杜慶有,徐 放
(天津市海河管理中心,天津 300141)
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,流經天津市內六區(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、藍藻、槐葉萍的暴發(fā),該如何科學應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查的基礎上,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。
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查。由于時間和設備有限,調查方法主要參照《重點河流水生生物多樣性調查與評估技術要求》、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。通過單次調查并結合多年來管理工作的經驗,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。
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等挺水植物,而且在2019 年以前沉水植物以單一的菹草為主,自2019 年開始上游出現黑藻、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絕對優(yōu)勢種群,覆蓋大部分河面。
2.2.1 挺水植物
北運河沿線挺水植物以蘆葦為主,調查區(qū)域內沿著河岸兩側臨水邊均有分布;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,蘆葦靠岸邊側有少量千屈菜分布,數量不多,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)護岸兩側均種植大量蘆葦等挺水植物。
2.2.2 浮葉及漂浮植物
此次調查(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,浮葉植物呈現混生狀態(tài),覆蓋河道水面,槐葉萍在一段時間內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浮葉植物,2019 年起在上游鵝卵石平臺出現少量菱類植物,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查未能發(fā)現沉水植物,但根據歷年河道管理的經驗推斷,北運河河道內沉水植物較為豐富,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(如蘆葦等)。其沉水植物逐漸豐富,以前以菹草為主,每年4—5 月迅速生長呈現暴發(fā)高峰,至6 月逐漸枯萎爛根。其暴發(fā)與藍藻呈現季節(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。
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。下面主要從群落結構參數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。
群落結構參數主要包括個體數、密度(個體數占全部物種數百分比)、蓋度(投影面積百分比)、頻度(物種出現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,對植物群落結構的總體印象和主要植物的群落參數進行估測,但未估測個體數量和高度,估測結果詳見表1。
表1 北運河水生植物群落結構參數估算
物種豐富度是指一個群落或生態(tài)環(huán)境中物種的數目。很明顯,該指數與調查樣方的面積有關,為保證結果的可比性,要求取樣時保證所有樣方的面積相等。常用的豐富度指數有Gleason 指數、Margalef指數。
由于本次調查未具體計算個體數量,僅對物種進行初步判斷,所以僅使用Gleason指數對物種豐富度進行估算。Gleason指數計算公式為:
式中:A為單位面積(m2);S為群落中的物種數量(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。經計算,D=16/ln(16 500×50)=1.17。
常用的物種多樣性指數為辛普森多樣性指數和香農-威納指數,兩者計算均需要個體數量,但此次調查對個體數量未進行具體估測。但根據辛普森多樣性指數的計算方法可知,群落中種數越多,各種個體分布越均勻,辛普森多樣性指數就越高,群落多樣性就越好;各種群之間個體分布越均勻,香農-威納指數就越大。
結合此次調查的總體印象發(fā)現,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),單個物種的個體數量占絕對多數,所以定性判斷以上2 個物種多樣性指數應當處于一個較低的水平。
從以上的調研分析可以看出,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、海河干流處于聯通狀態(tài)的情況下,海河干流夏季每年都出現藍藻暴發(fā)現象,而北運河從未暴發(fā)過藍藻,而是逐年分季節(jié)交替出現水草、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,水動力學條件和水質條件基本相同,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,所以北運河的復式斷面結構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可以生長,而海河干流只有靠近岸邊的兩側可以生長,深槽內不能生長。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。
對河道健康指標體系進行整體計算、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)補水調節(jié)河流水生態(tài)系統(tǒng)。
根據水生生物生長的特性需求,在后期堤岸改造中恢復河道復式斷面,在水邊恢復本地原生挺水植物,在0~0.5 m 水深區(qū)域恢復本地原生浮葉植物,在深水區(qū)恢復本地原生沉水植物,并配合放養(yǎng)相應水生動物,逐步恢復立體水生態(tài)系統(tǒng),為恢復水生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性提供客觀條件。
應對海河水系現有河道生態(tài)系統(tǒng)現狀情況進行專業(yè)摸底,對海河干流水生態(tài)系統(tǒng)現有植物、動物、藻類、微生物等本底值進行調查,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),需對與之有關的生態(tài)系統(tǒng)如引調水源頭及途經區(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。在調查評估的基礎上,科學制定河道生態(tài)修復方案,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,修復河道原有生態(tài)系統(tǒng)。
在加強對沿河口門排污監(jiān)管的同時,關注各類水生生物的生長情況,根據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、環(huán)保等部門聯合,建立外來物種管控機制,設立禁放、禁漁、禁釣區(qū),多部門開展聯合執(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量失控。