李詠紅

(1.北京東方園林環(huán)境股份有限公司, 北京 100015; 2.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 北京 100015;3.北京東方利禾景觀設(shè)計(jì)有限公司, 北京, 100015 )

濕地是自然界生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一[1,2], 為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要保障, 但是近年來, 由于全球氣候變暖和人類活動(dòng)高強(qiáng)度的開發(fā)模式, 濕地正面臨著面積萎縮[3]、功能減弱[4]和多樣性降低[5]等問題, 就京津冀地區(qū)來講, 近年來濕地面積呈現(xiàn)萎縮減少趨勢(shì), 濕地退化已經(jīng)成為制約區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展的重大阻礙, 深入開展恢復(fù)濕地的工作已經(jīng)迫在眉睫。濕地公園是解決濕地保護(hù)和合理利用的一種有效方法, 在對(duì)濕地進(jìn)行有效修復(fù)與保護(hù)的同時(shí), 也為廣大居民提供休憩、娛樂和科普的場(chǎng)所, 助力城市發(fā)展[6,7]。目前國(guó)內(nèi)河流濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)有很多[8,9], 但是針對(duì)北方河流濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系還缺乏一定的創(chuàng)新性、系統(tǒng)性及長(zhǎng)效性。相比南方河流濕地, 北方河流多為季節(jié)性河流, 豐水枯水期水量變化大, 通常水量小,且補(bǔ)給水源匱乏, 冬季河流有結(jié)冰封凍現(xiàn)象等[10]。因此, 研發(fā)適宜北方區(qū)域特征的河流濕地公園生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系, 以期指導(dǎo)京津冀區(qū)域的濕地公園建設(shè), 并指導(dǎo)、規(guī)范北方濕地公園的生態(tài)建設(shè)與修復(fù)工作具有重要意義。

本文以北京房山區(qū)琉璃河濕地公園為例, 針對(duì)河流濕地現(xiàn)有水量少, 水質(zhì)污染嚴(yán)重, 水生態(tài)退化、水景觀差等一系列問題提出了統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水景觀的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)治理理念, 以生態(tài)景觀系統(tǒng)與河流水系空間格局及水文過程的耦合關(guān)系為基礎(chǔ), 以改善水環(huán)境、提升水生態(tài)為目標(biāo), 采用水系廊道連通技術(shù)、生態(tài)水文調(diào)控技術(shù)和人工濕地技術(shù)等, 建設(shè)成集水文調(diào)蓄、生物多樣性保護(hù)、水質(zhì)凈化、科研宣教及休閑娛樂為一體的城市濕地公園, 協(xié)同濕地保護(hù)與城市發(fā)展戰(zhàn)略需求, 在修復(fù)受損濕地的同時(shí)助力城市發(fā)展。

1 研究區(qū)域背景

1.1 區(qū)域概況

房山區(qū)位于北京市西南部, 是南水北調(diào)中線工程入京的第一站, 其功能定位是首都高端制造業(yè)新區(qū)和現(xiàn)代生態(tài)休閑新城, 作為首都西南綠色生態(tài)屏障, 承擔(dān)著涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙和城市休閑等重要功能[11]。琉璃河濕地公園位于琉璃河鎮(zhèn)西北大石河(入琉璃河至興禮橋段)的兩堤之間, 總占地面積528.6 ha, 長(zhǎng)10.6 km, 將成為北京市最大規(guī)模的濕地公園。同時(shí)項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)于大石河流域以及河北境內(nèi)拒馬河、白溝河流域的水環(huán)境都將產(chǎn)生非常積極的影響, 對(duì)京津冀的生態(tài)建設(shè)至關(guān)重要。

1.2 生態(tài)環(huán)境問題

水資源短缺, 水動(dòng)力不足根據(jù)房山區(qū)漫水河站記錄多年平均地表水資源量6.4×107m3, 減去最小生態(tài)需水量和汛期難以控制利用的洪水量, 計(jì)算出其多年平均情況下地表水資源可利用量低方案為2.1×103m3, 高方案為2.4×103m3。地表水資源可利用率分別是33%和38%, 地表水資源利用率較低, 有些河段無自然基流, 維持河流基本生態(tài)功能的生態(tài)需水量嚴(yán)重匱乏, 水動(dòng)力不足且缺乏合理的補(bǔ)充方式, 水量協(xié)調(diào)問題亟需解決。

