王瑾, 程炯, 李鋮

快速城市化下廣州市天河區(qū)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

王瑾, 程炯*, 李鋮

廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所, 廣東省農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510650

快速城市化對(duì)城市及其周邊的水體景觀和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定影響, 尤其是在城鄉(xiāng)結(jié)合部, 水體景觀的消失和水環(huán)境問題日益嚴(yán)重。在快速城市化的影響下, 水塘逐漸消失或者被填埋, 同時(shí)其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也受到了嚴(yán)重的影響。以廣州市天河區(qū)為例, 根據(jù)研究區(qū)水塘的生態(tài)現(xiàn)狀, 從水塘結(jié)構(gòu)、水體質(zhì)量、沉積物污染狀況和水塘景觀視覺4個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 運(yùn)用層次分析法和綜合指數(shù)法對(duì)天河區(qū)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: (1)水塘結(jié)構(gòu)結(jié)果表明, 研究區(qū)域內(nèi)大多數(shù)水塘易受到外圍環(huán)境的干擾, 且其自我恢復(fù)能力較弱。(2)水塘水質(zhì)高低與城市化程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。(3)水塘沉積物危害程度隨城市化程度自Ⅰ至Ⅳ呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。(4)水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與城市化程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān), 即城市化程度越強(qiáng), 水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越差。天河區(qū)郊區(qū)受城市化影響較小, 水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。

水塘; 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量; 綜合指數(shù)法; 天河區(qū)

1 前言

根據(jù)塘保護(hù)組織(Pond Conservation Group)對(duì)水塘的定義, 水塘是一個(gè)面積在幾平方米到幾公頃之間, 一年中連續(xù)四個(gè)月都有水的區(qū)域, 有年內(nèi)和年際間的干濕交替, 根據(jù)其形成原因有自然塘和人工塘之分[1]。水塘不僅是一種重要的地表水資源, 而且在生物多樣性方面也異常豐富[2]。它能夠?yàn)樗锾峁⒌? 還具有一定的生態(tài)服務(wù)功能, 例如蓄水功能、營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)存功能、水文調(diào)節(jié)功能、野生動(dòng)植物保護(hù)和研究功能等[3]。

大量的研究證明, 水塘在生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、生態(tài)功能和生態(tài)服務(wù)方面有著重要的意義[4–8]。在有著眾多水塘景觀的歐洲國(guó)家, 越來越多的學(xué)者逐漸意識(shí)到水塘在歐洲景觀中的獨(dú)特生態(tài)價(jià)值和歷史文化價(jià)值[9]。為此還成立了歐洲塘保護(hù)網(wǎng)絡(luò)(EPCN, European Pond Conservation Network), 并針對(duì)水塘保護(hù)方面的科學(xué)研究項(xiàng)目和計(jì)劃進(jìn)行定期的學(xué)術(shù)交流, 主要關(guān)注水塘的保護(hù)和管理、塘的類型、水塘在景觀中的功能和服務(wù)以及水塘的生物多樣性等方面。

水塘既是地表養(yǎng)分污染的關(guān)鍵匯區(qū), 又是調(diào)節(jié)城市小氣候的關(guān)鍵源區(qū), 在城市中起著極其重要的生態(tài)作用[10]。但是, 隨著快速城市化發(fā)展, 水塘依舊面臨著人類活動(dòng)帶來的各種各樣的威脅[11–12], 水塘的數(shù)量大幅度減少, 水塘的生態(tài)功能也受到極大的破壞。尤其在城市化最直接、最敏感的區(qū)域——城鄉(xiāng)結(jié)合部, 水塘的流失和水環(huán)境問題日益突出。如何保護(hù)和管理劇烈人類活動(dòng)下的塘成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前關(guān)于水塘的研究主要是針對(duì)村塘的格局及其動(dòng)態(tài)變遷[13–17]、塘的保護(hù)和管理、自然池塘的生物多樣性監(jiān)測(cè)、生境評(píng)價(jià)等方面[18–21], 對(duì)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)關(guān)注很少[22]?；诖? 本文選擇具有代表性的區(qū)域——廣州市天河區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部, 對(duì)快速城市化背景下水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià), 以期為水塘的保護(hù)和管理以及水環(huán)境治理提供政策依據(jù)。

