基于鸟类生物多样的深圳河四期工程生态修复效果评价

2019-08-24冷玉波

水力发电 2019年5期

冷玉波，张华

(1.深圳市治理深圳河办公室，广东深圳518008；2.深圳市水文水质中心，广东深圳518008)

0 引言

河流修复评价在20世纪末起步，国内外学者主要选择水文、水体理化性质和生物等指标，根据其在生态修复前后变化来评价河流生态修复效果[1]。进入21世纪，河流生态修复逐渐演变为以河流健康为目标，评价法大体分为指示物种评价法和多指标评价法。多指标评价法主要是从水质、水量、河岸带与水生生物等方面，利用层次分析法(AHP)建立指标体系进行评价；指示物种评价法是陆地生态系统和水生态系统健康评价的常用方法，比较适用于流域内自然生态系统的健康评价。

传统水环境监测以化学指标为主，监测参数存在局限性，难以满足当前需求。选用指示物种是利用其在污染胁迫下生理或行为变化进行预警的技术手段，相对于有限的监测指标，能更好地综合反映水体的自然状况，是生态环境改善的综合表现。研究区域物种调查结果显示，在陆域绿化带、高滩植物区、潮汐滩涂区、河道主槽区等不同的生态功能分区，鸟类均为主要生物物种。此外，深圳河湾流域内的香港米埔自然保护区和福田国家红树林自然保护区具有良好的自然环境和较为丰富的饵料资源，是鸟的天堂，且鸟类是流域内保护价值较高的物种，对生态环境变化的影响尤为敏感。因此，本文以鸟类这一河流生态系统中的高级消费者作为指示生物，综合评价工程的生态修复效果。

工程实施后，治理河段水质基本达到地表水V类标准，鸟类的多样性和丰富度等指标逐步向好，工程的生态修复效果明显，这有助于为类似河流修复效果评价提供参考依据，并为城市水生态文明建设和黑臭水体治理提供科学支撑。

1 研究区概况

深港双方政府自1982年开始对深圳河进行联合治理。截至2012年，完成了一、二、三期工程，基本解决了深圳河干流的防洪问题。四期工程主要解决深圳河上游河段的洪涝问题，并进行该河段的生态修复工作，使河道水质达到地表水Ⅴ类，并改善河道生态环境。四期工程河段属于深圳河上游段，从平原河口起至上游莲塘变电站附近，治理河段总长4.449 km。

研究区域地处北回归线以南，属南亚热带海洋性季风型气候，平均气温22.4 ℃，平均降雨量1 883 mm，高度城市化，为典型的城市生态系统，受人类活动干扰较强。研究区域总面积约18.8 hm2，其中河流1.9 hm2、低湿草地8.0 hm2，建成区(含道路)8.9 hm2，约占总面积的80.6%。2009年8月～2010年1月的生态野外实地调查以及2010年12月的浮游生物和底栖生物采样调查共发现鸟类90种，两栖类动物8种，哺乳动物 7种，鱼类6种，浮游动物42种，底栖动物4种，包括国家Ⅱ级重点保护野生动物黑鸢，广东省重点保护野生动物6种(其中5种为鸟类)。虽然研究区域内先后实施了深圳水库流域污水截排工程、莲塘片区截污工程、莲塘片区污水截排工程等，但工程河段仍然存在污水直接入河的情况，水质为劣Ⅴ类，主要超标指标为氨氮、五日生化需氧量、总氮，水体存在黑臭问题，不能满足景观用水标准。

2 生态修复措施

河流生态修复是指运用生态系统原理，修复和强化水体生态系统的主要功能。其目的是通过适当的工程措施、生物措施和管理措施，使当前的河流生态状况有所改善并向良性方向演进，部分地恢复到干扰前某种状态下的结构和功能[2]。

2.1 生态修复方案

根据研究区河流特点，四期工程主要从防洪、生境修复和水质改善等方面入手进行生态修复。主要包括：①保持河道自然蜿蜒形态，大量使用生态透水材料，构建生态护岸，保证防洪安全；②设置河漫滩地、生态湿地、自然抛石、跌水等，营造不同微生态；③采取降低齿墙、设置翻板闸门等措施加强河道河岸、干流支流的生态连接；④采取控源截污、内源治理、活水循环等方式改善水质；⑤种植乡土树种，提升景观绿化系统。各项具体生态修复措施详见表1。

2.2 生境修复

工程完工后，研究区内的生境类型发生一定变化，低湿草地和建成区生境面积分别减少1.87、4.03 hm2；相反，河流生境面积增加5.90 hm2，增幅178.8%。工程实施前后生境类型和面积变化对比见表2。工程将2.20 hm2的河套地区改造为河滩湿地，并对20年一遇水位线以下的3.93 hm2的低湿草地进行植被恢复，共恢复低湿草地6.13 hm2，有利于减缓工程对低湿草地的影响。

各种生态修复措施实施后，研究河段生态环境得到良好的恢复，形成湿地、河漫滩地、抛石上游积水区、抛石下浅滩、跌水上游雍水区、跌水下深潭、挡墙灌木丛等7种典型修复后的微生境。