水體水質(zhì)差, 富營(yíng)養(yǎng)問題嚴(yán)重地表水環(huán)境質(zhì)量較差, 河道水質(zhì)現(xiàn)狀為劣Ⅴ類[12]。受到上游來水、生活污水和面源污染等影響, 項(xiàng)目區(qū)河流水質(zhì)指標(biāo)多為Ⅴ類和劣Ⅴ類水平, 富營(yíng)養(yǎng)化[13]問題嚴(yán)重。2017年5月對(duì)河流選取了7個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行了水質(zhì)采樣及分析, 結(jié)果顯示, 河流水質(zhì)為劣Ⅴ類, 污染較重, 均超過了地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn), 其中CODcr、氨氮、總氮和總磷值均超標(biāo)(圖1和表1)。

表1 琉璃河水質(zhì)現(xiàn)狀情況Tab.1 River water quality of Liuli River (mg/L)

圖1 水質(zhì)采樣點(diǎn)位圖Fig.1 Water quality sampling point diagram

水生態(tài)結(jié)構(gòu)受損, 水生態(tài)功能脆弱2016年9月, 在琉璃河濕地公園內(nèi)選取4處典型河流斷面(圖2)。水文調(diào)查結(jié)果顯示: 核心示范區(qū)河段處于近坑塘狀態(tài), 流速接近于0。

圖2 典型河流斷面取點(diǎn)布設(shè)Fig.2 Layout of typical river section sampling points

由于缺乏必要的生態(tài)基流, 水體流動(dòng)性差, 河道有明顯的淤積現(xiàn)象[14]。部分河段浮游藻類和水葫蘆等生長(zhǎng)旺盛, 沉水植物以金魚藻(Ceratophyllum demersum)、菹草(Potamogeton crispus)為主,零星分布。水生動(dòng)植物群落發(fā)生了重要的演替, 從原有的清水型轉(zhuǎn)向了耐污型, 整體水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能受到嚴(yán)重?fù)p害(圖3)。

圖3 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀Fig.3 Current situation of ecological environment

水景觀破碎單一河流斷流、河流水體渾濁、河道垃圾遍布、水面分布大量藻類, 景觀效果極差, 濱岸帶植被種類單一[15], 項(xiàng)目上游優(yōu)勢(shì)植物為多年生蘆葦(Phragmites australis), 伴生黃花蒿(Artemisia annua)和馬唐(Digitaria sanguinalis)等一、二年生植物, 中游及中下游均以長(zhǎng)芒稗(Echinochloa caudata)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種, 下游優(yōu)勢(shì)植物為蘆葦及稗(Echinochloa crusgalli), 現(xiàn)有植被整體缺乏層次, 親水設(shè)施缺失, 不能滿足城市居民對(duì)良好生態(tài)環(huán)境和濱水休憩空間的需求。

生物棲息地喪失現(xiàn)狀水質(zhì)惡化、水資源短缺、植被結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)功能退化等問題導(dǎo)致了鳥類和魚類等生物喪失了棲息生存的空間和繁衍的場(chǎng)所[16]。

2 生態(tài)修復(fù)總體思路

依據(jù)房山琉璃河濕地的功能定位和發(fā)展需求,以恢復(fù)濕地生態(tài)服務(wù)功能為目標(biāo), 充分利用區(qū)域自然生態(tài)條件, 統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水景觀等技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化(圖4和表2), 以保護(hù)和恢復(fù)典型河流型濕地生態(tài)系統(tǒng)為核心, 建設(shè)成集水文調(diào)蓄、生物多樣性保護(hù)、水質(zhì)凈化、科研宣教及休閑娛樂為一體的城市濕地公園, 使其具有健康的水生態(tài)系統(tǒng)、多樣化的生物棲息地及健全的生態(tài)景觀體系, 充分利用濕地資源, 輻射帶動(dòng)濕地公園周邊產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

