氮、總磷、硝氮、亞硝氮、氨氮、化學需氧量、生化需氧量、pH值、溶解氧、電導率、溫度)和生物指標(浮游植物優勢種、浮游動物種類、底棲動物種類)進行采樣分析。采樣時間為2012年9月和2013年4月。所有分析數據取其2次采樣的平均值。監測分析方法原則上選用國家和環境保護行業監測分析方法標準。

為了判斷河流生態修復工程前后水環境和水生態因子的關系，應用除趨勢對應分析(detrended correspondence analysis，DCA)，對生物指標數據進行樣點分類。用典型對應分析方法(canonical correspondence analysis，CCA)研究生物的分布格局與環境因子間的相互關系。用冗余分析(redundancy analysis，RDA)研究生物的分布格局與環境因子間的相互關系。

3 結果與分析

3.1 不同河流修復生境的浮游植物群落與環境因子的關系

對9種河流修復生境的浮游植物種類與環境因子的RDA分析, 選擇優勢度達到10%的種類列入物種矩陣中。首先對浮游植物種類的DCA排序，最長的排序軸長度(Lengths of gradient)為1.18，因此選擇線性模型對浮游植物群落與環境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗結果表明除化學需氧量外，其余所有環境指標與浮游植物群落的變化有顯著相關性(p<0.05)。

樣點和環境因子之間的相互關系顯示，不同河流修復生境與環境因子的相關性不同。生化需氧量是影響沙粒群、水生植物生境浮游植物分布的主要環境因子，且2個樣方中環境因子BOD大小為沙粒群>水生植物；氨氮、化學需氧量是影響人工濕地、硬化河床+硬化護岸、生態河床+硬化護岸、硬化河床+生態護岸生境浮游植物分布的主要環境因子，且4個樣方中環境因子COD大小為硬化河床+生態護岸≈硬化河床+硬化護岸>人工濕地>生態河床+硬化護岸；總磷、磷酸鹽、pH值是咸淡水交替生境浮游植物分布的主要環境因子；總氮、硝氮、亞硝氮、溫度、溶解氧、電導率是影響卵石群、生態河床+生態護岸生境浮游植物分布的主要環境因子，且2個樣方中環境因子NO2大小為卵石群>生態河床+生態護岸。

物種和環境因子之間的相互關系顯示，這12項理化因子影響了深圳河流修復生境浮游植物分布，且相互之間相關性不顯著，其中總氮、硝氮、亞硝氮、氨氮、化學需氧量是影響深圳河流修復生境浮游植物群落的最主要的環境因子。溶解氧與浮球藻有較強的正相關性；溫度與韋絲藻有較強的正相關性；菱形藻與氨氮有較強的正相關性；四尾柵藻、小球藻、隱藻與總磷、pH值有較強的正相關性；優美平裂藻、小球藻、十字藻、顆粒直鏈藻與化學需氧量有較強的正相關性(圖1)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護岸；5：生態河床+生態護岸；6：生態河床+硬化護岸；7：硬化河床+生態護岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸鹽；TP:總磷；TN:總氮；NO3:硝氮；NO2:亞硝氮；NH4:氨氮；COD:化學需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導率；WT:溫度；S1:優美平裂藻；S2:四尾柵藻;S3:小球藻;S4:韋絲藻;S5:浮球藻;S6:十字藻;S7:菱形藻;S8:顆粒直鏈藻;S9:小環藻;S10:隱藻

3.2 不同河流修復生境的浮游動物群落與環境因子的關系

對9種河流修復生境的浮游動物種類與環境因子的RDA分析, 選擇優勢度達到10%的種類列入物種矩陣中。首先對浮游動物種類的DCA排序，最長的排序軸長度(Lengths of gradient)為3.9，因此選擇線性模型對浮游動物群落與環境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗結果表明所有環境指標與浮游動物群落的變化有顯著相關性(p<0.05)。

樣點和環境因子之間的相互關系顯示，不同河流修復生境與環境因子的相關性不同。pH值是影響沙粒群生境浮游動物分布的主要環境因子；溶解氧是影響硬化河床+硬化護岸生境浮游動物分布的主要環境因子；電導率、亞硝氮、生化需氧量、溫度是影響卵石群、人工濕地、生態河床+生態護岸、生態河床+硬化護岸、硬化河床+生態護岸、水生植物、咸淡水交替生境浮游動物分布的主要環境因子，且7個樣方中環境因子NO2大小為生態河床+硬化護岸≈生態河床+生態護岸>卵石群>咸淡水交替>水生植物≈硬化河床+生態護岸>人工濕地。