3 生态修复效果评价方法

研究区河段主要环境问题是水污染，对水质理化指标的评价是生态修复效果评价中的一项重要和必要的内容。但由于水质监测点在空间分布上的单一性和时间上的瞬时性，不能全面反映整个河流生态环境的变化情况。无论生态环境如何变化，最终均会反映到这一生态系统中生物种群变化上来，因而选取某一特定生物种群变化来反映工程整体生态修复效果是一个很好的选择。鸟类作为河流生态系统的高级消费者，在河流生态系统的能量流动和维持稳定性上起着举足轻重的作用，鸟类的丰富度和均匀度能够反映河流不同生境的变化，不同的鸟类偏好不同的河流生境，河流生境异质性越高，鸟类群落的多样性也越高[5- 6]。因此，本研究最终选择上下游断面水质数据和鸟类的变化情况，评价深圳河四期工程实施后研究区的整体生态修复效果。

表1 生态修复措施

表2 工程实施前后生境类型和面积变化对比

3.1 水质监测与评价方法

(1)监测方法。为了能够综合反应工程河段水质变化情况，在工程河段下游砂石传送带断面设置水质监测点，该断面有较长的连续水质资料，便于对比分析。从2013年8月～2017年8月，每月进行1次全天多参数水质监测采样。

(2)评价方法。研究区河段原状水质为劣Ⅴ类，主要超标指标为氨氮、五日生化需氧量，水质监测主要指标为溶解氧、悬浮物(SS)、化学需氧量、五日生化需氧量、总氮、氨氮、总磷等。通过分析研究区河段下游断面2013年8月～2017年8月的连续水质监测数据，可以对比分析工程实施前后研究区河段水质变化情况，从而反映工程实施后其水质改善效果。

3.2 鸟类调查与评价方法

3.2.1调查方法

自平原河口至莲塘变电站河段进行观鸟观测，在香港和深圳两侧同时进行。4月～9月为雨季，每2个月观鸟1次；10月～翌年3月为旱季，每个月观鸟1次。2013年10月～2017年11月共观鸟38次，其中2013年观鸟3次，2014年～2016年每年各9次，2017年8次。

选择天气晴朗、风力不大日期进行野外实地调查，清晨和傍晚各1次，9∶30和15∶00在沿线各进行1次步行观鸟调查，主要采取固定样线法和定点监测法。固定样线法即在监察地段沿深圳河固定样线上，以0.5～1 km/h速度匀速步行观察鸟类，往返各1次。鸟类野外鉴别采用10倍望远镜直接观察，调查的有效距离为样带100 m宽范围。发现鸟类后，记录所观察到鸟类种类、数量、活动类型和生境等各种信息，同时结合鸟类鸣叫声辨别其种类和数量。定点监测法即选择监测区域较高位置或空旷地点作为定点监测地，记录观测到的鸟类或听到叫声的鸟类种类和数量。

3.2.2评价方法

鸟类多样性与研究区域生态系统的生物多样性呈紧密的正相关，鸟类数量、种类、鸟类群落组成和区系特征等指标的变化可直观反映研究区域生态环境的变化。水禽也可称为水鸟，水禽栖息地及湿地生态系统为主要保护对象，水禽是湿地生态系统重要的组成部分，在湿地生态系统的能量流动和维持生态系统稳定性等方面起着举足轻重的作用。研究区域生态环境以湿地为主，通过分析水鸟种群变化，对研究湿地生物多样性、生态系统稳定性和监测环境变化具有重要意义。通过对比分析鸟类数量、种类、生物多样性和丰富度以及水鸟的变化情况，可以综合反映工程实施后对研究区域的生态环境的影响[7]。

物种多样性与均匀度采用Shannon-Weiner指数计算，计算公式为

式中，H为物种多样性指数；Pi为调查中第i个种的个体数的比例，即第i个物种个体数与所有物种的总个体数之比；S为样带中的物种数。

均匀度采用Pielou指数，采用以下公式计算

J=H/logS

式中，J为物种均匀程度。

4 生态修复效果分析

4.1 水质变化

根据《深圳市水环境功能区划》，深圳河水质执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类标准。深圳河四期工程施工前，深圳河水质超标，主要超标项目是氨氮和总氮，超标倍数分别为0.98和2.805。

深圳河四期工程施工期间，通过清理污染底泥、截污等措施，河道水质有一定改善，但氨氮仍然超标，超标倍数为0.55，超标情况比施工前有略有好转。深圳河四期工程完工后，污染底泥清理完成，周边直排污水截流至污水处理厂，河道两岸生态护坡建设完成，深圳河水质有明显改善，水质指标均满足标准。工程前后深圳河水质情况变化对比见图1。从图1可知，施工结束后，各项水质指标均优于施工前水质，说明本工程生态环境效益显著。