表2 現(xiàn)狀問題及對(duì)應(yīng)治理工程Tab.2 The current situation of river channel and corresponding control project

圖4 總平面布局圖Fig.4 General layout

3 生態(tài)環(huán)境綜合治理措施

3.1 生態(tài)廊道連通技術(shù)

生態(tài)廊道有無斷開是確定通道和屏障功能效率的重要因素[17], 因此連通性是廊道結(jié)構(gòu)的主要量度指標(biāo)。生態(tài)廊道連通技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)連通、水文水力連通[18]和功能連通[19]。

針對(duì)于結(jié)構(gòu)連通, 實(shí)現(xiàn)縱向、橫向連通。主要包括縱向生態(tài)障礙消除、橫向生態(tài)斷點(diǎn)消除(圖5)。

圖5 結(jié)構(gòu)連通措施總體布局Fig.5 General layout of structural connectivity measures

針對(duì)于水文水力連通, 主要包括水量恢復(fù)、水動(dòng)力調(diào)控(圖6)。

圖6 水文水力連通措施總體布局Fig.6 General layout of hydrological and hydraulic connection measures

功能連通主要通過核、斑、廊和島模式(核心保護(hù)區(qū)、斑塊、廊道、生態(tài)島), 使河流濕地作為一個(gè)整體, 發(fā)揮重要棲息地、通道、過濾屏障、源和匯生態(tài)功能。

3.2 生態(tài)水文調(diào)控技術(shù)

北方缺水地區(qū)缺少充足的水量進(jìn)行調(diào)配, 經(jīng)過水資源論證比選、選擇合理的水資源配置和適宜的調(diào)水途徑來滿足琉璃河濕地公園的生態(tài)補(bǔ)水需求。通過周邊再生水廠進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水, 每天補(bǔ)水3×104m3/d(圖7), 并新建泵站和管道進(jìn)行水動(dòng)力改善達(dá)到水系循環(huán)的目的。

圖7 琉璃河濕地生態(tài)補(bǔ)水及水系循環(huán)圖Fig.7 Ecological water supplement and water system cycle diagram of Liuli River Wetland

3.3 復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)

采用復(fù)合垂直流人工濕地[20—23]人工濕地對(duì)再生水及循環(huán)水進(jìn)行處理, 保障景觀水體水質(zhì)。

濕地的設(shè)計(jì)處理規(guī)模1.42×105m3/d, 其中處理再生水3×104m3/d, 處理循環(huán)水1.12×105m3/d。復(fù)合垂直流人工濕地面積約為30.78 hm2, 其中處理再生水的濕地面積7.24 hm2, 處理循環(huán)水的濕地面積23.54 hm2(圖8)。再生水及循環(huán)水均通過管道輸送至人工濕地, 通過電動(dòng)調(diào)流調(diào)壓閥進(jìn)入布水管渠,通過布水管渠再進(jìn)入上行池(或下行池), 然后經(jīng)集水管道收集, 進(jìn)入下行池(或上行池), 出水通過集水管收集, 經(jīng)過排水干管, 排至琉璃河中。

圖8 濕地單元總體布置Fig.8 General layout of wetland unit

結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn), 考慮材料易得性、經(jīng)濟(jì)性同時(shí)考慮施工方便, 采用石灰石-沸石-礫石作為處理再生水補(bǔ)水的填料組合。石灰石主要用于除磷,沸石可在除氮過程中發(fā)揮重要功能, 而礫石則主要用于去除有機(jī)物?；|(zhì)配置具有除磷、脫氮及去除有機(jī)物的多種功能。