物種和環境因子之間的相互關系顯示，這12項理化因子影響了深圳河流修復生境浮游動物分布，且相互之間相關性不顯著，其中總氮、氨氮、電導率、化學需氧量、硝氮、亞硝氮是影響深圳河流修復生境浮游動物群落的最主要的環境因子。溶解氧與長足輪蟲有較強的正相關性；亞硝酸與泥溞、寬角粗毛溞、腔輪蟲SP.2有較強的正相關性；pH值與無節幼體、劍水蚤幼體、萼花臂尾輪蟲、:裂足臂尾輪蟲有較強的正相關性；電導率與大肚須足輪蟲、腔輪蟲SP.1有較強的正相關性(圖2)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護岸；5：生態河床+生態護岸；6：生態河床+硬化護岸；7：硬化河床+生態護岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸鹽；TP:總磷；TN:總氮；NO3:硝氮；NO2:亞硝氮；NH4:氨氮；COD:化學需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導率；WT:溫度；D1:無節幼體;D2:劍水蚤幼體;D3: 泥溞;D4:寬角粗毛溞;D5:萼花臂尾輪蟲;D6:裂足臂尾輪蟲;D7:大肚須足輪蟲;D8:長足輪蟲;D9:腔輪蟲SP.1;D10:腔輪蟲SP.2

3.3 不同河流修復生境的底棲動物群落與環境因子的關系

對9種河流修復生境的底棲動物種類與環境因子的RDA分析。首先對底棲動物種類的DCA排序，最長的排序軸長度(Lengths of gradient)為3.1，因此選擇線性模型對底棲動物群落與環境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗結果表明除BOD、SRP外，其他環境指標與底棲動物群落的變化有顯著相關性(p<0.05)。

樣點和環境因子之間的相互關系顯示，不同河流修復生境與環境因子的相關性不同。溫度是影響沙粒群、人工濕地生境底棲動物分布的主要環境因子；亞硝氮是影響卵石群、生態河床+生態護岸、生態河床+硬化護岸生境底棲動物分布的主要環境因子，且3個樣方中環境因子NO2大小為生態河床+硬化護岸>生態河床+生態護岸>卵石群；氨氮是影響硬化河床+生態護岸生境底棲動物分布的主要環境因子；化學需氧量是影響硬化河床+硬化護岸生境底棲動物分布的主要環境因子；總磷是影響水生植物、咸淡水交替生境底棲動物分布的主要環境因子，且2個樣方中環境因子TP大小為水生植物>咸淡水交替。

物種和環境因子之間的相互關系顯示，這12項理化因子影響了深圳河流修復生境底棲動物分布，且相互之間相關性不顯著，其中磷酸鹽、總磷、化學需氧量、氨氮、總氮、溫度是影響深圳河流修復生境底棲動物群落的最主要的環境因子。溶解氧與小搖蚊有較強的正相關性；總氮與羽搖蚊有較強的正相關性；磷酸鹽與霍甫水絲蚓有較強的正相關性；溫度與淡水殼菜有較強的正相關性，其它物種與總磷呈現正相關性(圖3)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護岸；5：生態河床+生態護岸；6：生態河床+硬化護岸；7：硬化河床+生態護岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸鹽；TP:總磷；TN:總氮；NO3:硝氮；NO2:亞硝氮；NH4:氨氮；COD:化學需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導率；WT:溫度；P1:霍甫水絲蚓;P2:蘇氏尾鰓蚓;P3:羽搖蚊;P4:小搖蚊;P5:瘤擬黑螺;P6:銅銹環棱螺;P7:多棱角螺;P8:大瓶螺；P9:大臍圓扁螺;P10:海南溝蜷;P11:淡水殼菜

4 結論

(1)總氮、硝氮、亞硝氮、氨氮、化學需氧量是影響深圳河流修復生境浮游植物群落的最主要的環境因子。溶解氧與浮球藻有較強的正相關性；溫度與韋絲藻有較強的正相關性；菱形藻與氨氮有較強的正相關性；四尾柵藻、小球藻、隱藻與總磷、pH值有較強的正相關性；優美平裂藻、小球藻、十字藻、顆粒直鏈藻與化學需氧量有較強的正相關性。

(2)總氮、氨氮、電導率、化學需氧量、硝氮、亞硝氮是影響深圳河流修復生境浮游動物群落的最主要的環境因子。溶解氧與長足輪蟲有較強的正相關性；亞硝酸與泥溞、寬角粗毛溞、腔輪蟲SP.2有較強的正相關性；pH值與無節幼體、劍水蚤幼體、萼花臂尾輪蟲、:裂足臂尾輪蟲有較強的正相關性；電導率與大肚須足輪蟲、腔輪蟲SP.1有較強的正相關性。

(3)磷酸鹽、總磷、化學需氧量、氨氮、總氮、溫度是影響深圳河流修復生境底棲動物群落的最主要的環境因子。溶解氧與小搖蚊有較強的正相關性；總氮與羽搖蚊有較強的正相關性；磷酸鹽與霍甫水絲蚓有較強的正相關性；溫度與淡水殼菜有較強的正相關性，其它物種與總磷呈現正相關性。