2 材料與方法

2.1研究區(qū)域

研究區(qū)為廣州市天河區(qū), 該區(qū)位于廣州市城市中心區(qū)(113°16′15″—113°26′30″E, 23°6′00″—23°14′45″N) (圖1)。東到吉山獅山、前進(jìn)深涌一帶, 與蘿崗區(qū)、黃埔區(qū)相連; 南到珠江, 與海珠區(qū)隔江相望; 西到廣州大道與越秀區(qū)相接; 北到筲箕窩, 與白云區(qū)相鄰。研究區(qū)下轄21個(gè)行政街道, 行政區(qū)域總面積約137.4 km2, 占廣州市總面積的1.8%; 常住人口144.7× 104人, 地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)2394.8×108元, 連續(xù)6年位居全市各區(qū)(市)之首[23]。

研究區(qū)內(nèi)水塘共130個(gè), 面積約為1.86 km2。按功能劃分, 主要類型為養(yǎng)殖塘、景觀塘、風(fēng)水塘和灌溉塘[24]。其中, 灌溉塘5個(gè), 主要分布在鳳凰街道和龍洞街道; 養(yǎng)殖塘10個(gè), 主要分布在鳳凰街道和新塘街道; 其余均為景觀塘和風(fēng)水塘, 上述兩者較為均勻的分布在研究區(qū)域內(nèi)。

2.2研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

基于2010年12月20日獲取的Spot5遙感數(shù)據(jù),運(yùn)用Erdas9.3對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、影像融合、影像裁剪和圖像增強(qiáng)等處理, 最后運(yùn)用eCognition(易康)軟件通過面向?qū)ο蠓诸惡湍恳暯庾g相結(jié)合方法, 對(duì)城市水體景觀進(jìn)行識(shí)別和提取。面向?qū)ο蟮姆诸惥葹?4.85%, kappa系數(shù)達(dá)到了0.92。

天河區(qū)南北總長(zhǎng)約為15000 m, 基于人口數(shù)、建成區(qū)面積和工業(yè)總產(chǎn)值數(shù)據(jù), 分別選取3000 m、3500 m、4000 m、4500 m、5000 m作為緩沖半徑進(jìn)行梯度帶劃分, 梯度帶劃分結(jié)果表明, 當(dāng)緩沖半徑為3500 m時(shí), 最能體現(xiàn)天河區(qū)由南向北人口數(shù)、建成區(qū)面積和工業(yè)總產(chǎn)值梯度下降的趨勢(shì)。

因此, 以珠江為起點(diǎn), 由南向北以距離3500 m為緩沖半徑, 將天河區(qū)劃分為4個(gè)梯度帶, 分別是0—3500 m(Ⅰ)、3500—7000 m(Ⅱ)、7000—10500 m (Ⅲ)和10500—14000 m(Ⅳ)。其中, 第Ⅰ梯度帶轄石牌街道、棠下街道、車陂街道和天河南街等10個(gè)街道; 第Ⅱ梯度帶下轄五山街道、長(zhǎng)興街道和沙河街道等7個(gè)街道; 第Ⅲ梯度帶下轄元崗街道、龍洞街道等3個(gè)街道; 第Ⅳ梯度帶下轄鳳凰街道。不同梯度帶的人口數(shù)、建成區(qū)面積和工業(yè)生產(chǎn)總值按照從大到小均呈現(xiàn): Ⅰ＞ Ⅱ＞ Ⅲ＞Ⅳ, 代表著不同程度的城市化水平(強(qiáng): Ⅰ, 中: Ⅱ, 低: Ⅲ和Ⅳ)。本研究于2013年12月—2014年1月期間分別對(duì)4個(gè)城市化梯度上選取的16個(gè)水塘(Ⅰ: 6個(gè), Ⅱ: 2個(gè), Ⅲ: 4個(gè),Ⅳ: 4個(gè))的水質(zhì)和底泥進(jìn)行采樣, 并且詳細(xì)記錄每一個(gè)水塘的地理位置、水體顏色、氣味和水面污染狀況等信息, 從而進(jìn)行生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)。