針對(duì)北方低溫條件下運(yùn)行效率低的問題, 在填料層中預(yù)埋高效耐低溫菌劑, 使其附著在濕地系統(tǒng)的植物根際以及填料基質(zhì)表面, 形成優(yōu)勢(shì)菌群, 實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫條件下含氮污染物的去除效果。篩選多年生、抗逆性強(qiáng), 特別是耐污性、耐寒性和水質(zhì)凈化能力強(qiáng)的植物; 根系比較發(fā)達(dá), 生物量大; 具有一定的美學(xué)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值的本土植物。經(jīng)過植物試驗(yàn)最后篩選出蘆葦、千屈菜(Lythrum salicaria)和香蒲(Typha orientalis)3種植物比較適合人工潛流濕地的種植環(huán)境。人工濕地出水回流也是應(yīng)對(duì)低溫的一種強(qiáng)化人工濕地處理污水的有效技術(shù)措施,能有效地提高濕地系統(tǒng)的氮的去除率和濕地的運(yùn)行效果。

3.4 水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建措施

良好水生態(tài)系統(tǒng)是保障城區(qū)水系水質(zhì)良好長(zhǎng)效運(yùn)行的重要保障。在水質(zhì)提升后重構(gòu)良好水生態(tài)系統(tǒng), 進(jìn)一步恢復(fù)河道的自凈作用和水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 重點(diǎn)需從水生植物群落、水生動(dòng)物群落等方面開展。

水生植物群落構(gòu)建根據(jù)房山地區(qū)情況, 遵循生態(tài)適應(yīng)性、物種抗性、生態(tài)位和生物操控等生態(tài)學(xué)原理, 對(duì)先鋒種、過渡種及優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行選擇、引導(dǎo)和優(yōu)化, 對(duì)植物群落時(shí)空演替進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(圖9), 將人工調(diào)控與自然調(diào)控相結(jié)合, 構(gòu)建生態(tài)水系生物群落要素, 形成完整食物鏈網(wǎng), 發(fā)揮水體自凈作用, 使水體趨于生態(tài)平衡, 強(qiáng)化生態(tài)修復(fù)、水質(zhì)凈化、生態(tài)景觀技術(shù)的有機(jī)融合。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況, 本工程所選擇水生植物時(shí)考慮因素如下:a.具有較強(qiáng)抗逆性包括耐污性、耐寒性和耐澇性等; b.沉水植物的先鋒物種必須是具有生長(zhǎng)快、耐污性強(qiáng), 能快速有效改善水質(zhì)的植物, 且魚類不喜食; c.植物的根系比較發(fā)達(dá), 生物量大; d.物種生態(tài)位; 植物對(duì)藻類的化感作用; e.具有一定的生態(tài)、美學(xué)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值; f.以本土植物為主, 選擇本土現(xiàn)存或歷史上存在的植物種類, 避免生物入侵風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 水生植物群落構(gòu)建示意圖Fig.9 Sketch map of aquatic plant community construction

具體種類選擇見表3: 沉水植物——苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla verticillata)和金魚藻等; 挺水植物——蘆葦、水蔥(Scirpus validus)、菖蒲(Iris pseudacorus)、香蒲、千屈菜和花葉蘆竹(Arundo donax var.versiocolor)等; 漂浮及浮葉植物——荇菜(Nymphoides peltata)、荷花(Nelumbo nucifera)和睡蓮(Nymphaea tetragona)等。

表3 常用水生植物特點(diǎn)Tab.3 Characteristics of common aquatic plants

沉水植物合理搭配暖季、冷季與常綠種, 以黑藻、苦草為優(yōu)勢(shì)物種。挺水植物形成以蘆葦、香蒲和菖蒲為優(yōu)勢(shì)物種, 兼顧植物多樣性的植物群落;浮葉植物以睡蓮為優(yōu)勢(shì)物種。

水生動(dòng)物群落構(gòu)建水生動(dòng)物是水生生態(tài)系統(tǒng)生物鏈中的重要“消費(fèi)者”, 消費(fèi)、轉(zhuǎn)化水體中初級(jí)生產(chǎn)和次級(jí)生產(chǎn)的生物量, 吞食數(shù)量巨大的細(xì)菌與微型生物生物量, 吞食一些生物的排泄物和有機(jī)殘屑, 從而在水體凈化中發(fā)揮重要作用。

