常州市各人工湿地的浮游生物多样性比较

2015-11-17徐东炯陈志宁

中国环境监测 2015年1期

张皓，徐东炯，陈志宁，汤云

城市化是当前我国经济社会发展的主导内容之一，城市人工湿地是城市的人居环境设施，同时也是城市的生态基础设施，其独特的美学价值以及改善环境的生态价值备受重视，成为城市人居环境及生态环境建设的重要内容［1-8］。长期以来，在人口、经济的双重压力下，城市人工湿地普遍遭到破坏［7-10］。以常州市为例，近年来城市人工湿地面积明显减少，污染加重，功能退化，环境自净能力减弱，环境承载能力降低，湿地的水生生物消亡，水体荒漠化趋势明显。该文通过对常州市范围内具有代表性的3 块人工湿地浮游生物多样性状况的调查研究，初步掌握常州地区城市人工湿地的生态现状和存在的问题，从而为摸索出一套科学的城市人工湿地建设发展模式提供必要的理论支撑。

1 实验部分

1.1 样地选择

在常州市范围内选取了代表性的软件园湿地、荆川公园湿地和五星公园湿地3 块人工湿地(见图1)作为研究对象。3 块人工湿地建成于2002—2003年，其中软件园湿地的建设注重湿地的自然联系，大量保留自然缓坡的堤岸，使滨岸植被有较好的恢复，滨岸动物有较理想的栖息场所，且与周边较好水质的水系连通，并有闸口控制，既保持了水体与陆地的生态联系，又维护了水生生物传播、扩散、迁徙、洄游的通道，还能充当水系生态廊道的功能;荆川公园湿地水体基本与外界隔离;五星公园湿地更注重湿地的景观美学效果，水体底部由大量的建筑垃圾衬底，水体和陆地之间由垂直的混凝土或砖石堤岸相隔离，同时虽然与外来水系相连通，但无闸口控制，导致外部来水对湿地自身水体产生较大冲击。它们分别是城市人工湿地2 种不同建设理念和方法的典型代表，且作为城市人工湿地公园，3 块研究样地的水域面积(软件园6.4 hm2，荆州公园2.2 hm2，五星公园3.5 hm2)都不是很大，代表了城市人工湿地(公园)的普遍情况;同时，它们具有大致一致的规模及建成时间，具有一定的可比性;它们作为新建的城市人工湿地应当具有一定的稳定性;作为城市建成区内的城市人工湿地，具有较强的可达性及可操作性。

图1 各样地地理位置示意图

1.2 点位布设

根据3 块研究样地水域面积的大小、位置、外河情况等确定调查点位:在软件园的西部、南部和东部水域各设一个调查点位;在荆川公园的东部、西部水域各设一个调查点位;在五星公园的东部、西部水域各设一个调查点位(图2)。

图2 调查点位分布图

1.3 采样方法

对研究样地的实地考察发现，部分样地会定期在夏、冬季开展换水和清淤工程，为了避免相关工程对研究结果造成影响，增加研究结果的可比性，最终确定分别在春、秋季对研究样地的浮游生物各进行1 次样品采集，浮游植物、轮虫和原生动物的定量样品用1 L 的定量采水器采集，浮游植物、轮虫和原生动物的定性样品用25 号浮游生物网采集，枝角类和桡足类的定性定量样品均用13 号浮游生物网采集。采集完的样品需添加鲁哥试剂固定并带回实验室准备镜检。镜检时，浮游植物、原生动物吸取0.1 mL 样品注入0.1 mL 计数框，在10×40 倍或8×40 倍显微镜下计数，浮游植物计数100 个视野，原生动物全片计数;轮虫则取1 mL 注入1 mL 计数框内，在10×8 倍显微镜下全片计数;枝角类和桡足类取5 mL 注入5 mL 计数框内，在10×20倍倒置显微镜或解剖镜下全片计数。详细步骤可参考湖泊富营养化调查规范等相关资料［11-12］。

1.4 评价方法

采用物种分类单元数(S)、Shannon-Wiener 多样性指数(H')、物种优势度指数(λ)对各研究样地的浮游生物进行分析［8-10］。

式中:Pi代表第i 个物种的相对多度或相对显著度;N 代表所有物种的个体数之和;Ni代表第i 个物种的个体数;一般情况下，H'值越大多样性越高，λ 值越小多样性越高。