圖1 天河區(qū)水塘采樣點(diǎn)分布(a)和城市化梯度劃分(b)Fig. 1 Sampling distribution of ponds (a) and the urbanization gradient in Tianhe District(b)

2.2.2 綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及關(guān)鍵數(shù)據(jù)獲取

考慮到城市化對(duì)水塘的影響以及數(shù)據(jù)可獲取性, 本研究從水塘結(jié)構(gòu)、水體質(zhì)量、沉積物環(huán)境和水塘景觀視覺評(píng)價(jià)4個(gè)方面建立水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1), 綜合分析天河區(qū)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。其中, 使用層次分析法對(duì)因子層的權(quán)重進(jìn)行賦值。

水塘結(jié)構(gòu)的量化景觀指數(shù)是定量分析景觀的數(shù)據(jù)組成及其空間格局的常用且有效方法, 可分為斑塊水平、類型水平和景觀水平[25–31]。本研究在景觀水平上選取斑塊總面積(TA)和平均斑塊形狀指數(shù)(MSI)來表征水塘的面積和形狀復(fù)雜程度。TA和MSI越大, 代表水塘面積越大, 形狀越復(fù)雜。計(jì)算采樣水塘的面積和形狀指數(shù)并進(jìn)行0—1標(biāo)準(zhǔn)化, 并對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行等權(quán)重賦值, 相加之后得出最后的結(jié)構(gòu)指數(shù)。

表1 天河區(qū)水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab. 1 Indicators for the comprehensive environment quality assessment of ponds in Tianhe District

水塘水質(zhì)評(píng)價(jià)測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)有: 總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH-N)、化學(xué)需氧量(COD), 其中,總氮(TN)經(jīng)過硫酸鉀氧化, 用紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定; 總磷(TP)經(jīng)過硫酸鉀消解, 用鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測(cè)定; 氨氮(NH-N)用鈉氏試劑光度法進(jìn)行測(cè)定; 化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)定用重鉻酸鉀法。參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)》, 對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表2)。本文中的水塘為一般景觀要求水域及農(nóng)業(yè)用水區(qū), 參照V類水標(biāo)準(zhǔn)。最后采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[32]對(duì)水塘水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

水塘底泥質(zhì)量評(píng)價(jià)在對(duì)16個(gè)水塘進(jìn)行水質(zhì)采樣同時(shí)進(jìn)行沉積物采集。使用手提式底泥采集器采集水塘底部0—10 cm表層沉積物, 重量為1 kg,并將樣品中的沙礫、枯枝落葉和垃圾等雜物剔除,密封裝在深褐色玻璃瓶中, 帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。所測(cè)指標(biāo)為鋅(Zn)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)和砷(As)等八項(xiàng)指標(biāo)。其中, 分別使用火焰原子吸收分光光度法(GB/T17138—1997, GB/ T17139—1997, HJ491—2009; Zn、Cu、Cr和Ni)、石墨爐原子吸收分光光度法(GB/T17141—1997; Cd和Pb)和氫化物發(fā)生原子熒光法(NY/T1121.10—2006; As和Hg)對(duì)元素進(jìn)行化學(xué)測(cè)定。由于5個(gè)水塘底質(zhì)硬化和淤泥被清理, 其底泥無法獲取, 本研究采樣線性插值法對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充(R2=0.52, p＜0.05)。最后, 采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法[33]對(duì)水塘底泥污染程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