利用生物操控原理, 待沉水植物多樣性恢復(fù)后,開始進(jìn)行水生動(dòng)物多樣性恢復(fù), 來控制藻類等浮游植物的生長(zhǎng), 完善食物鏈。首先選擇投放底棲類生物, 然后放養(yǎng)鰱鳙等魚類; 待群落穩(wěn)定后, 引入本地肉食性魚類。魚類按10 尾/100 m2, 尾重200—250 g,密度放養(yǎng)。放養(yǎng)的底棲動(dòng)物主要為當(dāng)?shù)芈?、? 底棲動(dòng)物按2 kg/100 m2密度放養(yǎng)。微生物、水生植物與水生動(dòng)物逐步形成健康穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng), 恢復(fù)自凈能力。

3.5 生態(tài)景觀重構(gòu)

房山區(qū)功能定位及發(fā)展需求是在改善水環(huán)境的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步提升生態(tài)景觀。琉璃河濕地公園生態(tài)景觀重構(gòu)的主要內(nèi)容包括: 地形改造, 植物配置, 生態(tài)濕地島、生態(tài)木棧道及親水平臺(tái)等生態(tài)景觀設(shè)施設(shè)計(jì)。

地形改造技術(shù)地形是生態(tài)景觀重構(gòu)的最為基本的因素[24], 是景觀作為“景”的基本骨架構(gòu)成,影響著生態(tài)景觀中的其他因素, 如植物配置、微氣候營(yíng)造[25]和構(gòu)筑物建造等, 它直接聯(lián)系著眾多的環(huán)境因素和環(huán)境外貌[26]。

不同地形設(shè)計(jì)形成不同的生態(tài)和景觀效果。其基本的形態(tài)構(gòu)成要素包括高程、坡度、坡向、立面形態(tài)和平面形態(tài)等。

琉璃河示范區(qū)內(nèi)地形改造主要是通過工程措施平整局部地勢(shì)、削低過陡地形和構(gòu)建河流基底形態(tài), 最大限度的保護(hù)原有河流、濕地、坑塘和溝渠等水生態(tài)敏感區(qū), 留有足夠涵養(yǎng)水源, 應(yīng)對(duì)較大強(qiáng)度降雨的林地、草地、湖泊和濕地, 維持城市開發(fā)前的自然水文特征?；仔螒B(tài)構(gòu)建主要包括基底坡度、深潭淺灘構(gòu)建及基底材料的選擇等。地形改造不僅能重塑濕地景觀形態(tài), 而且高低起伏的基底形態(tài)更有利于污染物的去除。

琉璃河濕地A區(qū)與C區(qū)水域面積大, 地形肌理較為復(fù)雜, 除了主河道, 其中有大量溪流和坑塘等濕地地形。既豐富景觀面貌, 又增加地域生態(tài)特性(圖10)。

圖10 琉璃河濕地豎向圖及實(shí)景圖Fig.10 Vertical view of Liuli River wetland

植物生態(tài)設(shè)計(jì)按照琉璃河濕地的水位梯度, 進(jìn)行水生植物配置, 如狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、澤瀉(Alisma plantago-aquatica)和紅蓼(Polygonum orientale)等群落既發(fā)揮其水質(zhì)凈化功能[27—29]、生物棲息地功能, 又發(fā)揮其景觀美學(xué)功能。水生植物擁有特有的形態(tài)美和意境美, 在景觀園林中發(fā)揮重要的造景和觀賞功能。相比來說, 沉水植物生態(tài)效果強(qiáng)于其景觀效果, 沉水植物群落營(yíng)造的“水下森林”亦具有較強(qiáng)的觀賞和景觀效果。

構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定的喬灌草群落, (喬木+灌木+地被花卉)、喬灌(喬木+灌木)、喬草(喬木+地被花卉)等多種復(fù)層混交種植結(jié)構(gòu)的植物群落, 不但具有較好的景觀層次效果, 而且能夠使群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,提升區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能。琉璃河喬灌木品種為國(guó)槐(Styphnolobium japonicum)、垂柳(Salix babylonica)、欒樹(Koelreuteria paniculata)、五角楓(Acer pictum subsp.mono)、銀杏(Ginkgo biloba)、櫻花、山桃(Amygdalus davidiana)、石榴(Punica granatum)、丁香(Syringa oblata)、山杏(Armeniaca sibirica)和紫薇(Lagerstroemia indica)等; 地被品種為藍(lán)花鼠尾草(Salvia farinacea)、紫穗狼尾草、山桃草(Gaura lindheimeri)、細(xì)葉芒(Miscanthus sinensis)、波斯菊(Cosmos bipinnatus)和委陵菜(Potentilla chinensis)等。