2 结果与讨论

2.1 各样地浮游生物构成情况

由表1可见:3 块研究样地共发现浮游生物170 种，其中软件园115 种，包括86 种浮游植物、9 种原生动物、9 种轮虫和11 种枝角类桡足类;荆川公园106 种，包括81 种浮游植物、9 种原生动物、8 种轮虫和8 种枝角类桡足类;五星公园103种，包括79 种浮游植物、6 种原生动物、6 种轮虫和12 种枝角类桡足类。而各研究样地的浮游生物优势种也各有不同，软件园以啮蚀隐藻(43%)、铃壳虫sp.(34%)、壶状臂尾轮虫(32%)、中华窄腹剑水溞(33%)为优势种;荆川公园以美丽颤藻(43%)、异胞虫sp.(99%)、萼花臂尾轮虫(38%)、中华窄腹剑水溞(49%)为优势种;五星公园以小颤藻(25%)、叉口砂壳虫(41%)、萼花臂尾轮虫(26%)、盘肠溞属sp.(27%)为优势种。从调查结果可以看出，3 块人工湿地中，软件园的浮游生物物种总分类单元数最高，多样性较好，荆川公园次之，五星公园最差。同时，可以发现3 块人工湿地的浮游生物中浮游植物数量远高于其他种类，且除软件园外，另2 块人工湿地的浮游植物优势种均属蓝藻门，说明这2 块人工湿地的水体均存在不同程度的富营养化趋势。通过对3 块人工湿地的主要水质指标进行监测，计算出3 块人工湿地的综合富营养化指数。从表2可以看出，综合富营养化指数从小到大顺序依次为软件园＜荆川公园＜五星公园。这一结果正好与上文浮游生物群落结构的结果相吻合，再次证明软件园的水体富营养化程度最轻，水质较好，浮游生物群落结构较完整，多样性较高，而荆川公园和五星公园都存在不同程度的富营养化趋势，其中五星公园水体的富营养化状况较为严重。究其原因，可能是由于软件园连通的外来河水均有溢洪闸控制，在保证其与公园内部水体有一定水体交换次数和频率的基础上，有效减轻了来水污染物对内部水体的冲击，同时保证湿地水质长期稳定在一个良好水平，可抑制水体的富营养化;而与五星公园连通的外来河水没有任何闸口控制，大量污染物对湿地内部水体造成冲击，导致湿地水质恶化，富营养化趋势明显;荆川公园则由于水体较为封闭，缺乏与外部水体的连通交换，导致内部水体长期呈滞流静止状态，配合光照和人为干扰等因素的影响，极易引发水体的富营养化。此外，软件园的浮游生物种类构成较为均匀，除浮游植物外的其他浮游生物种类均明显多于另2 块人工湿地，说明软件园水体的浮游生物群落结构更为合理，从一定程度上反映出其生境状况较为良好。

表1 3 块人工湿地浮游生物调查结果统计表

表2 3 块人工湿地水质综合富营养化结果比较

2.2 各样地浮游生物多样性比较

由图3、图4可见，各样地浮游生物的Shannon-Wienner 指数从大到小顺序为软件园＞荆川公园＞五星公园，物种优势度从大到小顺序为荆川公园＞五星公园＞软件园。可以发现，软件园的浮游生物Shannon-Wienner 指数最高，物种优势度最低。说明在3 块人工湿地中，软件园的浮游生物多样性最好。这可能由于软件园生态湿地人工改造较少，最大程度地保留了原有的自然风貌，因此其水体中浮游生物的群落结构未受到过多破坏，多样性得以保留，这也与高辉巧等［14］进行的城市人工湿地景观建设与生物多样性保护研究结果相符;五星公园由于在设计和建设过程中过分注重美学效果，不但用混凝土或砖石雕塑成得各种造型取代了自然堤岸，使水体与陆地的生态系统相隔离，还使用了大量建筑垃圾衬底取代了原有的软质淤泥，进一步破坏了该区域原有的生态环境，导致生态失衡，从而严重影响了浮游生物的多样性;荆川公园则是由于设计时未能考虑到保持水体连通性，导致内部水体封闭滞流，长期得不到换水，极易形成水体富营养化，导致浮游生物群落结构失衡，影响其多样性。

图3 各样地浮游生物Shannon-Wienner多样性指数的比较

图4 各样地浮游生物物种优势度的比较

3 结论

通过调查发现，不同的设计和建设风格对城市人工湿地的浮游生物群落多样性影响较大，并随着时间推移可能形成极大的环境生态差异。从结果上看，浮游生物种类数从大到小顺序为软件园＞荆川公园＞五星公园，浮游生物的Shannon-Wienner 指数从大到小顺序为软件园＞荆川公园＞五星公园，物种优势度从大到小顺序为荆川公园＞五星公园＞软件园，湿地水体的综合富营养化指数从大到小顺序为五星公园＞荆川公园＞软件园。因此软件园无疑是3 块样地中浮游生物群落状况最佳、生态完整性保持最好的人工湿地，它的设计与建设理念值得借鉴。建议在人工湿地的建设中应首先注意内外部水体的连通性，在此基础上应当对外部水源进行适当的控制，避免来水污染物的强力冲击。在人工湿地的建设中应注重自然与美学的结合，应尽可能使用自然堤岸，使公园内部水体与陆地的生态系统相联通，保持水体底部的软质淤泥，为不同水生生物群落恢复繁衍提供良好的生境条件。

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