水塘景觀視覺評(píng)價(jià)分析景觀視覺評(píng)價(jià)就是指通過人對(duì)視覺的感受, 來對(duì)外界景物進(jìn)行審美與評(píng)價(jià)的過程。本研究中以照片作為評(píng)價(jià)媒介, 通過打分的形式對(duì)研究區(qū)水塘景觀的美學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了盡可能減少人為的誤差, 選擇晴天對(duì)采樣水塘景觀進(jìn)行拍攝, 總共拍攝了160張照片, 每個(gè)水塘都有將近10張照片, 包含水塘的全景和近景照。最后總共選擇75張照片進(jìn)行評(píng)價(jià), 每個(gè)水塘3～5張。將所有照片以幻燈片的形式進(jìn)行播放, 評(píng)價(jià)者根據(jù)自己的第一印象分別從視覺方面、美學(xué)方面和功能方面對(duì)幻燈片中的水塘景觀視覺評(píng)價(jià)的各個(gè)要素進(jìn)行打分。采用極好、好、一般、差和極差五個(gè)等級(jí)來評(píng)價(jià), 并分別賦值為: 極好—5分、好—4分、一般—3分、差—2分、極差—1分。最后根據(jù)回收的問卷統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù), 求平均值, 得出每個(gè)水塘的視覺評(píng)價(jià)得分。通過對(duì)問卷進(jìn)行收集和整理, 得出最后的水塘景觀視覺美學(xué)質(zhì)量評(píng)分表。根據(jù)評(píng)價(jià)總分為35分計(jì)算, 按照極好(≥31.5分)、好(28—31.5分)、一般(21—28分)和差(＜21分), 來對(duì)水塘整體視覺質(zhì)量進(jìn)行分析。

2.2.3 綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況用綜合指數(shù)EQIm來表示, 具體計(jì)算公式如下:

其中, EQIm表示單個(gè)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù), Qmn表示第m個(gè)水塘的第n個(gè)指標(biāo), Wn表示第n個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。依據(jù)EQIm天河區(qū)水塘綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量可分為5個(gè)等級(jí), 見表3。

表2 地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值(部分節(jié)選)Tab. 2 Limits of standards for surface water environment (excerpt) 單位: mg·L-1

表3 天河區(qū)水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab. 3 Standards of classification for the comprehensive ecological environment quality of ponds in Tianhe District

考慮到量綱不一致性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響, 在計(jì)算綜合環(huán)境質(zhì)量指數(shù)之前, 首先對(duì)水塘結(jié)構(gòu)、水體質(zhì)量、沉積物污染狀況和水塘景觀視覺評(píng)價(jià)結(jié)果分別進(jìn)行0—1標(biāo)準(zhǔn)化。

對(duì)于正向指標(biāo)(水塘結(jié)構(gòu)、水塘景觀視覺評(píng)價(jià))的公式為:

對(duì)于逆向指標(biāo)(水體質(zhì)量、沉積物污染狀況)的公式為:

其中, Qmn表示第m個(gè)水塘的第n個(gè)指標(biāo); Imn、Imin和Imax分別代表單個(gè)水塘單個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值、在所有水塘中該指標(biāo)中的最小值和最大值。

3 結(jié)果與分析

3.1水塘結(jié)構(gòu)分析

水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)結(jié)果詳見圖2, 7號(hào)水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)最大, 斑塊形狀復(fù)雜, 說明它抗干擾和自我恢復(fù)能力較強(qiáng)。而1號(hào)、3號(hào)、9—13號(hào)、15—16號(hào)水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)較小, 越容易受到外圍環(huán)境中各種干擾的影響, 自我恢復(fù)能力較弱。

圖2 各采樣水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)Fig. 2 The structure index in each sample pond