景觀設(shè)施布設(shè)濕地景觀設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行全方位、多角度的思考, 如駁岸景觀既要有防洪防澇的實(shí)效功能, 又要給人以親水的體驗(yàn)機(jī)會(huì); 濕地景觀設(shè)施既能夠滿足參與者休憩休閑的空間又要融入整個(gè)自然的濕地環(huán)境; 琉璃河濕地生態(tài)景觀設(shè)施包括: 潛流濕地景觀、生態(tài)農(nóng)業(yè)體驗(yàn)、歲月生態(tài)步道、親水平臺(tái)和生態(tài)木棧道等, 賦予地域特性的生態(tài)保育, 又展現(xiàn)豐富多元的景觀元素(圖11)。

圖11 琉璃河濕地公園生態(tài)景觀設(shè)計(jì)Fig.11 Landscape area of Liuli River Wetland

琉璃河濕地公園打造了集生態(tài)保護(hù)、水質(zhì)凈化和休閑娛樂為一體的潛流濕地景觀, 景觀設(shè)施主要有生態(tài)木棧道、生態(tài)鳥島和功能型濕地肌理等。同時(shí)體現(xiàn)歷史文化底蘊(yùn), 設(shè)計(jì)了歲月步道景觀,將事件的發(fā)生、歷史的變遷融入體現(xiàn)在景觀中, 留下歲月的痕跡。琉璃河濕地水域面積廣闊, 為了滿足人們娛樂需求, 設(shè)計(jì)了景觀木棧道、親水平臺(tái)、生態(tài)植物島、花溪以及親水小木屋等。

4 實(shí)施效果分析

4.1 水質(zhì)改善情況分析

2021年3月、4月和5月對(duì)河道7個(gè)點(diǎn)位的pH、DO、CODCr、氨氮和總磷的進(jìn)行檢測(cè), 均值如表4所示。

表4 琉璃河水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.4 Water quality monitoring data of Liuli River (mg/L)

在項(xiàng)目建設(shè)前, 受到上游來水、生活污水和面源污染等影響, 項(xiàng)目區(qū)河流水質(zhì)多為Ⅴ類和劣Ⅴ類水平, 富營(yíng)養(yǎng)化問題嚴(yán)重。2017年5月對(duì)河流選取了7個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行了水質(zhì)采樣及分析, 結(jié)果顯示, 河流水質(zhì)屬于劣Ⅴ類, 污染較重, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn), 其中CODcr、氨氮、總氮和總磷值均超標(biāo)。在示范工程實(shí)施后, 2021年水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示, 污染物CODCr、氨氮和總磷比2017年分別消減69%、96.7%和95.6%, 氨氮和總磷已經(jīng)達(dá)到地表水Ⅲ類以上標(biāo)準(zhǔn), CODCr除個(gè)別點(diǎn)位, 達(dá)到地表水Ⅳ-Ⅴ類。

4.2 浮游植物

將2017年琉璃河生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)作為修復(fù)前浮游植物數(shù)據(jù)的背景資料, 在調(diào)查的樣品中, 鑒定到硅藻門、綠藻門、隱藻門、裸藻門、藍(lán)藻門和甲藻門共計(jì)47種屬。本次調(diào)查鑒定到硅藻門和綠藻門種屬最多, 硅藻門占40.4%, 綠藻門占38.29%。藻類優(yōu)勢(shì)種為硅藻門的小環(huán)藻、變異直鏈藻(Melosira varians)、輻節(jié)藻屬及綠藻門的集星藻。優(yōu)勢(shì)種基本都為中污或重污指示種, 從藻類優(yōu)勢(shì)種角度分析,琉璃河濕地公園建設(shè)前水體基本處于是中污與重污范圍內(nèi)。

