北運河和海河干流水生植物的初步調(diào)查研究

杜慶有，徐 放

（天津市海河管理中心，天津 300141）

1 引言

本文所述北運河位于海河流域天津屈家店閘至海河干流三岔口段，全長約16 km，流經(jīng)天津北辰、紅橋、河北三區(qū)，是海河流域北系入海的通道，也是引灤入津向海河干流補水的主要通道，屬于京杭大運河的一部分。海河干流位于北運河下游，從三岔口至海河防潮閘全長73.45 km，其中三岔口至外環(huán)線段長約18 km，流經(jīng)天津市內(nèi)六區(qū)和東麗、津南區(qū)。

近年來，由于河道管理水平的不斷提升，水生態(tài)問題成為河道管理的重要工作。但面對菹草、藍(lán)藻、槐葉萍的暴發(fā)，該如何科學(xué)應(yīng)對是考驗河道管理者的課題[1-3]。本文在對北運河、海河干流多年來觀察和專項調(diào)查的基礎(chǔ)上，試圖通過比較和分析2 個河段水生植物的狀況，找到解決以上問題的答案。

2 河道水生植物情況比較

為進一步掌握北運河、海河干流水生植物狀況，2019 年9 月對北運河、海河干流水生植物情況進行了專項調(diào)查。由于時間和設(shè)備有限，調(diào)查方法主要參照《重點河流水生生物多樣性調(diào)查與評估技術(shù)要求》、文獻[4-5]進行。生物識別方面主要參照文獻[6-8]，并輔助使用手機App 進行拍照。通過單次調(diào)查并結(jié)合多年來管理工作的經(jīng)驗，筆者對北運河、海河干流總體水生植物情況進行了比較分析。

2.1 水生植物類型比較

海河干流的水生植物種類較為單一，主要以沉水植物為主，下游段有人工種植的蘆葦?shù)韧λ参铮以?019 年以前沉水植物以單一的菹草為主，自2019 年開始上游出現(xiàn)黑藻、金魚草、苦草，并有少量菱類浮葉植物。

北運河水生植物多樣性較好，挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物均有分布，而且每類水生植物種類都比較豐富。其中，挺水植物主要有蘆葦、蒲葦、荷花、千屈菜共4 種；浮葉植物主要有睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉、鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜共7 種；沉水植物主要有菹草、黑藻、苦草、金魚藻、狐尾藻共5 種；漂浮植物主要以槐葉萍為主并占據(jù)絕對優(yōu)勢種群，覆蓋大部分河面。

2.2 水生植物種類時空分布比較

2.2.1 挺水植物

北運河沿線挺水植物以蘆葦為主，調(diào)查區(qū)域內(nèi)沿著河岸兩側(cè)臨水邊均有分布；局部有少量荷花，主要分布在屈家店北運河閘下游，成片連續(xù)分布；與蘆葦間或生長，另有蒲葦（或香蒲、菖蒲）分布，由于其花與蘆葦明顯不同，故判斷為蒲類，且無果實，疑似為蒲葦；此外，蘆葦靠岸邊側(cè)有少量千屈菜分布，數(shù)量不多，但間或分布，主要呈粉色串花，在蘆葦中較為明顯，如圖1所示。

圖1 挺水植物的混生狀態(tài)

海河干流自三岔口至富民橋約12 km 河道基本無挺水植物，在富民橋至海津橋右岸的岸邊種植蘆葦每年進行人工收割，海津橋至外環(huán)線由于河道改造在生態(tài)護岸兩側(cè)均種植大量蘆葦?shù)韧λ参铩?/p>

2.2.2 浮葉及漂浮植物

此次調(diào)查（2019 年9 月）中，北運河沿線浮葉植物槐葉萍占絕對優(yōu)勢種群，此外還有睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉等，據(jù)了解不同時期還有鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜等浮葉植物廣泛分布。整體上看，浮葉植物呈現(xiàn)混生狀態(tài)，覆蓋河道水面，槐葉萍在一段時間內(nèi)整體覆蓋河道大部分水面，如圖2所示。

圖2 浮葉植物的混生狀態(tài)