3.2水塘水體質(zhì)量分析

基于水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果(表4), 按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI), 16個(gè)采樣水塘可劃分為不同的營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)(表5)。綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值越小, 表征水塘水質(zhì)越好, 受污染程度越低。結(jié)果顯示(表5), 除了13號(hào)和16號(hào)水塘屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)化, 其余的14個(gè)水塘都屬于重度富營(yíng)養(yǎng)化。11號(hào)水塘水質(zhì)最差, 其綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(114.73)以及TN(81)、TP(7.78)和NH4+-N(59.5)濃度均最高。16號(hào)水塘水質(zhì)最好, 其綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為55.06。10號(hào)塘和16號(hào)塘為風(fēng)水塘和景觀塘,富營(yíng)養(yǎng)化水平普遍較差, 主要表現(xiàn)為: 水面呈現(xiàn)綠色, 有油膜且透明度較低(圖3); 浮游藻類大量繁殖,形成“水華”現(xiàn)象(圖4)。究其原因, 一方面是由于水塘周圍多用磚石鋪砌, 另一方面塘周圍排污口較多,生活垃圾和生活污水大量排放, 破壞了原有水生生態(tài)系統(tǒng)正常循環(huán)過程和生物多樣性, 降低了水體自我凈化能力。

3.3水塘沉積物污染狀況評(píng)價(jià)分析

表6顯示, 各采樣水塘底泥重金屬含量的危害程度由高到低依次為: 11號(hào)＞8號(hào)＞4號(hào)＞1號(hào)＞6號(hào)＞14號(hào)＞7號(hào)＞15號(hào)＞10號(hào)＞9號(hào)＞16號(hào)。其中, 11號(hào)、8號(hào)、4號(hào)、1號(hào)和6號(hào)水塘底泥污染較嚴(yán)重, 潛在生態(tài)危害指數(shù)值均大于600, 11號(hào)水塘甚至高達(dá)為1659.1,重金屬污染水平達(dá)到很強(qiáng)生態(tài)危害程度。7號(hào)和14號(hào)水塘底泥重金屬污染程度屬于強(qiáng)等生態(tài)危害, 潛在生態(tài)危害指數(shù)值為300—600。10號(hào)和15號(hào)底泥重金屬污染程度屬于中等生態(tài)危害, 潛在生態(tài)危害指數(shù)值為150—300。而9號(hào)和16號(hào)水塘底泥重金屬污染程度最低, 屬于輕微生態(tài)危害, 潛在生態(tài)危害指數(shù)值小于150。總體來看, 11個(gè)所采樣塘中, 80%的沉積物危害程度屬于輕微生態(tài)危害以上范疇。

表4 水塘水質(zhì)指標(biāo)濃度值Tab. 4 The concentrations of water quality indicators of ponds

表5 水塘水質(zhì)分類及綜合富營(yíng)養(yǎng)狀況Tab. 5 Water quality classification and comprehensive nutritional status of ponds

3.4水塘景觀視覺評(píng)價(jià)分析

按水塘的主要功能來說, 主要有風(fēng)水塘、景觀塘、養(yǎng)殖塘、灌溉塘和山塘等類型。在研究區(qū)內(nèi)風(fēng)水塘和景觀塘分布廣泛, 本研究所選取的風(fēng)水塘和景觀塘大多鄰近居民區(qū)或處于公園內(nèi), 與居民生產(chǎn)生活息息相關(guān), 具有代表性。景觀塘就是指以景觀功能為主的觀賞塘; 風(fēng)水塘是嶺南特色, 往往處于祠堂前與主要道路之間, 水體四周護(hù)岸一般硬質(zhì)化,多為半月形、長(zhǎng)方形等規(guī)則形狀的塘[34]。

圖3 11號(hào)水塘Fig. 3 The 11th pond

圖4 “水華”現(xiàn)象Fig. 4 Water blooms

表6 各水塘沉積物中重金屬的含量和潛在生態(tài)危害指數(shù)Tab. 6 The contents of trace metals in the sediments of ponds and their potential ecological risk index