隨著水環(huán)境及水生態(tài)工程的實(shí)施, 2020年的調(diào)查結(jié)果顯示, 浮游植物仍以硅藻門和綠藻門占據(jù)主體, 但是隱藻門、裸藻門與甲藻門所屬藻類呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì), 由2016年占比的不足10%升至2020年的42%。優(yōu)勢(shì)種由原先的小環(huán)藻與變異直鏈藻轉(zhuǎn)為了漢斯冠盤藻(Stephanodiscus hantzschii)與馬索隱藻(Cryptomonasmarssonii), 清潔水體的硅藻門數(shù)量開始增加, 而指示水體污染的藻類耐污種開始減少, 說明生態(tài)修復(fù)工程發(fā)揮了較好的效果。

4.3 水生植物

通過對(duì)河道實(shí)地調(diào)查, 區(qū)域內(nèi)優(yōu)勢(shì)植物群落主要是濕生和旱生植物群落。植物種類以蘆葦、稗、狗尾草(Setaria viridis)、豬毛蒿(Artemisia scoparia)和披堿草(Elymus dahuricus)為主; 物種結(jié)構(gòu)較為單一, 以蘆葦或稗為建群種且伴生一年生的植物, 多為野生雜草; 2020年琉璃河的優(yōu)勢(shì)植物增加水生植物群落, 主要有香蒲、菖蒲、黃花鳶尾(Iris wilsonii)、水蔥、澤瀉和荷花等挺水植物, 金魚藻、菹草、黑藻和苦草等沉水植物, 水生植物豐度和多樣性水平大幅提高, 植物覆蓋度明顯升高,由原來的不足10%提高到了62.9%。

4.4 底棲生物

2017年9月調(diào)查顯示, 底棲生物共計(jì)16種, 均為常見水生生物。以環(huán)節(jié)動(dòng)物門與節(jié)肢動(dòng)物門為主體; 隨著截污工程、生態(tài)清淤工程的實(shí)施, 水環(huán)境質(zhì)量逐步改善, 底棲生物從環(huán)節(jié)動(dòng)物門寡毛綱生物與節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲綱生物生物密度急劇降低, 而軟體動(dòng)物門生物密度出現(xiàn)恢復(fù)的趨勢(shì)。以搖蚊屬搖蚊幼蟲與顫蚓屬蘇氏尾鰓蚓(Branchiura sowerbyi)為主的環(huán)節(jié)動(dòng)物門與節(jié)肢動(dòng)物門生物生存所需的生境條件消失, 為軟體動(dòng)物門生物的成長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。同時(shí), 人工投放螺和蚌等底棲動(dòng)物, 底棲動(dòng)物耐污種數(shù)量降低32%, 底棲動(dòng)物清潔種大量增加,水體透明度逐步改善。

4.5 濕地鳥類

以2017年9月, 琉璃河濕地公園現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到涉禽和游禽共計(jì)43只, 主要物種為大白鷺(Ardea alba)、池鷺(Ardeola bacchus)、扇尾沙錐(Gallinago gallinago)、黑水雞(Gallinula chloropus)、綠頭鴨(Anas platyrhynchos)和小鷿?jì)e(Tachybaptus ruficollis)等。

通過豐富水陸群落, 構(gòu)建完善的食物鏈及物理生境, 為濕地鳥類提供了安全穩(wěn)定的棲息環(huán)境,2020年調(diào)查結(jié)果顯示, 濕地公園涉禽和游禽共計(jì)360只, 增加了黑鸛(Ciconia nigra)、白天鵝(Cygnus)、夜鷺(Nycticorax nycticorax)、金眶鸻(Charadrius dubius)和黑翅長(zhǎng)腳鷸(Himantopus himantopus)等物種, 濕地公園建成后多年不見的珍稀鳥類又重新歸來(圖12)。

