毛雪慧

(深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司/深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518000)

1 引言

浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物等水生生物作為江河湖庫等是水體生態(tài)系統(tǒng)的主要初期生產(chǎn)者，同時(shí)也是水生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)因子[1]，在一定程度上可決定物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的方式[2]。水生生物對(duì)水質(zhì)變化敏感，環(huán)境因子變化對(duì)其生理活動(dòng)及其群落結(jié)構(gòu)和功能的影響很大，其群落結(jié)構(gòu)特征可以較準(zhǔn)確地反映水體的水質(zhì)狀況及其動(dòng)態(tài)變化，是水環(huán)境質(zhì)量的重要指示類群及其評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[4～6]。浮游動(dòng)物、浮游植物、底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化是環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，研究其中的變化規(guī)律對(duì)于水生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域具有實(shí)際意義。

我國在河流的生態(tài)整治中已經(jīng)取得廣泛共識(shí)，從2005～2010年，一批科研工作者將生態(tài)治河理念輸入水利界[7]，且隨著生態(tài)治河的各種論文相繼發(fā)表以及專著《生態(tài)水利工程原理與技術(shù)》《生態(tài)水工學(xué)探索》[8]的出版，大大推動(dòng)了生態(tài)治河的力度。水利單位開始重視水生植物的應(yīng)用，呼吁恢復(fù)河流的蜿蜒性，保護(hù)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(fù)和品種的增加，重視動(dòng)植物的生物量監(jiān)測(cè)等。深圳市城市河流綜合整治工程包括沿河建設(shè)截污管網(wǎng)，新建污水處理廠作為河道補(bǔ)水設(shè)施，設(shè)置生物飄帶、納米曝氣等水質(zhì)凈化設(shè)施，種植水生植物營造河灘生境，設(shè)置礫石床為底棲生物提供棲息場(chǎng)所，改造生態(tài)護(hù)岸工程等。通過評(píng)價(jià)河流整治工程前后的效果與水生態(tài)因子之間的關(guān)聯(lián)性，為繼續(xù)推進(jìn)生態(tài)脆弱河流和地區(qū)水生態(tài)修復(fù)，為下一步開展生態(tài)清潔型小流域建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

2 材料與方法

深圳灣的6條典型河流經(jīng)過了環(huán)境綜合整治工程的治理，不同的河流采用了不同的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，導(dǎo)致修復(fù)后的河流形成了不同的河流生境。現(xiàn)劃分出9種不同的河流修復(fù)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(hù)岸(新洲河)、生態(tài)河床+硬化護(hù)岸(福田河)、硬化河床+生態(tài)護(hù)岸(新洲河)、生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸(福田河)、水生植物(排洪河)、咸淡水交替(排洪河)。對(duì)其不同河流修復(fù)生境的12種環(huán)境指標(biāo)(磷酸鹽、總氮、總磷、硝氮、亞硝氮、氨氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、溫度)和生物指標(biāo)(浮游植物優(yōu)勢(shì)種、浮游動(dòng)物種類、底棲動(dòng)物種類)進(jìn)行采樣分析。采樣時(shí)間為2012年9月和2013年4月。所有分析數(shù)據(jù)取其2次采樣的平均值。監(jiān)測(cè)分析方法原則上選用國家和環(huán)境保護(hù)行業(yè)監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)。

為了判斷河流生態(tài)修復(fù)工程前后水環(huán)境和水生態(tài)因子的關(guān)系，應(yīng)用除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，DCA)，對(duì)生物指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行樣點(diǎn)分類。用典型對(duì)應(yīng)分析方法(canonical correspondence analysis，CCA)研究生物的分布格局與環(huán)境因子間的相互關(guān)系。用冗余分析(redundancy analysis，RDA)研究生物的分布格局與環(huán)境因子間的相互關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同河流修復(fù)生境的浮游植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

對(duì)9種河流修復(fù)生境的浮游植物種類與環(huán)境因子的RDA分析, 選擇優(yōu)勢(shì)度達(dá)到10%的種類列入物種矩陣中。首先對(duì)浮游植物種類的DCA排序，最長(zhǎng)的排序軸長(zhǎng)度(Lengths of gradient)為1.18，因此選擇線性模型對(duì)浮游植物群落與環(huán)境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果表明除化學(xué)需氧量外，其余所有環(huán)境指標(biāo)與浮游植物群落的變化有顯著相關(guān)性(p<0.05)。