海河干流多年來未出現(xiàn)浮葉植物，2019 年起在上游鵝卵石平臺出現(xiàn)少量菱類植物，而漂浮植物僅在汛期上游泄水時攜帶少量浮萍匯入。

2.2.3 沉水植物

雖然此次沿河陸岸調(diào)查未能發(fā)現(xiàn)沉水植物，但根據(jù)歷年河道管理的經(jīng)驗推斷，北運河河道內(nèi)沉水植物較為豐富，由于河道水深淺、透明度好，上游部分河段水草生長至河道中心區(qū)域。

海河干流水生植物主要以沉水植物為主，間或有少量浮葉植物（如菱、水鱉等）、挺水植物（如蘆葦?shù)龋Ｆ涑了参镏饾u豐富，以前以菹草為主，每年4—5 月迅速生長呈現(xiàn)暴發(fā)高峰，至6 月逐漸枯萎爛根。其暴發(fā)與藍(lán)藻呈現(xiàn)季節(jié)性交替，形成典型的草-藻型河道生態(tài)特征。近年來，水質(zhì)改善水體透明度增加，河道沉水植物逐漸豐富，菹草收割后主要有黑藻、金魚草、苦草等分布。其中，苦草分布最少，黑藻與金魚草在上游部分河段較為常見。而9月起菹草又開始生長，但已不能形成絕對優(yōu)勢種群，并在河道冰蓋下越冬。

3 現(xiàn)狀水生植物的初步分析與評價

單純的水生植物雖然不能完全反映水生態(tài)系統(tǒng)的整體狀況，但作為生態(tài)系統(tǒng)的主要生產(chǎn)者可以從較高程度上反映該水生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性狀況。下面主要從群落結(jié)構(gòu)參數(shù)和物種豐富度兩方面對水生態(tài)系統(tǒng)中的水生植物進行初步分析。

3.1 群落結(jié)構(gòu)參數(shù)

群落結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括個體數(shù)、密度（個體數(shù)占全部物種數(shù)百分比）、蓋度（投影面積百分比）、頻度（物種出現(xiàn)的樣方占全部樣方百分比）、高度和多度。其重要值=相對密度+相對頻度+相對蓋度。

通過踏勘，對植物群落結(jié)構(gòu)的總體印象和主要植物的群落參數(shù)進行估測，但未估測個體數(shù)量和高度，估測結(jié)果詳見表1。

表1 北運河水生植物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)估算

3.2 物種豐富度

物種豐富度是指一個群落或生態(tài)環(huán)境中物種的數(shù)目。很明顯，該指數(shù)與調(diào)查樣方的面積有關(guān)，為保證結(jié)果的可比性，要求取樣時保證所有樣方的面積相等。常用的豐富度指數(shù)有Gleason 指數(shù)、Margalef指數(shù)。

由于本次調(diào)查未具體計算個體數(shù)量，僅對物種進行初步判斷，所以僅使用Gleason指數(shù)對物種豐富度進行估算。Gleason指數(shù)計算公式為：

式中：A為單位面積（m2）；S為群落中的物種數(shù)量（個）。

北運河河道長度16 500 m，平均水面寬度50 m，水面面積82.5 萬m2。其中，挺水植物共4 種，即蘆葦、蒲葦、荷花、千屈菜；浮葉植物共7種，即槐葉萍、睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉、鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜；沉水植物共5 種，即菹草、黑藻、苦草、金魚藻、狐尾藻。經(jīng)計算，D=16/ln（16 500×50）=1.17。

3.3 物種多樣性指數(shù)

常用的物種多樣性指數(shù)為辛普森多樣性指數(shù)和香農(nóng)-威納指數(shù)，兩者計算均需要個體數(shù)量，但此次調(diào)查對個體數(shù)量未進行具體估測。但根據(jù)辛普森多樣性指數(shù)的計算方法可知，群落中種數(shù)越多，各種個體分布越均勻，辛普森多樣性指數(shù)就越高，群落多樣性就越好；各種群之間個體分布越均勻，香農(nóng)-威納指數(shù)就越大。

結(jié)合此次調(diào)查的總體印象發(fā)現(xiàn)，北運河雖然物種種類豐富，但仍然處于挺水植物以蘆葦為主、浮葉植物以槐葉萍為主的狀態(tài)，單個物種的個體數(shù)量占絕對多數(shù)，所以定性判斷以上2 個物種多樣性指數(shù)應(yīng)當(dāng)處于一個較低的水平。