表7 天河區(qū)水塘景觀視覺美學(xué)得分Tab. 7 Scores of the visual aesthetic scores of ponds

表7顯示, 4號(hào)水塘景觀視覺得分最高(圖5), 該水塘位于黃村街道內(nèi), 是一座景觀塘, 水塘面積比較大, 形狀也較規(guī)整, 周圍還有不少娛樂設(shè)施, 水塘周圍的植被類型也比較豐富, 總體上給人感覺很美。而得分最差的是9號(hào)水塘(圖6), 該水塘位于鳳凰街道的柯木塱背坪村內(nèi), 是一座山塘, 以前作為該村村民灌溉用水和生活用水的水源, 現(xiàn)如今成為無人管理的納污池, 水面上漂浮著很多生活垃圾,如塑料袋、礦泉水瓶、木棍和泡沫等, “水華”現(xiàn)象嚴(yán)重。水塘周邊分布有居民區(qū), 菜地和垃圾堆, 第一眼給人感覺就是“臟、亂、差”, 與4號(hào)水塘形成鮮明的對(duì)比。根據(jù)水塘整體視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)來看, 等級(jí)為“好”的水塘只有1個(gè); 等級(jí)為“一般”的水塘有4個(gè); 等級(jí)為“差”的水塘有11個(gè)。總體來說, 這些水塘景觀視覺評(píng)價(jià)質(zhì)量并不高, 還需加大力度對(duì)水塘景觀進(jìn)行管理和改善。

圖5 城中村內(nèi)景觀塘Fig. 5 A pond in urban fringe

圖6 9號(hào)水塘Fig. 6 The 9th pond

3.5綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與分析

天河區(qū)16個(gè)采樣水塘的4個(gè)分指標(biāo)和綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)見表8。表8顯示, 這16個(gè)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化幅度比較大, 可分為5個(gè)等級(jí)。其中, 13號(hào)和16號(hào)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況良好,綜合指數(shù)分別為0.9008和0.9087。13號(hào)水塘為風(fēng)水塘, 長(zhǎng)期以來水體遭受污染, 富營(yíng)養(yǎng)化程度高, 水質(zhì)為Ⅳ類, 部分指標(biāo)超過Ⅴ類。在水塘采樣之前, 該水塘進(jìn)行過生態(tài)修復(fù), 所以水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有了很大改善。16號(hào)水塘為風(fēng)水塘, 周圍有水泥護(hù)堤, 植被類型較豐富, 水塘與居民區(qū)有一定的距離, 周圍居民對(duì)該水塘進(jìn)行了一定的保護(hù)和管理, 受城市化影響較弱, 使得該水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好。7號(hào)和15號(hào)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況較好。由于自身結(jié)構(gòu)的原因, 7號(hào)水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)最高, 使得該水塘的與外界交換能力較強(qiáng), 受干擾能力和自我恢復(fù)能力較強(qiáng)。而且與居民區(qū)有一定的距離, 周圍土地利用類型主要是以林地為主, 受人為活動(dòng)干擾程度較低,所以其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況呈現(xiàn)較好的狀態(tài)。3號(hào)、6號(hào)和14號(hào)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況一般。這3個(gè)水塘都是位于城中村內(nèi), 其中, 3號(hào)和14號(hào)屬于風(fēng)水塘, 6號(hào)為景觀塘。水塘景觀受破壞程度較低, 但是來自外界的壓力還是比較大, 水塘系統(tǒng)本身的功能在逐漸退化, 自我調(diào)節(jié)能力較弱, 生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)一般的狀態(tài)。1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、9號(hào)、10號(hào)和12號(hào)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況較差。這些水塘形狀基本上都是呈正方形或者長(zhǎng)方形等比較規(guī)整的形狀, 水塘周圍都排列著密密麻麻的排污口, 部分居民反映,一到夏天, 水塘發(fā)臭, 人都不敢靠近, 環(huán)境非常惡劣。2號(hào)、8號(hào)和11號(hào)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況極差, 尤其是2號(hào)水塘。這三個(gè)水塘的共同特點(diǎn)為水體質(zhì)量差、沉積物污染狀況嚴(yán)重, 在視覺評(píng)價(jià)方面,得分較低, 水面有油膜, 而且漂浮著大量的生活垃圾, 并且被居民區(qū)所包圍, 建筑垃圾和生活污水直接排入水塘之中, 且無人管理和維護(hù)。