樣點(diǎn)和環(huán)境因子之間的相互關(guān)系顯示，不同河流修復(fù)生境與環(huán)境因子的相關(guān)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(huán)境因子，且2個(gè)樣方中環(huán)境因子BOD大小為沙粒群>水生植物；氨氮、化學(xué)需氧量是影響人工濕地、硬化河床+硬化護(hù)岸、生態(tài)河床+硬化護(hù)岸、硬化河床+生態(tài)護(hù)岸生境浮游植物分布的主要環(huán)境因子，且4個(gè)樣方中環(huán)境因子COD大小為硬化河床+生態(tài)護(hù)岸≈硬化河床+硬化護(hù)岸>人工濕地>生態(tài)河床+硬化護(hù)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(huán)境因子；總氮、硝氮、亞硝氮、溫度、溶解氧、電導(dǎo)率是影響卵石群、生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸生境浮游植物分布的主要環(huán)境因子，且2個(gè)樣方中環(huán)境因子NO2大小為卵石群>生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸。

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

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護(hù)岸；5：生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸；6：生態(tài)河床+硬化護(hù)岸；7：硬化河床+生態(tài)護(hù)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(xué)需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導(dǎo)率；WT:溫度；S1:優(yōu)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(huán)藻;S10:隱藻

3.2 不同河流修復(fù)生境的浮游動(dòng)物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

對(duì)9種河流修復(fù)生境的浮游動(dòng)物種類與環(huán)境因子的RDA分析, 選擇優(yōu)勢(shì)度達(dá)到10%的種類列入物種矩陣中。首先對(duì)浮游動(dòng)物種類的DCA排序，最長(zhǎng)的排序軸長(zhǎng)度(Lengths of gradient)為3.9，因此選擇線性模型對(duì)浮游動(dòng)物群落與環(huán)境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果表明所有環(huán)境指標(biāo)與浮游動(dòng)物群落的變化有顯著相關(guān)性(p<0.05)。

樣點(diǎn)和環(huán)境因子之間的相互關(guān)系顯示，不同河流修復(fù)生境與環(huán)境因子的相關(guān)性不同。pH值是影響沙粒群生境浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；溶解氧是影響硬化河床+硬化護(hù)岸生境浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；電導(dǎo)率、亞硝氮、生化需氧量、溫度是影響卵石群、人工濕地、生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)河床+硬化護(hù)岸、硬化河床+生態(tài)護(hù)岸、水生植物、咸淡水交替生境浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子，且7個(gè)樣方中環(huán)境因子NO2大小為生態(tài)河床+硬化護(hù)岸≈生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸>卵石群>咸淡水交替>水生植物≈硬化河床+生態(tài)護(hù)岸>人工濕地。

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

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護(hù)岸；5：生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸；6：生態(tài)河床+硬化護(hù)岸；7：硬化河床+生態(tài)護(hù)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(xué)需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導(dǎo)率；WT:溫度；D1:無節(jié)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(zhǎng)足輪蟲;D9:腔輪蟲SP.1;D10:腔輪蟲SP.2

3.3 不同河流修復(fù)生境的底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

對(duì)9種河流修復(fù)生境的底棲動(dòng)物種類與環(huán)境因子的RDA分析。首先對(duì)底棲動(dòng)物種類的DCA排序，最長(zhǎng)的排序軸長(zhǎng)度(Lengths of gradient)為3.1，因此選擇線性模型對(duì)底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果表明除BOD、SRP外，其他環(huán)境指標(biāo)與底棲動(dòng)物群落的變化有顯著相關(guān)性(p<0.05)。

樣點(diǎn)和環(huán)境因子之間的相互關(guān)系顯示，不同河流修復(fù)生境與環(huán)境因子的相關(guān)性不同。溫度是影響沙粒群、人工濕地生境底棲動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；亞硝氮是影響卵石群、生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)河床+硬化護(hù)岸生境底棲動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子，且3個(gè)樣方中環(huán)境因子NO2大小為生態(tài)河床+硬化護(hù)岸>生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸>卵石群；氨氮是影響硬化河床+生態(tài)護(hù)岸生境底棲動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；化學(xué)需氧量是影響硬化河床+硬化護(hù)岸生境底棲動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；總磷是影響水生植物、咸淡水交替生境底棲動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子，且2個(gè)樣方中環(huán)境因子TP大小為水生植物>咸淡水交替。

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

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工濕地；4：硬化河床+硬化護(hù)岸；5：生態(tài)河床+生態(tài)護(hù)岸；6：生態(tài)河床+硬化護(hù)岸；7：硬化河床+生態(tài)護(hù)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(xué)需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：電導(dǎo)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(huán)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(jié)論

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

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

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