圖12 黑鸛、天鵝及紅隼Fig.12 Ciconia nigra, swan Cygnus and Falco tinnunculus

5 討論

近年來國(guó)內(nèi)河流濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究日益深入, 水環(huán)境治理工程也日益增加, 但總體來看,治理措施的前瞻性、系統(tǒng)性及長(zhǎng)效性不強(qiáng), 整體治理效果并不理想, 缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, 治理效果評(píng)價(jià)體系不健全等一系列問題[30]。結(jié)合中國(guó)河流治理的實(shí)際情況, 總結(jié)出應(yīng)堅(jiān)持“流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理”的理念, 在今后的河流濕地生態(tài)修復(fù)工作還需要加強(qiáng)水資源、水環(huán)境、水生態(tài)及景觀設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)的融合, 統(tǒng)籌上下游、左右岸及干支流, 提升生態(tài)修復(fù)效果。同時(shí), 在濕地生態(tài)修復(fù)的過程中, 要注重濕地資源的開發(fā)利用和濕地修復(fù)長(zhǎng)效運(yùn)維機(jī)制研究, 協(xié)同濕地保護(hù)與城市發(fā)展需求。

未來濕地生態(tài)修復(fù)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)精細(xì)化設(shè)計(jì)及精細(xì)化運(yùn)維, 如利用模型模擬水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)如何長(zhǎng)期穩(wěn)定的達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)平衡狀態(tài), 特別是做好水生植物和水生動(dòng)物的管理維護(hù), 如研究食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)于保護(hù)水生態(tài)環(huán)境和維持生物多樣性的重要作用, 為生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供決策依據(jù)[31]。優(yōu)化配置水生植物, 以水質(zhì)目標(biāo)與生物多樣性為導(dǎo)向,建立最優(yōu)化管理模式, 包括設(shè)定水位變動(dòng)幅度和頻率、植物收割時(shí)間和控制藻類生物量, 并及時(shí)調(diào)整動(dòng)植物群落結(jié)構(gòu)等[32], 建立動(dòng)植物群落與水質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型關(guān)系。

針對(duì)河道、污水處理廠尾水等微污染建設(shè)北方大型濕地, 如何實(shí)現(xiàn)濕地的均勻布水、低溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行等都需要進(jìn)一步的精細(xì)化研究與設(shè)計(jì),避免在濕地建成運(yùn)維管理過程中反復(fù)出現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、水動(dòng)力不足和人工濕地堵塞等一系列問題。

本研究積極創(chuàng)新濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)與模式, 針對(duì)琉璃河生態(tài)基流不足, 水污染嚴(yán)重(TP、NH3-N超標(biāo)較為嚴(yán)重), 水生態(tài)系統(tǒng)退化, 水景觀單一等環(huán)境問題, 基于“三位一體+”的濕地系統(tǒng)治理理念,統(tǒng)籌考慮水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水景觀等, 開展生態(tài)廊道連通技術(shù)、生態(tài)水文調(diào)控、人工濕地及水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等一系列技術(shù), 改善水環(huán)境, 并逐漸形成健康、穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng); 將綠廊、生態(tài)木棧道和親水平臺(tái)等要素融入景觀系統(tǒng)以滿足人們對(duì)親水的需求。房山琉璃河濕地公園生態(tài)修復(fù)技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)濕地公園生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善, 依托濕地優(yōu)勢(shì)資源, 堅(jiān)持濕地保護(hù)和合理利用緊密結(jié)合, 堅(jiān)持工程建設(shè)與長(zhǎng)效管理兩手抓,實(shí)現(xiàn)濕地保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的雙贏, 可為北方濕地公園生態(tài)修復(fù)提供相應(yīng)的技術(shù)參考依據(jù)。

致謝:

本文研究?jī)?nèi)容主要依托房山琉璃河濕地公園建設(shè)項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“京津冀城市群生態(tài)安全保障技術(shù)研究(2016YFC0503000)”，是課題技術(shù)研究和工程項(xiàng)目應(yīng)用的成果之一，在課題研究及示范工程建設(shè)過程中北京東方園林環(huán)境股份有限公司楊春梅、王學(xué)杰、徐志、劉濤、張曉樂和蔚建闖等參與了部分研究及工程建設(shè)工作，在此衷心感謝一起參與研究及工程建設(shè)工作的各位同事！