表8 天河區(qū)16個(gè)水塘綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量Tab. 8 Comprehensive ecological environment quality of 16 ponds in Tianhe District

圖7 Ⅰ號(hào)梯度帶(A)、Ⅱ號(hào)梯度帶(B)、Ⅲ號(hào)梯度帶(C)和Ⅳ號(hào)梯度帶(D)內(nèi)水塘綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)示意圖Fig. 7 The picture of Comprehensive index of eco-environment quality in zone Ⅰ(A), zone Ⅱ(B), zone Ⅲ(C) and zone Ⅳ(D)

從空間角度出發(fā), 對(duì)各采樣水塘綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析, 以探索其規(guī)律, 由圖7可知, 綜合生態(tài)環(huán)境指數(shù)得分在Ⅰ號(hào)區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)“W”形, 各水塘的綜合生態(tài)環(huán)境狀況處于較差和極差的狀態(tài), 由于在該區(qū)域內(nèi), 受人為活動(dòng)的影響極大, 土地利用類型以居住用地和商業(yè)用地居多, 水塘周圍分布著密集的居民樓, 使得水塘的面積減少, 形狀則趨于規(guī)整化, 且水塘周圍的排污口星羅密布, 居民區(qū)內(nèi)的生活污水和垃圾則直接排入水塘中, 造成水塘的生態(tài)功能退化, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡劣, 對(duì)周圍的人居環(huán)境有很大的影響。

在Ⅱ號(hào)區(qū)域內(nèi)只有兩個(gè)水塘, 周圍土地利用類型以林地、居住用地和菜地為主, 受人為活動(dòng)和地表徑流的影響, 8號(hào)水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況較差, 然而由于7號(hào)水塘受干擾能力和自我恢復(fù)能力較強(qiáng),故而呈現(xiàn)較好的狀態(tài)。

在Ⅲ號(hào)區(qū)域內(nèi), 各水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況也呈現(xiàn)“W”形。在該梯度內(nèi), 主要是城中村居多,各水塘的面積比較小, 形狀比較規(guī)整, 自我恢復(fù)能力有所限制, 人為活動(dòng)干擾程度比較嚴(yán)重, 外界壓力較大, 造成該區(qū)域內(nèi)水塘整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)極差的狀態(tài)。

在Ⅳ號(hào)區(qū)域內(nèi), 水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在這個(gè)區(qū)域內(nèi)開始轉(zhuǎn)好, 由城市中心區(qū)過渡到城郊地區(qū), 水塘多為風(fēng)水塘, 且和居民區(qū)有一定的距離, 四周和菜地相鄰, 受人為活動(dòng)的影響較弱, 使得該區(qū)域內(nèi)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)較好的狀態(tài), 同時(shí)也是在四個(gè)區(qū)域內(nèi)是最好的。

4 結(jié)論

水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 在城市化梯度下, 不同梯度帶內(nèi)由于受人為活動(dòng)影響的強(qiáng)弱而導(dǎo)致水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。

(1) 根據(jù)水塘結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果得知, 所采樣水塘中大多數(shù)水塘結(jié)構(gòu)指數(shù)較小, 容易受到外界環(huán)境的干擾, 且自我修復(fù)能力較弱。