图1 工程前后深圳河水质情况变化对比

4.2 鸟类生态

(1)鸟类资源组成。2013年10月～2017年11月，观鸟38次中，共记录到62种，隶属16目25科，共观察到13 532只鸟，主要物种有池鹭(Ardeolabacchus)、白鹭(Egrettagarzetta)、金眶鸻(Charadriusdubius)、白腰草鹬(Tringaochropus)、家燕(Hirundorustica)、白鹡鸰(Motacillaalba)、红耳鹎(Pycnonotusjocosus)、白头鹎(Pycnonotussinensis)、麻雀(Passermontanus)和斑文鸟(Lonchurapunctulata)等。研究河段鸟类资源观测结果见图2。从图2可知，随着工程完工，2017年各月鸟类种类已经开始恢复，大部分月份的鸟类种数已经超过了2016年同期，接近2015年同期，鸟类种类恢复的趋势已经形成。2017年各月鸟类数量已经超过2016年同期的水平，部分月份已经恢复到2015年同期水平，并接近2014年同期水平，鸟类数量恢复的趋势和速度都比较好，反映生态修复成果已经逐步显现出来。

图2 2013年～2017年鸟类资源观测结果

(2)鸟类居留型和区系。2017年11月，冬候鸟(或旅鸟)和古北种已开始出现，其中冬候鸟(或旅鸟)14种，古北种12种。

(3)鸟类物种多样性和丰富度。2013年11月～2017年11月，研究河段鸟类群落物种多样性和均匀度见表3。从表3可知，2017年11月观测到鸟类35种，434只，鸟类群落物种多样性指数为3.238 1，已超过2013年同期并接近开工前，均匀度为0.9108。工地范围内2017年11月鸟类总体的种类、数量、物种多样性和丰富度均保持相对稳定和趋向恢复状态。与2013年～2016年同期相比，2017年11月鸟类的种类基本保持稳定和趋向恢复状态，与2013年11月相比减少了10种，与2014年11月相比减少了6种，与2015年11月相比增加了3种，与2016年11月相比增加了1种。2017年11月鸟类数量比2013年11月减少了63只，比2014年11月减少了55只，比2015年11月增加了109只，比2016年11月增加了75只。

表3 鸟类群落物种多样性和均匀度

通过施工前(2013年)、施工期间(2014年～2017年)、施工结束后鸟类种群及数量调查数据分析，工程范围内鸟类种群数量明显高于工程建设期间，说明工程建设施工活动对鸟类影响较为明显。采用Kruskal-Wallis方法进行显著性检验结果显示，施工前、施工期间鸟类种数和数量差异显著，施工活动减弱后(2017年1月～11月)鸟类种群及数量呈逐渐恢复趋势，显著性检验指数有所降低，评价区内鸟类物种多样性增加。

(4)水禽和依赖湿地的鸟类。2013年11月～2017年11月，观测到的水禽和依赖湿地鸟类见表4。从表4可知，2013年11月，仍观测到水禽和依赖湿地鸟类24种。其中，游禽3种，涉禽11种，依赖湿地鸟类10种。随着工程施工的不断深入，施工强度的不断增大，水禽和依赖湿地鸟类种类不断下降，到2015年11月降至最低值。随后施工强度逐步降低，水禽和依赖湿地鸟类种类开始逐步上升，2017年11月开始接近施工前的水平，趋向正常的自然状态。2017年11月观测到的主要水禽和依赖湿地的鸟类有：普通鸬鹚(Phalacrocoraxcarbo)、白鹭(Egrettagarzetta)、苍鹭(Ardeacinerea)、池鹭(Ardeolabacchus)、中白鹭(Egrettaintermedia)、绿翅鸭(Anascrecca)、金眶鸻(Charadriusdubius)、白腰草鹬(Tringaochropus)、矶鹬(Actitishypoleucos)、青脚鹬(Tringanebularia)、黑翅长脚鹬(Himantopushimantopus)、普通翠鸟(Alcedoatthis)、白鹡鸰(Motacillaalba)、灰鹡鸰(Motacillacinerea)、黄腹鹪莺(Priniaflaviventris)、北红尾鸲(Phoenicurusauroreus)、黑喉石鵖(Saxicolatorquata)、长尾缝叶莺(Orthotomussutorius)和黄腰柳莺(Phylloscopusproregulus)，共计19种，占鸟类总种数的54.3%，其中游禽2种、涉禽8种、依赖湿地鸟类9种。

表4 观测到的水禽和依赖湿地鸟类数量

总之，鸟类数量、种类、生物多样性和丰富度以及水鸟的变化情况综合分析结果表明，深圳河施工后，基本的鸟类仍然存在，鸟类的物种数与数量都在可以接受的范围之内，鸟类种类、数量、物种多样性和丰富度均保持相对稳定状态；工程完工后，鸟类种类和数量开始出现恢复状态，鸟类的栖息环境基本保持良好状态，尤其是生态河道建设保持着良好的生态环境，为鸟类提供了良好的栖息环境。观鸟结果表明，本工程段生态环境、鸟类种类和数量已基本恢复到施工前的水平，尤其是已适合于多种水鸟的栖息和觅食。