4 成因分析

從以上的調(diào)研分析可以看出，北運河的水生植物多樣性明顯優(yōu)于海河干流。河道管理實踐也印證了這一點，近年來，在北運河、海河干流處于聯(lián)通狀態(tài)的情況下，海河干流夏季每年都出現(xiàn)藍(lán)藻暴發(fā)現(xiàn)象，而北運河從未暴發(fā)過藍(lán)藻，而是逐年分季節(jié)交替出現(xiàn)水草、水葫蘆、菱角、槐葉萍等的暴發(fā)性生長。

從原因上分析，北運河與海河干流為上下游連通河道，水動力學(xué)條件和水質(zhì)條件基本相同，主要是河道斷面形式不同。海河干流、北運河雖然都是人工堤岸，但北運河正常水位以下為寬淺復(fù)式河道斷面，有明顯的淺灘和深槽，且深槽的水深也較海河干流淺。而海河干流由于建設(shè)了親水平臺，正常水位以下為混凝土（鵝卵石）平臺，且深槽水深較深。

浮葉植物生長的最大水深一般不超過0.5 m，所以北運河的復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)能夠滿足浮葉植物的生長，而海河干流的混凝土（鵝卵石）平臺不能滿足浮葉植物的生長條件。沉水植物的生長也需要光照透射進入水體，其適宜生長水深為2～4 m。所以，沉水植物在北運河河道深槽內(nèi)可以生長，而海河干流只有靠近岸邊的兩側(cè)可以生長，深槽內(nèi)不能生長。挺水植物的生長需要將根部扎在岸邊淺水處，莖葉挺出水面，所以北運河岸邊坡度較緩且為淤泥適宜挺水植物生長，而海河干流岸邊混凝土（鵝卵石）平臺向中泓坡度較陡且有景觀親水需求，故無挺水植物。

5 幾點措施

5.1 保障生態(tài)水量

對河道健康指標(biāo)體系進行整體計算、評估，合理規(guī)劃河道生態(tài)流速、流量、水位，編制河道生態(tài)補水方案，在不同時期維持生態(tài)系統(tǒng)最佳水位，充分有效地利用生態(tài)補水調(diào)節(jié)河流水生態(tài)系統(tǒng)。

5.2 恢復(fù)生態(tài)堤岸

根據(jù)水生生物生長的特性需求，在后期堤岸改造中恢復(fù)河道復(fù)式斷面，在水邊恢復(fù)本地原生挺水植物，在0～0.5 m 水深區(qū)域恢復(fù)本地原生浮葉植物，在深水區(qū)恢復(fù)本地原生沉水植物，并配合放養(yǎng)相應(yīng)水生動物，逐步恢復(fù)立體水生態(tài)系統(tǒng)，為恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性提供客觀條件。

5.3 恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)

應(yīng)對海河水系現(xiàn)有河道生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀情況進行專業(yè)摸底，對海河干流水生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)有植物、動物、藻類、微生物等本底值進行調(diào)查，并由專業(yè)部門做出專業(yè)評估。同時，由于海河干流水生態(tài)系統(tǒng)并非獨立的生態(tài)系統(tǒng)，需對與之有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)如引調(diào)水源頭及途經(jīng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在海河干流水生態(tài)系統(tǒng)的影響進行評估。在調(diào)查評估的基礎(chǔ)上，科學(xué)制定河道生態(tài)修復(fù)方案，通過在生態(tài)系統(tǒng)中對占有絕對優(yōu)勢種群的生物進行調(diào)控（如對菹草進行部分清除），引入本地原生生物（如苦草、狐尾藻、金魚藻、荇菜、水蓮等）逐步改善河道生物多樣性，修復(fù)河道原有生態(tài)系統(tǒng)。

5.4 加強生態(tài)管控

在加強對沿河口門排污監(jiān)管的同時，關(guān)注各類水生生物的生長情況，根據(jù)其生長情況在不同時期對各類水生生物進行收割，避免其對水體進行二次污染。與水產(chǎn)、環(huán)保等部門聯(lián)合，建立外來物種管控機制，設(shè)立禁放、禁漁、禁釣區(qū)，多部門開展聯(lián)合執(zhí)法和管理，控制無序放生和捕撈，避免外來物種入侵和物種數(shù)量失控。