(2) 根據(jù)水塘水質(zhì)結(jié)果分析, 所有水塘均呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài), 水體受污染嚴(yán)重, 水塘水體質(zhì)量高低與城市化程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

(3) 根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)的計(jì)算結(jié)果得知,在所采樣塘中, 80%的水塘沉積物危害程度屬于輕微生態(tài)危害以上范疇, 水塘沉積物危害程度自Ⅰ至Ⅳ呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

(4) 水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明,水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與城市化程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。位于天河區(qū)郊區(qū)的第Ⅳ梯度帶內(nèi)水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量比其余三個(gè)梯度帶內(nèi)的要好, 其主要是因?yàn)槌鞘谢潭容^低, 受人類干擾活動(dòng)較弱, 水塘的綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。

總體來看, 天河區(qū)水塘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量比較差。針對(duì)此, 本研究提出治理對(duì)策和建議: 首先政府部門應(yīng)該加強(qiáng)立法, 合理規(guī)劃, 不能以追求經(jīng)濟(jì)效益為目的, 而忽視生態(tài)環(huán)境建設(shè)。政府應(yīng)制定水塘保護(hù)管理?xiàng)l例, 防止隨意占用填埋等現(xiàn)象; 充分運(yùn)用現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)水塘進(jìn)行生態(tài)修復(fù), 提高水塘自我修復(fù)和納污能力, 充分發(fā)揮其在城市生態(tài)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)氣溫、改善氣候與人居環(huán)境、防洪排水等作用。

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Ecological environment quality assessment of ponds in rapid urbanization area in Tianhe District, Guangzhou City

WANG Jin, CHENG Jiong*, LI Cheng
Guangdong Institute of Eco-environmental Technology,Guangdong Key Laboratory of Agricultural Environment Pollution Integrated Control,Guangzhou510650,China

Rapid urbanization has affected urban water landscape in terms of the number and ecological environment quality, especially at the urban fringe. Many water landscapes disappeared and the water environmental issues have become a serious problem. With rapid urbanization, ponds are gradually disappeared or landfill, and the water environment quality is also deteriorating. Taking Tianhe District in Guangzhou City as a case study, according to the ecological status of pond in Tianhe, this paper selected four indicators, including pond structures, water quality, pond sediment and landscape visual, to build the evaluation index system, and to evaluate the comprehensive ecological environment quality of ponds by AHP and the comprehensive index methods. The results are as follows. (1) Majority of the ponds’ structures were susceptible to interference from the surrounding environment with weak self-purification capacity. (2) The water quality of ponds was significantly negative with the urbanization degree. (3) The harmful levels of ponds' sediments reduced with urbanization levels decreasing from Ⅰ to Ⅳ. (4) The comprehensive ecological environment quality of ponds negatively correlated with the degree of urbanization, which indicated that the higher urbanization was, the more deteriorated the ponds’ comprehensive ecological environment quality was. In the suburbs of Tianhe District with less urbanized, the comprehensive ecological environment quality of ponds was better.

pond; ecological environment quality; comprehensive index method; Tianhe District

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.025

X822

A

1008-8873(2016)05-183-11

王瑾, 程炯, 李鋮. 快速城市化下廣州市天河區(qū)水塘的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) [J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(5): 183-193.

WANG Jin, CHENG Jiong, LI Cheng. Ecological environment quality assessment of ponds in rapid urbanization area in Tianhe District, Guangzhou City [J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 183-193.

2015-12-27;

2016-06-14

廣東省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2013B030200004); 廣東省科技創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目(2015B070701017); 廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2012B091000152)

王瑾(1989—), 女, 湖南衡陽(yáng)人, 碩士研究生, 主要從事景觀生態(tài)、區(qū)域環(huán)境生態(tài)遙感與GIS應(yīng)用研究, E-mail: jinwang@soil.gd.cn

*通信作者: 程炯, 男, 博士, 研究員, 主要研究方向環(huán)境生態(tài), E-mail: chengjiong@soil.gd.cn